Wie funktioniert eine LED?

Die Funktionsweise einer LED

LED (Licht Emittierende Dioden) nehmen einen immer größeren Platz in der Beleuchtungstechnik ein. Die energieeffizienten, robusten und äußerst flexiblen Leuchtmittel finden sich sowohl in leistungsstarken LED Hallenstrahlern als auch in Ambiente Leuchten für den Wohnbereich. Wie eine LED funktioniert und welche Arten es grob gibt, können Sie im weiteren hier lesen. Es soll ein kurzer Überblick verschafft werden – ohne in technische Tiefen einzutauchen.

Wie eine LED funktioniert

LEDs beruhen auf dem Prinzip der Elektrolumineszenz

Sie sind technisch gesehen Dioden, also ein elektronisches Bauteil. Im Gegensatz zu Heißstrahlern wie z.B. Glühbirnen, in denen Drähte zum Glühen gebracht werden oder Leuchtstoffröhren, in denen ein Gas glüht. Die Elektrolumineszens wurde schon 1907 von Henry Joseph Round entdeckt. Erste LEDs kamen 1967 auf den Markt (zunächst Rot, dann weitere Farben), welche meist als Funktionslicht an technischen Geräten eingesetzt wurden und bis heute werden. 1995 kamen die ersten für die Beleuchtung nutzbaren weißen LEDs auf den Markt.

Halbleiterkristalle

Bei der Elektrolumineszens wird Licht in einer von mehreren Schichten halbleitender Kristalle erzeugt. Dieses Licht ist Monochrom – die Farbe hängt vom Material des Halbleiterkristalls ab. Rot, gelb, blau und grün können so direkt aus den Kristallen erzeugt werden wenn Strom durch sie hindurch fließt.

Weißes Licht für die Beleuchtungstechnik ist nicht dabei. Dieses wird durch Lumineszenskonversion mit Hilfe einer Beschichtung erzeugt. Diese Phosphorschichten – ähnlich wie bei Leuchtstoffröhren – werden angeregt und geben Licht ab, welches sich dann mit dem Licht der blauen LED zu einem Gesamtspektrum mischt. Je nach Zusammensetzung dieser Schicht können so die blauen LEDs auf verschiedene Kelvin (Lichtfarben) eingestellt werden und erscheinen weiß. Die Lichtleistung bei eher blaueren bzw. kühleren Lichtfarben (5000K-6000K) fallen in der Regel höher aus als bei wärmeren Farbtönen (2700K).

Kühlkörper

Der Halbleiter wird dann auf einen Kühlkörper aufgebracht, welcher die Wärme von den empfindlichen Halbleiterkristallen ableitet. Dies stellt die lange Haltbarkeit der LED sicher. Wird der Halbleiter längere Zeit über dessen angegebene Höchsttemperatur erhitzt, sinkt die Leuchtkraft rapide – bis zum totalen Ausfall.

Arten Licht Emittierender Dioden

  • High-Power und Low-Power

    Als High-Power LEDs bezeichnet man Licht Emittierende Dioden, die mit mehr als 20mA betrieben werden. Alle anderen bezeichnet man als sogenannte Low-Power Dioden. High-Power LEDs ermöglichen stärkere Lichtquellen auf kleinerem Raum. Die Wärmeableitung ist hier aber auch ein stärkeres Thema.

  • DIP LEDs

    Die früheste Art der LED ist die DIP LED (dual-in-line-package). Diese mit 2 Drähten an die Platine lötbare LED in verschiedenen Farben ist wohl auch die bekannteste Art. Die Leuchtkraft dieser LEDs lässt schnell nach. Verwendet werden sie oft als Anzeige in elektrischen Geräten.

  • Die SMD LED (Surface-mounted-Device)

    Die SMD ist heute wohl die verbreitetste Art der LED von der Industriebeleuchtung bis zur Wohnraumbeleuchtung. Die Halbleiter werden in einen Kreislauf gelötet und bilden mit dem Kühlkörper eine Einheit, die dann auf eine Leiterplatte geklebt und maschinell verlötet werden können. Der Halbleiterkristall wird direkt in den Kühlkörper gelötet – diese Lötstelle dient der direkten Wärmeübertragung und ist ein Teil des elektrischen Anschlusses. Der andere Teil des elektrischen Anschlusses wird von einem sogenannten Bond-Draht übernommen, der von dem Kristall ausgeht. Dieser ist sehr dünn um kein Licht abzuschirmen. In SMD LEDs sind sowohl Low-Power als auch High-Power LEDs im Einsatz. Äußerst lichtstarke und flexible Leuchten sind somit möglich.

