LED-Wissen
Zusammenfassung wichtigster Begriffe aus der „Beleuchtungssprache”.
I A I B I C I D I E I F I G I H I I I J I K I L I M I N I O I P I Q I R I S I T I U I V I W I X I Y I Z I
Abstrahlwinkel
Gibt an, wie breit das Licht nach vorne abgegeben wird und ist definiert als der Winkel zwischen zwei Linien, die ausgehend von der LED-Lampe die Punkte mit 50 Prozent der Maximallichtstärke schneiden.
Beleuchtungsstärke [ lx ]
Die Beleuchtungsstärke ist der Lichtstrom, der auf eine bestimmte Fläche fällt. Sie wird in Lux [ lx ] gemessen und berechnet sich aus Lichtstrom pro Quadratmeter [ lm/m² ].
Die Beleuchtungsstärke ist der Indikator für die Helligkeit einer Leuchte. In vielen Einsatzzwecken kann die LED-Lampe die Vorteile des gerichteten Lichts ausspielen. So kann z. B. in einer Hängelampe mit einer 6 Watt LED-Lampe eine höhere Beleuchtungsstärke als mit einer 60 Watt Glühlampe erreicht werden.
Typische Beleuchtungsstärken:
- Wolkenloser Sommertag: über 100.000 lx
- Trüber Sommertag: 20.000 lx
- Dämmerung: 400 lx
- Büro: 500 bis 1.500 lx
- Sternennacht: 0,2 lx
Binning
Bei der Produktion moderner Hochleistungs-LED sind Fertigungstoleranzen schon bei kleinsten Parameterschwankungen unvermeidlich. Die Halbleiter werden deshalb nach der Produktion entsprechend ihren Farbwerten und Wirkungsgraden sortiert und klassifiziert. Alle LED, die ähnliche Werte aufweisen, fallen in den gleichen „Behälter“ (Bin). Je enger die Toleranzen gesetzt werden, umso höher ist die Qualität von Systemen, die aus mehr als einer LED bestehen.
Candela [ cd ]
(lat. für Kerze oder Talg- bzw. Wachslicht) Die Lichtstärke beschreibt den Teil des Lichtstroms, der in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Die Lichtstärke wird daher maßgeblich von lichtlenkenden Elementen bestimmt. Typisches Beispiel ist der „Lampenschirm“ einer Leuchte, durch den das Licht der eingeschraubten Lampe nur nach unten strahlen kann. Die Einheit für die Lichtstärke ist Candela [cd].
Typische Lichtstärken:
- Eine gewöhnliche Wachskerze hat eine Lichtstärke von 1 cd.
- Eine Glühlampe mit 100 Watt erreicht 1100 cd.
CRI (Color Rendering Index) [ Ra ]
Gibt die Qualität der Farbwiedergabe von künstlichen Lichtquellen an. Im Deutschen wird CRI mir Farbwiedergabeindex übersetzt und Ra abgekürzt.
Das Prinzip beruht auf der Lichtmessung bei definierten Wellenlängen bzw. Farben (Pastellfarbtöne). Obwohl nicht das gesamte Lichtspektrum berücksichtigt wird, ist der Farbwiedergabeindex dennoch ein guter Anhaltspunkt für die Güte des Lichts. Der Maximalwert des Index beträgt 100 und bedeutet keinerlei Verfälschung der Farben durch die Lichtquelle. Glühlampen können diesen Wert erreichen. LED-Lampen liegen typischerweise bei Ra 80, können aber auch einen Ra 90 und mehr erreichen.
Gütemerkmale der Ra-Werte:
- Als Basis für die Skala dienen die Glühlampen. Sie haben einen Wert Ra=100.
- Leuchtmittel mit einem Farbwiedergabeindex Ra über 80 signalisieren bereits eine sehr gute Lichtqualität.
- LED-Lampen erreichen typischerweise Werte von Ra = 80 bis Ra = 90 und mehr.
- Übrigens: Glüh- und Halogenlampen erzeugen nur sehr wenig blaues Licht, weshalb es manchmal schwer ist blau und schwarz zu unterscheiden.
Dimmbarkeit
In unserem Sortiment bieten wir Ihnen auch dimmbare LED-Lampen an. Die auf dem Markt üblichen Dimmer (Phasenan-/abschnittsdimmer) sind meist für Glühlampen entwickelt worden und daher auf höhere Mindestlasten (W) ausgelegt, als es LED-Lampen bieten. Daher kann es zu Einschränkungen in der Funktionalität kommen.
