Leuchtdioden (LED)
LED ist eine moderne Lichtquelle ohne UV- oder Infrarotanteile.Bei kleinstem Stromverbrauch und einer hohen Lebensdauer (je nach Type mehr als 50000 Stunden) lassen sich aufgrund der kleinen Bauweise viele Designwünsche umsetzen. LED sind Lichtquellen, die aufgrund ständiger Weiterentwicklung immer größere Lichtausbeuten erreichen (derzeit alle 2 Jahre das doppelte an licht). LED geben heute bereits mehr Licht pro Watt ab das Standard- oder Halogenlampen. Im Gegensatz zu Glühlampen fließt der Strom bei Leuchtdioden nicht durch einen Glühwendel, sondern durch einen Halbleiterchip. LED müssen daher im Gleichstrom betrieben werde. Eine Leuchtdiode besteht aus einem Halbleitermaterial (Galliumverbindung) mit einem p-n Übergang. Die Elektronen wandern bei angelegter Spannung in Durchlassrichtung vom n zum p Material. Dabei trifft an der Grenzfläche Licht aus. Die Farben ROT, GRÜN und GELB waren als erste Entwicklungen bekannt (z.B. Anzeigen in Monitoren, Fernsehen usw.), später ist es gelungen, blaue Leuchtdioden zu produzieren. Nach den Anfängen durch die Mischung von roten, grünen und blauen LED ein weißes Licht zu erzeugen, ist die Entwicklung schnell vorangeschritten, um mit nur einer LED direkt weißes Licht zu erzeugen. Dazu wurde als Basis eine blaue LED verwendet, der eine Beschleunigung aus gelbem Fluorezenzstoff hinzugefügt wurde. Aus diesem Grund war bei den ersten weißen LED das Licht relativ kalt mit einem hohen Bauanteil (ähnlich Daylight bei Leuchtstofflampen). Durch neue Technologien werden jetzt aber weiße LED mit wärmeren Lichtfarben ermöglicht.
Vorteile von Leuchtdioden:
Die Lichtausbeute bei Leuchtdioden ist sehr hoch und beträgt derzeit zwischen 20ml/W und 100lm/W. (Glühlampen liegen bei 8lm/W bis 14lm/W). Die Leistungsaufnahme von 5mm LED (T-Type) liegt derzeit zwischen 40 - 100 mW), sodass mehrere LED für Beleuchtungszwecke erforderlich sind. Hochleistungs-LED in unseren Leuchten erreichen aber bereits mehrere Watt. Hier reichen dann auch einzelne LED als Lichtquelle aus.
Das Licht wird mit geringer Entstehung von Wärme produziert, da der Wirkungsgrad der LED relativ hoch ist. Bei Hochleistung LED müssen aber trotzdem Kühlkörper eingesetzt, da die Verlustwärme auf einer sehr kleinen Fläche produziert wird und verteilt werden muss.
Das Licht selber beinhaltet keine UV-Strahlung und auch keine Wärme resistent gegen Erschütterungen und Vibrationen
Größere Leitungslängen möglich da Betrieb mit Gleichspannung
Ausstrahlwinkel
3mm und 5mm LED mit Gehäuse (T-Type) erzeugen kein Rundumlicht wie eine Glühlampe, sondern ein gebündeltes Licht wie eine Reflektorlampe. Daher werden sie oft auch in preiswerten LED Lampen und Leuchten als Halogenlampenersatz eingebaut.
Hochleistungs LED und andere LED ohne Gehäuse z.B. SMD, die direkt auf Leiterplatten montiert werden, haben ausstrahl winkel bis zu 120 Grad. Um den ausstrahlwinkel zu verändern werden Linsen und Streuscheiben eingesetzt (Sekundäroptiken).
Größere Leitungslängen möglich da Betrieb mit Gleichspannung.
Lebensdauer von Leuchtdioden
Die Lebensdauer beträgt je nach Typ mehr als 50000 Stunden. Diese Lebensdauer entspricht ca. 6 Jahren unterbrechungsfreiem Betrieb. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber in der Regel nicht plötzlich aus. Daher wir bei der Lebensdauerangabe nicht der Totalausfall gerechnet, sondern die Reduzierung der Anfangshelligkeit auf z.B. 70%.
Für die Lebensdauerangabe gilt folgende Definition:
50% der LED müssen nach der angegebenen Lebensdauer noch 70% oder mehr der Anfangshelligkeit haben. An der Kurve ist deutlich zu sehen dass 5mm LED einem viel schnelleren Lichtstromverlust haben.
