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LED/Lumen

LED/Lumen

Was bedeutet „LED“?

                        Bild_Cree_LED

LED ist die Abkürzung für „Licht Emittierende Diode“ (Kurzform: Leuchtdiode) was wiederum bedeutet, dass diese Dioden Licht produzieren, sobald sie mit Strom versorgt werden.

LED´s gehören mittlerweile zu den effizientesten Leuchtmitteln auf dem Markt und können seit einigen Jahren weißes Licht erzeugen.

Vorteile einer LED:

-     Hoher Wirkungsgrad

-     Hohe Lebensdauer

-     Stoß- und Vibrationsfest

-     Sofort volle Lichtleistung

-      Kleine Bauform

-     Keine UV Strahlung

-     Kein Quecksilber

 

Was bedeutet Effizienz?

Ein Leuchtmittel hat dann eine hohe Effizienz (Wirkungsgrad), wenn, vereinfacht ausgedrückt, möglichst viel des elektrischen Stroms in Licht umgewandelt wird.

Würde der komplette elektrische Strom in Licht umgewandelt, entspräche das einem Wirkungsgrad von 100%. Ohne Verluste, meist in Form von Wärme, ist jedoch die Erzeugung von künstlichem Licht nicht möglich.

Die nachfolgende Tabelle zeigt den ungefähren Wirkungsgrad verschiedener Leuchtmittel:

Leuchtmittel

Wirkungsgrad (Lichtausbeute)

Glühbirne

ca. 5%

Niedervolt Halogen Glühbirne

ca. 10%

Neonröhre/Energiesparlampe

ca. 35%

Weiße LED

ca. 50%

Der schlechte Wirkungsgrad der Glühbirne erklärt, wieso mittlerweile die meisten Glühbirnen als Leuchtmittel verboten sind, schließlich will man damit normalerweise nicht heizen, sondern Licht erzeugen.

Aus der Tabelle kann man aber auch erkennen, dass eine LED immer noch ca. 50% Wärme erzeugt, die bei Leuchtdioden überwiegend nach hinten abgeführt werden muss.

Bei LED Taschenlampen wird der überwiegende Teil der Wärme durch das Gehäuse abgeführt, weshalb LED Taschenlampen mit hohen Leistungen nach kurzer Zeit sehr heiß werden können. Um Überhitzungen zu vermeiden haben diese Taschenlampen meist eine automatische Leistungsreduzierung (= Reduzierung der Lichtleistung) eingebaut, um einen Dauerbetrieb zu ermöglichen.

 

Betrieb von LEDs:

Um Beschädigungen an der LED zu vermeiden, empfehle ich die Verwendung einer Konstantstromquelle. Es muss dann nur noch für eine ausreichende Kühlung der LED gesorgt werden, um Beschädigungen durch Übertemperatur zu vermeiden.

Natürlich können LEDs auch mit einer konstanten Spannung betrieben werden, dann muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Temperatur der LED möglichst keine hohen Schwankungen aufweist. LEDs haben nämlich die Eigenschaft, dass ihr Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt, so dass dann bei immer höherer Temperatur auch ein immer höherer Strom fließt, was schnell zu einer "Stromüberlastung" und somit zu einer Beschädigung der LED führen kann. 

Die zulässigen Betriebsdaten der LED entnehmen Sie bitte aus dem Datenblatt des Herstellers.

Vermeiden Sie zudem Kurzschlüsse und elektrische Entladungen am Emitter.

Wärmeableitung

Bitte achten Sie bei der Verwendung von High Power LEDs immer auf eine ausreichende und dauerhafte Wärmeableitung/Kühlung, um eine Beschädigung zu vermeiden sowie eine hohe Lebensdauer und Effizienz zu gewährleisten, das gilt auch bei Betrieb mittels einer Konstantstromquelle.

Ich empfehle das Aufkleben der Platine mit einem speziellen Wärmeleitkleber auf einen entsprechenden Kühlkörper.

Optische Strahlung:

Bitte beachten Sie, dass bei absichtlich längeren Starren in die blendend helle LED die Grenzwerte für die zulässige Bestrahlung der Augen überschritten wird. Bei Betrieb bitte nicht für längere Zeit in die LED blicken.

Lagerung:

Bitte lagern Sie LEDs stets trocken und bei max. -25°C bis +70°C, sofern vom Hersteller nicht anders empfohlen. Nach dem Öffnen der Verpackung, sollte die LED rasch verbaut werden.

Was bedeutet „Lumen“?

                        Ulbricht-Kugel-Lumen

Lumen ist die Einheit des Lichtstroms und wird in einer sogenannten "Ulbrichtkugel" gemessen. Als photometrische Einheit berücksichtigt das Lumen (abgekürzt lm) die Empfindlichkeit des menschlichen Auges.

Zwei baugleiche Lichtquellen werden als gleich hell wahrgenommen, wenn sie den gleichen Lichtstrom (Lumen) aussenden -  unabhängig von ihrer Farbe.