Effizienz / Lichtausbeute [ lm/W ]
Die Effizienz bzw. Lichtausbeute wird als Quotient aus dem von einer Lampe abgegebenen Lichtstrom und der von ihr aufgenommenen Leistung in der abgeleiteten Einheit Lumen pro Watt angegeben. (⇒Lichtausbeute)
Energiesparlampe
Das Prinzip der als Energiesparlampe bekannten „Compact Fluorescent Lamp“ – kurz CFL – wurde bereits um 1850 durch den Physiker Heinrich Geißler erfunden. Erst über hundert Jahre später kamen die Leuchtstoffröhren – auch „Neonröhren“ genannt – zum Einsatz, zunächst überwiegend im industriellen Bereich.
Zwischen 1980 und 1990 entwickelten sich daraus die ersten kompakten CFL-Leuchtstofflampen oder auch Energiesparlampen. Im Vergleich zur Glühlampe reduzieren sie den Stromverbrauch um 70 bis 80 Prozent.
Nachteile einer Energiesparlampe
Das Licht der Energiesparlampe entsteht durch eine Niederdruck-Gasentladung. Dafür wird Quecksilber in der Lampe zunächst erhitzt und dann zum Verdampfen gebracht. Das ist der Grund, warum die meisten Energiesparlampen auch einige Zeit benötigen, bis sie ihre volle Leuchtleistung erreichen. Je nach Umgebungstemperatur kann dieser Prozess zwischen ein und fünf Minuten dauern.
Um das Startverhalten zu verbessern gibt es auch „vorgeheizte“ Energiesparlampen, die jedoch sehr empfindlich auf das Ein- und Ausschalten reagieren. Das hat den großen Nachteil, dass die Lampen rasch altern. Somit wird die durchschnittliche Lebensdauer der Energiesparlampe stark von der Nutzung beeinflusst. Die Schwankungsbreite liegt zwischen 3.000 und 15.000 Stunden.
Neben Quecksilber und trägem Startverhalten spricht vor allem ihr kaltes Licht gegen den Einsatz von Energiesparlampen. Ihre Kälte resultiert jedoch nicht aus einer abweichenden Farbtemperatur. Ursache ist in diesem Fall ihr diskontinuierliches Lichtspektrum. Das bedeutet, je nach Lampentyp und Spezifizierung fehlen bestimmte Wellenlängen und somit die Farben des sichtbaren Lichts. Dadurch erscheinen die beleuchteten Objekte unnatürlich oder kalt.
Farbspektrum & Definition von Farbtemperatur
Das Farbspektrum ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der ohne technische Hilfsmittel über das menschliche Auge wahrgenommen werden kann (ca. 380 bis 750 nm). Die Farbtemperatur ist ein Maß für den Farbeindruck einer Lichtquelle gemessen in Kelvin [ K ]. Je niedriger der Wert, umso „wärmer“ erscheint das Licht. Bei LED-Lampen rangiert die Farbtemperatur typischerweise zwischen 2700 Kelvin und 6500 Kelvin.
Einige Kennziffern für die schnelle Orientierung bei den Farbtemperaturen:
- Kerzenlicht: 1500 Kelvin
- Glühlampe 60 Watt: 2680 Kelvin
- Halogenlampe: 3000 Kelvin
- Vormittags-/Nachmittagssonne: 5500 Kelvin
Farbwiedergabe [ RA ]
(⇒CRI)
Glühlampe
Die erste Glühlampe wurde bereits 1840 zum Patent angemeldet. Weltweite Verbreitung fand die von Thoma Alva Edison in den 1880ern entwickelte Version.
Das Prinzip der Glühlampe ist sehr einfach: Durch einen dünnen Wolframfaden, der meist in der Mitte eines Glaskolbens liegt, fließt elektrischer Strom. Dabei erhitzt sich der Glühfaden so stark, dass er zu leuchten beginnt.
Vor- / Nachteile der Glühlampe
Glühlampen sind sehr günstig in der Herstellung und ihre Lebensdauer beträgt etwa 1.000 Stunden. Das bedeutet, dass Sie bei einer durchschnittlichen Brenndauer von 2,7 Stunden pro Tag die Glühlampe jedes Jahr durch eine neue ersetzen müssen.
