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Dossier LED − (1 Mb) - ETAP Lighting

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DOSSIER<br />

<strong>LED</strong><br />

BELEUCHTUNG<br />

MIT EINER NEUEN<br />

LICHTQUELLE<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013


Vorwort<br />

Auch wenn <strong>LED</strong>s in der Beleuchtungswelt immer gebräuchlicher werden, entwickelt sich die Technologie immer noch rasend schnell weiter.<br />

Dieses <strong>LED</strong>-<strong>Dossier</strong> bietet Ihnen objektive, technisch abgesicherte Informationen, die Ihnen helfen sollen, sich in diesem komplexen und schnelllebigen<br />

Thema zu Recht zu finden.<br />

Sie möchten genauer wissen, was es mit den Wartungsfaktoren von <strong>LED</strong>-Leuchten auf sich hat und wie diese berechnet werden? Sie suchen<br />

Informationen zur Verwendung von <strong>LED</strong>-Röhren? Sie interessieren sich für den aktuellen Stand der O<strong>LED</strong>-Technologie? Dieses <strong>Dossier</strong> liefert<br />

Ihnen fundierte Antworten auf Ihre Fragen. Die neuesten Änderungen in diesem Dokument wurden zur besseren Übersicht am Rand markiert.<br />

Die neueste Version unseres <strong>LED</strong>-<strong>Dossier</strong> finden Sie jederzeit auf unserer Website www.etaplighting.com.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013<br />

© 2013, <strong>ETAP</strong> NV<br />

2 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


BELEUCHTUNG<br />

MIT EINER NEUEN<br />

LICHTQUELLE<br />

INHALT<br />

1. Die <strong>LED</strong> als Lichtquelle ................................................................................................................................................................................................ 4<br />

1. Wie funktionieren <strong>LED</strong>s? .................................................................................................................................................................................... 4<br />

2. <strong>LED</strong>-Lichtquellen ................................................................................................................................................................................................... 5<br />

3. Vorteile der <strong>LED</strong>s ................................................................................................................................................................................................... 7<br />

4. <strong>LED</strong>-Hersteller ......................................................................................................................................................................................................12<br />

5. Die Zukunft der <strong>LED</strong>s ........................................................................................................................................................................................12<br />

6. O<strong>LED</strong>s, eine neue Art von Beleuchtung .....................................................................................................................................................13<br />

2. Leuchten mit <strong>LED</strong>s konstruieren ...........................................................................................................................................................................16<br />

1. Chancen und Herausforderungen ...............................................................................................................................................................16<br />

2. Die richtige Lichtverteilung ............................................................................................................................................................................17<br />

3. Die Leuchtdichten unter Kontrolle ..............................................................................................................................................................19<br />

4. Intelligentes Wärme-Management .............................................................................................................................................................19<br />

5. Binning für eine konstante Lichtqualität..................................................................................................................................................21<br />

6. Elektrische Sicherheit ........................................................................................................................................................................................22<br />

7. Veröffentlichung der korrrekten Daten .....................................................................................................................................................23<br />

8. Objektive Informationen zur Qualität ........................................................................................................................................................24<br />

9. Fotobiologische Sicherheit .............................................................................................................................................................................25<br />

10. <strong>LED</strong>-Röhren ........................................................................................................................................................................................................27<br />

3. Spannungsversorgungen für <strong>LED</strong>-Leuchten ...................................................................................................................................................29<br />

1. Qualitätskriterien für <strong>LED</strong>-Spannungsversorgungen ..........................................................................................................................29<br />

2. Strom- und Spannungsversorgung im Vergleich..................................................................................................................................30<br />

4. Beleuchtung mit <strong>LED</strong>s - lichttechnische Aspekte .......................................................................................................................................32<br />

1. Abnahme des Lichtstroms und Wartungsfaktor....................................................................................................................................32<br />

2. Integration energiesparender Systeme .....................................................................................................................................................35<br />

5. Frage und Antwort.......................................................................................................................................................................................................36<br />

Terminologie .........................................................................................................................................................................................................................37<br />

Anlage 1: Wartungsfaktoren von <strong>LED</strong>-Produkten ...........................................................................................................................................38<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

3 | <strong>ETAP</strong>


Kapitel 1: Die <strong>LED</strong> als Lichtquelle<br />

1. WIE FUNKTIONIEREN <strong>LED</strong>s?<br />

<strong>LED</strong> steht für Light Emitting Diode. Eine <strong>LED</strong> ist ein Halbleiter (Diode), der Licht<br />

ausstrahlt, wenn Strom durch ihn fließt. Die Halbleiter-Materialien, die in <strong>LED</strong>s<br />

eingesetzt werden, setzen elektrische Energie in sichtbare elektromagnetische<br />

Strahlung, also Licht, um.<br />

Die Anregung des Halbleiters erfolgt dadurch, dass elektrischer Strom durch<br />

die Diode (genauer gesagt durch die Junction*) fließt. Die Diode, durch die der<br />

elektrische Strom fließt, ist – wie alle Dioden – nur in eine Richtung wirkend:<br />

Es entsteht nur Licht, wenn der Gleichstrom in die „richtige“ Richtung fließt,<br />

nämlich von der Anode (positiver Pol) zur Kathode (negativer Pol).<br />

sichtbares<br />

Licht<br />

Gleichstrom<br />

Anode (+) Kathode (-)<br />

Abb. 1: Funktionsprinzip einer <strong>LED</strong><br />

Die Menge erzeugten Lichts verhält sich nahezu<br />

proportional zur Menge Strom, der durch die<br />

Diode fließt. Für Beleuchtungszwecke werden<br />

stromgeregelte Versorgungen (Konstantstrom)<br />

eingesetzt. (siehe Kapitel 3).<br />

normalisierter Lichtstrom<br />

2.50<br />

2.25<br />

2.00<br />

1.75<br />

1.50<br />

1.25<br />

1.00<br />

0.75<br />

0.50<br />

0.25<br />

0.00<br />

0<br />

200 400 600 800 1000 1200<br />

Strom (mA)<br />

Abb. 2: Einfluss des Stromes auf den Lichtstrom<br />

Die Kombination aus <strong>LED</strong> (Halbleiter), Gehäuse und der Primäroptik (Linse) nennen wir eine <strong>LED</strong>-Komponente. Sie umfasst und schützt die <strong>LED</strong>,<br />

sorgt dafür, dass die intern erzeugte Wärme verteilt wird und enthält ein primäres optisches System, eine kleine Linse, um das erzeugte Licht<br />

der <strong>LED</strong> zu sammeln und kontrolliert auszustrahlen.<br />

Primäroptik<br />

<strong>LED</strong><br />

Junction<br />

elektrischer Anschluss<br />

thermisch leitende Schnittstelle<br />

Abb. 3: Aufbau einer <strong>LED</strong>-Komponente<br />

4 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Die <strong>LED</strong> strahlt Licht in einem bestimmten Spektralbereich (monochromatisch) aus. Die Farbe des Lichts ist abhängig von dem Halbleiter-<br />

Material, das zur Herstellung verwendet wurde. Das können alle gesättigten Farben des sichtbaren Spektrums sein, von Violett und Blau über<br />

Grün zu Rot. Um mit <strong>LED</strong>s weißes Licht zu erzeugen, gibt es zwei Möglichkeiten:<br />

1. Bichromatisch<br />

- Die am häufigsten vorkommende Methode ist, ähnlich wie bei Leuchtstofflampen, eine blaue <strong>LED</strong>, mit einem<br />

photoluminiszenten (leuchtenden) Material zu kombinieren, und so einen Teil des blauen Lichts (kurzwelliges, höher<br />

energetisches) in weißes (oder eher gelbliches) Licht (langwellig, nieder energetisch) umzuwandeln. Die Zusammensetzung<br />

der Leuchtstoffe bestimmt die Farbtemperatur des resultierenden Lichts (mehr über die Farbtemperatur später in diesem<br />

Kapitel).<br />

2. Trichromatisch<br />

- Durch das Mischen verschiedenfarbiger <strong>LED</strong>s der Farben Rot, Grün und Blau (RGB).<br />

- Durch Kombination weißer <strong>LED</strong>s mit roten oder bernsteinfarbenen, nach dem gleichen Prinzip. Diese Technik ermöglicht<br />

unterschiedliche Farbtemperaturen in einem einzigen Modul.<br />

UPDATE<br />

2. <strong>LED</strong>-LICHTQUELLEN<br />

Es gibt viele Möglichkeiten, <strong>LED</strong>-Lichtquellen anzuwenden. Nach der internationalen Norm IEC 62504/CIE TC 2-66 (“Terminology of <strong>LED</strong>s and<br />

<strong>LED</strong> assemblies”) werden die folgenden Integrationsniveaus unterschieden:<br />

1. <strong>LED</strong>-Package oder <strong>LED</strong>-Komponente. Dies ist eine einfache Komponente, die aus einem oder mehreren <strong>LED</strong>-Chips besteht, möglicherweise<br />

mit Optik und thermischer, mechanischer oder elektrischer Schnittstelle.<br />

Z. B.<br />

Cree XP-G <strong>LED</strong>-Komponente<br />

Bridgelux <strong>LED</strong>-Komponente<br />

2. <strong>LED</strong>-Modul. Eine <strong>LED</strong>-Lichtquelle, die sich aus mehreren <strong>LED</strong>-Komponenten zusammensetzt, montiert auf einer PCB (Leiterplatte) oder<br />

auch mit integrierter Elektronik.<br />

Z. B.<br />

3. <strong>LED</strong>-Lampe. Identisch mit einem <strong>LED</strong>-Modul, aber mit Lampenfassung<br />

Z. B.<br />

UM2-Leiterplatte (<strong>ETAP</strong>)<br />

Philips <strong>LED</strong>-Lampe<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

5 | <strong>ETAP</strong>


UPDATE<br />

4. <strong>LED</strong>-Light Engine. <strong>LED</strong>-Modul oder -Lampe mit Betriebsgerät, geeignet für den direkten Anschluss an die Netzspannung.<br />

Z. B.<br />

Philips Fortimo DL-Modul<br />

mit Betriebsgerät<br />

Um eine <strong>LED</strong>-Leuchte zu entwerfen, wählt ein Beleuchtungshersteller eines der vier Integrationsniveaus als Arbeitsgrundlage. Ausgehend von<br />

Niveau 1 bleibt die größte Freiheit, eigene Akzente zu setzen, sowohl bezüglich des Designs als auch hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und der<br />

Lichttechnik. Beim Arbeiten mit den Niveaus 3 oder 4 ergeben sich andere Vorteile, wie logistische Möglichkeiten des Zulieferers und möglichst<br />

geringe Kosten. <strong>ETAP</strong> entscheidet sich bei jeder Produktreihe für das passende Niveau, je nach gewünschtem Endergebnis.<br />

2. <strong>LED</strong>-Modul<br />

1. <strong>LED</strong>-Komponente 4. <strong>LED</strong>-Light Engine<br />

3. <strong>LED</strong>-Lampe<br />

<strong>LED</strong>-Leuchte<br />

In den meisten Fällen (z. B. <strong>LED</strong>+LENS TM Leuchten, R8, UM2) entwickelt <strong>ETAP</strong> Light Engines auf Basis von <strong>LED</strong>-Komponenten. Für die <strong>LED</strong>A-Reihe<br />

verwenden wir <strong>LED</strong>-Leuchtröhren (Niveau 3). Für unsere <strong>LED</strong>-Downlights mit klassischem, sekundärem Reflektor (D1, 2 und 3) nutzen wir dann<br />

wieder <strong>LED</strong>-Module mit Betriebsgerät, also eine fertig einsatzbereite <strong>LED</strong>-Light Engine.<br />

6 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


3. VORTEILE DER <strong>LED</strong>s<br />

VORTEIL 1: LANGE NUTZUNGSDAUER<br />

<strong>ETAP</strong>-Anwendung mit<br />

High Power <strong>LED</strong>s<br />

Typische Werte<br />

High Power <strong>LED</strong>s<br />

Low Power <strong>LED</strong>s<br />

Die Nutzungsdauer der <strong>LED</strong>s wird stark durch die spezifischen<br />

Einsatzbedingungen beeinflusst, wobei der Strom und die<br />

Innentemperatur (und somit auch die Umgebungstemperatur)<br />

die wichtigsten Faktoren sind. Typischer Weise wird von einer<br />

Lebensdauer von 50.000 Stunden ausgegangen. Darunter<br />

verstehen wir die Zeitspanne in der der durchschnittliche<br />

Lichtstrom auf 70% seines Ausgangswertes zurück geht (siehe<br />

Box). Diese Lebensdauer gilt unter der Bedingung, dass die <strong>LED</strong><br />

innerhalb der vorgegebenen Temperaturgrenzen (meist 80-<br />

85°C) verwendet wird. Werden qualitativ hochwertige <strong>LED</strong>s<br />

in Kombination mit einem professionellen Leuchtendesign<br />

verwendet, dann kann dieser Wert auch deutlich höher liegen<br />

(siehe Kapitel 4).<br />

relativer Lichtstrom (%)<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

30<br />

20<br />

10<br />

0<br />

1<br />

10 100<br />

Zeit (h x 1000)<br />

Abb. 4: Abnahme des Lichtstroms in Abhängigkeit zur Zeit<br />

Nutzbare <strong>LED</strong>-Lebensdauer<br />

Bei der Bestimmung der <strong>LED</strong>-Lebensdauer muss zwischen parametrischen Fehlern (Leistungsverlust) und totalem Versagen (<strong>LED</strong><br />

strahlt kein Licht mehr aus) unterschieden werden. Wenn sich Hersteller auf eine Lebensdauer von L70 beziehen, dann ist damit<br />

die Zeit gemeint, in der die Leistung eines bestimmten Prozentsatzes der <strong>LED</strong>s auf 70% des ursprünglichen Lichtstroms absinkt.<br />

Dieser Prozentsatz wird mit B bezeichnet, also zum Beispiel B50 = 50%. Bei dieser Art der Bestimmung der Lebensdauer werden<br />

jedoch nicht alle potenziell möglichen <strong>LED</strong>-Ausfälle berücksichtigt; einige andersartige Ausfälle werden deshalb im Testergebnis nicht<br />

berücksichtigt. Für den Nutzer ist jedoch jede defekte <strong>LED</strong>, unabhängig vom Ausfallgrund, wichtig. Wenn man bei der Bestimmung<br />

der Lebensdauer auch die möglicherweise fehlerhaften oder defekten <strong>LED</strong>s mit einbezieht, dann spricht man von der „F“-Definition<br />

der Lebensdauer, die typischerweise niedriger ist, als die „B“-Definition der Lebensdauer. Zum Beispiel zeigt L70F10 die Zeitspanne,<br />

innerhalb derer 10% der <strong>LED</strong>s auf weniger als 70% des ursprünglichen Lichtstroms absinken oder aus einem anderen Grund versagen.<br />