Wie funktioniert eine SMD LED
  • Die COB LED (Chip-on-Board)

    Bei COB LEDs wird der Halbleiterkristall direkt und gehäust auf das Aluminium- oder Keramik-Board (Leiterplatte) geklebt und mit Bond-Drähten elektrisch verbunden. Dies ermöglicht eine sehr gute Wärmeableitung auf sehr kleinem Raum. Durch die weniger komplexe Fertigung ist zudem ein sehr gutes Preisleistungsverhältnis möglich. Der Abstrahlwinkel wird durch eine über dem Halbleiter angebrachte Linse aus Epoxyd realisiert. Je nach Wölbung des Epoxydtropfens strahlt die LED breiter oder schmaler ab. Kühlkörper können bei COB Modulen kleiner ausfallen da ein Großteil der Wärme schon durch das COB-Board aufgenommen wird.

    Diese Technologie ermöglicht eine sehr dichte Bauweise der LEDs und damit eine hohe Lichtausbeute auf kleinstem Raum. 

Wie funktioniert eine COB LED

Wie eine LED funktioniert – Ratgeber LED Beleuchtung


Die Vorteile der LED Technik in der Übersicht

Glüh-/Halogenlampe (Kompakt) Leuchtstofflampe/
Energiesparlampe
Quecksilberdampflampe LED Lampen von August Müller Lichttechnik
Lichtausbeute (Effizienz) 12 lm/W 40 lm/W 65 lm/W bis 135 lm/W
mittlere Lebensdauer 1.000h 15.000h 20.000h 50.000h
Wärmeentwicklung sehr hoch hoch hoch mittel
Startzeit sofort hell bis 4 min bis 4 min sofort hell
Dimmbarkeit Ja nur mit speziellem Vorschaltgerät nein Ja (Typ D)
Schaltzyklen ohne Einschränkungen verkürzt die Lebensdauer deutlich verkürzt die Lebensdauer ohne Einschränkungen
Umwelt/Gesundheit unbedenklich giftiges Quecksilber, teilweise Flammschutzmittel giftiges Quecksilber unbedenklich
Bauform empfindlicher Glaskörper empfindlicher Glaskörper empfindlicher Glaskörper robuster Kunststoffkörper
sonstige Vor/Nachteile niedrige Anschaffungskosten eingeschränkte Betriebstemperatur, Geräuschentwicklung und Flimmern möglich Neustart erst nach mehreren Minuten möglich, hohe Anschaffungskosten hohe IP-Klassifizierung

Um die Vorteile der LED-Technik darzustellen finden Sie hier eine Übersicht der Besonderheiten der LEDs von August Müller Lichttechnik:

  • Lichtausbeute (Effizienz): Bis 135 lm/W
  • Lebensdauer: 50.000 Stunden
  • Wärmeentwicklung: Geringere Wärmeentwicklung als bei allen anderen Leuchtmitteln
  • Startzeit: Sofort hell und einsatzbereit
  • Dimmbarkeit: Unsere LED-Leuchten vom Typ D sind dimmbar.
  • Schaltzyklen: Unsere LED-Leuchten haben keine Einschränkungen bei den Schaltzyklen
  • Umwelt und Gesundheit: LEDs sind komplett unbedenklich
  • Bauform: Robustert Kunstoffkörper
  • Sonstige Vorteile der LEDs: hohe IP-Klassifizierung für den Außeneinsatz, kein Flimmern/Flackern

Vorteile LED – Warum ein Wechsel lohnt!


Ratgeber Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel oder Halbwertswinkel einer Leuchte ist der Lichtkegel, in dem das Licht von der Lichtquelle ausgestrahlt wird. In diesem Bereich strahlt die Leuchte mit mindestens der halben, maximalen Lichtstärke ab. Der Abstrahlwinkel wird in der Einheit Grad (°) angegeben. 

