Alternative zu konventioneller Beleuchtung?

Was bei der Auswahl von LEDs in der Industrie zu beachten ist

| Redakteur: Bernhard Richter

Für die Wahl der richtigen Beleuchtung ist u.a. deren Einsatzort entscheidend. Doch lohnt sich der Austausch bislang verwendeter konventionelle Leuchten durch LED-Lösungen und was ist in diesem Fall zu beachten?
Für die Wahl der richtigen Beleuchtung ist u.a. deren Einsatzort entscheidend. Doch lohnt sich der Austausch bislang verwendeter konventionelle Leuchten durch LED-Lösungen und was ist in diesem Fall zu beachten? (Bild: IPF)

LED-Lampen haben sich im Privaten als Alternative zu Glühlampen und Energiesparlampen durchgesetzt. Auch in der Industrie werden konventionelle Leuchtmittel zunehmend durch LED ersetzt - aber worauf sollte man dabei achten?

Eine konkrete Antwort auf die Frage nach der perfekten Alternative für konventionelle Leuchtmittel in der Industrie ist nicht einfach, da viele Faktoren die Auswahl einer geeigneten LED-Lösung als Ersatz für mitunter recht unterschiedliche herkömmliche Lampen und Leuchten beeinflussen. Dieser Beitrag beschäftigt sich daher mit dem Austausch von Halogenlampen in sogenannten Flutern und röhrenförmigen Leuchtstofflampen, da solche Lösungen nach wie vor häufig als Maschinenleuchten bzw. Arbeitsplatzleuchten eingesetzt werden.

Hohe Helligkeit und auch Wärmeabstrahlung

Leuchten mit Halogenlampen dienen insbesondere zur Ausleuchtung größerer Flächen, z. B. in der Industrie u.a. im Bereich von Hallentoren. Solche Leuchten sind eine Weiterentwicklung der Glühlampe, wobei sich der Wolframfaden in einem mit dem Halogen Iod gefüllten Quarzglaskolben befindet. Halogenlampen erreichen eine Lebensdauer von bis zu 5000 Stunden und verfügen im Vergleich zu einer Glühlampe über eine höhere Helligkeit, allerdings zu Lasten einer vergleichsweise größeren Wärmeabstrahlung. LED-Leuchtmittel können im Gegensatz hierzu mit einer Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden bei deutlich geringerer Wärmeentwicklung punkten.

Stetig abnehmende Lichtintensität

Zur Ausleuchtung von Arbeitsplätzen werden bevorzugt röhrenförmige Leuchtstofflampen, allgemein als Leuchtstoffröhre bekannt, genutzt. Diese Lampen haben an den Enden Elektroden aus Wolframdraht, die in der Startphase von Strom durchflossen werden und sich aufheizen. Hierdurch werden Elektronen in das Lampenrohr emittiert. Ein sogenannter Starter in Verbindung mit einem Vorschaltgerät erzeugt zwischen den Elektroden eine Zündspannung, wodurch die freigesetzten Elektronen im elektrischen Feld Richtung Anode beschleunigt werden. Durch die Ionisierung des Gases in der Röhre entsteht ein Plasma, das hauptsächlich nicht-sichtbares UV-Licht erzeugt und aufgrund des Leuchtmittels auf der Röhreninnenseite in sichtbares Licht umgewandelt wird.

Die Lebensdauer von Leuchtstofflampen beträgt ebenfalls durchschnittlich zirka 5000 Stunden. Neben der zur LED niedrigeren Lebensdauer nimmt bei solchen Lampen außerdem die Lichtintensität über die gesamte Betriebszeit stetig ab.

LED-Leuchtmittel überzeugen darüber hinaus noch an anderer Stelle, denn sie geben ein flimmerfreies Licht ab (wichtig bei der Beleuchtung rotierender Maschinenteile), das von UV- und Infrarotanteilen frei ist. Die hohe Lebensdauer von LED ist dabei unabhängig von Schaltzyklen. Zusätzlich verfügen sie durch den geringen Energieverbrauch über eine hohe Energieeffizienz.