Internationale Standards und Empfehlungen sind daher bestrebt, die “F“-Definition für die Lebensdauer der <strong>LED</strong>s zu verwenden, oder<br />

sogar verbindlich vorzuschreiben. <strong>ETAP</strong> gibt keinen L70/B50-Wert für Leuchten an, weil dies keine brauchbare Angabe für Beleuchtungsberechnungen<br />

ist. Wir gehen von der angenommenen Anzahl Betriebsstunden aus (projektabhängig) und berechnen daraus<br />

den Lampenlichtstromwartungsfaktor. Bei Büroanwendungen rechnen wir standardmäßig mit 25.000 Betriebsstunden, bei Industrieanwendungen<br />

mit 50.000 (siehe auch Anhang 1).<br />

<strong>LED</strong>s haben eine lange Lebensdauer, sind aber empfindlich gegen zyklische thermische Spannungen und chemische und elektrostatische Einflüsse.<br />

Das Berühren von <strong>LED</strong>-Platinen ohne gute Erdung ist darum unbedingt zu vermeiden. Das Gleiche gilt für das direkte Anschließen von <strong>LED</strong>s an<br />

eine Stromversorgung, die bereits unter Spannung steht, da die auftretenden Spannungsspitzen die <strong>LED</strong> völlig zerstören können.<br />

Halogenlampe<br />

Kompakt-Leuchtstofflampe<br />

Kompakte Metalidampflampe<br />

(CDM-T)<br />

Queksilber-Hochdrucklampe<br />

Lineare Leuchtstofflampe<br />

<strong>LED</strong><br />

5000<br />

0 10000<br />

8000<br />

10000<br />

12000<br />

20000<br />

40<br />

20<br />

50000<br />

0<br />

20000 30000 40000 50000* 60000 60<br />

Stunden<br />

Abb. 5: Typische Werte für die nutzbare Lebensdauer<br />

(vereinfacht dargestellt)<br />

Operating Time (in 1.000 Std.)<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

<strong>LED</strong> = 18x Cree XP-E 4000K @ 350 mA<br />

B50/L70<br />

70 80 90 100 110 120<br />

<strong>LED</strong> Junction-Temperatur Tj (°C)<br />

Abb. 6: Einfluss der Junction-Temperatur<br />

auf die Lebensdauer<br />

* Basierend auf mind. 10.000 Stunden Messdaten (TM-21)<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

7 | <strong>ETAP</strong>


VORTEIL 2: HOHE ENERGIE-EFFIZIENZ MÖGLICH<br />

UPDATE<br />

Kaltweiße <strong>LED</strong>s mit einer Farbtemperatur von 5.000 K (Kelvin) erreichen heute unter Laborbedingungen schon mehr als 160 lm/W. <strong>LED</strong>s mit<br />

einer geringeren Farbtemperatur von 2.700 bis 4.000 K (die am meisten für Beleuchtungsanwendungen in Europa verwendet werden) haben<br />

durchgängig eine geringere Effizienz. Bei diesen Farbtemperaturen sind ab Mitte 2013 Wirkungsgrade von 120 lm/W und mehr im Handel<br />

erhältlich.<br />

Lichtausbeute (lm/W)<br />

120<br />

100<br />

80<br />

60<br />

40<br />

20<br />

Warmweiß<br />

Kaltweiß<br />

K9 (1. Gen.)<br />

K9 (2. Gen.)<br />

Flare (1. Gen.)<br />

R8<br />

UM2<br />

U7/R7/E1<br />

Flare (2. Gen.)<br />

Diese Kurven basieren auf der tatsächlichen<br />

Leistung der <strong>LED</strong>s in der konkreten<br />

Anwendung. Sie können von den Herstellerangaben<br />

bezüglich des produktspezifischen<br />

elektrischen und thermischen Verhaltens<br />

abweichen.<br />

0<br />

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012<br />

2014<br />

Abb. 7: Entwicklung der Lichtausbeute von <strong>LED</strong>s für 2 Farbtemperaturen,<br />

mit Angabe des jeweiligen <strong>ETAP</strong>-Produktes bei einer<br />

Junction-Temperatur im normalen Gebrauch („heisse“ Lumenwerte)<br />

Spezifischer Lichtstrom (lm/W)<br />

Wir beziehen uns hier immer noch auf lm/W der „Lampe“ (wie bei der Leuchtstofflampe) unter Referenz-(Labor-) Bedingungen (25°C Junction-<br />

Temperatur Tj für <strong>LED</strong>s). Unter realen Bedingungen ist der Wirkungsgrad niedriger. Die durch die Leuchte realisierte Effizienz ist noch geringer.<br />

Zur Veranschaulichung ein Beispiel der R7 mit <strong>LED</strong>:<br />

<strong>LED</strong> Pulstest bei 85°, vergleichbar<br />

mit Werten in der Praxis<br />

<strong>LED</strong><br />

mit handelsüblichem Treiber<br />

<strong>LED</strong>-Leuchte<br />

inklusive Optik und Linse<br />

120 lm/W<br />

108 lm/W<br />

95 lm/W<br />

0 20 40 60 80 100 120 140<br />

Lumen/Watt<br />

Abb. 8: R7<br />

Zum Vergleich: Die leistungsfähigste Reflektorleuchte U5 mit Leuchtstofflampe 1x 32 Watt<br />

Leuchtstofflampe<br />

Leuchtstofflampe mit Vorschaltgerät<br />

Leuchte mit Leuchtstofflampe<br />

97 lm/W<br />

89 lm/W<br />

87 lm/W<br />

0 20 40 60 80 100<br />

Lumen/Watt<br />

Abb. 9 U5 Reflektor Leuchte<br />

8 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


<strong>LED</strong>s mit einer hohen Farbtemperatur, also mit kälterem Licht, besitzen einen höheren Wirkungsgrad als die gleichen <strong>LED</strong>s mit einer niedrigeren<br />

Farbtemperatur. Der Leuchtstoff, der gebraucht wird, um die warmweiße Farbe zu erzeugen, enthält nämlich mehr Rot, und die Effizienz dieser<br />

roten Komponente ist geringer, als die der gelben. Dadurch nimmt der Gesamtwirkungsgrad der <strong>LED</strong>s ab. Dieses Phänomen ändert sich bei<br />

5000K. Bei höheren Farbtemperaturen stellen wir keine Zunahme mehr fest. 5000K ist derzeit also die effizienteste Farbtemperatur.<br />

Zum Vergleich:<br />

<strong>LED</strong><br />

2013-2015<br />

Metalldampflampe<br />

Leuchtstofflampe<br />

Quecksilber-Hochdruck-<br />

Gasentladungslampe<br />

Halogenlampe<br />

Glühlampe<br />

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220<br />

Abb. 10: Typische Werte für die Effizienz verschiedener Lichtquellen<br />

lm/W<br />

Vorteil 3: Gute Farbwiedergabe, Auswahl der Farbtemperatur<br />

Farbtemperatur<br />

Die Farbtemperatur einer Lichtquelle für weißes Licht ist definiert als „die Temperatur eines definierten schwarzen Körpers, von dem das<br />

ausgestrahlte Licht den selben Farbeindruck wiedergibt, wie die Farbe der betreffenden Lichtquelle“. Die Farbtemperatur wird in Kelvin (K)<br />

ausgedrückt. Blaues Licht hat eine höhere Farbtemperatur und wird daher als „kälter“ empfunden, als Licht mit einer geringeren Farbtemperatur.<br />

Es gibt verschiedene Unterteilungen und Benennungen, jede mit Verweis zu den erkennbaren Farbtemperaturen:<br />

10,000<br />

9,000<br />

8,000<br />

7,000<br />

Nordlicht (blauer Himmel)<br />

bewölkter Tag<br />

y<br />

0.9<br />

0.8<br />

0.7<br />

0.6<br />

520<br />

540<br />

560<br />

Blaue Blue Led <strong>LED</strong>chip<br />

Phosphor 6000K<br />

Phosphor 3000K<br />

6,000<br />

5,000<br />

4,000<br />

3,000<br />

2,000<br />

1,000<br />

Mittagslicht, direktes Sonnenlicht<br />

Elektronisches Blitzlicht<br />

konventionelle Glühlampe<br />

früher Sonnenaufgang<br />

Glühlampenlicht<br />

Kerzenlicht<br />

500<br />

0.5<br />

0.4<br />

0.3<br />

490<br />

0.2<br />

0.1<br />

0.0<br />

0.0<br />

480<br />

10000<br />

0.0<br />

T c (°K)<br />

6000<br />

580<br />

0.0<br />

5000 3000 2000 1500<br />

600<br />

620<br />

700<br />

470<br />

460<br />

380<br />

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8<br />

x<br />

Abb. 11: Benennung von Farbtemperaturen<br />

Abb. 12: Erzeugung von weißem Licht durch<br />

Leuchtstoff<br />

Bei weißem Licht von RGB-<strong>LED</strong>s (in denen die Farben Rot, Grün und Blau gemischt werden) sind alle Farbtemperaturen möglich, jedoch ist die<br />

Steuerung und Kontrolle im Laufe der Zeit komplex, da alle drei Farben eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit haben. Daher werden<br />

diese seltener für Beleuchtungszwecke eingesetzt.<br />

Bei <strong>LED</strong>s mit Lumineszenz-Konversion wird die Farbtemperatur durch die Wahl des Leuchtstoffs bestimmt.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

9 | <strong>ETAP</strong>


Wie verhält sich das bei der Sicherheitsbeleuchtung?<br />

Bei der Sicherheitsbeleuchtung setzt <strong>ETAP</strong> ausschließlich <strong>LED</strong>s mit hohen Farbtemperaturen ein. Sie sind<br />

effizienter (bis 5000K) und benötigen aus diesem Grund weniger Akku-Kapazität. Darüber hinaus reagiert das<br />

menschliche Auge bei schlechten Lichtverhältnissen sensibler auf bläuliches Licht.<br />

Farbwiedergabe<br />

Der Farbwiedergabe-Index (CRI - Color Rendering Index) einer Lichtquelle gibt die Qualität der Farbwiedergabe der durch die Lichtquelle<br />

beleuchteten Objekte wieder. Um diesem Index zu ermitteln, vergleichen wir die Farbwiedergabe von Objekten, die durch die Lichtquelle<br />

angestrahlt werden, mit der Farbwiedergabe der selben Objekte, wenn sie durch einen Schwarzlichtstrahler (mit der selben Farbtemperatur)<br />

angeleuchtet werden.<br />

Die Farbwiedergabe von <strong>LED</strong>s ist mit der von Leuchtstofflampen vergleichbar und variiert – abhängig von der Farbtemperatur – zwischen 60 und 98.<br />

• Für normale Beleuchtungsanwendungen in Warmweiß oder Neutralweiß verwendet <strong>ETAP</strong> <strong>LED</strong>s mit einer Farbwiedergabe von 80<br />

(der Norm DIN EN 12464-1 entsprechend)<br />

• Für batteriebetriebene Notbeleuchtungssysteme ist die Effizienz wichtiger als die Farbwiedergabe (die Norm fordert hier eine<br />

Farbwiedergabe von 40). Daher setzen wir in der Notbeleuchtung hocheffiziente, kaltweisse <strong>LED</strong>s mit einer Farbwiedergabe von ca. 60 ein.<br />

Bei weißen <strong>LED</strong>s mit Umwandlung durch einen Leuchtstoff wird die Farbwiedergabe auch durch die Wahl des Leuchtstoffes (Phosphor)<br />

beeinflusst. Bei der RGB-Farbmischung werden die drei gesättigten Primärfarben gemischt und ermöglichen so eine hervorragende<br />

Farbwiedergabe. Allerdings sind in diesem Fall die Steuerung und Kontrolle komplizierter.<br />

Zum Vergleich:<br />

Leuchtstoff-Lampen: Ra von 60 bis 98<br />

<strong>LED</strong>s : Ra von 60 bis 98<br />

Glühlampen: Ra von 100<br />

CDM: Ra von 80 bis 95<br />

Natriumdampflampe: Ra von 0<br />

Gut zu wissen…<br />

Eine <strong>LED</strong> mit einer niedrigeren Farbtemperatur (also Warmweiß) hat in der Regel eine höhere (bessere) Farbwiedergabe, als eine <strong>LED</strong><br />

mit höherer Farbtemperatur (Kaltweiß).<br />

UPDATE<br />

Vorteil 4: Stabile Leistung über einen großen Temperaturbereich<br />

Im Vergleich zu Leuchtstofflampen sind <strong>LED</strong>s<br />

weniger empfindlich für die Umgebungstemperatur.<br />

Während der relative Lichtstrom bei Leuchtstofflampen<br />

bei Umgebungstemperaturen über<br />

oder unter 25°C drastisch abnimmt, zeigen <strong>LED</strong>s<br />

nur eine allmählich Abnahme bei höheren Umgebungstemperaturen.<br />

Dies ist ein wichtiger Vorteil<br />

in Umgebungen mit außergewöhnlichen<br />

Temperaturen (< oder > 25°C) oder bei starken<br />

Temperaturschwankungen (z. B. in der Industrie).<br />

Nichtsdestotrotz ist das thermische Konzept von<br />

großer Bedeutung: Ein durchdachter Temperaturhaushalt<br />

ist äußerst wichtig, um eine maximale<br />

Lebensdauer und Lichtleistung zu erreichen<br />

(siehe auch Kapitel 2.4).<br />

Relativer Lichtstrom %<br />

115,0<br />

110,0<br />

105,0<br />

100,0<br />

95,0<br />

90,0<br />

85,0<br />

80,0<br />

75,0<br />

70,0<br />

65,0<br />

60,0<br />

55,0<br />

50,0<br />

45,0<br />

40,0<br />

-30,0 -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0<br />

Umgebungstemperatur °C<br />

Leuchtstofflampe<br />

<strong>LED</strong><br />

Abb. 13: Einfluss der Umgebungstemperatur auf den relativen Lichtstrom<br />

10 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Vorteil 5: Unmittelbare Lichtleistung beim Einschalten<br />