Runde Hallenstrahler für die abgehängte 1-Punkt Montage bilden dabei einen rotationssymetrischen Lichtkegel, also einen gleichmäßig runden Lichtkegel. Auch Strahler und LED Panels erzeugen einen annähernd symetrischen Lichtkegel, wobei dieser bauformbedingt zumeist nicht exakt rund ist. Straßenlaternen und Flutlichtstrahler bilden einen besonderen Lichtkegel mit dem Ziel, eine möglichst breite Fläche zu beleuchten. Bei LED Tubes (LED Leuchtsttoffröhren) handelt es sich um ein Leuchtmittel mit einem sehr breiten Abstrahlwinkel von üblicherweise 330°, wobei der Lichtkegel erst durch den Einbau der LED Tube in eine Leuchte (z.B. Wannenleuchte) gebündelt wird.

Die volle Leuchtkraft wird nur im Zentrum des Lichtkegels erreicht. Je weiter zum Rand des Lichtkegels, umso mehr nimmt die Stärke des Lichts ab. Im äußeren Bereich des Lichtkegels, dem sogenannten Feldwinkel, beträgt die Leuchtkraft nur noch 10 %. Dieser Bereich ist nicht mehr Teil des Abstrahlwinkels.

Die genauen Angaben zur Lichtverteilung unserer Leuchten finden Sie im Messbericht bzw. in der Lichtverteilungskurve, welche Sie in der Produktbeschreibung direkt hunterladen können.

Für die Grundbeleuchtung empfiehlt sich in den allermeisten Fällen ein Abstrahlwinkel von 120°. Kleinere Abstrahlwinkel ergeben einen kleineren bzw. fokusierteren Lichtkegel und eignen sich als gezielte Spotbeleuchtung oder für besonders hohe Hallenflächen.

Ratgeber Abstrahlwinkel LED Beleuchtung für Gewerbe & Industrie


Ratgeber Beleuchtungsstärke

Ratgeber Beleuchtungsstärke für Gewerbe und Industrie

 

Hallen haben im gewerblichen Einsatz und in Industriebetrieben unterschiedliche Aufgaben. Von der Montage über Lackierarbeiten bis zur Nutzung für Freizeit und Sport sowie als Lager findet man hier sämtliche Nutzungsarten.

Für die Lichtplanung in einer Halle mit Hallenstrahlern sollten Sie zuerst die Arbeit bzw. Nutzung definieren, die hier stattfinden soll. Die Arbeitsstättenrichtlinie ist dabei eine gute Informationsquelle für die empfohlene Beleuchtungsstärke:

Anhang 1 zur Arbeitsstättenverordnung: Beleuchtungsanforderungen für Arbeitsräume, Arbeitsplätze und Tätigkeiten

In unserem Ratgeber Beleuchtungsstärke finden Sie weiter unten außerdem eine kurze Zusammenfassung der empfohlenen Beleuchtungsstärken für die verschiedenen Arbeitsbereiche bzw. Tätigkeiten in Ihrer Halle.

Beachten Sie dabei, dass es Hallen gibt, in denen verschiedene Bereiche nebeneinander liegen können. Dann ist eine Aufteilung der Hallenbeleuchtung in der Halle zu empfehlen, um die Beleuchtung so effizient wie möglich einzusetzen. Eine Skizze hilft hier bei der Eingrenzung.

Einige Hallen werden im Laufe der Zeit umgestaltet oder sind direkt so angelegt, dass die verschiedenen Arbeitsbereiche variieren können. Auch das ist ein wichtiger Faktor für die Planung der Hallenbeleuchtung.

Zu beachten ist außerdem, ob es für die LED Hallenstrahler fest vorgegebene Montagepunkte gibt oder ob hier frei positioniert werden kann. Feste Montagepunkte der Hallenbeleuchtung ergeben sich meist durch eine vorhandene Beleuchtung, welche modernisiert werden soll oder durch die Hallenkonstruktion, die keine anderen Montagepunkte zulässt.

