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Die LED Technologie
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LED Chip-Hersteller
So umfangreich das Angebot an LED-Lampen ist, so umfangreich ist auch die Anzahl an Herstellern die die LED-Chips produzieren. Die namhaftesten und technologisch fortschrittlichsten Hersteller sind zum Beispiel die amerikanischen Unternehmen CREE und Bridgelux, der Samsung-Konzern, der größte taiwanesische Hersteller Epistar und das japanische Unternehmen Nichia. Chinesische Hersteller sind qualitativ auf einem schlechteren Niveau, weniger Lichtausbeute, schnellerer Lichtverlust und somit eine geringere Lebensdauer, um nur ein paar wesentliche Unterschiede zu nennen. Generell sollte darauf geachtet werden, dass bei der Angabe der verwendeten LED’s der Firmenname und der Typ beschrieben wird. Angaben wie ausschließlich “SMD-Chip” oder “SMD 3528” ohne Herstellerbezeichnung sollten kritisch betrachtet werden, da SMD nur die Bauart und 3528 die Dimensionen des Chips angeben.
Die LED-Bauformen
Es gibt mittlerweile verschiedenste Bauformen und Ausführungen einer LED. Jede Bauform bietet unterschiedliche Vor- und Nachteile und wird in unterschiedlichen Anwendungsgebieten verwendet. So gibt es die bedrahteten LED’s, die ihre hauptsächliche Anwendung in der Elektronik beispielsweise als Signallampe haben und nicht für die Flächenbeleuchtung entwickelt wurden. Eine weitverbreitete Bauform in der Beleuchtung findet sich in den SMD-Bausteinen. SMD bedeutet “surface mounted device”, also Bauelement für die Oberflächenmontage und findet in den verschiedensten Größen, die mit einer vierstelligen Zahlenkomibnation beispielsweise 3528, also 3,5mm x 2,8mm, Anwendung in Beleuchtungslösungen wie z.B. T8-Röhren oder in Glühbirnenformen. Superflux LED’s sind ebenfalls bedrahtete LED’s, jedoch besitzen diese einen größeren Abstrahlwinkel, enthalten bis zu vier Halbleiterkristalle und sind deshalb für Flächenbeleuchtungen besser geeignet. Zudem ermöglichen die vier Pins eine bessere Wärmeableitung, was sich positiv auf die Lebensdauer der Chips auswirkt. Diese LED-Bauart wird in z.B. LED-Modulen eingesetzt. Die Chip-on-Board Technologie (COB) ermöglicht hohe Chipdichten und somit eine hohe Intensität. Desweiteren haben diese eine kompakte Bauform, sowie eine gute Wärmeableitung. Hochleistungsvarianten von einzelnen LED- Bausteinen werden fast ausschließlich über die COB-Technologie realisiert. So finden diese LED’s je nach Anwendung in Flutlichtstrahlern oder dort, wo wenig Fläche aber viel Leistung verlangt wird, ihren Einsatzbereich.
Funktionsweise einer LED
Der Effekt der Lichtemission von einem Siliziumkarbidkristall bei einer angelegten Spannung wurde bereits 1907 von Henry Joseph Round entdeckt, der seiner Entdeckung aber keine weitere Beachtung schenkte. Erst 1962 gelang der Durchbruch in der LED Technologie, der Nick Holonyak zugeschrieben wird. Die LED (light emitting diode) ist ein Halbleiter-Bauelement, dessen technische Eigenschaften denen einer Diode entsprechen. Fliesst durch die LED ein Strom in Durchlassrichtung, dann strahlt diese durch Rekombination von Elektronen Licht mit einer von dem Halbleitermaterial und der Dotierung abhängigen Wellenlänge ab. Hierbei gilt je höher die Frequenz des ausgesandten Lichtes ist, desto höher ist die Schwellenspannung der Diode.
Licht
Vorschaltgeräte
Vorschaltgeräte sind neben den eingesetzen LED-Chips die wichtigste Komponente einer LED-Lampe. Ist das Gesamtsystem der LED’s und des Netzteils nicht exakt aufeinander abgestimmt kann es zu einer verkürzten Lebensdauer oder Zerstörung des LED-Halbleitermaterials kommen. Die nebenstehende Grafik veranschaulicht den vereinfachten Zusammenhang zwischen Strom und Spannung einer Diode. Steigt die Spannung, nach Durchbruch der Diodenschwellspannung, um wenige Volt an, so hat dies einen nahezu exponentiellen Anstieg des Stroms zur Folge. Dies bedeutet das die LED bei falscher Arbeitspunkteinstellung oder gar bei schwankenden Spannungen durch zu hohe Stromwerte zerstört wird. Deshalb muss man den Strom für LED-Verbraucher begrenzen. Da Temperatureinwirkungen ebenfalls einen Einfluss auf die Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien haben, verwendet man Konstantstromquellen, die die LED’s mit konstantem Strom versorgen und dadurch in einem gleichbleibenden Arbeitspunkt betreiben.