Leuchtstofflampen geben unmittelbar nach dem<br />

Starten noch nicht den vollen Lichtstrom ab. <strong>LED</strong>s<br />

dagegen reagieren sofort auf Veränderungen in der<br />

Stromzufuhr. Unmittelbar nach dem Einschalten<br />

erreichen sie den maximalen Lichtstrom. Sie sind<br />

daher auch sehr gut geeignet für Bereiche, in denen<br />

oft geschaltet wird und das Licht oft nur kurze Zeit<br />

leuchtet.<br />

Das gilt auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen,<br />

in denen <strong>LED</strong>s sogar noch besser funktionieren. Von<br />

diesem Vorteil macht zum Beispiel die E1 mit <strong>LED</strong> für<br />

Tiefkühlanwendungen Gebrauch.<br />

Darüber hinaus können <strong>LED</strong>s – im Gegensatz<br />

beispielsweise zu CDM-Lampen – auch ohne Probleme<br />

wieder eingeschaltet werden, obwohl sie noch warm<br />

sind. Auch häufiges Schalten hat in der Regel keinen<br />

negativen Einfluss auf die Lebensdauer.<br />

Rel. Lichtstrom in Abh. von der<br />

Umgebungstemperatur = 20°C (%)<br />

140,0<br />

120,0<br />

100,0<br />

80,0<br />

60,0<br />

40,0<br />

20,0<br />

0,0<br />

0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00<br />

Zeit (h:mm)<br />

E1 <strong>LED</strong><br />

E1 LEUCHTSTOFFLAMPE MIT ANGEPASSTEN LAMPEN UND VORSCHALTGERÄT FÜR KÜHLRÄUME<br />

E1 MIT VORSCHALTGERÄT FÜR KÜHLRÄUME<br />

Abb. 14: Vergleich des Startverhaltens von <strong>LED</strong>s und Leuchtstofflampen bei -30°C<br />

Vorteil 6: Gut dimmbar über eine große Bandbreite<br />

<strong>LED</strong>s können sehr effizient und über eine große Bandbreite hinweg gedimmt (nahezu von 0% bis 100%), oder dynamisch angesteuert werden.<br />

Dies kann auf Basis standardisierter Dimm-Methoden wie DALI, 1-10 V oder TouchDim erfolgen.<br />

Die Dimmverluste von <strong>LED</strong>s im unteren Dimmbereich sind vergleichbar mit den Verlusten bei Leuchtstofflampen mit modernsten dimmbaren<br />

Vorschaltgeräten. Bei voller Dimmung beträgt der verbleibende Stromverbrauch noch ca. 10% der Nennleistung.<br />

Eingangsleistung (W)<br />

<strong>LED</strong>-Strom (mA)<br />

Abb. 15: Effekt der Dimmung auf die Leistung<br />

<strong>LED</strong>s eignen sich hervorragend zur Integration in programmierte, dynamische Regelsysteme.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

11 | <strong>ETAP</strong>


Vorteil 7: Umweltfreundlichkeit<br />

LCA-Studien (Life Cycle Analysis Studien – sie betrachten die ökologischen Auswirkungen eines Produktes von der Herstellung bis zum<br />

Recycling und zur Wiederverwertung) zeigen, dass <strong>LED</strong>s im Vergleich zu anderen Lichtquellen das Potential haben, in der Zukunft den kleinsten<br />

ökologischen Fingerabdruck zu hinterlassen. Obendrein enthalten sie kein Quecksilber, wie es z. B. bei Leuchtstofflampen der Fall ist.<br />

* Assessment of Ultra-Efficient Lamps; Navigant Consulting Europe; 5. Mai 2009.<br />

Vorteil 8: Keine IR- oder UV-Strahlung<br />

<strong>LED</strong> entwickeln keine ultavioletten (UV-) oder infraroten (IR-) Strahlen.* Das macht sie sehr geeigent für Anwendungen, in denen solche<br />

Strahlungen vermieden werden sollten, wie zum Beispiel Museen, Lebensmittel- oder Bekleidungsgeschäfte.<br />

Die <strong>LED</strong> selbst erzeugt zwar Wärme, aber die wird nach hinten, von dem zu beleuchtenden Objekt weg, geleitet (hierauf kommen wir noch<br />

zurück – siehe Kapital 2 .4). Auch das ausgestrahlte Lichtbündel stellt Energie dar, die bei Absorption in Wärme umgesetzt wird.<br />

* Das Gehäuse selbst generiert IR-Strahlung (durch die Wärme).<br />

4. <strong>LED</strong>-HERSTELLER<br />

Derzeit ist eine kleine Anzahl “dominierender Anbieter” mit eigener Halbleiter-Produktion (für weiße <strong>LED</strong>) auf dem Markt: Zum Beispiel Cree<br />

(US), Philips Lumileds (US), Osram (DE), Nichia (JP) und Toyoda Gosei (JP). Zusätzlich gibt es eine große Anzahl von Herstellern, die Halbleiter-<br />

Materialien und Leuchtstoffe ankaufen und selbst zu Typ 1- oder Typ 2-<strong>LED</strong>-Komponenten zusammen bauen. Beispiele hierfür sind Citizen,<br />

Bridgelux, Luminus, GE, Edison, Seoul Semiconductor, Samsung, Panasonic, Toshiba und LG.<br />

Bei <strong>ETAP</strong> nutzen wir eine Reihe von Kriterien, um die Hersteller auszuwählen, mit denen wir zusammen arbeiten können. Die wichtigsten<br />

Kriterien sind: Leistungsfähigkeit, Preis, Dokumentation (nachweisbare Daten mit Bezug auf die aktuellen Normen) und langfristige<br />

Verfügbarkeit (wichtig für die Kontinuität in unserer Leuchten-Produktion). <strong>ETAP</strong> arbeitet, abhängig von der Anwendung, mit mehreren der<br />

oben genannten Lieferanten zusammen.<br />

5. DIE ZUKUNFT DER <strong>LED</strong>s<br />

Die <strong>LED</strong>-Technologie entwickelt sich schnell.<br />

• Der spezifische Lichtstrom von <strong>LED</strong>s erhöht sich rasant. Heute lassen sie in Sachen Lichtleistung Halogen-, Glüh- und<br />

Kompaktleuchtstofflampen weit hinter sich. In Bezug auf Effizienz und/oder spezifischer Leistung übertreffen einige <strong>LED</strong>-Leuchten<br />

(wie beispielsweise die U7- oder die R7-Reihe) sogar schon die effizientesten Leuchten mit Leuchtstofflampen. Man kann in etwa<br />

sagen, dass in den vergangenen Jahren der Preis für das gleiche Lumenpaket um 25% zurückgegangen ist, oder dass man für den<br />

gleichen Preis 10% mehr Lichtausbeute erhält. Im Allgemeinen ist jedoch ein Limit von 180 bis 200 lm/W für warme Farben zu<br />

erwarten.<br />

• Es werden ständig neue Technologien entwickelt, um Effizienz und Wirtschaftlichkeit auf lange Sicht zu verbessern.<br />

• Es gibt eine immer bessere Kontrolle der Farbe und somit ein engeres Farben-Binning, wodurch einige Hersteller sogar nur noch ein<br />

Bin anbieten (3 SDCM). (Weitere Informationen zum Binning in Kapitel 2.5)<br />

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UPDATE<br />

6. O<strong>LED</strong>S, EINE NEUE ART VON BELEUCHTUNG<br />

O<strong>LED</strong> steht für Organic Light Emitting Diode. Wie der Name bereits sagt, handelt es sich dabei um eine Variante der traditionellen <strong>LED</strong>. <strong>LED</strong>s<br />

basieren allerdings auf kristallinem, anorganischem Material (z. B. Galliumnitrid), wohingegen O<strong>LED</strong>s organische Makromoleküle auf Basis von<br />

Kohlenwasserstoffverbindungen nutzen, um Licht zu erzeugen.<br />

O<strong>LED</strong>s in verschiedensten Formen (z.B. Philips Lumiblade)<br />

Punkt contra Oberfläche<br />

Der Unterschied zwischen O<strong>LED</strong> und <strong>LED</strong> besteht aber nicht nur im Material, sondern auch in der Art der Beleuchtung. Während die <strong>LED</strong><br />

eine typische Punktlichtquelle ist, werden O<strong>LED</strong>s eingesetzt, um Licht über eine vorgegebene Oberfläche zu verteilen. Konkret werden die<br />

organischen, lichterzeugenden Teilchen in einer hauchdünnen Schicht auf einer Platte aus Glas oder einem anderen transparenten Material<br />

aufgebracht und mit einer Kathode und einer Anode verbunden. Diese Schicht leuchtet auf, wenn an Kathode und Anode Spannung angelegt<br />

wird. Durch eine Kombination der entsprechenden Materialien können O<strong>LED</strong>s Licht in einer bestimmten Farbe erzeugen.<br />

Abdeckplatte aus Glas<br />

Metallkathode<br />

organische Schicht<br />

transparente Anode<br />

Glasträger<br />

Licht<br />

Abb. 16: Aufbau einer O<strong>LED</strong><br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

13 | <strong>ETAP</strong>


UPDATE<br />

Komplementär zur <strong>LED</strong><br />

Aus diesem fundamentalen Unterschied zwischen <strong>LED</strong> und O<strong>LED</strong> wird sofort klar, warum die beiden Technologien als komplementär angesehen<br />

und auch in Zukunft nebeneinander Verwendung finden werden. O<strong>LED</strong>s produzieren ein ruhiges, diffuses und nicht blendendes Licht über<br />

eine bestimmte Oberfläche, wohingegen <strong>LED</strong>s sich perfekt zur Erzeugung von Lichtbündeln eignen, die dann ausgerichtet und verteilt<br />

werden können. Die O<strong>LED</strong>s als Oberflächen-Lichtquelle mit einer perfekt gleichmäßigen Ausleuchtung eignen sich natürlich äußerst gut für<br />

Anwendungen wie Rettungszeichenleuchten. Außerdem sind sie auch vielversprechend für Anwendungen in der allgemeinen Beleuchtung,<br />

wie zum Beispiel als lichtspendende Flächen.<br />

Leistungsfähigkeit<br />

Die O<strong>LED</strong>-Technologie befindet sich heute noch in der Entwicklung. Hinsichtlich Leistung und Lebensdauer können sie heute sicher<br />

noch nicht mit <strong>LED</strong>s mithalten. So erzielen O<strong>LED</strong>s eine Lichtleistung von 60 lm/W im Vergleich zu 140 lm/W bei <strong>LED</strong>s. Für den Einsatz in<br />

Rettungszeichenleuchten sind sie allerdings schon nah genug an der Leistung bestimmter <strong>LED</strong>-Produkte, da sie für diese Art der Anwendung<br />

naturgemäß einfach besser geeignet sind. Genau wie bei den <strong>LED</strong>s wird erwartet, dass die Leistung von O<strong>LED</strong>s durch neue Entwicklungen noch<br />

stark zunimmt.<br />

O<strong>LED</strong> Roadmap<br />

Jahr 2013 2015 2018<br />

Spezifischer Lichtstrom 60 lm/W 90 lm/W 130 lm/W<br />

Lebensdauer (L70) 15 000 u 20 000 u 40 000 u<br />

Helligkeit 4 500 cd/m 2 5 000 cd/m 2 > 5 000 cd/m 2<br />

Lichtausbeute 12 000 lm/m 2 15 000 lm/m 2 >15 000 lm/m 2<br />

Farbwiedergabe (CRI) > 90 > 92 > 95<br />

Max. Abmessungen 120*120 mm 170*170 mm 400*400 mm<br />

Abb. 17: O<strong>LED</strong> Roadmap. Aktuelle und erwartete Leistung von O<strong>LED</strong>s (Quelle: Philips)<br />

Auch die Oberfläche, die mit einem einzigen O<strong>LED</strong>-Modul beleuchtet werden kann, befindet sich noch in der Entwicklung. Bei Fernsehern<br />

besteht der Bildschirm aus verschiedenen O<strong>LED</strong>-Pixeln, weil dort die Bildauflösung eine Rolle spielt. Bei Beleuchtungsanwendungen haben wir<br />

hingegen das Ziel, mit einem Modul eine möglichst große Oberfläche auszuleuchten. Die Vorteile dabei sind, dass wir diese einfach ansteuern<br />

können und keine Verpixelungs-Effekt entsteht. Heute sind Lichtpaneele mit einer Größe von 15 cm x 15 cm bereits standardmäßig erhältlich,<br />

in der Zukunft gehören Oberflächen von bis zu 1 m 2 sicher zu den Möglichkeiten.<br />

Der Einsatz von organischen Materialien – die relativ schnell altern und sehr empfindlich gegen Luft und Feuchtigkeit sind – hat eine<br />

relativ begrenzte Lebensdauer zur Folge. Heute geht man von 15.000 Betriebsstunden aus (bei um 30 % verringerter Lichtleistung und einer<br />

kontinuierlichen Ansteuerung von 4500 cd/m 2 ). Die Weiterentwicklung der verwendeten Materialien, Schutzschichten und Produktionstechniken<br />

wird hier große Verbesserungen mit sich bringen.<br />

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UPDATE<br />

Flexibel und transparent?<br />

Heute werden O<strong>LED</strong>s noch fast ausschließlich auf Glas aufgebracht. Die<br />

Forschung konzentriert sich jetzt aber auf die Möglichkeiten, wie O<strong>LED</strong>s<br />

auf flexiblere Materialien aufgebracht werden können, um verformbare<br />

Beleuchtungspaneele zu erlauben. Damit würde jede Oberfläche – ob<br />

eben, gebogen oder sogar elastisch – zur potentiellen Lichtquelle. Stellen<br />

Sie sich leuchtende Wände, Möbel, Gardinen oder Kleidungstücke vor.<br />

Ein anderer Forschungsbereich ist die Entwicklung von transparenten<br />

O<strong>LED</strong>-Paneelen. Derzeit bilden nicht leuchtende O<strong>LED</strong>s noch eine<br />

reflektierende Oberfläche. Transparente Paneele könnten dann zum<br />

Beispiel tagsüber als Fenster fungieren und bei Dunkelheit für eine<br />

angenehme Beleuchtung sorgen. Das macht die O<strong>LED</strong>s zu einer<br />

besonders vielversprechenden Beleuchtungstechnologie mit nahezu<br />

endlos vielen Anwendungsgebieten.<br />

O<strong>LED</strong>s als interaktiver Spiegel<br />

<strong>ETAP</strong> führt die O<strong>LED</strong>-Technologie in die Sicherheitsbeleuchtung ein<br />

Ende 2013 stellt <strong>ETAP</strong> als Erster eine Rettungszeichenleuchte auf der Grundlage von<br />

O<strong>LED</strong>s vor. Dank der niedrigen Beleuchtungsstärken und der homogenen Ausleuchtung<br />

sind O<strong>LED</strong>s hierfür besonders geeignet.<br />

K4, Rettungszeichenleuchtenreihe<br />

mit O<strong>LED</strong><br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