SMD (Surface Mount Device) Leuchtdioden
Die SMD (Surface Mount Device) entspricht weitgehend dem Aufbau diskreter Bauelemente. Aber damit Leiterplatten nicht durchbohrt werde müssen, was ein erheblicher Aufwand ist, hat man eine Technik entwickelt, die eine Verlötung und Anbringung der Bauteile direkt auf der Leiterplattenoberfläche erlaubt. Es gibt aber weitere Vorteile. Im Kleinleistungsbereich wurden bisher sehr viel die 5mm LED (T-Type) eingesetzt. Aufgrund des sehr schnellen Lichtstromabfalls dieser T-Typ LED (Lebensdauer max. 8000h) werden jetzt immer mehr SMD-LED eingesetzt. Der Vorteil ist, dass die entstehende Wärme durch den direkten Kontakt mit der Leiterplatte viel besser abgeführt werden kann als bei 5mm Typen.
Lebensdauer von Hochleistungs LEDs
Die Lebensdauer ist stark von den Temperaturen im LED Chip abhängig. Die Temperatur an der Sperrschicht (engl. Junktion, das ist der PN Übergang direkt im LED Chip) ist entscheidend, wie stark der Lichtstromabfall ist. Mit der High Power LED ist es möglich, die Temperatur optimal aus dem Halbleiterkristall nach außen zu leiten, da hier der Chip auf einen Leiterplattenträger (der dann aus Aluminium besteht) direkt aufgebracht wird. Von dort gelangt die Wärme dann direkt zum Kühlkörper. Es ist also extrem wichtig, die Thermischen Verhältnisse einer Leuchte zu überprüfen, damit die LED im vorgeschriebenen Temperaturbereich arbeitet.
Lichtfarben bei LED
Die Lichtfarbe einer Lichtquelle bezeichnet den Farbeindruck, der beim direkten Einfall des Lichtes dieser Lichtquelle ins Auge entsteht. Monochromatisches (einfarbiges) Licht wird durch die dominante Wellenlänge definiert. Mischfarben können durch den Farbort x,y in der Normfarbtafel angegeben werden.
Toleranz von Lichtfarben bei der weißen LED
Die Struktur einer modernen Hochleistung-LED ist recht komplex. Aus diesem Grund sind Fertigungstoleranzen unvermeidlich. LEDs werden deshalb nach der Fertigung entsprechend ihren Farbwerten und Wirkungsgraden sortiert (Binnig: vom englischen Wort bin= Behälter abgeleitet). Je enger die Toleranz, desto homogener die Lichtfarbe der in einem System eingesetzten LEDs. Allerdings steigen die Preise der LEDs erheblich, je enger die LEDs toleriert sind. Somit muss produktabhängig entschieden werden welche Toleranz angemessen ist. Jede Charge von Lampen fällt daher auch unterschiedlich aus, sodass es beim Nachkauf Abweichungen in der Lichtfarbe gibt. Selbst bei gleicher Produktionscharge werden Abweichungen sichtbar, wenn ein Artikel lange in Betrieb war und ein neuer Artikel dazukommt.
Betrieb von LED Modulen:
Es gibt verschiedene Arten, LED Module mit Strom zu versorgen. Zum Betrieb der Module ist ein Vorschaltgerät erforderlich. Dieses kann integriert sein oder muss extrem eingesetzt werden.
Parallelschaltung:
Alle LED Module werden mit der gleichen Betriebsspannung versorgt. Solche Schaltungen werden verwendet für Lampen mit Standardsockeln für herkömmliche Lampen wie z.B. GU4, GU5,3 und E14, E27 oder GU10. Sie können an Trafos (12V) oder direkt am Stromnetz (230V) betrieben werden. Weiterhin werden solche Schaltungen auch für LED Module eingesetzt, die kleine Leistung haben.
Betrieb mit Wechselspannung
Diese kann 12V betragen oder auch bei Hochvoltlampen 230V. Da die eingebauten LED mit Gleichstrom betrieben werden müssen, sind für Wechselstrombetrieb Gleichrichter in die LED Lampe eingebaut. Für Betrieb mit 12V Hochfrequenz müssen als Gleichrichter Schottkydioden eingesetzt werden, da normale Gleichrichter sonst überhitzt. Außerdem ist eine Schaltung integriert, die dafür sorgt, dass die LEDs den korrekten Betriebsstrom bekommen.