Sind diese Grundpunkte für die Industriebeleuchtung festgesetzt, sollten Sie sich noch Gedanken zu Besonderheiten der Halle machen. Besonderheiten sind z.B. Kranbahnen, welche die Größe der Hallenstrahler einschränken, Oberlichter, welche die Position der Montagepunkte einschränken oder vorhandenen Maschinen, Leitungen und Sicherungen, die eventuell die Beleuchtung beeinflussen können.

Wir haben Ihnen unter Lichtlösungen für die gängigsten Einsatzbereiche unserer LED Leuchten Lösungsmodelle erarbeitet.

 

Empfohlene Beleuchtungsstärken (Lux)

Arbeitsbereich/Tätigkeit Mindestwert                Sport-/Außenbereich Mindestwert
Verkehrsflächen/Flure (ohne Stufen) 50 lux Wege/Straßen/Parkplätze 10 lux
Lager/Ladebereiche 150 lux Fußballplatz/Reitplatz (Hobby) 300 lux
Pausen/Aufenthaltsräume 200 lux Reithalle (Hobby) 300 lux
Versand/Verpackungsbereich 300 lux Tennis/Racketsport (Hobby) 300 lux
Büroarbeitsplatz 500 lux Reithalle (Profi) 500 lux
feine handwerkliche Arbeiten 1.000 lux Fußball (Profi) 500 lux
Werkstätten für Elektronik, Uhren u.Ä. 1.500 lux Tennis/Racketsport (Profi) 750 lux

Ratgeber IP Klassifizierung

Die Schutzart gibt die Eignung von Leuchten für verschiedene Umgebungsbedingungen an, daher den Schutz aktiver Teile gegen Berührung, Eindringen von Fremdkörpern und Wasser sowie die Stoßfestigkeit (sog. Gehäuseschutz). Schutzarten sind IP00 bis IP69K, die Abkürzung IP steht für International Protection.

In der Produktbeschreibung zu unseren LED Leuchten ist die IP Schutzart / IP Klassifizierung grundsätzlich mit angegeben.

Die IP Schutzart besteht aus zwei Ziffern (zum Beispiel IP40 oder IP65). Die erste Ziffer bezieht sich auf den Schutz vor Festkörpern und den Schutz bei Berührungen, die zweite auf den Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit.

Hier finden Sie die Einstufung im Detail:

  • IP0X Weder Berührungsschutz, noch Fremdkörperschutz
  • IP1X Handrückenschutz, Schutz gegen Fremdkörper mit Durchmesser >50mm
  • IP2X Fernhalten von Fingern Schutz gegen Fremdkörper >12mm Durchmesser
  • IP3X Schutz vor dem Berühren mit Werkzeugen (Prüfling: 12mm Durchmesser, 100mm Lang) Schutz gegen Fremdkörper mit Durchmesser >2,5mm
  • IP4X Fernhalten von Werkzeugen u.ä. Schutz gegen Fremdkörper >1mm Durchmesser
  • IP5X Vollständiger Berührungsschutz, Schutz gegen schädliche Staubablagerungen im Innern
  • IP6X Vollständiger Berührungsschutz, Schutz gegen Eindringen von Staub

Kennziffern für Wasserschutz

  • IP X0 Nicht vor eindringendem Wasser geschützt
  • IP X1 Geschützt gegen senkrecht fallendes Tropfwasser
  • IP X2 Geschützt gegen schräg fallendes Tropfwasser (15° gegenüber der Senkrechten)
  • IP X3 Geschützt gegen Sprühwasser (bis 60° gegenüber der Senkrechten)
  • IP X4 Geschützt gegen Sprühwasser
  • IP X5 Geschützt gegen Strahlwasser (aus allen Richtungen)
  • IP X6 Geschützt vor eindringendem Wasser bei vorübergehender Überflutung
  • IP X7 Geschützt vor eindringendem Wasser beim Eintauchen
  • IP X8 Geschützt vor eindringendem Wasser beim Eintauchen für unbestimmte Zeit
  • IP X9 Geschützt vor eindringendem Wasser aus jeder Richtung auch bei stark erhöhtem Druck gegen das Gehäuse.

Empfohlene IP Klassifizierung

  • übliche Hallenflächen: mindestens IP54
  • Sporthallen: mindestens IP54
  • Tierställe: mindestens IP65
  • überdachte Außenbereiche, Wand/Decken/Mastmontage: mindestens IP54
  • Außenbereich, Wand/Decken/Mastmontage: mindestens I65
  • Büro- und Wohnflächen (keine Feuchräume): mindestens IP40
  • Flure/Aufenthaltsräume: mindestens IP40

 


Unterschied zwischen Lampen (Retrofit) und fest verbauten Leuchten

Eine Lampe ist ein Leuchtmittel, welcher jener Teil einer Leuchte ist, der durch Energieumwandlung Licht erzeugt.

Als Leuchte wird ein Produkt bezeichnet, in das eine Lampe eingesetzt werden kann oder aber ein Leuchmittel bereits fest verbaut ist.

In unseren Leuchten sind die Leuchtmittel (LEDs) grundsätzlich fest verbaut, was eine optimale Lichtausbeute, Effizienz und Wärmeabgabe gewährleistet.

Als Retrofit-Variante für den Austausch klassischer Leuchtstoffröhren bieten wir außerdem Leuchmittel in Form von LED Tubes an.

Vor- und Nachteile von fest verbauten Leuchten

Vorteile von fest verbauten Leuchten:

  • längere Lebensdauer
  • optimale Wärmereglung durch optimierte Anordnung der Komponenten
  • problemloses Dimmen
  • optimale Lichtverteilung und geringe Blendung
  • sehr gute Farbwiedergabe
  • flexibles Lampendesign möglich
  • Leuchtmittel passt perfekt zur Lampe
  • längere Garantieleistungen
  • Gegebenenfalls zertifiziertes Leuchtensystem
  • garantiert flimmerfrei

Nachteile von fest verbauten Leuchten

  • kein Austausch bei Defekt, die Leuchte muss komplett ersetzt werden
  • höherer Anschaffungspreis

Vor- und Nachteile von Lampen (Retrofit-Leuchtmittel)

Vorteile von Lampen (Retrofit-Leuchtmittel)

  • Einsatz in vorhandenen Leuchten
  • günstigerer Anschaffungspreis

 

Nachteile von Lampen (Retrofit-Leuchtmittel)

  • kürzere Lebensdauer
  • kein optimiertes System
  • passt oftmals nicht genau in die Leuchte

 

Ratgeber Unterschied Lampen zu Leuchten bei LED Beleuchtung


Ratgeber Farbtemperatur / Lichtfarbe

Die Beleuchtung kann in verschiedenen Farbtemperaturen bzw. Lichtfarben erfolgen. Die Farbtemperatur ist ein Maß, um den Farbeindruck einer Lichtquelle quantitativ zu bestimmen, die Angabe erfolgt in Kelvin (K).

Die gängigste Farbtemperatur ist neutralweiß mit 4.000K, was eine ausgewogene und neutrale Beleuchtung ermöglicht und für die allermeisten Zwecke besonders im gewerblichen und industriellen Bereich die ideale Wahl ist. Zudem ist bei dieser Farbtemperatur von 4.000K die Lichtausbeute in der Regel am höchsten, was eine sehr hohe Effizienz gewährleistet.

Für eine besonders gemütliche bzw. wohnliche Atmosphäre (z.B. Wohnbereiche, Gästebereiche in der Gastronomie) kann ein warmweißes Licht mit 2.700K besser geeignet sein.

In bestimmen Einsatzgebieten (z.B. Fahrzeuglackiererei) kann hingegen Tageslichtweiß mit 5.700K die ideale Wahl sein. Diese Lichtfarbe kommt dem natürlichen Tageslicht am nächsten und ist daher zu empfehlen, wenn in die beleuchtete Fläche viel Tageslicht einfällt. Diese Lichtfarbe wird von manchen Menschen als besonders grell oder sogar unangenehm empfunden.

Wenn Sie sich nicht sicher sind, welche Farbtemperatur / Lichtfarbe für Sie am besten geeignet ist, können Sie HIER über unser Formular Lichtplanung kostenfrei und unverbindlich eine Musterleuchte bei uns bestellen.

 

Ratgeber Farbtemperatur

Ratgeber Farbtemperatur / Lichtfarbe / 2700K 4000K 5700K


Die Unterschiede zwischen Lumen und Lux

Was sind Lux? (Beleuchtungsstärke)

Lux bemisst den Lichtstrom, der auf einer bestimmten Fläche bei einem Empfänger auftritt. 1 Lux = 1 Lumen / m2.

Sonnenlicht am Mittag im Sommer entspricht ungefähr einer Beleuchtungsstärke von 100’000 Lux und ein bedeckter Himmel im Sommer etwa 10’000 Lux. Dunkle Regenwolken während eines Gewitters entsprechen ca. 1000 Lux. Kunstlicht in einem gut beleuchteten Büro hat etwa 800 Lux und der Vollmond bei klarer Nacht 0,25 Lux.

Was sind Lumen? (Lichtleistung)

Lumen ist der Lichtstrom der Lampe und entspricht der Lichtleistung, also praktisch die Zusammenfassung allen Lichts, welches die Lampe nach allen Seiten ausstrahlt. Eine klassische Glühlampe von 40 Watt strahlt in etwa 415 Lumen nach allen Seiten aus, unsere Hochleistungsstrahler mit 50 Watt geben rund 4.500 Lumen ab, also mehr als das 10 fache bei annährend gleicher Eingangsleistung (Stromabnahme).


Markenprodukte von August Müller Lichttechnik gegenüber Billigware aus Fernost

Wer billig kauft – kauft oft zweimal. Auf den ersten Blick wirken Markenprodukte teurer als Billigware. Markenprodukte armotisieren sich jedoch sehr schnell, denn sie sind oftmals länger haltbar und deutlich effizienter. Die Lichtqualität ist nachweislich sehr wichtig für unser tägliches Wohlbefinden, die Stimmung und die Gesundheit. Aus diesen Gründen sollte man auf die Qualitätsmerkmale guter LED achten, bei uns finden Sie Markenware zu einem günstigen Preis, bei bester Qualität.

strenge Kontrollen

Optisch unterscheidet sich ungeprüfte Billigware kaum von herkömmlichen LED-Leuchten. Quantität statt Qualität steht hier jedoch an oberster Stelle, was häufig zur Folge hat, dass die Verkabelung oft nicht richtig isoliert ist. Lebensgefährliche Stromschläge können hierbei die Folge sein. Eine ordnungsgemäße Kontrolle bleibt oftmals aus.

Wir legen einen hohen Wert auf die Qualität und Kontrolle der Ware, ein solcher Fall ist bei unseren Marken-LEDs ausgeschlossen.     

 

korrekte und verifizierte Angaben

Billigware aus Fernost kann nicht mit den Leistungen hochwertiger Produkte mithalten. Es werden falsche Versprechen abgegeben um das minderwertige Produkt positiv darzustellen. Das Produkt verbraucht oft mehr Energie als angegeben. Auch Zertifikate werden fälschlicherweise genannt.

↳ Die Produkte der August Müller Lichttechnik wurden in Deutschland geprüft, in den Downloads ist jeweils die genaue Leistung angegeben. Wir garantieren für die Richtigkeit!

lange Lebensdauer

Ein großer Vorteil der LED-Beleuchtung ist die lange Lebensdauer. Die versprochene Lebensdauer wird bei Billigware jedoch oft nicht erreicht und das LED-Produkt wird frühzeitig defekt.

↳ Wir garantieren eine mittlere Lebensdauer von 50.000 Stunden. Durch verbaute Markenprodukte und hochwertige Bestandteile halten unsere Produkte deutlich länger. Deshalb können wir bei den meisten Produkten 5 Jahre Garantie anbieten.

flimmerfreies und flackerfreies Licht

Ein flackerndes Licht wird oft als nervig und störend empfunden. Es kann sogar zu gesundheitlichen Problemen kommen. Die häufigste Ursache von flackernden LEDs ist eine minderwertige Qualität und minderwertige Treiber.

↳ Wir setzen bei unseren Produkten auf Markentreiber von MeanWell. Außerdem haben wir unsere Produkte von einer zertifizierten Firma auf flimmerfreies und gesundes Licht nach IEEE Norm 1789-2015 zertifizieren lassen. Flackerndes Licht ist somit ausgeschlossen.