15 | <strong>ETAP</strong>


Kapitel 2: Leuchten mit <strong>LED</strong>s konstruieren<br />

1. CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN<br />

<strong>LED</strong>s sind im Vergleich zu herkömmlichen Lichtquellen, wie Leuchtstofflampen, sehr klein. Mit anderen Worten, die <strong>LED</strong>-Lichtquelle einer<br />

Leuchte kann, anders als z. B. bei Leuchtstofflampen, über die gesamte Oberfläche angeordnet werden. Das ermöglicht ein schlankeres<br />

Leuchtendesign und einen viel kreativeren Umgang mit Formen.<br />

Aber beim Entwerfen von <strong>LED</strong>-Leuchten stehen wir vor mehr als nur einer Herausforderung. Wir müssen zuerst die richtigen <strong>LED</strong>s für den<br />

jeweiligen Anwendungszweck auswählen. Leistung, Lichtausbeute, Temperaturverhalten, Lebensdauer, Farbtemperatur und Preis sind dabei<br />

wichtige Parameter. Das Design und die Integration von Optiken (Linsen, Diffusoren, Reflektoren) sorgen für die gewünschte Lichtverteilung.<br />

Der Wärmehaushalt von <strong>LED</strong>-Leuchten ist ausschlaggebend für ihre Leistungsfähigkeit. Und das alles möchten wir auch noch in einem<br />

ansprechenden Design verpacken.<br />

Mechanisches<br />

Design<br />

Elektrisches<br />

Design<br />

Optisches<br />

Design<br />

Thermisches<br />

Design<br />

Ästhetisches<br />

Design<br />

Neues 3D-Design +<br />

Herstellungsverfahren<br />

Abb. 18: D4 Downlight Design<br />

16 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


2. DIE RICHTIGE LICHTVERTEILUNG<br />

Die meisten <strong>LED</strong>s haben eine breite Lichtverteilung und strahlen das Licht in einem Winkel von 80 bis 140° aus (voller Winkel). Mit der Hilfe von<br />

sekundären und tertiären Optiken (Linsen, Diffusoren, Reflektoren oder Kombinationen dieser drei) lassen sich spezifische Lichtverteilungen<br />

erreichen. Die richtige Lichtverteilung ist wichtig, um in jeder Anwendung die spezifische Leistung und damit auch den Energieverbrauch so<br />

gering wie möglich zu halten.<br />

a. Refraktoren und Linsen<br />

Handelsübliche Linsen-Optiken<br />

Beispiel: Flare Spots mit einer sehr fokussierten Lichtverteilung.<br />

<strong>ETAP</strong>-spezifische Linsen<br />

Beispiel aus der Beleuchtung:<br />

<strong>LED</strong>+LENS TM Serien z.B. R7 mit breit strahlenden Linsen.<br />

Beispiel aus der Sicherheitsbeleuchtung:<br />

K9 Antipanikleuchte, extrem breitstrahlend<br />

b. Reflektoren<br />

Beispiel: D1 mit <strong>LED</strong>-Modul<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

17 | <strong>ETAP</strong>


c. Diffusoren und lichtleitende Folien<br />

Beispiel: UM2 <strong>LED</strong> mit MesoOptics TM<br />

Beispiel: R8 <strong>LED</strong> mit HaloOptics® Diffusor.<br />

d. Lichtleiter<br />

Beispiel aus der Beleuchtung: UW<br />

Beispiel aus der Sicherheitsbeleuchtung: K7<br />

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3. DIE LEUCHTDICHTEN UNTER KONTROLLE<br />

Mit der stetigen Zunahme der <strong>LED</strong>-Leistung und Wattage steigt auch die Leuchtdichte der Lichtquellen rasch an. Diese Leuchtdichten können<br />

schnell 10 bis 100 Millionen cd/m² betragen, denn je kleiner die Licht emittierende Oberfläche ist, desto größer kann die Leuchtdichte der<br />

Lichtquelle werden.<br />

Einige Beispiele von Leuchtdichten:<br />

• Lineare Leuchtstofflampe - T8 14.000 cd/m²<br />

• Lineare Leuchtstofflampe - T5 15.000 - 20.000 cd/m² 17.000 cd/m² (HE) und 20.000 - 33.000cd/m² (HO)<br />

• Kompaktleuchtstofflampe 26 W 50.000 cd/m²<br />

• “Nackte” <strong>LED</strong> 3 W (100 lm) 100.000.000 cd/m²<br />

• Sonne 1.000.000.000 cd/m² (=10 x <strong>LED</strong>!)<br />

Ein durchdachtes optisches Design ist deshalb absolute Notwendigkeit, um das Licht dieser hellen Punktquellen zu streuen, direkten Einblick<br />

zu vermeiden und Blendung zu verringern. Hierfür können wir sowohl Linsen, als auch Reflektoren und Diffusoren einsetzen. Einige Beispiele:<br />

• Flare Downlights (UGR


Aber es ist nicht nur der Lichtstrom, der in Abhängigkeit von der Temperatur sinkt. Auch die nutzbare Lebensdauer wird negativ beeinflusst,<br />

wenn die Temperatur einen kritischen Wert übersteigt. Deshalb ist eine gute Wärmeableitung wichtig.<br />

relativer Lichtstrom<br />

Betriebsdauer (h)<br />

Abb. 20: Abnahme des Lichtstroms im Verhältnis zur Zeit bei verschiedenen Junction-Temperaturen<br />

Ein gutes Temperatur-Management ist daher essentiell. Die Wärmeableitung der <strong>LED</strong> in die Umgebung<br />

erfolgt in aufeinander folgenden Stufen (durch verschiedene thermische Widerstände):<br />

• Die von der <strong>LED</strong> erzeugte Wärme wird durch das Substrat bis an den Lötpunkt geleitet.<br />

(1, in der <strong>LED</strong>).<br />

4<br />

• Von da aus wird die Wärme über die <strong>LED</strong>-Leiterplatte verteilt (2).<br />

• Durch die thermisch leitende Schnittstelle (3) oder TIM (Thermal Interface Material) für<br />

die Wärmeübertragung zwischen Leiterplatte und Kühlkörper wird die Wärme über den<br />

Kühlkörper verteilt (4).<br />

3<br />

• Durch Konvektion und Strahlung wird die Wärme in die Umgebung abgeleitet.<br />

Freie Luftströmung rund um die Leuchte ist für eine gute Wärmeableitung sehr wichtig. Darum ist das<br />

thermische Verhalten einer <strong>LED</strong>-Leuchte bei einer Anbau-Leuchte anders als bei einer Einbau-Leuchte. Bei der Einbau-Version muss immer<br />

ausreichend freier Raum um die Leuchte zur Verfügung stehen (Achtung: Deshalb keine Isolierung direkt oberhalb der Leuchte!). Auch die<br />

Wartung (staubfrei halten) des Kühlkörpers trägt zu einem guten Temperatur-Management bei.<br />

1<br />

2<br />

Abb. 21-22: Wärmestudien für D3 (links) und E7 (rechts)<br />

20 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


5. BINNING FÜR EINE KONSTANTE LICHTQUALITÄT<br />

Bei der Herstellung zeigen <strong>LED</strong>s aus der gleichen Charge oder Serie verschiedene<br />

Eigenschaften, zum Beispiel bezüglich Intensität und Farbe. Der Einsatz eines Mix<br />

verschiedener <strong>LED</strong>s in einer Leuchte würde daher zwangsläufig zu verschiedenen<br />

Lichtstärkeniveaus und verschiedenen Lichtfarben führen. Deshalb müssen wir<br />

ein „Binning“ durchführen, also die <strong>LED</strong>s nach Klassen einteilen oder gruppieren.<br />

“Binning” ist das Sortieren der <strong>LED</strong>s nach bestimmten Kriterien, wie<br />

BIN 2<br />

BIN 1<br />

• Colour Binning: Das Sortieren nach Farbkoordinaten (x; y), rund um<br />

eine individuelle Farbtemperatur;<br />

• Flux Binning: Das Sortieren nach Lichtstrom, gemessen in Lumen (lm);<br />

• Voltage Binning: Das Sortieren nach der Durchlass-Spannung,<br />

gemessen in Volt.<br />

Durch die Auswahl eines bestimmten „Farb-Bins“ wird eine gleichbleibende<br />

Farbqualität des Lichts garantiert. <strong>LED</strong>s aus dem selben „Bin“ haben also das<br />

gleiche Erscheinungsbild. Unterschiede in den „Farbbins“ fallen beispielsweise<br />

bei der gleichmäßigen Beleuchtung einer Wand stark auf.<br />

Bei der Betrachtung der Farbwahrnehmung wird die sogenannte „Mc Adam-<br />

Ellipse“ verwendet (siehe Abbildung*) Diese Ellipse ist ein Bereich im CIE-<br />

Diagramm, der alle Farben umfasst, die das menschliche Auge nicht von der<br />

Farbe im Zentrum dieser Ellipse unterscheiden kann. <strong>LED</strong>-Hersteller verwenden<br />

SDCM (Standardabweichung Colour Matching), wobei 1 SDCM gleich 1 McAdam<br />

ist.<br />

y<br />

0.9<br />

0.8<br />

0.7<br />

0.6<br />

500<br />

0.5<br />

0.4<br />

0.3<br />

490<br />

0.2<br />

0.1<br />

0.0<br />

0.0<br />

520<br />

480<br />

Abb. 23: Prinzip des Binnings<br />

540<br />

560<br />

580<br />

BIN 3<br />

600<br />

620<br />

700<br />

470<br />

460<br />

380<br />

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8<br />

Abb. 24: Darstellung der McAdam-Ellipsen<br />

(Quelle: Wikipedia)<br />

x<br />

Wie führt <strong>ETAP</strong> Binning durch bei allgemeiner Beleuchtung?<br />

<strong>ETAP</strong> verwendet einen systematischen Ansatz, um die Einheitlichkeit auf allen Ebenen zu gewährleisten:<br />

• Für jede Leuchte verwenden wir ausschließlich <strong>LED</strong>s mit<br />

einer Abweichung von weniger als 2 SDCM. Für einige<br />

Optiken kann dieser Wert abweichen. Für Diffusoren<br />

gilt zum Beispiel ein Variation von 4 SDCM, weil die<br />

<strong>LED</strong>s in dieser Optik nicht einzeln sichtbar sind.<br />

• Wir kennzeichnen die verschiedenen, bestückten<br />

Leiterplatten gemäß ihrer Farbbins und notieren<br />

diesen, so dass wir immer wissen, aus welchem Farbbin<br />

die jeweilige <strong>LED</strong> stammt.<br />

• Innerhalb einer Teillieferung von <strong>LED</strong>-Leuchten liefern<br />

wir immer Leuchten mit dem gleichen Farbcode.<br />

• Bei Teillieferungen, die über einen längeren Zeitraum<br />

hinweg erfolgen, kann das nicht garantiert werden. In<br />

diesem Fall sind Farbabweichungen von bis zu 4 SDCM<br />

möglich.<br />

Colour bin<br />

Flux bin<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

21 | <strong>ETAP</strong>


25 V RMS<br />

< V < 60 V RMS<br />

< 60 V DC<br />

< V < 120 V DC<br />

Abb. 25: Darstellung von Bins bei verschiedenen Farbtemperaturen<br />

(grün 2 SDCM; rot 7 SDCM)<br />

6. ELEKTRISCHE SICHERHEIT<br />

<strong>LED</strong>s arbeiten bei niedriger Spannung (typischerweise etwa 3V): Daher wird oft angenommen, dass man sich um die elektrische Sicherheit keine<br />

besonderen Gedanken machen muss. In heutigen <strong>LED</strong>-Leuchten kann Spannung bis zu 100V und mehr gemessen werden. Dementsprechend<br />

müssen zusätzliche Maßnahmen zur Betriebssicherheit ergriffen werden.<br />

Schaltet man <strong>LED</strong>s in Reihe, erhöht sich die Spannung<br />

<strong>LED</strong>s in Leuchten für die Allgemein-Beleuchtung werden, soweit möglich, in Reihe geschaltet. Die logische Konsequenz daraus ist ein Anstieg<br />

der Spannung. Einer der Vorzüge von <strong>LED</strong>s ist die niedrige Spannung von durchschnittlich 3V mit der jede einzelne <strong>LED</strong> arbeitet. Schaltet man<br />

aber innerhalb einer Leuchte 30 <strong>LED</strong>s in Reihe, dann liegt die Spannung schon bei 90V. Es gibt sogar Betriebsgeräte für <strong>LED</strong>s, die eine Spannung<br />

von mehr als 200V bereitstellen. Diese Betriebsgeräte müssen zusätzlich elektrisch abgesichert werden.<br />

Ab 24V ist eine zusätzliche Isolierung notwendig<br />

Internationale Normen (IEC 61347) verlangen, dass bei Spannungen über 24V* zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind, um die Leuchte<br />

betriebssicher zu machen. In erster Linie muss sichergestellt werden, dass die <strong>LED</strong> und alle stromführenden Teile von außen nicht zugänglich<br />

sind. Die Lösung muss so aussehen, dass die <strong>LED</strong> erst nach dem Öffnen der Leuchte mit einem speziellen Werkzeug zugänglich ist. Darüber<br />

hinaus muss eine gute Basisisolierung zwischen allen berührbaren, leitfähigen Teilen der Leuchte und allen spannungsführenden Teilen<br />

bestehen. Wir stellen in jedem Fall genug Luft und Raum für Wartung sicher und nutzen elektrisch isolierendes Material, ohne das der<br />

Wärmehaushalt darunter leidet.<br />

AC<br />

DC<br />

V< 25 V RMS<br />

(I RMS<br />

< 0,7 mA) < 60 V DC<br />

(I DC<br />

< 2 mA)<br />

60 V RMS<br />

< V < 120 V RMS<br />

Abb. 26: Entsprechend dem internationalen Standard IEC 61247 besteht bis zu 24V (AC) oder 60V (DC) kein Berührungsrisiko (grün).<br />

Bei <strong>LED</strong> Leuchten mit höherer Ausgangsspannung (rot) sind zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.<br />

*Auch die Schutzklasse des Treibers kann evtl. zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich machen.<br />

22 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


7. VERÖFFENTLICHUNG DER KORREKTEN DATEN<br />

Über viele Jahre wurde die Effizienz von Leuchten mit Leuchtstofflampen in Prozentwerten ausgedrückt; ein Hinweis darauf, wie gut eine<br />

Leuchte das von der Lampe erzeugte Licht nutzt. Mit dem Beginn des <strong>LED</strong>-Zeitalters spricht man von Lumen pro Watt, also Lichtstrom der<br />

Leuchte im Verhältnis zur eingesetzten Leistung. Es ist wichtig, dass die Effizienz der gesamten Leuchte in Betracht gezogen wird: Sowohl die<br />

