Wir geben Ihren Ideen Licht! Bürogemeinschaft LiCHT Blümnerstraße 14 D Leipzig BTH Beleuchtungstechnik Dipl.-Ing.

Transkript

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2 IHK Chemnitz Grundlagen der Beleuchtung 2. Nutzung von LEDs und ihrer Qualitätsmerkmale Bürogemeinschaft-LiCHT Dipl.-Ing. Holger Harnisch

3 Was ist Licht? Lichttechnische Grundbegriffe Qualitätsmerkmale von LEDs Nutzung von LED Leuchten

4 Alles Leben auf dieser Erde hat sich im Licht unserer Sonne entwickelt. Was ist Licht?

5 Tageslicht - sichtbare Strahlung 780nm 780nm Tageslicht ist die sichtbare Strahlung Strahlen mit einer Wellenlänge zwischen 780 und 380 Nanometer stellen den sichtbaren Teil des Spektrums dar und werden somit als Licht bezeichnet Strahlen mit einer Wellenlänge zwischen 780 und 380 Nanometer stellen den sichtbaren Teil des Spektrums dar und werden somit als Licht bezeichnet. 380nm

6 Spektrum des Sonnenlichts Wird weißes Sonnenlicht mit einem Prisma in seine Wellenlängen aufgefächert, so sind alle Farben des Spektrums zu sehen Sonnenlicht hat 100% Farbwiedergabe

7 Lichttechnische Grundgrößen

8 Lichtstrom Damit wird die gesamte pro Sekunde von einer Lichtquelle ausgestrahlte Lichtleistung bezeichnet. Die Einheit des Lichtstroms ist Lumen (lm) Beispiel: 54W Leuchtstofflampe: 4500 lm Lichtstärke Diese wird als der in einer bestimmten Richtung ausgestrahlte Lichtstrom definiert. Die Einheit der Lichtstärke ist Candela (cd) Beispiele (Bündelmitte): QR-CB 51 20W Spot 10 : 6000 cd QR-CB 51 20W Spot 60 : 450 cd

9 Beleuchtungsstärke Dies ist die Lichtmenge, die auf eine Oberfläche fällt. Die Einheit der Beleuchtungsstärke ist Lux (lx) Beispiele: Sommer, am Mittag, bei klarem Himmel (Äquator): Lux Im Freien, bei stark bewölktem Himmel: Lux Kunstlicht, in einem gut beleuchteten Büro: 500 Lux Vollmond, bei einer klaren Nacht: 1 Lux Leuchtdichte Damit wird das Licht bezeichnet, das von einer Flächen Reflektiert wirg. Die Leuchtdichte wird ausgedrückt in cd/m2 Beispiele: Oberfläche der Sonne: cd/m2 Glühfaden einer klaren Glühlampe: cd/m2 Leuchtstofflampe: cd/m2 Straßenbelag bei Kunstlicht: 0,5-2 cd/m2

10 Farbtemperatur Die Farbtemperatur des Lichtes wird in Kelvin angegeben. Sie wird mit der Strahlung eines glühenden schwarzen Körpers bei einer bestimmten Temperatur verglichen definiert. Wird dieser langsam erhitzt, durchläuft er eine Farbskala von Dunkelrot, Rot, Orange, Gelb, Weiß bis zu Hellblau. Je höher die Temperatur, desto weißer die Farbe. bis 1900 K Kerzenlicht bis 3300 K warmweiß 2200 K bis 3400 K Glühlampen über ca K Leuchtstofflampen bis 5000 K neutralweiß 5100 K bis 5400 K Mittagsonne im Sommer 5900 K bis 6400 K bedeckter Himmel im Januar 6500 K Xenonprüflampe (Normlicht C) 6500 K bedeckter Nordhimmel 5000 K bis 6800 K tageslichtweiß 9900 K bis K blauer Mittagshimmel im Dezember

11 Licht ist warm

12 oder kalt.oder kalt.

13 Der Plancksche Kurvenzug zeigt die Farbwertkoordinaten bei unterschiedlichen Temperaturen in Grad Kelvin (K).

14 Bei weißem Licht handelt es sich also um ein Mischlicht. Durch Addition der einzelnen Farben entsteht weiß. Bei einer RGB-Beleuchtung mischen sich die Farben auf der beleuchteten Fläche RGB + W

15 Farbwiedergabe

16 Farbspectrum von Lampen Halogenlampe/ Glühlampe Niederdruck- Natriumdampflampe Leuchstofflampe 840 Keramik-Metall- Halogendampflampe

17 Aufbau einer LED Die Farbtemperatur wird durch die Dicke der Phosphorschicht bestimmt => Unterschiedliche Effiziens

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19 Die Farbwiedergabe ist ein Qualitätsmerkmal von Licht Lichtquellen haben unterschiedliche Farbwiedergabe-Eigenschaften. Eine Lichtquelle, deren Licht alle Spektralfarben enthält, z. B. das Sonnenlicht, lässt die Farben der beleuchteten Gegenstände natürlich aussehen. Das Objekt kann nur in den Farben oder Mischungen der Farben erscheinen, die auch in dem Licht enthalten sind. Glühlampe / Halogenglülampe Niederdruck-Natriumdampflampe Metall-Halogendampflampe

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22 Licht ist spannend.

23 Vorteile der LED - Technik

24 Lichtlenkung von LED

25 Lichtlenkung von LED Freistrahlend => LED Band Reflektortechnik => innenbeleuchtung Linsentechnik => Straße, Industrie

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29 Dimmung von LED Dimmen DALI => Steuerung zum Betriebsgerät Dimmen 1-10V => Steuerung zum Betriebsgerät Dimmen DMX => Steuerung zum Betriebsgerät Taster/Dimmer, Sensor, Handy, Lichtsteuerung gibt ein Signal an das BT Dimmen durch Stromstärkenänderung => Betriebsgerät zur LED Dimmen durch Pulsweitenmodulation => Betriebsgerät zur LED

30 Qualitätsmerkmal: Betriebsgeräte Statisch => an / aus Dimmbar => 1-10V, Dali, DMX Lebensdauer => sollte größer h sein => wichtig! Überspannungsschutz => Außenleuchten min. 6kV Industrie BG => ca h

31 Qualitätsmerkmal: Temperaturmanagment Warum die Temperatur immer noch eine große Rolle spielt Die LED ist im Gegensatz zu anderen Leuchtmitteln kein thermischer Strahler, d. h. das Licht entsteht direkt durch das Emittieren von Photonen und nicht durch das Erwärmen eines Materials. Dennoch entsteht auch bei diesem Vorgang ungewollt Wärme. Diese wird durch den Aufbau der LED nach innen geleitet, das abgestrahlte Licht dagegen ist kalt. Da die Betriebstemperatur der LED jedoch eine entscheidende Rolle spielt, ist ein ausgeprägtes Thermomanagement von großer Bedeutung.

32 Qualitätsmerkmal: Temperaturmanagment Der Lichtstrom einer LED ist stark abhängig von der Temperatur. Grundsätzlich gilt: Je kühler die Umgebungstemperatur, desto effizienter die LED. Außerdem kann eine zu hohe Temperatur die LED dauerhaft schädigen. Aus diesen Gründen ist ein ausgeprägtes Thermomanagement überlebenswichtig um eine gute Lebensdauer zu erzielen

33 Qualitätsmerkmal: Binning Um auch bei der Verwendung von Single-LEDs ein homogenes Lichtbild zu garantieren, erfolgt ein Binning-Prozess durch den Hersteller. Dieser Prozess beschreibt die Klassifizierung von produzierten LED-Chips. Über die Farbabweichung hinaus werden die LED-Chips auch hinsichtlich des Lichtstroms und der Durchflussspannung selektiert.

34 Qualitätsmerkmal: Binning Hersteller qualitativ hochwertiger LEDs führen den Binning-Prozess gemäß ANSI Standard durch (ANSI steht für American National Standard Institute) ist das Pendant zur Europäischen Normung EN dar. Bei diesem Standard wird beispielsweise für das Farbort-Binning die Methode der MacAdams-Ellipsen genutzt.

35 Qualitätsmerkmal: Farbabweichung bzw. Farbortstabilität - MacAdams Durch den Produktionsprozess kann es auch bei gleichen LED-Chips zu Farbabweichungen kommen. Gerade bei der Kombination einer größeren Anzahl von LEDs, zb in Flächenleuchten ist die Homogenität der Farben von besonderer Bedeutung. Hier ist darauf zu achten, dass eine mögliche Farbabweichung so gering ist, das sie nicht mit dem Auge wahrgenommen wird. Um diese zu bestimmen, werden MacAdams-Ellipsen genutzt, die um einen definierten Farbort gruppiert sind. Die Abweichung wird dann in SDCM (Standard Deviation of Colour Matching) angegeben. Abweichungen < 2 SDCM werden als vom Auge nicht wahrnehmbar eingestuft.

36 Qualitätsmerkmal: Lebensdauer Lebensdauer ist nicht gleich Lebensdauer = was heißt H??? konventionelle Beleuchtung: Mittlere Lebensdauer: gibt an, wann 50% der Lampen ausgefallen sind oder 50% Lichtstromverlust haben LED Lebensdauer muß angeben, in welchem Zeitraum eine LED den Lichtstrom (lm) zum gemessenen Ursprungs-Lichtstroms unterschreitet (Degration) h = L90 B h = L80 B h = L70 B15 100,000h = L50 B50

37 Die Lebensdauer der LED ist abhängig: => von der verwendeten LED => dem Thermomanagment => der Bestromung => dem Dimming => dem Betriebsgerät => Temperatur

38 LED Sonstiges => Retrofitleuchtmittel privat / provessionell => HCL= dynamisches Licht von K => Fördermittel / Amortisation

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42 FAZIT: => LED wird uns in der Zukunft begleiten => lassen Sie sich von Profis begleiten => gutes Licht muß immer individuell auf die Bedürfnisse der Nutzer angepasst werden!