Betrieb mit Gleichspannung
Module ohne Gleichrichter benötigen spezielle Gleichspannungs-Vorschaltgeräte. Diese Gleichspannung liegt an.jedem Modul an. Innerhalb der Module ist eine Schaltung integriert, die dafür sorgt, dass die LEDs den korrekten Betriebsstrom bekommen.
Vorschaltgerät für Parallelschaltung
Integriert Vorschlaggeräte für einfache LED Schaltungen
Bei LED Produkten kleiner Leistung wird die Netzspannung durch einen Serienkondensator reduziert. Die Sicherheitsabstände zu berühren Teilen müssen Sorgfalt beachtet werden. Nachteil: Der Strom durch die LED ändert sich mit der angelegten Betriebsspannung. Somit ist auch die Lebensdauer der LED direkt von der Betriebsspannung abhängig.
Vorschaltgeräte für 12V LED mit Wechselstromausgang
Optimal sind 50Hz Trafos. Diese sollten aber der Leistungsaufnahme der eingesetzten LED Lampen aufgepasst sein. Es wird die Scheinleistung (VA) der Lampen addiert und der nächst größere Trafo ausgewählt z.B. 4 Lampe mit je 4,2VA ergeben 16,8VA. Somit wäre ein 20VA Trafo die richtige Wahl. Kritisch ist die Umstellung aller Halogensysteme auf LED Lampen, da dann die alten Trafos total überdimensioniert sind. Die Betriebsspannung an den LED Lampen steigt stark an und sie fallen unverhältnismäßig schnell aus. Hier sollte der Trafo aufgepasst werden. Eine Auslastung> 75% sollte beachtet werden.
Elektrische Trafos mit Hochspannung
Elektronische Trafos arbeiten mit ca. 40KHz am Ausgang. Diese Trafos sind nur dann geeignet, wenn folgende Bedingungen beachtet werden:
Die Lampen dürfen keine Kennzeichnung 50Hz haben, da das darauf hindeutet, dass keine Schottkydioden eingebaut sind. Der interne Gleichrichter würde überhitzen.
Wenn AC oder AC/DC auf den Lampen steht können die elektrischen Trafos eingesetzt werden. Diese Lampen sind für jede Wechselspannung und auch für Gleichspannung geeignet. Diese Lampen haben eine interne und auch für Stromquelle, sodass sie unabhängig von der Betriebsspannung sind.
Die Mindestlast des Trafos muss beachtet werden. Wenn die Last unterhalb der Mindestlast des Trafos ist, kann das Licht flackern, nicht angehen oder zu dunkel sein.
Vorschlaggeräte für 12V LED mit Gleichstromausgang
Diese sollte bevorzugt nur für LED Lampen eingesetzt werden, die keinen eingebauten Gleichrichter haben. Ein Dimmen ist bei Produkten NICHT möglich, die mit elektronischen Voschaltgeräten betrieben werden, da sich die Helligkeit beim Dimmen nicht verändert. Grund ist die eingebaute Regelung im Vorschaltgeschäft.
Dimmen von LED
Die reine LED arbeiten mit Gleichstrom. Je nach Größe des Stromes leuchtet die LED heller oder dunkler. Somit wäre eine Dimmung theoretisch möglich. Da LEDs aber immer eine Beschaltung, ist die Dimmbarkeit oft sehr eingeschränkt. Werden elektronische Vorschaltgeräte eingesetzt, die den Strom über einen großen Betriebsspannungsbereich konstant halten (auch in Lampen und Leuchten integriert), dann ist die Dimmung nicht möglich. Dimmbare Vorschaltgeräte und dimmbare LED Lampen, die mit herkömmlichen Glühlampendimmern zusammenarbeiten, sind doch recht neu. Zukünftig wird die Dimmbarkeit von LED Lampen und leuchten aber vermehrt weiterentwickelt, da mit immer leistungsstärkeren LED Produkten eine Dimmung sinnvoll ist.
