Lichttechnik Leute,
Lichttechnik Leute, lasst LED-Lampen leuchten! Indirekte LED-Beleuchtung (Quelle: HAM) Farben und Wellenlängen: Violett: 380 bis 436 nm Blau: 436 bis 495 nm Grün: 495 bis 566 nm Gelb: 566 bis 589 nm Orange: 589 bis 627 nm Rot: 627 bis 780 nm Seit kurzer Zeit haben sich LEDs in der Beleuchtungstechnik durchgesetzt. In zehn Jahren werden sie die dominierenden Lichtspender sein, egal ob in Lampenform, als Röhre, Spot, Downlight, Trackinglight oder Strahler. Die sogenannte Energiesparlampe wird dann ebenso vergessen sein wie die herkömmliche Glühbirne. Lesen Sie hier, warum. Weiße Power-LEDs eröffnen nicht nur schlechthin neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Lebensqualität, sondern stechen die anderen Lichtquellen durch mehrere überzeugende Vorteile aus. Sehen wir uns diese mal näher an und überlegen wir, wie wir sie am besten ausschöpfen können! Licht-Grundlagen Licht kann man künstlich erzeugen und mit optischen Elementen lenken, filtern oder mischen. Es ist nichts weiter als der sichtbare Ausschnitt der gesamten elektromagnetischen Strahlung. Diese kennzeichnet man durch ihre Wellenlänge. Der sichtbare Bereich (s. Kasten) wird an der einen Seite durch die Infrarotstrahlung und an der anderen Seite durch die Ultraviolettstrahlung eingegrenzt. Es bietet sich die Maßeinheit Nanometer (nm) an, das ist der millionste Teil eines Millimeters. Bekanntlich existieren Farben nur in unseren Gehirnen: Bestimmte Lichtwellenlängen regen Zäpfchen an, und das Gehirn erzeugt die entsprechende Farbe. Einzig die Oberflächenstruktur eines Materials entscheidet darüber, welche Farbe dieses Material hat. Denn nur die Struktur bestimmt, welchen Frequenzanteil von weißem Licht sie reflektiert oder nicht. Und so entsteht (in unserem Kopf) die Farbe. Reflektiert eine Oberfläche überhaupt nicht, wirkt sie schwarz. Aber wo ist im Kasten das Weiß? Das gibt es eigentlich gar nicht! Es entsteht erst durch die Überlagerung (Mischung) bestimmter Farben. Das nennt man additive Farbmischung. Dabei zeigt sich, dass man aus Rot, Grün und Blau alle anderen Farben erzeugen kann. Weiß verlangt beispielsweise alle drei in gleicher Helligkeit. Übrigens: Nimmt man eine dieser sogenannten Primärfarben weg, so entsteht Gelb, Cyan oder Magenta. Additive Farbmischung – ist das nicht „doppelt gemoppelt“? Nicht ganz, denn: Entsteht der Farbeindruck dadurch, dass spektrale Teile einer in der Regel weißen Lichtquelle in ihrer Intensität vermindert werden, spricht man von subtraktiver Farbmischung. Bei jeder Farbmischung werden drei unterschiedlich farbempfindliche Zäpfchen im Auge gereizt. Der eigentliche Farbeindruck entsteht anschließend durch komplexe Verschaltungen in den Neuronen und im Sehzentrum unseres Gehirns. Für die Lichttechnik ist dabei von Bedeutung, dass unser Auge für verschiedene Wellenlängenbereiche unterschiedlich empfindlich ist. Licht unter der Lupe Nun zu den wichtigsten lichttechnischen Größen und ihren Maßeinheiten: • Lichtstrom in Lumen (lm) So bezeichnet man den gesamten von einer Lichtquelle abgegebenen Strahlungsfluss (die abgegebene Lichtleistung), 6 Haus & Elektronik 1/2014
Lichttechnik wenn er gemäß einer internationalen Vereinbarung bewertet wird. Lumen kommt aus dem Lateinischen und heißt Leuchte. • Lichtstärke in Candela (cd) LEDs strahlen ihr Licht nur in einer Ebene rundum, in der anderen aber bevorzugt in einem bestimmten Winkel aus. Die Abstrahlung erfolgt mehr oder weniger gebündelt (konzentriert) nach vorn. Die Lichtstärke ist die Intensität der Lichtabstrahlung in Vorzugsrichtung. Candela heißt Kerze; die typische Lichtstärke einer üblichen Kerze dient also als Vergleichsmaßstab. • Beleuchtungsstärke in Lux (lx) Lichtstrom und Lichtstärke „verdünnen“ sich mit dem Quadrat der Entfernung. Verdoppelt man die Entfernung zur Quelle, fallen die Lichtgrößen auf ein Viertel. Mit der Definition der Beleuchtungsstärke berücksichtigt man diesen Effekt. Ein Lux entspricht etwa der Lichtstärke, die eine Kerze in 1 m Entfernung erzeugt. In 0,5 m Entfernung wären es 0,24 lx. Das ist die Entfernung, bei der Hersteller die angegebene Beleuchtungsstärke meist gemessen haben! Die Lichtfarbe Eine weitere wichtige Kenngröße ist die Lichtfarbe. Lichtfarben unterscheiden sich durch: • Lichtart • Farbtemperatur • Farbort in einem Farbendreieck • Farbwiedergabe-Index (s. Kasten) • Farbnamen oder generische Zahl Dies alles näher zu erörtern, würde hier zu weit führen. Aber den seltsamen Begriff „Farbtemperatur“ müssen wir doch klären! Der Hintergrund ist einfach: Licht wird unterschiedlich vom Menschen wahrgenommen. Die Sonne bietet solche Eindrücke, welche anhand ihrer Oberflächentemperatur festgemacht wurden. So entspricht Mittagssonne z.B. 5.700 Kelvin (K). Je niedriger die Farbtemperatur, desto „wärmer“ empfinden wir das Licht: • Warmweiß (ww) unter 3.300 K wirkt gelbweiß und gemütlich. • Neutralweiß (nw) mit 3.300 bis 5.300 K ist weißes Licht. • Tageslichtweiß (tw) hat über 5.300 K; es wirkt anregend und passt zu einfallendem Tageslicht. Eine herkömmliche Glühbirne strahlt ein gemütliches gelbes Licht aus. Die Farbtemperatur hängt von der Leistung ab, Richtwerte: 40 W 2.680 K, 60 W 2.200 K, 100 W 2.800 K. Halogen- und Energiesparlampen erreichen das Doppelte; deren Licht ist anregend und fast grell – gut für Arbeitsräume, ganz schlecht fürs Wohnzimmer und völlig unpassend im Schlafzimmer. Warmweiße LED-Leuchten in Glühlampenform liegen hingegen bei 2.700 K – wie herkömmliche Glühbirnen! Die Effizienz einer Lampe Dass Glühlampen a la Edison viel mehr der zugeführten elektrischen Leistung in Wärme umwandeln als in Licht, ist allgemein bekannt. Jeder weiß, wie heiß bereits eine kleine solche Glühbirne wird! Aber dass die Lichtausbeute nur Die LED-Röhre ist längst Realität. (Foto: Autor) wenige Prozent beträgt, ist oft nicht klar! Übliche Energiesparlampen sind keine überzeugende Alternative, weil teuer, teils auf gefährlichen Schadstoffen beruhend, von Form und Aussehen her problematisch, viel zu „hartes“ Licht spendend (eventuell gut am Morgen, aber sehr problematisch am Abend), problematisch beim Einschalten und Dimmen und von der Lebensdauer her nicht überzeugend. Ganz anders LED- Lampen, die zudem noch wirkungsvoller arbeiten! Effizienz oder Wirkungsgrad definieren sich bei Lichtquellen über das Verhältnis von Lichtstrom zu aufgenommener elektrischer Leistung, also in Lumen pro Watt. Natürlich ist es wichtig, die Effizienz seines Leuchtmittels zu kennen! Lumen und Watt sind also wichtigste Einheiten. Die konventionelle Glühbirne bringt es nur auf ca. 13 lm/W, egal, ob als 15-W-Funzel oder 100-W-Typ. Eine echte Unglückszahl! Das wird z.B. beim Vergleich mit zeitgemäßen 7-W-LEDs überdeutlich. Aufgepasst, hier gibt es typabhängig einen breiten Lichtstrombereich von 280 bis 770 lm. Und das bedeutet 40 bis 110 lm/W! Die schlechteste 7-W-LED ist also immer noch dreimal besser. Sie liefert 50% mehr Licht als eine 15-W-Glühbirne. Darum sind die umweltneutralen LEDs wie die quecksilberhaltigen Energiesparlam- Farbwiedergabe-Index Bei weißen LEDs sollte man auch auf den Farbwiedergabe-Index (Color Rendering Index, CRI) achten. Meist wird er auch als Ra angegeben. Er informiert darüber, mit welcher Qualität Farben von beleuchteten Objekten wiedergegeben bzw. reflektiert werden. Dazu gibt es eine Skala von 0 bis 100. Je höher, umso farbgetreuer. Bei Wohn- und Arbeitsplatzbeleuchtungen sollten mindestens 80 erreicht werden. Haus & Elektronik 1/2014 7