Die Kombination ist entscheidend

Vor dem Austausch konventioneller Leuchtmittel durch LED hilft im Grunde der Vergleich von Wattleistungen oder die Verwendung irgendwelcher Umrechnungsformeln nicht weiter. Entscheidend ist in diesem Kontext immer auch die Kombination aus Leuchtmittel und Reflektor (Lichtformer), der in der Regel auf das bei der Konstruktion definierte Leuchtmittel optimiert ist. Verwendet man eine Austauschlampe, die zu dieser Konstruktion nicht passt, kann sich die Lichtleistung u. U. dramatisch verschlechtern. Daher sollte stets die Kombination aus Leuchtenaufbau und verwendetem Leuchtmittel berücksichtigt werden.

Abstrahlwinkel verursacht Lichtstromverluste

Eine zentrale Kenngröße ist in diesem Zusammenhang der Lichtstrom (Einheit Lumen: lm). Mithilfe des sogenannten Abstrahlwinkels kann bewertet werden, wie sich dieser Lichtstrom einer Leuchte im Raum „verteilt“. Er beschreibt den Lichtaustrittswinkel einer Leuchte bzw. deren Abstrahlcharakteristik. Während eine nicht in einer Leuchte verbaute Glühlampe den Lichtstrom in einen Abstrahlwinkel von nahezu 360° richtet, lenkt z.B. bei einem Halogenfluter der Reflektor das Licht in die gewünschte Richtung. Durch diese Umlenkung entstehen jedoch Verluste beim Lichtstrom.

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Für einen direkten Vergleich von Lichtquellen eignet sich am besten die Beleuchtungsstärke (Einheit Lux: lx = lm/m²) in einem festgelegten Abstand, zentral unter der Lichtquelle. Sie definiert den auf eine Fläche gelangenden Lichtstrom. Die Einheit Lux stellt quasi die Flächendichte des einfallenden Lichtstroms bzw. die Kombination aus Lichtleistung und Abstrahlcharakteristik dar.

Lichtfarbe und Farbwiedergabeindex

Die Lichtfarbe ist die Farbe einer selbstleuchtenden Lichtquelle und lässt sich über die Angabe der Farbtemperatur (Einheit Kelvin: K) sowie des Farbwiedergabeindex Ra beschreiben. Je nach Zusammensetzung der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von 390 bis 780nm, empfindet der Mensch das Licht als eher „kalt“ oder „warm“.

Der Mensch empfindet Licht als „kalt“ oder eher „warm“, je nachdem, wie sich die elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von 390 bis 780nm zusammensetzt.
Der Mensch empfindet Licht als „kalt“ oder eher „warm“, je nachdem, wie sich die elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich von 390 bis 780nm zusammensetzt. (Bild: IPF)

Vor diesem Hintergrund seien hier einige Farbtemperaturen spezifischer Leuchtmittel sowie von LED genannt: Halogenlampe (ca. 3000 K), Leuchtstofflampe (ca. 4000 K), LED (3000 K und weniger sowie über 5000 K). Der Farbwiedergabeindex beschreibt die Qualität der Farbwiedergabe von Lichtquellen bezogen auf eine Referenzlichtquelle, wobei die Angabe 100 bedeutet, dass die Farbwiedergabe mit der Referenzlichtquelle übereinstimmt. Je kleiner der Wert für Ra, umso größer ist der Unterschied zur Referenz. Für eine gute Farbwiedergabe über das sichtbare Spektrum ist allerdings nicht nur ein hoher Farbwiedergabeindex einer Lichtquelle wichtig, sondern dass die Lichtquelle auch über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung emittiert. Das ist in der Regel bei der Kombination aus hohem Farbwiedergabeindex und Farbtemperaturen von 4500 K bis 6000 K der Fall.