Effizienz der Lichtquelle, als auch die der Leuchte.<br />

Die Effizienz einer Leuchte mit Leuchtstofflampe wurde durch den Vergleich des Lichtstroms der Leuchte mit dem der “nackten” Lampe ermittelt.<br />

Eine Angabe der Effizienz in Prozent ist sehr anschaulich. Sie verdeutlicht, wie effizient eine Leuchte mit einer bestimmten Menge an Licht umgeht.<br />

Das ist auch der Grund, warum diese Angabe zum Standard für Beleuchtungslösungen mit Leuchten mit Leuchtstofflampen geworden ist. Dieser<br />

Prozentwert ist sehr leicht zu ermitteln: Man misst den Lichtstrom der Leuchte mit Lampe und vergleicht ihn mit dem der „nackten“ Lampe.<br />

Eine „nackte“ <strong>LED</strong> ist keine brauchbare Referenz<br />

Bei Beleuchtungslösungen mit <strong>LED</strong> ist die Vorgehensweise wie bei Leuchtstofflösungen nicht möglich, da die „nackte“ <strong>LED</strong> keine absolute<br />

Referenz darstellt. Zum einen gibt es unterschiedliche Typen von <strong>LED</strong>s. Das Produkt ist nicht standardisiert. Des Weiteren gibt es (ab Werk)<br />

Unterschiede im Lichtstrom und der Farbtemperatur. Momentan existiert keine einheitliche Standardmessmethode für den Lichtstrom einer<br />

„nackten“ <strong>LED</strong>. Am wichtigsten ist jedoch die Tatsache, dass der Lichtstrom extrem temperaturabhängig ist. Eine <strong>LED</strong> emittiert bei 25°C sehr viel<br />

mehr Licht, als innerhalb einer Leuchte bei wesentlich höheren Temperaturen. Das ist der Grund, warum eine Angabe der Effizienz in Prozent<br />

in den meisten Fällen zu falschen Angaben führen würde.<br />

Lichtausbeute von Lampe und Leuchte<br />

Deshalb setzt sich im Beleuchtungsmarkt ein anderes Effizienzkonzept durch. Wir schauen heute nicht mehr nur auf die Leuchte alleine,<br />

sondern auf die Kombination von Lampe und Leuchte. Es wird zunehmend mit lm/W gearbeitet, basierend auf der Menge an Energie die<br />

nötig ist, um einen bestimmten Lichtstrom zu erzeugen. Das ist vielleicht nicht so anschaulich wie die Angabe in Prozent, dafür aber genauer.<br />

Man darf auch nicht vergessen, dass die Leistung einer <strong>LED</strong>-Lösung von einer Vielzahl von Faktoren wie der Kühlung, dem Betriebsgerät, der<br />

Energiedichte und dem Warm-Kalt-Faktor (der Abfall des Lichtstroms wenn die Temperatur steigt) abhängt. Eine gute Kühlung ist wesentlich<br />

und die lm/W Angabe berücksichtigt das: Je besser die Kühlung, desto höher der Lichtstrom bei gleicher Leistung. Bei <strong>ETAP</strong> versuchen wir mit<br />

unseren <strong>LED</strong>-Leuchten stets optimale Werte zu erzielen. Derzeit können 80 lm/W für eine Leuchte als sehr energieeffizient angesehen werden.<br />

Aber da sich <strong>LED</strong>s fortlaufend weiterentwickeln, werden sich auch die Standards ändern.<br />

Abb. 27: Im Produktdatenblatt auf der <strong>ETAP</strong> Website sind beide Werte, sowohl der Leuchtenlichtstrom,<br />

als auch der spezifische Lichtstrom aufgeführt. (Website Screenshot)<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

23 | <strong>ETAP</strong>


Neben dem spezifischen Lichtstrom, können weitere Informationen über <strong>LED</strong>s auf der <strong>ETAP</strong>-Website abgerufen werden:<br />

• Fotobiologische Sicherheitsklasse<br />

• Farbtemperatur<br />

• Stromverbrauch<br />

• Typ des Betriebsgeräts: dimmbar oder nicht dimmbar<br />

• Leistungsfaktor<br />

• Wartungsfaktor<br />

8. OBJEKTIVE INFORMATIONEN ZUR QUALITÄT<br />

Die europäische Beleuchtungsindustrie hat einen Katalog mit objektiven Kriterien für die Publikation vergleichbarer Leistungsdaten von <strong>LED</strong>-<br />

Leuchten fertig gestellt. Denn Verbraucher können nur Aussagen von Herstellern beurteilen, wenn diese die Leistungsdaten ihrer <strong>LED</strong>-Leuchten<br />

auf einheitliche Art und Weise messen und veröffentlichen.<br />

Aussagen nicht nachvollziehbar oder vergleichbar<br />

Bisher gibt es in Europa noch keinen gesetzlichen oder normativen Rahmen für die Beurteilung der Qualität von <strong>LED</strong>-Leuchten. Bislang<br />

veröffentlichten die Hersteller zwar Leistungsdaten, aber es war kaum möglich, diese miteinander zu vergleichen. Ein Beispiel: Einige Hersteller<br />

publizieren gute Werte für die Lebensdauer ihrer <strong>LED</strong>-Leuchten, erklären jedoch nicht, wie sie auf diese Werte kommen. Oder sie veröffentlichen<br />

Werte zur Lichtausbeute und Lebensdauer der <strong>LED</strong>-Lichtquelle, obwohl beide extrem von der verwendeten Optik und dem Design der Leuchte<br />

abhängen. Diese uneinheitlichen Angaben machen es Benutzern schwer, weil sie oft „Äpfel mit Birnen“ vergleichen müssen.<br />

Europäische Qualitäts-Charta ausgearbeitet<br />

Der Dachverband der Vereinigung nationaler Hersteller von Leuchten und elektrotechnischen Komponenten für Leuchten in der Europäischen Union<br />

(<strong>Lighting</strong> Europe) hat einen Leitfaden zur Beurteilung von Qualitätskriterien und Leistungsdaten von <strong>LED</strong>-Leuchten, den so genannten “Äpfel-und-Birnen-<br />

Leitfaden” veröffentlicht, an dessen Erarbeitung <strong>ETAP</strong> aktiv mitgewirkt hat. <strong>ETAP</strong> kämpft mittlerweile seit einigen Jahren für eine bessere Transparenz<br />

und Struktur bei der Veröffentlichung von Qualitätsindikatoren für <strong>LED</strong>-Leuchten. In den Vereinigten Staaten und einer Reihe von einzelnen (Nord-)<br />

europäischen Ländern, ist man da schon weiter. In den letzten Jahren hat <strong>ETAP</strong> intern eine eigene Richtlinie verfasst, die weitgehend vom skandinavischen<br />

Modell inspiriert ist. Diese Elemente wurden nun auch von der <strong>Lighting</strong> Europe aufgegriffen. Die <strong>Lighting</strong> Industry Liaison Group hat ebenfalls einen<br />

Leitfaden für die Spezifikation von Leuchten mit <strong>LED</strong>-Technologie (Guidelines for Specification of <strong>LED</strong> <strong>Lighting</strong> Products 2011) herausgegeben.<br />

Qualitätsindikatoren für die komplette Leuchte<br />

Die neue Richtlinie enthält erstmals einheitliche Kriterien für die Messung und Veröffentlichung von Leistungsdaten und Qualitätsmerkmalen<br />

der kompletten Leuchten:<br />

- Die gesamte Leistungsaufnahme (W) der Leuchte inklusive Betriebsgerät (Driver), den abgegebenen Lichtstrom (lm) und die Effizienz<br />

= Output/Input (lm/W)<br />

- Darstellung der Lichtstärke (cd) im Polardiagramm<br />

- Eine photometrische Kodierung, die eine Aussage über die Lichtqualität macht (Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex, Farbsättigung<br />

und Lichtstrom)<br />

- Einen Wartungswert, der die Lichtstromabnahme über die Zeit, die zu erwartende Lebensdauer, den verbleibenden Lichtstrom in<br />

Prozent und die Ausfallrate angibt (siehe unten).<br />

- Die Umgebungstemperatur (°C) für die die veröffentlichten Werte gelten.<br />

Verwendet Ihr Lieferant einen verlässlichen Wartungsfaktor?<br />

Die oben erwähnte Richtlinie für den Wartungsfaktor bezieht sich auf überprüfbare und messbare, qualitative Attribute einer Leuchte.<br />

In der Praxis ist diese Richtlinie normaler Weise für eine Zeitspanne von 6.000 Stunden, oder im besten Fall 12.000 Stunden ausgelegt. In<br />

24 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Beleuchtungsstudien arbeiten wir aber mit einem Leistungsverlust nach 25.000 (entspricht in den meisten Standardanwendungen in etwa 10<br />

Jahren), 35.000 oder sogar 50.000 Brennstunden. Dafür müssen die Daten hochgerechnet werden. Da die Richtlinie hierzu keine Aussage trifft,<br />

wendet <strong>ETAP</strong> die amerikanische Vorschrift TM21 an. Basierend auf dieser Vorschrift rechnet <strong>ETAP</strong> seine Angaben so hoch, dass für jedes Projekt<br />

der entsprechende Wartungsfaktor verwendet wird. So kann man sicher sein, dass eine Beleuchtungslösung die Erwartungen auch am Ende der<br />

Lebensdauer noch erfüllt. Die Lebensdauer einer Leuchte wird immer durch ihr schwächstes Glied bestimmt, das nicht die <strong>LED</strong> selber sein muss,<br />

sondern beispielsweise auch die Spannungsversorgung sein kann. <strong>ETAP</strong> berücksichtigt das auch in den Berechnungen.<br />

allgemeine Daten LLMF (%)<br />

F (lm) P (W) lm/W 25.000 h 35.000 h<br />

UM2**/<strong>LED</strong>W45 3107 38 82 95 89<br />

UM2**/<strong>LED</strong>N45 3295 38 87 95 89<br />

Abb. 28: Um Daten zu extrapolieren, verwendet <strong>ETAP</strong> die amerikanische Richtlinie TM21 (zB. UM2 <strong>LED</strong> mit Lamp Lumen Maintenance Factor)<br />

UPDATE<br />

9. FOTOBIOLOGISCHE SICHERHEIT<br />

Der Europäische Standard für fotobiologische Sicherheit EN 62471 beschreibt eine Klassifizierung, die angibt, ob eine Lampe oder Leuchte ein<br />

Risiko für Augen- oder Hautverletzungen darstellt. Auf Grund der hohen Leuchtdichten, die High Power <strong>LED</strong>s erzeugen, besteht ein potentielles<br />

Risiko für Augenverletzungen. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die fotobiologische Sicherheit korrekt gemessen und klar publiziert wird.<br />

Das Licht aus der <strong>LED</strong> enthält nahezu keine Anteile aus dem ultravioletten oder infraroten Spektrum und ist daher für die Haut absolut unbedenklich.<br />

Allerdings enthält es eine starke Spitze im blauen Spektrum, die beim direkten Blick in eine helle Lichtquelle (über einen längeren Zeitraum) zu<br />

irreversiblen Schäden an der Netzhaut, der so genannten Photoretinitis (Blaulichtgefährdung) führen kann (Blue Light Hazard - BLH).<br />

100<br />

4000K<br />

80<br />

Relative Relative Radiant Strahlung Power (%) (%)<br />

60<br />

40<br />

20<br />

0<br />

400 450 500 550 600 650 700 750<br />

Wellenlänge Wavelength (nm)<br />

Abb. 29: Da Licht aus <strong>LED</strong>s eine starke Spitze im blauen Spektrum beinhaltet,<br />

müssen ausreichende Schutzmaßnahmen ergriffen werden.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

25 | <strong>ETAP</strong>


UPDATE<br />

Vier Risikogruppen<br />

Ob tatsächlich ein Risiko besteht, hängt von vielen Faktoren ab: Leistung der <strong>LED</strong>, Farbtemperatur, aber auch die Lichtverteilung und die<br />

Entfernung zur Leuchte spielen eine entscheidende Rolle.<br />

Um es dem Nutzer zu ermöglichen sein Risiko einschätzen zu können, legt die Norm EN 62471 vier verschiedene Risikogruppen fest. Für die<br />

Blaulichtgefährdung werden diese Gruppen folgendermaßen definiert:<br />

• Risikogruppe 0 (“Ausnahme”-Gruppe): Auch bei einem unbegrenzt langen Blick in die Lichtquelle besteht keine Gefahr.<br />

• Risikogruppe 1: Das Risiko ist begrenzt, mehr als 10.000 Sekunden Blickkontakt sind nicht zulässig (knapp unter 3 Stunden).<br />

• Risikogruppe 2: Bis zu 100 Sekunden Blickkontakt sind erlaubt.<br />

• Risikogruppe 3: Bis zu 0.25 Sekunden Blickkontakt sind erlaubt. Zum Vergleich: Das ist weniger Zeit, als der unwillkürliche<br />

Abwehrreflex (Lidschlussreflex) des menschlichen Auges braucht, um das Auge zu schließen und zu schützen.<br />

Da es bei der Norm EN 62471 um eine theoretische Einteilung geht, definiert für einen festen Sichtabstand, wurde daneben auch eine<br />

Praxisrichtlinie entwickelt (IEC/TR 62477). Die Gefahr von BLH hängt nämlich auch von dem Sichtabstand ab (Abstand zwischen Augen und<br />

<strong>LED</strong>). Normalerweise schaut man nicht aus kurzer Distanz in eine Leuchte, aber kürzere Sichtabstände können zum Beispiel auftreten, wenn ein<br />

Techniker eine Wartung durchführt. IEC/TR 62477 beschreibt, innerhalb welcher Abstände eine Leuchte zu einer bestimmten BLH-Risikogruppe<br />

(RG) gehört (sogenannte Grenzabstände).<br />

Einige Beispiele bei <strong>ETAP</strong>:<br />

- Diffusoren gehören zu RG 0, ganz gleich, von<br />

welchem Abstand aus man diese ansieht, z. B.<br />

Kardó , R8, UM2.<br />

- Downlights und <strong>LED</strong>+LENS TM Leuchten gehören<br />

zu RG 1, egal bei welchem Sichtabstand.<br />

- Für die Rettungszeichenleuchte K7* gilt<br />

RG 1/RG 2 mit einem Grenzabstand von 60<br />

cm. Das bedeutet, dass K7 bei Sichtabständen<br />

kleiner als 60 cm zu RG 2 gehört.<br />

RG 2 RG 1<br />

...<br />

0 cm<br />

60 cm<br />

Sichtabstand<br />

Abb. 30: Darstellung der Grenzabstände bei der <strong>ETAP</strong>-Rettungszeichenleuchte K7*<br />

