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Die Zukunft heißt LED

Energieeffiziente Beleuchtung
Die Zukunft heißt LED

Die Leuchtdiode (LED) ist nicht nur eine der energieeffizientesten Lampen, sie setzt auch Akzente im Lichtdesign. Die LED ist ein Halbleiter-Kristall, der durch Stromfluss zum Leuchten angeregt wird. Ein wenige Millimeter kleiner Kristall sitzt auf einem Reflektor, der das Licht punktgenau leitet. Der Reflektor mit dem Kristall ist auf einem Träger befestigt, der die elektrischen Kontakte enthält. Der Träger mit dem Kristall und Reflektor ist in Epoxidharz eingegossen. LEDs erzeugen Licht in Farben, die vom Kristall-Material abhängen. Weißes Licht beispielsweise wird dadurch erzeugt, indem eine blaustrahlende Diode mit einem Leuchtstoff in weißes Licht verwandelt wird.

Die Effizienz der LEDs wird ständig verbessert. Derzeit haben die besten Power-LEDs eine Lichtausbeute von 100 lm/W. Wir gehen davon aus, dass die Effizienz weißer LEDs in den nächsten Jahren noch weiter gesteigert werden kann. Damit werden LEDs in Zukunft auch für die Allgemeinbeleuchtung immer attraktiver. (Background: Ab September 2009 dürfen Glühbirnen ab 100 Watt nicht auf dem EU-Markt verkauft werden. Bis 2016 soll es dann ausschließlich Energiesparlampen auf dem Europäischen Markt geben. Der Stufenplan sieht vor, dass ab dem 1 September 2009 keine Glühbirnen über 100 Watt verkauft werden dürfen. Ab dem 1. September 2010 gilt das Verbot dann ab 75 Watt, ein Jahr später sind es dann 60 Watt- Glühbirnen. Ab 2012 sind dann auch Leuchtkörper ab 25 Watt verboten.) Die große Bandbreite bei den LEDs erstreckt sich von den kleinen Signal-/Bereitschaftsanzeigen bis zu den neuesten High-Power-LEDs.

Alterung und Lebensdauer
Die Lichtstärke einer unter konstanten Bedingungen betriebenen Lumineszenzdiode nimmt kontinuierlich ab. Die durchschnittliche Lebensdauer von LEDs ist sehr hoch. Das Ende der Lebensdauer einer LED heißt nicht, dass die LED ausfällt, sondern die Helligkeit sich auf 70 % bzw. auf 50 % (je nach Hersteller) der Anfangshelligkeit neue LED) verringert. Die Lebensdauer von LEDs wird stark verringert durch zu hohe Ströme und zu hohe Temperaturen. Totalausfälle sind sehr selten. Sie treten meist nur bei Überlastung und Fehlanschluss auf.
Bei LEDs, die nur zu Signalzwecken, z. B. als Bereitschaftsanzeige beim Fernseher (Stand-By) eingesetzt werden, können Lebensdauern von über 100 000 Stunden (das entspricht 11 ½ Jahren ununterbrochener Leuchtdauer) erreicht werden. Eine LED, die zwischenzeitlich ganz ausgeschaltet wird, regeneriert sich in der Pause wieder, so dass sich die Lebensdauer verlängert. Sie gehört heute schon zu den wirtschaftlichsten Leuchtmitteln, da Service-Einsätze und Lampenaustausch nicht erforderlich sind.
Die Konstruktion der Leuchte mit der Möglichkeit, die Chiptemperatur der LED abzuführen und damit niedrig zu halten, ist entscheidend für die Lebensdauer der Leuchte. D.h. mit gleichen LEDs wird die Lebensdauer der Leuchte erst durch die Konstruktion, vor allem der Anbringung von Kühlflächen, bestimmt.
Lichtfarbe und -temperatur
Zur Erklärung der meisten Phänomene lässt sich Licht als elektromagnetische Welle definieren. Unser Empfinden für Farbe und Helligkeit bezieht sich auf elektromagnetische Wellen, deren Frequenz im sichtbaren Bereich liegt. Wellen anderer Frequenzen haben keine Farbe. Sie werden mit Namen bezeichnet, die vor allem angeben, wozu sie verwendet werden.
Der gesamte Frequenzbereich der elektromagnetischen Wellen heißt elektromagnetisches Spektrum und erstreckt sich lückenlos von den energieärmsten, langen Wellen, z. B. Radio, bis zu den energiereichsten, ultraharten Röntgenstrahlen und den Gammastrahlen der Atomkerne. Das Spektrum des sichtbaren Lichtes umfasst nur einen kleinen Bereich – er liegt bei etwa 400 nm (violett) bis 750 nm (rot).
Bei weißen Hochleistungs-LEDs sind Fertigungstoleranzen durch kleinste Parameter-Schwankungen unvermeidlich. Um nicht nur Ausschuss zu produzieren, werden die LEDs sortiert und entsprechend ihren Farbwerten und Wirkungsgraden sortiert. Über so genannte Binnings (Klasseneinteilung) werden dabei die verschiedenen „Weißtöne“ der LEDs vorsortiert.
Dementsprechend fallen alle LEDs, die ähnliche Werte aufweisen, in den gleichen Behälter (Bin). Je enger die Toleranzen gesetzt werden, um so höher ist die Qualität von Systemen, die aus mehr als einer LED bestehen. Momentan ist es noch nicht möglich, gezielt eine spezielle Farbtemperatur mit geringer Toleranz herzustellen.
Lichtquelle Farbtemperatur
Die Farbwiedergabe ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal von Licht. Eine Lichtquelle, deren Licht alle Spektralfarben enthält, z. B. das Sonnenlicht, lässt die Farben der beleuchteten Gegenstände natürlich aussehen. Je nach Einsatzort und Sehaufgaben sollte künstliches Licht eine möglichst korrekte Farbwahrnehmung (wie bei natürlichem Tageslicht) gewährleisten. Der Maßstab dafür sind die Farbwiedergabe-Eigenschaften einer Lichtquelle, die in Stufen des „allgemeinen Farbwiedergabe-Index“ Ra ausgedrückt werden. Eine Lichtquelle mit Ra = 100 zeigt alle Farben optimal. Je niedriger der Ra-Wert ist, desto weniger gut werden die Farben wiedergegeben.
Vorteile von LEDs
  • hoher Wirkungsgrad = geringer Energieverbrauch
  • geringe Wärmeentwicklung
  • sehr lange Lebensdauer (keine Wartungskosten)
  • kleine Abmaße/Bauformen
  • stoß- und vibrationsfest
  • kleine Spannungen (Schutzkleinspannung)
  • kein UV-Lichtanteil/kein „Ausbleichen“ der Objekte
  • keine IR-Strahlung/keine Erwärmung der angestrahlten Objekte
  • kein Flackern
  • Nachteile von LEDs
  • relativ hohe Stückkosten
  • LEDs müssen für bestimmte Anwendungen farblich selektiert werden
  • früher war die Farbwiedergabe kaltweißer LEDs nicht für alle Anwendungen ausreichend. Aktuelle Entwicklungen sind heute schon wesentlich besser
Einsatzgebiete
Durch die UV-freie Strahlung der LEDs eignen sie sich besonders für
Museums- und Vitrinenbeleuchtung, Bilderleuchten für Kühlthekenbeleuchtung sowie für medizinische Leuchten. Da sie gegen Erschütterungen sehr unempfindlich sind, kommen sie insbesondere bei Automobilen, Fahrrad -und Arbeitsleuchten, LKWs und bei Wohnmobilen zum Einsatz. Da LEDs sehr klein sind und wenig Wärme abstrahlen sind sie prädestiniert bei Möbelleuchten, Orientierungsleuchten und Displays. Dank der Farbmischung und den möglichen Verläufen mit LEDs werden sie gerne in der Gastronomie sowie in Wellness-Bereichen eingesetzt. ■
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