Grundlegende Fragen zum Einsatzfeld

Die Wahl einer geeigneten Beleuchtung für den professionellen Gebrauch wird grundlegend von ihrem potenziellen Einsatzfeld bestimmt. Wie eingangs erwähnt, konzentriert sich dieser Beitrag auf LED-Leuchten als Alternative zu Halogenflutern oder Leuchten mit Leuchtstofflampen. Die vielschichtigen Einsatzfelder solcher Lichtquellen bspw. in Industriehallen oder an Arbeitsplätzen erschwert zunächst die Auswahl einer geeigneten LED-Lösung. Aus diesem Grunde sollten im Vorfeld einige grundlegende Fragen geklärt werden, u.a.:

  • Wo befindet sich das Einsatzfeld der LED-Leuchte?
  • Wie groß ist die auszuleuchtende Fläche (Abstrahlwinkel)?
  • Welche Lichtintensität erfordert der Einsatzort?
  • Soll die Lichtquelle über eine „wärmere“ oder eher „kältere“ Lichtfarbe verfügen?
  • Sind weitere Faktoren hinsichtlich des Einsatzortes zu berücksichtigen (z. B. Schock- und Vibrationsfestigkeit, Resistenz gegenüber Kühl- oder Schmierstoffe, hohe Dichtigkeit, spezifische Hygieneanforderungen etc.)?

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Vor dem Einsatz testen

Angesichts dieser und weiterer möglicher Fragestellungen im Vorfeld der Auswahl einer geeigneten Lösung, ist es empfehlenswert, sich von einem Leuchten-Spezialisten beraten zu lassen. Im Anschluss daran sollte eine LED-Leuchte an ihrem zukünftigen Einsatzort unverbindlich getestet werden, um eine wirklich optimale Lösung zu erhalten. Im Sinne einer hilfreichen Orientierung werden nachfolgend einige LED-Leuchten vorgestellt.

LED-Flutlichtstrahler und Arbeitsplatzleuchten

Bis zu 80 % Energieeinsparung erzielen LED-Flutlichtstrahler mit einer Leistungsaufnahme von 30 W bzw. 50 W gegenüber herkömmlichen Halogenflutern. Die Strahler liefern einen Lichtstrom von 3500 lm bzw. 5900 lm und verfügen über tageslichtweißes Licht (5000 bis 6500 K). Durch einen Abstrahlwinkel von maximal 120° sind beide Lösungen zur Ausleuchtung größerer Flächen geeignet und u.a. aufgrund der Frontscheibe aus Sicherheitsglas für raue Industrieumgebungen prädestiniert.

Diese röhrenförmigen LED-Arbeitsplatzleuchten sind eine Alternative für röhrenförmige Leuchtstofflampen und integrieren 6 bzw. 12 LEDs.
Diese röhrenförmigen LED-Arbeitsplatzleuchten sind eine Alternative für röhrenförmige Leuchtstofflampen und integrieren 6 bzw. 12 LEDs. (Bild: IPF)

Die röhrenförmigen LED-Arbeitsplatzleuchten im Aluminiumgehäuse (Schutzart IP40) integrieren 6 LED bzw. 12 LED und verfügen über eine kaltweiße Lichtfarbe (5000 K). Der Abstrahlwinkel der Leuchten beträgt 120°.

Gleichmäßige Lichtverteilung

Eine große Auswahl bietet ebenfalls das Spektrum an LED-Arbeitsplatzleuchten im Profilgehäuse mit kaltweißer Lichtfarbe (5000 K). Die LED-Leuchten verfügen über eine diffuse Kunststoff-Frontscheibe, die für eine sehr gleichmäßige Lichtverteilung sorgt. Die Beleuchtungslösungen besitzen pro 250 mm Länge sechs LED und haben einen Abstrahlwinkel von 110°.

Ein Umrüsten lohnt

Ob Leuchten mit Halogen- oder Leuchtstofflampen, Lösungen mit LED sind schon allein aufgrund der vergleichsweise längeren Lebensdauer, geringeren Wartungskosten und des niedrigen Stromverbrauchs immer Alternativen, die sich schnell amortisieren. Aufgrund des breitgefächerten Angebots dürfte es kaum schwerfallen, die passende Lösung zu finden, vorausgesetzt, man beachtet einige grundlegende Dinge.

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