In welchem Maße Schutzmaßnahmen notwendig sind, hängt von der Anwendung ab. Haben Lichtquellen einen Grenzabstand RG 1/RG 2, muss<br />

dieser angegeben werden, zusammen mit der Warnung, nicht direkt in die Lichtquelle zu schauen.<br />

Nackte weiße <strong>LED</strong>s (die in der allgemeinen Beleuchtung verwendet werden) gehören im schlechtesten Fall zu Gruppe 2, niemals Gruppe 3.<br />

Bei den meisten Leuchten befinden sich die <strong>LED</strong>s hinter einer Linse oder einem Diffusor, die/der das Bild der Quelle optisch vergrößern und so<br />

Spitzenleuchtdichten abflachen. Hierdurch nimmt die Risikoklasse in den meisten Fällen weiter ab.<br />

* Ausführung mit Fresnellinse: Sicherheitsbeleuchtung für Rettungswege mit Aufhängehöhe > 3,5m<br />

Korrekt messen, klar publizieren<br />

Zu welcher Gruppe eine Leuchte gehört, wird durch ein definiertes<br />

Messverfahren mit speziellen Instrumenten (Spektrometer) bestimmt.<br />

<strong>ETAP</strong> hat die geeigneten Voraussetzungen und Instrumente, um<br />

Messungen im eigenen Haus durchführen zu können. Das bedeutet, dass<br />

<strong>ETAP</strong> alle Leuchten gewissenhaft auf ihre photobiologische Sicherheit<br />

hin überprüft. Die Risiko Gruppe in die die jeweilige Leuchte gehört<br />

wird sowohl auf der Website als auch in der Produkt Dokumentation<br />

veröffentlicht.<br />

<strong>ETAP</strong> hat die geeigneten Instrumente, um Messungen<br />

im eigenen Haus durchführen zu können.<br />

26 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


UPDATE<br />

Abb. 31: Sie finden die exakten Informationen über die fotobiologische Sicherheit und Gruppenzugehörigkeit von <strong>ETAP</strong> Leuchten<br />

auf dem Produkt-Datenblatt auf unserer Website. (Screenshot Website, Status September 2013).<br />

10. <strong>LED</strong>-RÖHREN<br />

<strong>LED</strong>-Röhren sind fertige <strong>LED</strong>-Lampen, die in die Fassungen von auf Leuchtstofflampen ausgelegten Leuchten passen. <strong>ETAP</strong> warnt vor einigen dieser<br />

Lösungen: Die Sicherheit ist nicht immer in vollem Umfang gewährleistet und Qualität und Komfort sind selten optimal. Wenn die Leuchten speziell<br />

hierfür entwickelt wurden, können <strong>LED</strong>-Leuchtröhren auch eine Reihe von Vorteilen aufweisen.<br />

Unsichere <strong>LED</strong>-Tubes wurden von der EU verboten<br />

Über ihr Schnellwarnsystem hat die Europäische Union den<br />

Verkauf von verschiedenen <strong>LED</strong>-Tubes (siehe Website der<br />

Europäischen Kommission http://ec.europa.eu) gestoppt,<br />

weil sie nicht der Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG<br />

und der Norm EN 60598 für Leuchten entsprechen. Bei<br />

diesen Produkten besteht unter anderem das Risiko eines<br />

elektrischen Schlags während der Installation, da einige<br />

externe Komponenten elektrisch geladen sein können.<br />

Daher sind <strong>LED</strong>-Röhren nicht immer zuverlässig und sicher.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

27 | <strong>ETAP</strong>


Leuchtenhersteller haften nicht<br />

Beleuchtungsqualität<br />

Leuchtstofflampen können nicht einfach gegen <strong>LED</strong>-Tubes<br />

ausgetauscht werden. Oftmals muss die Verdrahtung in<br />

der Leuchte geändert, und Komponenten getauscht oder<br />

überbrückt werden. Das bedeutet jedoch auch, dass die<br />

Haftung des ursprünglichen Leuchtenherstellers hinfällig<br />

wird. Es liegt in der Verantwortung desjenigen, der die<br />

Leuchten umrüstet, nach einer solchen Umrüstung die<br />

Konformität nachzuweisen und die Ausstellung einer<br />

neuen CE-Erklärung zu veranlassen, was in der Praxis<br />

jedoch nie geschehen wird.<br />

Und letztendlich genügt auch die Beleuchtungsqualität meist nicht den Anforderungen. Jede Leuchte ist für eine ganz bestimmte Lichtleistung<br />

und Lichtverteilung entwickelt worden. <strong>LED</strong>-Tubes haben eine völlig andere Leistungscharakteristik als Leuchtstofflampen und das Resultat sind<br />

oftmals niedrigere Beleuchtungsstärken, eine schlechtere Gleichmäßigkeit, höhere Blendung, kurz gesagt, ein Verlust an Beleuchtungskomfort.<br />

Auch muss man sich über die Abnahme des Lichtstroms über die Lebensdauer einer <strong>LED</strong>-Tube im Klaren sein, der am Ende 30% oder mehr<br />

betragen kann. Schlussendlich sollte man sich gut über die gewünschte Lichtfarbe und Ausstrahlungscharakteristik informieren, da sich in<br />

diesen Bereichen auch häufig Qualitätsprobleme ergeben.<br />

Abb. 32: Während eine E12/136HFW (mit einer 1x 36W Leuchtstofflampe) einen Lichtstrom von 3350 lm, und einen Wirkungsgrad<br />

von 72 lm/W erreicht, bleibt beim Einsatz einer <strong>LED</strong>-Tube nur noch ein Lichtstrom von 1340 lm und 61 lm/W übrig. Auch ist die<br />

Ausstrahlungscharakteristik mit einer <strong>LED</strong>-Tube (rechts) eine völlig andere, als die mit einer Leuchtstofflampe (Mitte).<br />

Vorteile von <strong>LED</strong>-Tubes<br />

Wenn eine Leuchte für die Verwendung von <strong>LED</strong>-Tubes entwickelt wurde, kann diese Lichtquelle auch<br />

einige einzigartige Vorteile vorweisen. <strong>LED</strong>-Tubes haben nicht nur einen niedrigen Energieverbrauch<br />

und eine lange Lebensdauer, sie zeichnen sich auch durch eine einfache Wartung aus. Es gibt auch<br />

<strong>LED</strong>-Tubes in einem komplett abgeschlossenen Gehäuse, geeignet für chemische Umgebungen. Bei<br />

Reflektorleuchten erlauben es <strong>LED</strong>-Tubes, eine Luftabsaugung über dem Reflektor anzubringen, was<br />

einen selbstreinigenden Effekt hat.<br />

Die <strong>LED</strong>A-Reihe wurde für die Verwendung von <strong>LED</strong>-Tubes entwickelt.<br />

28 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Kapitel 3: Betriebsgeräte für <strong>LED</strong>-Leuchten<br />

1. QUALITÄTSMERKMALE FÜR <strong>LED</strong>-BETRIEBSGERÄTE<br />

Das Betriebsgerät, der sogenannte „Driver“, ist eine der wichtigsten Komponenten jeder <strong>LED</strong>-Lösung. Die Qualität einer <strong>LED</strong>-Leuchte hängt nicht alleine<br />

von der <strong>LED</strong>-Lichtquelle und der Konstruktion der Optik ab, sondern maßgeblich auch von der Effizienz und Zuverlässigkeit des Betriebsgerätes. Alle<br />

hochwertigen Betriebsgeräte für <strong>LED</strong>s müssen sieben Qualitätsmerkmale aufweisen:<br />

Lebensdauer. Das Betriebsgerät muss mindestens für die gleiche Lebensdauer<br />

ausgelegt sein wie die <strong>LED</strong>s selbst; also normaler Weise rund 50.000 Stunden (bei<br />

70% des möglichen Lichtstroms).<br />

Effizienz. Einer der Erfolgsfaktoren von <strong>LED</strong>s ist ihre Energieeffizienz. Aus diesem<br />

Grund muss die Umwandlung von Netzspannung in Strom so effizient wie möglich<br />

erfolgen. Ein hochwertiges Betriebsgerät hat mindestens eine Effizienz von 85%.<br />

Leistungsfaktor. Der Leistungsfaktor ist ein technischer Indikator der anzeigt, wie dicht die<br />

Wellenform des Stroms an der Referenz-Sinuskurve der anliegenden Spannung liegt. Der<br />

Leistungsfaktor () besteht aus zwei Teilen: Dem Wechsel zwischen Spannung und Strom<br />

(cos phi) und den Oberwellen der harmonischen Gesamtverzerrung des Stroms. Je geringer<br />

der Schaltweg und die Verschiebung von der Referenz-Sinuskurve, desto geringer sind<br />

die Verluste und Rückwirkungen (Verschmutzungen) ins Netzwerk des Energieversorgers.<br />

<strong>ETAP</strong> <strong>LED</strong>-Betriebsgeräte müssen einen Leistungsfaktor von mehr als 0.9 haben.<br />

Abb. 33: Bei Betriebsgeräten mit einem hohem Leistungsfaktor (links) zeigt die Kurve des Stroms (blau) wenig Abweichung zur Kurve für<br />

die Spannung (gelb). Die Kurven von Betriebsgeräten mit niedrigem Leistungsfaktor (rechts) zeigen größere Abweichungen.<br />

Elektromagnetische Kompatibilität (EMC). Das Betriebsgerät sollte selbst so wenig elektromagnetische Interferenzen in seine Umgebung<br />

abgeben wie möglich, gleichzeitig aber auch so immun wie möglich gegen Einflüsse aus der Umgebung sein. Eine gute elektromagnetische<br />

Verträglichkeit in beide Richtungen ist äußerst wichtig.<br />

Einschaltstrom. Wird ein <strong>LED</strong>-Betriebsgerät unter Spannung gesetzt, entsteht für den Bruchteil einer Millisekunde eine Spannungsspitze im<br />

Netz. Das kommt daher, dass am Anfang Kondensatoren aufgeladen werden. Durch ein kontrolliertes Aufladen werden diese Spannungsspitzen<br />

abgefangen. Das Betriebsgerät muss so eingestellt sein, dass die Leitungsschutzschalter des Raumes oder Gebäudes nicht ausgelöst werden.<br />

Stromfrequenz: Eine gute Qualität des Ausgangsstroms sorgt dafür, dass es keine Fluktuationen in der Intensität gibt, so dass kein Flackern<br />

oder stroboskopische Effekte auftreten.<br />

Filterung der Netzspannung. Probleme im Elektrizitätsnetz können niedrigfrequentes Lichtflackern (+/- 10Hz) verursachen. Durch die schnelle<br />

Schaltleistung von <strong>LED</strong>s sind diese gut sichtbar, was als sehr störend empfunden wird. Ein gutes <strong>LED</strong>-Betriebsgerät sorgt dafür, dass diese<br />

Probleme im Elektrizitätsnetz nicht in den Ausgangsstrom durchgelassen werden, so dass der Lichtstrom stabil bleibt.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

29 | <strong>ETAP</strong>


Technische Datenblätter<br />

Das Betriebsgerät ist eine entscheidende Komponente bei jeder <strong>LED</strong>-Beleuchtungslösung.<br />

Qualitativ hochwertige Betriebsgeräte erkennt man durch einen Blick in die Produktdatenblätter<br />

des Herstellers. So kann man prüfen, ob die oben genannten Qualitätsmerkmale erfüllt sind. <strong>ETAP</strong><br />

benutzt nur hochwertige Betriebsgeräte, die sorgfältig in unseren Laboren getestet werden.<br />

<strong>ETAP</strong> Testlabor<br />

2. STROM- UND SPANNUNGSVERSORGUNG IM VERGLEICH<br />

<strong>LED</strong>s sind stromgesteuerte Komponenten. Der Strom ist direkt ausschlaggebend für die Lichtleistung und muss daher vorsichtig gesteuert<br />

werden. Es gibt zwei Möglichkeiten der Ansteuerung:<br />

• Konstante Stromquellen<br />

Diese wandeln die Netzspannung sofort in konstanten Strom um. Die Methode bringt die höchste Effizienz und ist die kosteneffektivste<br />

Anwendung. Nachteilig ist, dass die Module mit einer konstanten Stromquelle nur in Reihe geschaltet werden können, was bei der<br />

Installation schwieriger ist. Zudem addiert sich bei höheren Leistungen die erforderliche Spannung schnell auf (>100 V).<br />

Beispiele:<br />

Flare Spot 500mA, DIPP4,…<br />

Flare D4 Downlight<br />

Konstantstrom<br />

230 V AC<br />

• Konstante Spannungsquellen<br />

Das sind Versorgungen, die die Netzspannung in genau geregelte Spannung umwandeln. Wenn sie für <strong>LED</strong>s oder <strong>LED</strong>-Module<br />

eingesetzt werden, müssen diese Versorgungen immer mit einem Strombegrenzer (z. B. Widerstand), oder einem DC-<strong>LED</strong>-Treiber<br />

(Gleichstrombetriebsgerät für <strong>LED</strong>), der Gleichspannung in konstanten Strom umwandelt, ausgestattet sein. Spannungsquellen<br />

haben den großen Vorteil, dass man verschiedene Module sehr einfach parallel anschliessen kann.<br />

Beispiel:<br />

Flare Spot 24V (Gleichstrom <strong>LED</strong>-Betriebsgerät ins Kabel integriert)<br />

Konstantspannung<br />

Gleichstrom <strong>LED</strong>-Betriebsgerät<br />

230 V AC<br />

<strong>LED</strong>-<br />

Betriebsgerät<br />

Spannungsversorgung<br />

Die Artikelnummern der Leuchten für konstante Stromquellen enden bei <strong>ETAP</strong> auf “C” (von “Current”), die Leuchtenbezeichnungen für konstante<br />

Spannungsquellen enden auf “V” (von “Voltage”).<br />

30 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Auch für dimmbare Leuchten<br />

Das Betriebsgerät sollte nicht nur zuverlässig und effizient sein, es muss auch flexibel genug sein, um in jeder modernen Beleuchtungslösung<br />

zu funktionieren. In vielen Fällen muss die Lichtstärke regelbar sein, beispielsweise über eine tageslichtabhängige Regelung wie ELS oder einen<br />

externen Dimmer. Wichtig dabei ist, dass die Effizienz und der Leistungsfaktor immer gleich bleiben, wenn ein Dimmer benutzt wird.<br />