Der größte Nachteil der Glühlampe: Sie wird sehr heiß und nur 5 bis 10 Prozent der Energie wird in sichtbares Licht umgewandelt. Das heißt, der größte Teil der Energie geht als ungenutzte Wärme verloren. Diese Tatsache führte schließlich zum EU-weiten Verbot der Glühlampen.
Halogenlampe
Halogenlampen sind eine Weiterentwicklung der Glühlampe. Beide gehören zur Familie der Temperaturstrahler, deren Licht durch die Erhitzung einer Wolframwendel entsteht. Sie erzeugen ein brillantes, angenehm warmweißes Licht mit sehr guter Farbwiedergabe.
Vergleich in Zahlen:
- Glühlampen haben eine Lichtausbeute von 12 Lumen pro Watt, Halogenlampen mit 25 Lumen pro Watt gut die doppelte.
- Glühlampen haben eine Lebensdauer von 1.000 Stunden, Halogenlampen bis zu 5.000 Stunden.
Hochvolt-Halogenlampen
Für eine Netzspannung von 230-240 Volt gibt es die Halogenlampe in zahlreichen Ausführungen – mit matten oder klaren Glaskolben, unter anderem auch als Energiesparlampe oder als stabförmige Lampe.
Weniger energieeffiziente Halogenlampen teilen das Schicksal der Glühlampe: Sie dürfen seit September 2009 nicht mehr in den Verkehr gebracht werden. Ab 2016 sind nur noch Halogenlampen der Energie-Effizienzklassen B und C zulässig, danach müssen, mit wenigen Ausnahmen, auch Halogenlampen der Energie-Effizienzklasse C weichen.
Niedervolt-Halogenlampen
„Viel Licht mit wenig Lampe“. Seit den 1980er Jahren sind Niedervolt-Halogenlampen die Stars in Seil- und Stangensystemen und tragen stets einen Stecksockel.
Niedervolt-Lampen gibt es ohne oder mit Reflektoren aus Metall oder verspiegeltem Glas, mit verschiedenen Abstrahlungswinkeln und mit unterschiedlichen Reflektorgrößen.
Ab September 2009 wurden alle matten Niedervolt-Halogenlampen durch gesetzliche Bestimmungen EU weit vom Markt verbannt. Der Ausstieg erfolgt in mehreren Stufen bis 2016.
Infrarotstrahlung
(nähe IR-Strahlung) sind elektromagnetische Wellen im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und der längerwelligen Terahertzstrahlung. Vor allem nahes Infrarot in einer hohen Dosis mit einer Wellenlänge von 780 bis 3.000 nm dringt tief in und unter die menschliche Haut und kann zu gesundheitlichen Schäden führen. LED-Lampen geben z.B. keinerlei nahe IR-Strahlung ab.
Kosten
Noch sind LED-Lampen in der Anschaffung teurer als andere Technologien. Über ihre Lebensdauer gerechnet sind sie aber bereits heute eine günstige Alternative zu Glühlampen und Halogenlampen. (⇒ TCO)
Lampe
Im alltäglichen Sprachgebrauch hat sich hartnäckig der Begriff der „Glühbirne“ etabliert, obwohl eigentlich damit die Lampe gemeint ist – und der Begriff der „Lampe“, wenn die Leuchte gemeint ist. Richtig ist: Die Lampe ist das Leuchtmitte bzw. bei LEDs die einen 1:1 Austausch ermöglichen spricht man oft auch von Retrofit Leuchtmitteln.
Lebensdauer
LED-Lampen haben eine extrem lange Lebensdauer. Allerdings nimmt ihre Lichtleistung im Laufe der Betriebszeit ab. Osram z. B. weist als Lebenszeit die Betriebszeit aus, in der die LED-Lampen mehr als 70 Prozent ihrer anfänglichen Lichtleistung bereitstellen. Hierin folgt Osram bereits heute der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC), die gerade einen internationalen Standard mit diesem Grenzwert ausarbeitet.