Serienschaltung:
Die Serienschaltung (bekannt unter anderem von der Tannenbaumbeleuchtung) wird speziell bei Hochleistungs-LED-Modulen eingesetzt. Grund ist, dass die technischen Daten der einzelnen LED über den Betriebsstrom definiert sind. Um nicht für jede einzelne LED eine Konstantstromquelle zu integrieren, ist es sinnvoller, ein Vorschaltgerät zu verwenden, welches immer einen konstanten Strom abgibt, der durch jede der in Reihe geschalteten Leuchtdiode fließt (z.B. 350 mA). Es können eine bis neun einzelne LED in Reihe geschaltet werden. Hierdurch ergibt sich, dass die Ausgangsspannung des Vorschaltgerätes, je nach anzahl der am Ausgang des Betriebsgerätes. Dieses darf aber maximal nicht mehr als 50 V betragen., woraus sich die maximale Anzahl der LED, die Reihe geschaltet werden dürfen, ergibt. Bei der) Installation der letzten LED den Abschlussstecker nicht vergessen!
Achtung! Bei dieser Schaltungsart ist es verboten auf der LED Seite die Module bei eingeschaltetem Vorschaltgerät abzuziehen und wieder anzustecken. Dich das Abziehen der Module steigt die Ausgangsspannung des Vorschaltgerätes auf 50V. Wird dann das Modul angesteckt, gibt es einen sehr kurzen, aber hohen Stromstoß, der die LEDs wahrscheinlich zerstören wird.
LED Module mit veränderten Farben
Wir haben LED Leuchten im Programm, bei denen die Farben verändert werden können (z.B. Wellness oder RGB). Erreicht wird das dadurch, das in einer Leuchte drei farblich unterschiedliche Hochleistungs-LED eingebaut sind. Damit die Farben verändert werden können, muss jede Farbe einzeln angesteuert werden. Hierzu gibt es entsprechende Konstantstrom-Vorschlaggeräte, die eigentlich drei Vorschlaggeräte beinhalten (eins für jede Farbe). Durch eine interne Elektronik, die über einen Taster zu steuern ist, werden die LED mit Strom versorgt. Auch hier können bis zu neun Module in Reihe geschaltet werden, bis die maximale Ausgangsspannung des Vorschaltgerätes erreicht ist. Mehrere Steuergeräte können über ein spezielles Steuerkabel zur synchronen Steuerung aller Vorschaltgeräte miteinander verbunden werden. Bei dieser Schaltung ist eine Dimmung NICHT möglich.
ACHTUNG! Bei dieser Schaltungsart ist es verboten auf der LED Seite die Module bei eingeschaltetem Vorschaltgeräte abzuziehen und wieder anzustecken. Durch das Abziehen der Module steigt die Ausgangsspannung des Vorschaltgerätes auf 50V. Wird dann das Modul angesteckt, gibt es einen sehr kurzen aber hohen Stromstoß, der die LED wahrscheinlich zerstören wird.
Austausch von Halogenleuchtmitteln durch LED in bestehenden Insallation
LED Leuchtmittel mit Fassung GU10, GU5,3 und GU4 können unter bestimmten Voraussetzungen auch in bestehenden Halogensystemen betrieben werden.
Dazu ist folgende zu beachten:
1. Hochvoltsysteme (230 Volt Netzspannung) Fassung E14, E27, GU10
LED Leuchtmittel können ohne Einschränkung verwendet werden. Die Betriebsspannung in Hochvoltsystemen beträgt 230V 50Hz. Die LED Leuchtmittel haben ein integriertes Vorschaltgerät und stellen damit die für den Betrieb der LED erforderliche Spannung zur Verfügung.
2.Niedervoltsysteme (12 Volt)
Bei Niedervoltsystemen wird die Betriebsspannung durch einen Sicherheitstrafo von 230V auf 12V reduziert. Dazu wird entweder ein konventioneller Trafo (Kupferwicklung auf Eisenkern) oder ein elektronischer Trafo eingesetzt. Für den Einsatz von LED Leuchtmitteln ist es wichtig zu wissen, welcher Trafotyp vorhanden ist.
Konventioneller Trafo:
Die Nennspannung von 12 Volt wird in einem bestimmten Leistungsbereich konstant gehalten. Dieser Leistungsbereich (Mindestlast z.B. 20VA) ist auf den Trafos angegeben. Wenn Halogenleuchtmittel durch LEDs ersetzt werden, darf die Mindestlast nicht unterschritten werden, d.h. in der Regel muss mindestens eine Halogenlampe im System verbleiben.
Der Betrieb von Farbwechsel LEDs ist nicht im elektronischen Trafos möglich (Farbwechsel funktioniert nicht)
Maßnahme: Wenn alle Halogenlampen durch LEDs ersetzt werden sollen und dadurch die Mindestlast des vorhandenen Trafos nicht erreicht wird, dann muss auch der Trafo gegen ein spezielles LED Vorschaltgerät oder durch einen konventionellen Halogentrafo entsprechender Leistung (z.B. Artikel 97759) getauscht werden.
Betrieb von 12 V Hochleistungs-LED Lampen an 50Hz Trafos
Die Hochleistungs-LED Lampen GU5,3 sind nicht direkt vergleichbar mit Halogenlampen. Während Halogenlampen zur Lichterzeugung einen Wolframwendel verwenden (Ohmsche Last), wird bei Hochleistungs-LED Lampen eine elektronische Schaltung eingesetzt, die die LEDs mit Strom versorgen. Diese Elektronik stellt neben der Ohmschen Last (Wirkleistung) auch eine kapazitive Last (Blindleistung) dar. Daraus setzt sich die Scheinleistung zusammen.
Wirkleistung: Leistung, die tatsächlich verbraucht wird. Die Angabe erfolgt in Watt z.B. 3W.
Blindleistung: Leistung, die zusätzlich aufgewandt wird, aber nicht beim Verbraucher ankommt. Sie erzeugt weder Licht noch Wärme sondern wird ständig von der Elektronik aufgenommen und wieder an das Spannungsnetz abgegeben. Sie ist 90° phasenverschoben gegenüber der Wirkleistung.
Scheinleistung: Ergebnis aus Wirk- und Blindleistung. Sie ergibt sich beim Betrieb des Leuchtmittels. Angabe in VA z.B. 4,2 VA.
LED Fliesenkreuze (crosslight)
Durch die spezielle Trägerkonstruktion der LED crosslight passt sie in den Kreuzungspunkt von vier Fliesen. Abstand 4,8mm. Die Steckbaren Kabel und verschwinden unsichtbar unter der Fugendichtung. Die Lampen werden mit 12 V Gleichspannung versorgt und arbeiten in Parallelschaltung, sodass bei einem Ausfall nur eine LED nicht leuchtet. Die Kabel können problemlos verlängert werden.
Beim Einbau darauf achten, dass die LED bündig eingebaut wird und nicht übersteht. Das ist besonders beim Einbau im Bodenbereich wichtig. Beim Einbau der LED im Bodenbereich nicht in den stark frequentierten Trittbereichen installiert.
ACHTUNG! Nicht geeignet für den Außenbereich! Durch Temperaturschwankungen kann das verwendete Fugenmaterial undicht werden, was durch Eindringen von Wasser zu Ausfällen führt.
Vor dem Verfugen das System eine Stunden leuchten lassen. Danach mit einem Material Verfugen, was in einem sehr seltenen, aber nicht gänzlich ausschließenden Reparaturfall wieder entfernbar sein sollte.
Die LED crosslight kann auch in die Vorderseite von Treppenstufen eingebaut werden. Hierbei können die kurzen seitlichen Stege abgeschnitten werden. Es sind Führungskerben vorhanden, um die Leuchte nicht zu beschädigen. Die Fugenbreite beträgt hierbei 6mm.
LED-Stripe-Sortiment
Paulmann bietet geschlossenes und aufeinander aufbauendes Portfollo von effektiven Einsteigersets (Fix+Flat), Spezialanwendungen (Mobi+Modu) sowie ein semiprofessionelles System (yourLED) mit Individuellen Möglichkeiten.
LED-Stripes-Komponentensystem â?? YourLED
Einheitliches Stecksystem ermöglicht die Problemlose Kombination der Komponenten
Verschiedene Möglichkeiten der Verkettung
Bis zur Gesamtlänge 25m
IP geschützte Anwendung:
Driver 60W IP65 (Schutz gegen Strahlwasser)
Schutz gegen Spritzwassern bei Einsatz der glasierten 100cm-Stripes in Verbindung mit transparentem Schrumpfschlauch (IP 44)
Eindeutige Produkkennzeichnung
schwarze Stripes: RGB
schwarze Stripes:einfarbig
Integration einer Eco-Variante, nach Abschnitt wiederverkettbar. Preiswert, da kein IP Schutz und geringe LED-Bestückung (15LEDs auf 50cm statt 39 auf 100)
RGB mit Fernbedienung (Farboptionen, Programme, Feinjustierung)
"magic Box": 4fach Verteiler erlaubt mehrfach parallele Installation
Nützliches Zubehör: Eckverbinder und Verbindungskabel mit 10 oder 100cm erlauben hohe Flexibilität, z.B. beim Überbrücken von Höhenunterschieden.