Der maximal mögliche Wirkungsgrad eines<br />

Betriebsgeräts bestimmt sich über die Nennleistung<br />

für die es entwickelt wurde (siehe Grafik<br />

34). Bei Betriebsgeräten mit einer Nennleistung<br />

von 35W kann ein<br />

Wirkungsgrad von 90% und mehr erreicht<br />

werden.<br />

Effizienz des Betriebsgerätes<br />

1,00<br />

0,90<br />

0,80<br />

0,70<br />

0,60<br />

0,50<br />

0,40<br />

0,30<br />

0,20<br />

25W<br />

75W<br />

0,10<br />

0,00<br />

0% 50% 100%<br />

Belastung des Treibers als Prozentwert des Nennstroms<br />

Abb. 34: Einfluss der Belastung des Betriebsgerätes auf die<br />

Effizienz für einen Low Power Driver (blau) und<br />

einen High Power Driver (gelb)<br />

Die obige Grafik zeigt, dass der tatsächliche Wirkungsgrad eines Betriebsgeräts auch von der Last abhängt. Bei einem qualitativ hochwertigen<br />

Betriebsgerät bleibt der Wirkungsgrad bis zu einer minimalen Last von 50-60% konstant. Bei einer geringeren Last sinkt der Wirkungsgrad<br />

rapide ab. Daher ist es so wichtig, das Betriebsgerät und die <strong>LED</strong> gut auf einander abzustimmen, damit das Betriebsgerät immer im<br />

optimalen Bereich arbeiten kann.<br />

In der Praxis gibt es zwei Möglichkeiten zu dimmen: Entweder reduziert man die Stromstärke, oder man setzt den Strom in Impulse von<br />

immer kürzerer Dauer um (PWM oder Pulsdauermodulation). Welche Technik sich am besten eignet, hängt von der jeweiligen Anwendung<br />

ab. Hier helfen unsere Experten bei dieser Entscheidung.<br />

Alle bekannten Systeme für die Dimmung sind im Prinzip auch bei <strong>LED</strong>-Beleuchtung einsetzbar:<br />

• DALI<br />

• 1-10V (eher selten)<br />

• TouchDim<br />

• DMX (weniger für Beleuchtung verwendet, hauptsächlich in der Theaterwelt<br />

eingesetzt)<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

31 | <strong>ETAP</strong>


Kapitel 4: Beleuchtung mit <strong>LED</strong>s - Lichttechnische Aspekte<br />

UPDATE<br />

1. ALTERUNG UND WARTUNGSFAKTOR<br />

Ein korrekt berechneter Wartungsfaktor ist die elementare<br />

Grundlage für die richtige Dimensionierung Ihres Beleuchtungssystems.<br />

Allgemeine Wartungsfaktoren, die die<br />

besonderen Eigenschaften der <strong>LED</strong>s nicht ausreichend berück<br />

sichtigen, führen oft zu ungenauen Berechnungen und<br />

Beleuchtungsplanungen.<br />

Relatiever Lichtstrom (%)<br />

Warum verwendet man einen « Wartungsfaktor »?<br />

Im Laufe der Lebensdauer eines Beleuchtungssystems “altert”<br />

30<br />

die Anlage, und die Menge des Lichts auf dem Arbeitsplatz<br />

20<br />

reduziert sich. Der Lichtstrom der Leuchtmittel sinkt, und<br />

10<br />

die Lampen und Leuchten verschmutzen durch Staub und<br />

0<br />

andere Verunreinigungen. Und auch der Raum verschmutzt<br />

1<br />

im Laufe der Zeit, so dass der Reflektionsgrad von Wänden,<br />

Zeit (H x 1000)<br />

Decke und Fußboden abnimmt. Deshalb wird diese Abnahme<br />

bei Beleuchtungsplanungen durch den sogenannten<br />

Abb. 35: Abnahme des Lichtstroms im Laufe der Zeit<br />

Wartungsfaktor in der Berechnung berücksichtigt (siehe<br />

Infokasten). So kann man sicher sein, dass seine Beleuchtungsanlage auch nach 5, 10 oder mehr Jahren noch immer die erforderliche<br />

(normgerechte) Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz einhält.<br />

100<br />

90<br />

80<br />

70<br />

60<br />

50<br />

40<br />

10 100<br />

Der Wartungswert (Maintenance Factor - MF) wird mit vier Parametern errechnet :<br />

MF = LLMF x LSF x LMF x RSMF<br />

LLMF: Lampen-Lichtstrom-Wartungsfaktor (Lamp Lumen Maintenance Factor)<br />

Rückgang des Lampenlichtstroms<br />

LSF:<br />

Lampen-Lebensdauer-Faktor (Lamp Survival Factor)<br />

Häufigkeit des Lampenausfalls ohne sofortigen Ersatz<br />

LMF:<br />

Leuchten-Wartungsfaktor (Luminaire Maintenance Factor)<br />

Lichtstromrückgang durch Verschmutzung der Leuchte<br />

RSMF: Raum-Wartungsfaktor (Room Surface Maintenance Factor)<br />

Raumverschmutzung<br />

32 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


UPDATE<br />

Bei Leuchtstofflampen gibt es eindeutige Regeln<br />

Bei herkömmlichen Lichtquellen wie Leuchtstofflampen gibt es klare Regeln und internationale Standards, um den Wartungsfaktor einer Anlage<br />

zu ermitteln. Typischerweise werden vier Elemente berücksichtigt: Die Reduzierung des Lampenlichtstroms, die Ausfallrate der Lampen,<br />

die Verschmutzung von Lampen und Leuchten und die Verschmutzung des Raumes. Für Leuchtstofflampen besteht allgemeiner Konsens über<br />

die Ermittlung der Wartungsfaktoren. Der Rückgang des Lichtstroms und die Lebensdauer der Lampen haben sich bewährt und unterscheiden<br />

sich bei den unterschiedlichen Herstellern kaum. Ausserdem ist die Reduktion des Lichtstroms der Lampe unabhängig vom Leuchtendesign, und<br />

beim Lampenwechsel legt man einen regelmäßigen Austausch zugrunde, so dass es in der Regel wenig Diskussionen über Wartungsfaktoren von<br />

Leuchtstofflampen gibt.<br />

<strong>LED</strong>s sind anders<br />

Bei <strong>LED</strong>s hängt der Wartungswert von einer Vielzahl von Faktoren ab. Das<br />

beginnt schon bei der Wahl der <strong>LED</strong>s. Es gibt heute große Qualitätsunterschiede<br />

zwischen den unterschiedlichen Herstellern. Und auch die Art der <strong>LED</strong>s – „low<br />

power“ oder „high power“ – ist für die Entwicklung des Rest-Lichtstromes und<br />

die Lebensdauer entscheidend. Darüber hinaus handelt es sich bei <strong>LED</strong>s um eine<br />

ganz neue Technologie, die rasend schnell weiter entwickelt. In Ermangelung der<br />

erforderlichen Kenntnisse und Informationen verwenden heute viele <strong>LED</strong>- und<br />

Leuchtenhersteller der Einfachheit halber immer noch einen allgemeinen LLMF-<br />

Wert von 70% nach 50.000 Stunden Brenndauer. Sie gehen also davon aus,<br />

dass die <strong>LED</strong>s nach 50 000 Stunden, nur 70% ihrer ursprünglichen Lichtleistung<br />

erbringen - unabhängig von der Qualität der <strong>LED</strong>s.<br />

Im Gegensatz zu Leuchten mit Leuchtstofflampen spielt bei <strong>LED</strong>s die<br />

Leuchtenkonstruktion eine wesentliche Rolle. Lichtausbeute und Lebensdauer<br />

von <strong>LED</strong> hängen sehr stark von ihrer Betriebstemperatur ab. Je besser sie gekühlt<br />

werden, umso geringer die Reduzierung des Lichtstroms und umso höher die<br />

Lebensdauer. Die Wärmeableitung ist hier wesentlich. Das Leuchtendesign<br />

wird heute jedoch nur selten bei der Ermittlung des Wartungsfaktors von <strong>LED</strong>-<br />

Leuchten berücksichtigt. In der Praxis hat jede <strong>LED</strong>-Leuchte ihren eigenen,<br />

spezifischen Wartungsfaktor. Das macht es unmöglich, einen allgemein gültigen<br />

Wert zu definieren.<br />

Relative Beleuchtungsstärke (%)<br />

100<br />

95<br />

90<br />

85<br />

80<br />

75<br />

70<br />

65<br />

<strong>LED</strong><br />

60<br />

0 10 20 30 40 50 60<br />

Brenndauer (1.000 Std.)<br />

U7-Leuchte mit L97 @50.000 Std. (<strong>ETAP</strong>)<br />

<strong>LED</strong>-Leuchte mit L70 @50.000 Std.<br />

T5-Leuchtstofflampe<br />

Abb. 36: LLMF für <strong>LED</strong> Beleuchtung im<br />

Vergleich zu Leuchtstofflampen<br />

Beleuchtungssysteme mit Leuchtstofflampen erfordern einen regelmäßigen Lampenwechsel (blaue Kurve). Bei <strong>LED</strong>s wird die “Lampe” nicht ausgewechselt,<br />

sondern die Qualität der verwendeten <strong>LED</strong> und die Leuchtenkonstruktion spielen eine entscheidende Rolle: Während der grobe Richtwert für <strong>LED</strong>s<br />

(LLMF) in der Literatur meist mit 70 % angegeben wird (gelb), liegt der entsprechende Wert bei einer <strong>ETAP</strong> U7-Leuchte zum Beispiel bei 97 % (grün).<br />

Große Auswirkungen für die Beleuchtungsanlage<br />

Diese verallgemeinernden Berechnungen führen in der Praxis zu schwerwiegenden Konsequenzen. Wird der Wartungsfaktor zu optimistisch<br />

eingeschätzt, wird die Anlage nach ein paar Jahren nicht mehr das erforderliche Beleuchtungsniveau erreichen. Umgekehrt kann ein zu pessimistisch<br />

bemessener Wartungsfaktor zu einer Überdimensionierung der Beleuchtung führen. Dadurch werden mehr Leuchten und/oder mehr Leistung<br />

installiert als erforderlich, was die Kosten für Investition und Energieverbrauch unnötig in die Höhe treibt.<br />

Z.B. Einfluss des Wartungsfaktors auf eine Beleuchtungsplanung mit U7-Leuchten in einem Großraumbüro von 9 x 14,4 m:<br />

LLMF 97% nach 50.000 Std. (Wartungsfaktor 87%)<br />

500<br />

500<br />

9.00 m<br />

8.50<br />

LLMF 70% nach 50.000 Std. (Wartungsfaktor 63%)<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

9.00 m<br />

8.50<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500<br />

500 500<br />

0.50<br />

0.00<br />

0.00 14.40 m<br />

500<br />

500 500 500<br />

0.50<br />

0.00<br />

0.00 14.40 m<br />

Die Beleuchtungsplanung mit dem korrekten Wartungsfaktor erfordert für diesen Raum 18 U7-Leuchten und eine installierte Leistung von<br />

1,35 W / m² / 100 lx (links). Die Verwendung des allgemeinen Wartungsfaktors (rechts) führt zu einer deutlichen Überdimensionierung der<br />

Beleuchtungsanlage: 24 U7-Leuchten mit einer installierten Leistung von 1,96 W / m² / 100 lx.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

33 | <strong>ETAP</strong>


UPDATE<br />

Hoher Wartungswert durch intelligentes Design<br />

Die Wartungsfaktoren, die <strong>ETAP</strong> in Beleuchtungsplanungen anwendet, wurden exakt auf Basis internationaler Richtlinien ermittelt. In der<br />

Praxis stellen wir fest, dass unsere Wartungsfaktoren meistens deutlich höher sind, als die allgemein verwendeten Werte. Wir beachten<br />

nämlich zwei entscheidende Punkte. Zum einen verwenden wir in unseren Leuchten ausschließlich <strong>LED</strong>s von Herstellern, die konkrete und<br />

nachprüfbare Informationen über die Lichtleistung und Lebensdauer ihrer <strong>LED</strong>s liefern. In der Praxis basieren diese Daten auf den LM80- und<br />

TM21-Standards, die von der Illuminating Engineering Society (IES), einer internationale Autorität auf diesem Gebiet, validiert wurden. Dies<br />

liefert uns objektive Kriterien für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit der <strong>LED</strong>s.<br />

Zum zweiten berücksichtigen wir auch die Kühlung der <strong>LED</strong>s in unseren Berechnungen. In unseren Laboren verfügen wir über die erforderlich<br />

Infrastruktur, um die Junction Point Temperatur zwischen Leiterplatte und <strong>LED</strong> exakt zu bestimmen. Dadurch kennen wir die genaue<br />

Betriebstemperatur der <strong>LED</strong>s, und können so den effektiven Lichtstromrückgang und die Lebensdauer der <strong>LED</strong>s exakter einschätzen. Diese<br />

Informationen verwenden wir dann zur Ermittlung des korrekten Wartungsfaktors für unsere Lichtberechnungen.<br />

Wie erstellt man eine korrekte Berechnung?<br />

<strong>ETAP</strong> stellt eine Tabelle mit dem jeweils richtigen Wartungsfaktor für alle <strong>LED</strong>-Leuchten, in Abhängigkeit der Anwendung und der vorgesehenen<br />

Lebensdauer der <strong>LED</strong>-Leuchte, zur Verfügung. Auf dieser Basis können wir eine zuverlässige Beleuchtungsplanung bieten, mit der Gewähr, dass<br />

die Beleuchtung auch langfristig die erforderlichen Beleuchtungsniveaus erfüllt.<br />

Ein Beispiel:<br />

In einer Beleuchtungsstudie mit U7 in einer Büroumgebung wird der Wartungsfaktor wie folgt kalkuliert: 99% (LLMF oder Wartungsfaktor<br />

Lampe) x 1 (Lampenfehler sind bei <strong>LED</strong>s quasi ausgeschlossen und haben daher keinen Einfluss) x 0.94 (Luftverschmutzung im Raum) x 0.95<br />

(Wartungsfaktor einer geschlossenen Leuchte) = 88%. Das bedeutet, dass nach 25.000 Betriebsstunden immer noch 88% des ursprünglichen<br />

Lichtstroms verbleiben. Nach 50.000 Betriebsstunden verbleiben noch 87% des Lichtstroms, was deutlich mehr ist als die standardmäßig<br />

angenommenen 70% nach 50.000 Betriebsstunden (siehe Kasten auf Seite 7).<br />

U7-Leuchten in einem Büro haben einen Wartungsfaktor von 87% nach 50.000 Stunden (siehe Tabelle).<br />

<strong>LED</strong>-Typ <strong>LED</strong>-Leuchte 25kh 35kh 50kh LLMF (%)<br />

25kh 35kh 50kh<br />

High Power U7 88 87 87 99 98 97<br />

Abb. 37: Auszug aus Tabelle mit Wartungsfaktoren und LLMF bei einer U7-Leuchte für 25.000, 35.000 und 50.000 Stunden<br />

(Stand Mitte 2013).<br />

Die vollständige Tabelle mit Wartungsfaktoren finden Sie in Anlage 1 oder in den Produktdatenblättern auf unserer Website.<br />

34 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


2. INTEGRATION ENERGIESPARENDER SYSTEME<br />

<strong>LED</strong>s sind nicht nur eine energieeffiziente Lichtquelle, sie arbeiten<br />

auch perfekt mit Lichtregelsystemen zusammen. Diese Kombination<br />

verspricht nicht nur ein hohes Sparpotenzial, sie sorgt auch noch<br />

für einige andere Vorteile: <strong>LED</strong>s können viel effizienter gedimmt<br />

werden als Leuchtstofflampen und ihre Lebensdauer leidet nicht<br />

unter häufigem Schalten.<br />

Die bekanntesten Lichtregelsysteme sind Bewegungsmelder, die die<br />

Beleuchtung dimmen oder schalten, wenn Nutzer einen Bereich<br />

betreten oder verlassen sowie die tageslichtabhängige Regelung,<br />

die die Beleuchtung in Abhängigkeit zum einfallenden Tageslicht<br />

dimmt. Die Kombination beider Systeme kann in bestimmten<br />

Anwendungen bis zu 55% und mehr Energie einsparen.<br />

Derzeit ist jede sechste von <strong>ETAP</strong> vertriebene Leuchte mit einer<br />

leuchtenspezifischen tageslichtabhängigen Regelung ausgestattet.<br />

U7 mit tageslichtabhängiger Regelung (ELS)<br />

<strong>LED</strong>s sind schaltfest<br />

<strong>LED</strong>s haben eine ganze Reihe Eigenschaften, mit denen sie sich<br />

besonders für den Einsatz mit Lichtregelsystemen eignen. Beispielsweise hat häufiges Schalten keinen Einfluss auf die Lebensdauer von <strong>LED</strong>s.*<br />

Ganz im Gegensatz zu Leuchtstofflampen, die bei jedem Schaltvorgang einen kleinen Teil ihres Emittermaterials in der Lampe verlieren. Dieser<br />

Effekt zeigt sich dann zum Beispiel an schwarzen Lampenenden. In Bereichen mit kurzen Anwesenheitsintervallen, wie zu Beispiel sanitäre<br />

Bereiche oder Flure, lässt sich eine erhöhte Ausfallrate von Leuchtstofflampen beobachten.<br />

* Mit Ausnahme von Anwendungen, bei denen <strong>LED</strong>s extremen Temperaturschwankungen unterliegen.<br />

<strong>LED</strong>s kennen solche Probleme nicht, da sie als elektronische Bauteile unempfindlich gegenüber häufigem Schalten sind. Zusätzlich geben <strong>LED</strong>s<br />

sofort nach dem Einschalten ihren vollen Lichtstrom ab, was beim Betreten eines dunklen Raumes wesentlich angenehmer ist.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

35 | <strong>ETAP</strong>


Kapitel 5: Frage und Antwort<br />

Frage: Wo finde ich die international gültigen Standards für <strong>LED</strong>s?<br />

Antwort: Auf www.lightingeurope.org finden Sie die neuesten Richtlinien zu <strong>LED</strong>-Standards im Bereich „Library“ unter: “Joint CELMA/ELC<br />

Guide on <strong>LED</strong> related standards”.<br />

In Übereinstimmung mit den Richtlinien der <strong>Lighting</strong> Industry Liaison Group sind dies die Standards in Bezug auf <strong>LED</strong>-Beleuchtung:<br />

Produkttyp Sicherheitsstandard Leistungsstandard<br />

<strong>LED</strong>-Lampen mit eingebautem<br />

Betriebsgerät für<br />

Allgemeinbeleuchtung >50V –<br />

Sicherheitsanforderungen<br />

IEC 62560<br />

IEC 62612/PAS öffentlich erhältliche<br />

Spezifikation<br />

Betriebsgeräte für<br />

<strong>LED</strong>-Module<br />

<strong>LED</strong>-Module für die<br />

Allgemeinbeleuchtung –<br />

Sicherheitsanforderungen<br />

IEC 61347-2-13 IEC 62384<br />

IEC 62031 IEC/PAS 62717<br />

<strong>LED</strong>-Leuchten IEC 60598-1 IEC/PAS 62722-2-1 Ed. 1:<br />

Leuchtenleistung - Teil 2-1:<br />

Besondere Anforderungen für <strong>LED</strong><br />

<strong>LED</strong>s und <strong>LED</strong>-Module<br />

CIE Technischer<br />

Fachausschuss<br />

IEC TS 62504 Begriffe und Definitionen für <strong>LED</strong>s und <strong>LED</strong>-Module in der<br />

Allgemeinbeleuchtung<br />

TC2-46 CIE/ISO Standards für <strong>LED</strong>-Intesitätsmessungen<br />

TC2-50 Messung der optischen Eigenschaften von <strong>LED</strong> Clustern und Arrays<br />

TC2-58 Messung der Strahlung und Leuchtdichte von <strong>LED</strong>s<br />

TC2-63 Optische Messung von High-Power <strong>LED</strong>s<br />

TC2-64 Schnellprüfverfahren für <strong>LED</strong>s<br />

Frage: Welche Garantie gibt <strong>ETAP</strong> auf <strong>LED</strong> Leuchten?<br />

Antwort: Auf jede Leuchte gewähren wir fünf Jahre Garantie. Angesichts der langen Lebensdauer von <strong>LED</strong>s ist ein Ersatz sicherlich die<br />

Ausnahme; er ist aber auch von der Garantie abgedeckt. <strong>ETAP</strong> nutzt universelle <strong>LED</strong>s (in Bezug auf ihre Bauform und den ökologischen<br />

Fingerabdruck). Es ändert sich lediglich die Effizienz und die Lichtausbeute. Im unwahrscheinlichen Fall, dass die <strong>LED</strong>s ausfallen, kann die <strong>LED</strong>-<br />

Platine ohne Probleme getauscht werden. Falls gewünscht, kann dabei die Lichtausbeute auf das ursprüngliche Niveau eingestellt werden. (Für<br />

weitere Informationen, lesen Sie bitte die Bedingungen zur Herstellergarantie auf unserer Website www.etaplighting.com)<br />

Frage: Ist das Licht aus <strong>LED</strong>s besser als das aus Leuchtstofflampen?<br />

Antwort: Nein, sie sind beide identisch. Doch bei sehr niedrigen Beleuchtungsstärken (z. B. bei Sicherheitsbeleuchtung oder Outdoor-<br />

Anwendungen), reagiert das menschliche Auge empfindlicher auf grüne / blaue Farbtöne, auch mesopische Vision genannt. Unter diesen<br />

Umständen ist es daher günstiger, Lichtquellen zu verwenden, die mehr Licht aus dem grün-blauen Spektrum abgeben, wie beispielsweise<br />

Cyan-farbige <strong>LED</strong>s oder weiße <strong>LED</strong>s mit hohem Blauanteil (Kaltweiß, 6500K).<br />

36 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Terminologie<br />

Binning<br />

Das Sortieren / Klassifizieren von (in diesem Fall) <strong>LED</strong>s in Gruppen<br />

mit gleichartigen Charakteristiken, z.B. auf dem Gebiet der Farbtemperatur.<br />

CDM<br />

Ceramic Discharge Metalhalide Lampe<br />

Chromaticity<br />

Farbkoordinaten<br />

CIE<br />

Commission Internationale de l’éclairage / Internationale Kommission<br />

für Beleuchtung<br />

Diode<br />

Halbleiter, der elektrischen Strom in eine Richtung sehr gut leitet,<br />

aber in die andere Richtung praktisch nicht.<br />

Gamma oder Abschirmwinkel<br />

Winkel in Bezug zur Vertikalen wie in einem Polardiagram<br />

Junction<br />

Aktiver Bereich im Halbleiter, in dem das Licht erzeugt wird.<br />

Junction-Temperatur<br />

Dies ist die interne Temperatur im Halbleiter-Material (am PN-<br />

Übergang, siehe unten).<br />

„Heiße“ Lumenwerte<br />

Lichtstrom gemessen bei einer typischen Anwendungstemperatur<br />

(in der Regel gemessen bei etwa 85°C Junction Temperatur)<br />

„Kalte“ Lumenwerte<br />

Lichtstrom gemessen bei 25°C Junction Temperatur<br />

<strong>LED</strong><br />

Abkürzung von Light Emitting Diode.<br />

<strong>LED</strong>-Chip:<br />

Licht erzeugende Halbleiterkomponente<br />

<strong>LED</strong>-Komponente<br />

Die Kombination von <strong>LED</strong>, Gehäuse und Primäroptik.<br />

<strong>LED</strong>-Modul<br />

Das <strong>LED</strong>-Äquivalent zu einer traditionellen Lampe, aber in <strong>LED</strong>-<br />

Ausführung. Laut <strong>ETAP</strong>’s Terminologie entspricht dies Typ 3 (siehe<br />

Kapitel 1)<br />

Lumineszenz<br />

Prozess, bei dem ein Lichtteilchen (Photon) generiert wird, wenn<br />

ein Atom von einem höheren zu einem niedrigeren Energiezustand<br />

wechselt.<br />

Nutzungsdauer<br />

Wirtschaftliche Lebensdauer, die für die spezifische Anwendung<br />

relevant ist. Sie ist niedriger als die durchschnittliche Lebensdauer.<br />

PCB<br />

Printed Circuit Board: Leiterplatte<br />

Remote-Phosphor-Technologie<br />

Technologie, bei der der Phosphor, der benötigt wird um weißes<br />

Licht zu erzeugen, nicht direkt auf die blaue <strong>LED</strong>, sondern in oder<br />

auf einem (Glas oder Kunststoff) Träger in einigem Abstand zur<br />

<strong>LED</strong> aufgebracht wird. Im Ergebnis arbeitet der Phosphor bei einer<br />

niedrigeren Temperatur, was in einigen Fällen zu mehr Effizienz<br />

führen kann.<br />

Stromleistungsdichte<br />

Das Verhältnis zwischen dem Strom, der durch die <strong>LED</strong> fließt und<br />

seiner Oberfläche.<br />

Substrat<br />

Trägermaterial auf dem die <strong>LED</strong> samt dem inneren Reflektor befestigt<br />

ist.<br />

UGR<br />

Unified Glare Rating – Ein auf Schätzung beruhendes Model des<br />

Blendungsrisikos. Die Standard-Werte reichen von UGR 16 (geringes<br />

Blendungsrisiko) bis UGR 28.<br />

Unterhemisphärisches Licht<br />

Der Anteil des totalen Lichtstroms, der bei einer horizontal<br />

aufgehangenen Lichtquelle nach unten geleitet wird.<br />

Wartungsfaktor<br />

Faktor, der eine Verschmutzung, Alterung und Lichtstromabnahme<br />

von Lichtquellen bei Beleuchtungsberechnungen berücksichtigt.<br />

4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

37 | <strong>ETAP</strong>


UPDATE<br />

Anlage 1: Wartungsfaktoren von <strong>LED</strong>-Produkten<br />

Anwendungsbezogener Wartungsfaktor % (Maintenance Factor, MF)<br />

LEUCHTENTYP ANWENDUNG 25.000h 35.000h 50.000h<br />

D42 BÜRO 88 87 86<br />

E10 / E11 / E12 INDUSTRIE 84 83 83<br />

E7 INDUSTRIE 84 83 83<br />

FLARE BÜRO 87 86 84<br />

R7 BÜRO 88 87 87<br />

U7 BÜRO 88 87 87<br />

V2M11 BÜRO 88 87 87<br />

V2M17 BÜRO 83 80 77<br />

R8 BÜRO 80 72 TBD<br />

UM2 BÜRO 84 80 TBD<br />

V2M1F / J BÜRO 83 78 TBD<br />

D1 / D2 / D3 BÜRO 63*<br />

<strong>LED</strong>A BÜRO 63*<br />

Begriffserklärungen<br />

• Alle Leistungsdaten bezogen auf eine Umgebungstemperatur<br />

von 25°C<br />

• Anwendungsbezogener Leistungsfaktor: Ändert sich in<br />

Abhängigkeit zum Verschmutzungsgrad und zur Reinigungshäufigkeit<br />

• MF = LLMF * RSMF * LSF * LMF<br />

(CIE97: Veröffentlichung für die Innenbeleuchtung)<br />

LLMF: Lampenlichtstrom-Wartungsfaktor<br />

LSF: Faktor für Lampenlebensdauer<br />

RSMF: Raum-Wartungsfaktor<br />

LMF: Leuchten-Wartungsfaktor<br />

• LLMF auf Basis LM80**/TM21***<br />

LLMF (%)<br />

LEUCHTENTYP 25.000h 35.000h 50.000h<br />

D42 98 98 96<br />

E10 / E11 / E12 99 98 97<br />

E7 99 98 97<br />

FLARE 97 96 94<br />

R7 99 98 97<br />

U7 99 98 97<br />

V2M11 99 98 97<br />

V2M17 93 90 86<br />

R8 90 81 TBD<br />

UM2 95 89 TBD<br />

V2M1F / J 93 87 TBD<br />

D1 / D2 / D3 70*<br />

<strong>LED</strong>A 70*<br />

* Quelle: Philips<br />

** IES LM-80-08: Zertifiziertes Testverfahren zur Bestimmung der Lumen Wartungsfaktoren<br />

von <strong>LED</strong> Lichtquellen<br />

** IES TM-21-11: Verfahren zu langfristigen Hochrechnung von Lumen Wartungsfaktoren<br />

von <strong>LED</strong> Lichtquellen<br />

38 | <strong>ETAP</strong> 4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com


Notizen<br />

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4. Ausgabe, Oktober 2013. Neueste Version auf www.etaplighting.com<br />

39 | <strong>ETAP</strong>


<strong>ETAP</strong> Beleuchtung, NL der <strong>ETAP</strong> NV • Maybachstraße 31 • 51381 Leverkusen • Deutschland<br />

Tel. +49 (0)2171/7075-5 • Fax +49 (0)2171/7075-75 • e-mail: info.de@etaplighting.com<br />

<strong>ETAP</strong> NV • Antwerpsesteenweg 130 • 2390 Malle • Belgien<br />

Tel. +32 (0)3 310 02 11 • Fax +32 (0)3 311 61 42 • e-mail: info.be@etaplighting.com<br />

www.etaplighting.com<br />

10/13 8028761-040 D/3 - Dieses Dokument wurde von <strong>ETAP</strong> mit größter Sorgfalt zusammengestellt. Die Daten in dieser Veröffentlichung sind nicht bindend und Änderungen als Folge der<br />

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