Somit gilt:

Je mehr Lumen eine Lichtquelle hat, desto heller ist sie.

Ganz so einfach ist ein Vergleich aller Lichtquellen aber leider nicht, da es viele unterschiedliche Konstruktionen gibt. Zum Beispiel sendet eine Glühbirne Licht in alle Richtungen aus, eine LED hingegen nur in eine bestimmte Richtung.

Erschwerend kommt noch hinzu, wenn der Lichtstrom (lm) zum Beispiel durch einen Reflektor (mehr Informationen finden Sie unter dem Thema „Reflektoren“) in eine bestimmte Richtung gelenkt wird.

Zudem ist die Farbwiedergabe der beleuchteten Objekte durch unterschiedliche Lichtquellen nicht identisch, so dass ein einfacher Vergleich tatsächlich nicht möglich ist.

Ein wichtiger Aspekt sollte bei tragbaren Lampen die Effizienz der verwendeten Lichtquelle spielen. Zum Beispiel benötigt eine Glühbirne viel mehr elektrische Leistung um den gleichen Lichtstrom zu erzeugen, als eine LED.

Bei Taschenlampen spielt die Farbwiedergabe normalerweise eine untergeordnete Rolle, die Effektivität der Lichtquelle sollte jedoch eine wichtige Rolle spielen, schließlich wird eine mobile Stromversorgungsquelle benötigt (mehr Informationen dazu finden Sie unter „Akkus und Batterien“).

Die Lichtquelle sollte deshalb möglichst viel der elektrischen Energie in Licht umwandeln und nicht in Wärme, aber das sollte eigentlich für alle Anwendungen gelten.

LEDs sind einer der effizientesten Lichtquellen und somit eine gute Wahl.

Aber auch bei den LED Herstellern gibt es größere Unterschiede bezüglich der Qualität und Effektivität.

Um LEDs (oder auch jede andere Lichtquelle) bezüglich der Effektivität besser vergleichen zu können, wird der jeweils abgegebene Lichtstrom (Lumen) bei 1 Watt Leistung angegeben.

Für eine Lichtquelle gilt damit: Je mehr Lumen pro Watt (lm/W), desto besser ist ihre Effektivität.

Ein direkter Vergleich der verschiedenen Konstruktionen (wie bereits oben erwähnt) ist auch damit nicht ganz korrekt. Für den Vergleich verschiedener LEDs hingegen ist es ein guter Indikator.

Die nachfolgende Tabelle zeigt den ungefähren Lichtstrom (Lumen) verschiedener auf dem Markt erhältlicher Einzelchip LEDs bei 1 Watt (W) Leistung.

Hersteller

Typ

Lumen bei 1 Watt

Luxeon

K2

ca. 90

Seoul

P4

ca. 100

Cree

XP-G

ca. 138

Cree

XP-G2

ca. 158

Cree

XM-L

ca. 150

Cree

XM-L2

ca. 170

 

Glühbirne

ca. 12

Die Effektivität einer LED verringert sich, sobald sie mit einer höheren Leistung betrieben wird.

Für LEDs gilt:

Je höher der Lichtstrom (Lumen) und die Temperatur einer LED, je schlechter wird ihre Effektivität und umgekehrt.

Ein Beispiel:

Eine XM-L2 der Fa. Cree erzeugt bei 1 Watt Leistung einen Lichtstrom von ca. 170 Lumen, was einer Effektivität von 170 Lumen pro Watt (170 lm/W) entspricht.

Bei 5 Watt Leistung erzeugt die gleiche LED einen Lichtstrom von ca. 650 Lumen, was jetzt einer Effektivität von 130 Lumen pro Watt (130 lm/W) entspricht. Im Vergleich zu einer Glühbirne ist das immer noch top.

Wie viel Lichtstrom (Lumen) benötigt eine LED Taschenlampe?

Diese Frage ist aufgrund der verschiedenen Anwendungsbereiche, der persönlichen Aspekte und Vorlieben nicht so einfach zu beantworten, weshalb die nachfolgenden Informationen lediglich Empfehlungen, aufgrund von praktischen Erfahrungen sind.

  • Indoor (Beleuchtung naher Objekte):

Für die Beleuchtung naher Objekte (z.B. für Handwerker oder den Hausgebrauch) haben Erfahrungen gezeigt, dass ein Lichtstrom von ca. 70-150 Lumen leicht ausreichend ist. Für die Beleuchtung sehr naher Objekte ist ein wesentlich geringerer Lichtstrom ausreichend. Verschiedene Leistungsstufen sind hier sinnvoll.

  • Outdoor (Beleuchtung weit entfernter Objekte):

Für Outdoor Anwendungen haben Erfahrungen gezeigt, dass ein Lichtstrom von ca. 350-600 Lumen meist ausreichend ist. Bei der Beleuchtung näherer Objekte ist auch ein geringerer Lichtstrom ausreichend. Auch hier sind verschiedene Leistungsstufen sinnvoll.