Ein durchschnittliches Leuchtmittel in einem durchschnittlichen Haushalt wird etwa 2,7 Stunden pro Tag betrieben. Als Faustregel kann man daher annehmen: 1.000 Stunden Betrieb entsprechen einem Jahr. Basierend auf dieser Überlegung können Sie mit folgender Lebensdauer rechnen:
- 10 bis 25 Jahre für die LED-Lampe
- 4 bis 8 Jahre für die Energiesparlampe
- 1 Jahr für die Glühlampe
LED
(Light Emitting Diode) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Fließt durch die Diode Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht mit einer von der Beschaffenheit des Halbleiters abhängigen Wellenlänge ab. Dies geschieht dabei ohne Energieverlust durch Wärmeentwicklung und ohne schädliche UV-Strahlen.
LED-Lampe
Die Abkürzung LED steht für „Light Emitting Diode“. Die Licht emittierende Diode ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, wie es heute praktisch in jedem Elektronikgerät zu finden ist. Die ersten Lichtdioden kamen in den 1960ern als Signalzeichen zum Einsatz. Ihr Erfolgsrezept war schon damals eine lange Lebensdauer von 100.000 Stunden und mehr.
Nicht alle Farben lassen sich mit einer LED gewinnen. So wurde diese Technologie für die Erzeugung von „Weißlicht“ und damit als Lampenersatz lange nicht beachtet. Erst 1995 gelang es durch Zugabe einer speziellen Phosphormischung aus blauen LEDs weißes Licht zu erzeugen. Dies war der Start für eine steil ansteigende Erfolgskurve der LED.
Ähnlich wie Glühlampen und Energiesparlampen altern auch LED-Lampen, jedoch in anderen Dimensionen. Die durchschnittliche Lebensdauer einer LED beträgt in der Anwendung (also in einer Lampe) bis zu 25.000 Stunden und mehr.
Die weiteren Aspekte für eine positive Ökobilanz: LED-Lampen können verschleißfrei ein- und ausgeschaltet werden, enthalten kein Quecksilber und verbrauchen deutlich weniger Strom – im Vergleich zur Energiesparlampe sind es bis zu 30 Prozent, gegenüber der Glühlampe sogar bis zu 90 Prozent.
Leuchte
Leuchten werden im allgemeinen Sprachgebrauch als „Lampen” bezeichnet. Richtig aber ist der Begriff „Leuchte”: Eine "Stehlampe" wäre eigentlich eine „Stehleuchte”. Das Licht in dieser Leuchte wird durch die Lampe erzeugt, bei LED-Leuchten ist die Lampe, also die Lichtquelle fest mit der Leuchte verbunden.
Lichtausbeute / Effizienz [ lm/W ]
Alle Watt-Angaben auf elektrischen Geräten und daher auch auf Lampen, beziffern die Leistungsaufnahme. Somit ist lediglich der Verbrauch deklariert, nicht aber die Leistung. Über die Effizienz einer Leuchte entscheidet vielmehr der Lichtstrom im Verhältnis zur Leistungsaufnahme. Die als Lichtausbeute oder Effizienz bekannte Kennziffer wird in Lumen/Watt [lm/W] angegeben.
- Je höher die Lichtausbeute, umso effizienter die Lampe bzw. die Leuchte.
- Glühlampen schaffen nur 12 Lumen pro Watt, Halogenlampen 20 Lumen pro Watt.
- Die meisten Energiesparlampen erreichen zwischen 40 bis 50 Lumen pro Watt.
Linse
Als Linse bezeichnet man ein optisch wirksames Bauelement mit zwei lichtbrechenden Flächen, von denen mindestens eine Fläche konvex oder konkav gewölbt ist. Bei LED-Lampen hat eine Linse die Funktion, das Licht zu bündeln oder zu streuen und so den Abstrahlwinkel zu definieren.
Lumen [ lm ]
(lat. Licht, Leuchte) ist die photometrische Einheit des Lichtstroms. Der Lichtstrom ist ein Maß für die gesamte von einer Strahlungsquelle ausgesandte sichtbare Strahlung. Der Lichtstrom einer 40 Watt Glühlampe beträgt etwa 400 Lumen. Weil die Lampe ihr Licht jedoch in alle Richtungen abstrahlt, geht ein sehr großer Teil des Lichts in der Leuchte oder im Lampenschirm verloren. Nur ein kleiner Teil des Lichtstroms wird für die eigentliche Beleuchtung genutzt.
- Der Lichtstrom ist nicht eins zu eins mit der Helligkeit einer Leuchte gleichzustellen und kann je nach Anwendung variieren.
- Die Helligkeit einer Lampe wird über die resultierende Beleuchtungsstärke definiert.
Recycling
LED-Lampen sind sehr lange haltbar und sie beinhalten im Gegensatz zu Energiesparlampen kein Quecksilber. Da sie allerdings aus elektronischen Bauteilen bestehen, müssen sie am Ende ihres Einsatzes wie Elektromüll am Wertstoffhof entsorgt werden.
RGB / RGB Leuchten
Die Abkürzung RGB steht für die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Eine RGB-Leuchte dient vor allem der dekorativen Beleuchtung mit der Möglichkeit zum Farbwechsel. So können mit einer RGB-Leuchte aus den Grundfarben Rot, Grün und Blau individuelle Lichtfarben gemischt werden.
Schaltfestigkeit
Eine LED-Lampe kann beliebig oft ein- und ausgeschaltet werden. Häufige Schaltvorgänge schaden den LEDs nicht.
Tc-Punkt
Ist an einer bestimmten Stelle am Gehäuse der Lampe angebracht, um auf einfache Weise deren Temperaturverhalten in einer Leuchte zu ermitteln. Durch die Einhaltung der Tc-Punkt-Temperatur wird sichergestellt, dass sich kein Bauteil im Vorschaltgerät unzulässig erwärmt. Außerdem lässt sich mithilfe des Tc-Punktes feststellen, wie viel Temperaturreserven in einer Leuchte vorhanden sind und bis zu welcher Umgebungstemperatur die Leuchte eingesetzt werden darf. Typischerweise sind z. B. Osram LED-Lampen für eine Umgebungstemperatur von -20 °C bis +40 °C ausgelegt.
TCO (Total cost of ownership)
In einer TCO werden die Gesamtkosten über die Lebensdauer einer Lampe oder einer bestimmten Betriebszeit berechnet. Es werden sowohl Anschaffungskosten als auch Wechselkosten und Betriebskosten (Stromverbrauch) berücksichtigt. LED-Lampen rechnen sich heute vor allem über ihre lange Lebensdauer und ihren niedrigen Stromverbrauch.
Transformatoren
Niedervoltlampen benötigen einen externen Transformator. Es wird unterschieden zwischen konventionellem (magnetischem) Vorschaltgerät (KVG) und elektronischem Vorschaltgerät (EVG).
Treiber (engl. Driver)
Schaltungen, die Netzspannung (230 Volt) in einen konstanten Strom transformieren, mit dem die LED betrieben werden. Moderne elektronische Treiber sind kleiner, kompakter, leichter, leiser und sparsamer im Energieverbrauch als ihre die alten magnetischen Vorgänger.
UV-Strahlung
Ist eine für Menschen unsichtbare elektromagnetische Strahlung, die zu gesundheitlichen Schäden führen kann. LED-Lampen emittieren keinerlei UV-Strahlung.
Volt [ V ]
Ist die abgeleitete Einheit der elektrischen Spannung mit dem Einheitenzeichen V. Niedervolt-LED-Lampen arbeiten mit Transformatoren. Hochvolt-LED-Lampen können direkt an der Netzspannung (220-240 Volt) betrieben werden.
Wärmeerzeugung
LED verwandeln im Gegensatz zu herkömmlichen Leuchtmitteln viel Strom in sichtbares Licht. Dennoch fließt auch bei heutigen LED-Lampen noch immer ein großer Teil der Energieaufnahme in (ungewünschte) Wärmeentwicklung. Jedoch steckt in der LED-Technologie viel Potenzial, um diesen Wert weiter zu verbessern.
Watt [ W ]
Ist die Einheit der Leistung und stand bei herkömmlichen Glühlampen als Orientierungswert für die Leuchtkraft. Da moderne Leuchtmittel aber weit weniger Leistung aufnehmen müssen, um eine bestimmte Helligkeit zu erzeugen, verliert die Wattzahl an Aussagekraft. Stattdessen wird heute der Lumen-Wert herangezogen.
Wattvergleich gemäss ErP
Die EU-Direktive für ungerichtetes Licht (ErP DIM I) fordert von LED-Lampen einen bestimmten Lichtstrom, um den Vergleich zur Glühlampe zu ziehen.