Der IP-Schutzgrad
Der IP-Schutzgrad (International Protection Standard) wird in der DIN EN 60529 definiert. Dieser Standard gibt den Schutz von elektrischen Geräten gegen das Eindringen von festen Körpern oder Wasser auf einer genormten Basis an. Dieser besteht aus zwei Ziffern, die erste Ziffer steht für den Schutz gegen feste Fremdkörper und die zweite Ziffer steht für den Schutz gegen das Eindringen von Wasser. Für Anwendungen von Lampen im Außenbereich, die direkten Regen- und Wettereinflüssen ausgestzt sind, empfehlen wir einen IP-Standard von 65, mindestens aber IP44. Für Leuchten die dauerhaft unter Wasser getaucht sind ist ein IP-Grad von mindestens 68 erforderlich.
IP65 IP65
1. Ziffer: Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern X nicht getestet 0 kein gesonderter Schutz 1 feste Fremdkörper Ø ≥ 50mm 2 feste Fremdkörper Ø ≥ 12,5mm 3 feste Fremdkörper Ø ≥ 2,5mm 4 feste Fremdkörper Ø ≥ 1,0mm 5 staubgeschützt 6 staubdicht
2. Ziffer: Schutz gegen das Eindringen von Wasser X nicht getestet 0 kein gesonderter Schutz 1 senkrecht fallendes Tropfwasser 2 bis 15° schräg fallendes Tropfwasser 3 bis 60° schräg fallendes Sprühwasser 4 Spritzwasser aus allen Richtungen 5 Strahlwasser aus allen Richtungen 6 Strahlwasser mit erhöhtem Druck aus allen Richtungen 7 zeitweises Eintauchen in Wasser 8 dauerhaftes Eintauchen in Wasser
Die verschiedenen Zertifizierungen
Es gibt eine große Anzahl von Zertifizierungen die auf Elektroprodukten zu finden sind. Hiervon sind einige gesetzlich vorgeschriebene Zertifizierungen und einige auf freiwilliger Basis, die von zugelassenen Prüfstellen oder technischen Überwachungsvereinen vergeben werden. Der Unterschied zwischen dem VDE- und dem TÜV-Zertifikat auf geprüfte Sicherheit ist demnach die Prüforganisation. Diese bestätigen mit ihrem Zertifikat, dass das Produkt auf Sicherheit, EMV, Gebrauchstauglichkeit und Umweltaspekte geprüft wurde. Nachfolgend werden die gängisten Zertifizierungen aufgelistet und erklärt. Mit dem CE-Zeichen erklärt der Hersteller, gemäß der EU-Verordnung 765/2008, dass das Produkt den geltenden Anforderungen und Ansprüchen der Europäischen Union genügt. Das RoHS-Zeichen (Restriction of certain Hazardous Substances) wird in der Richtlinie 2011/65/EG definiert. Diese dient der beschränkten Verwendung einzelner, gefährlicher Stoffe, wie z.B. Blei, Quecksilber oder Cadmium, die nicht oder nur in geringsten Mengen in dem Produkt verarbeitet werden dürfen. Als technischer Überwachungsverein (TÜV) werden eingetragene Vereine bezeichnet, die technische Sicherheitskontrollen auf privatwirtschaftlicher Basis als mittelbare Staatsverwaltung durchführen. Meistens werden Lampen auf Sicherheit und EMV-Verträglichkeit geprüft, die bei bestandener Prüfung das TÜV-Zeichen tragen dürfen. Der Verband der Elektrotechnik e.V. (VDE) ist ein technisch-wissenschaftlicher Verband in Deutschland. Der VDE vereint Wissenschaft, Normung und Produktprüfung. Produkte können vom VDE auf Sicherheit, EMV, Gebrauchstauglichkeit und Umweltaspekte geprüft werden. Produkte, die das Qualitätsanforderungsniveau erfüllen, tragen das VDE-Zeichen. Das ENEC-Zeichen (European Norms Electrical Certification) ist das zwischen nationalen Zertifizierungsstellen europäischer Länder gemeinsam vereinbarte europäische Konformitätszeichen für Produkte der Elektrotechnik. Dieses Zeichen wird ebenfalls vom VDE vergeben, die zusätzliche Benutzung des VDE-Zeichens ist hier optional. Die Zahl ist die Identifikationsnummer der Zertifizierungsstelle, in diesem Fall 10 für Deutschland. Das ENEC-Zeichen bietet eine klare Differenzierung zwischen den von unabhängigen Drittstellen zertifizierten Produkten und anderen als konform deklarierten Erzeugnissen. Das ENEC-Zeichen ist von den ausstellenden Stellen gesetzlich geschützt.
DIN EN 12464-1
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Anforderungen und Empfehlungen an gutes Licht am Arbeitsplatz beschreibt die Norm DIN EN 12464-1 “Beleuchtung von Arbeitsstätten - Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen”. Diese ersetzt die bisher gültige DIN 5035 und gibt Empfehlungen für die Planungen von Beleuchtungsanlagen von Arbeitsstätten. Eine Auflistung der empfohlenen Luxwerte der Nutzebene in den verschiedenen Arbeitsbereichen finden Sie hier: