Leuchten: Auswahl und Lichtverteilung
Kronleuchter fürs Wohnzimmer, kardanische Strahler im Verkauf, leistungsstarke Pendelleuchten im Büro: Für jede Lichtanwendung stehen Qualitätsleuchten in großer Auswahl zur Verfügung. Leuchten unterscheiden sich nicht nur nach Anwendungsgebiet und Design. Bei der Auswahl sind vor allem auch lichttechnische Eigenschaften zu beachten.
Leuchten werden im allgemeinen Sprachgebrauch häufig als „Lampe" bezeichnet. Tatsächlich aber ist eine „Stehlampe" eine „Stehleuchte". Das Licht in dieser Leuchte erzeugt die Lampe bzw. das Leuchtmittel. Bei LED-Leuchten wird die Trennung von Leuchte und Lampe allerdings zunehmend aufgehoben, da die LED bzw. das LED-Modul fest mit dem Leuchtenkörper verbunden ist.
Der Begriff Leuchte bezeichnet also stets den gesamten Beleuchtungskörper – Gehäuse, Lichtquelle, Elektronik und Optiken. Leuchten verbinden die Leuchtmittel mit der Stromquelle. Sie schützen die Lichtquelle, lenken und verteilen ihr Licht, verhindern Blendung und tragen im Zusammenspiel mit der Lichtquelle und den Betriebsgeräten zur Effizienz des gesamten Systems bei. Leuchten sollten sich leicht installieren und warten lassen – und im Design zur Raumarchitektur und -möblierung passen.
Auswahl von Leuchten
Grundsätzlich wird zwischen Innen- und Außenleuchten unterschieden. Die Auswahl der richtigen Leuchten und Lichtquellen wird in beiden Fällen davon bestimmt, welches Licht zu welchem Zweck gebraucht wird. Zu prüfen sind dabei:
- Art der anfallenden Sehaufgaben,
- baulichen Gegebenheiten,
- sicherheitsrelevante Anforderungen
- sowie Raumnutzungen und Arbeitsabläufe.
Weitere Kriterien für die Auswahl von Leuchten sind:
- Art und Anzahl der Lichtquellen (etwa LED-Modul, Niederdruck- oder Hochdruck-Entladungslampe),
Bauart (offene oder geschlossene Leuchte), - Art der Montage (Einbau-, Anbau- oder Hängeleuchte),
- lichttechnische Eigenschaften (z. B. Lichtstromverteilung, Lichtstärkeverteilung, Leuchtdichteverteilung und Leuchtenbetriebswirkungsgrad),
- elektrotechnische Eigenschaften einschließlich der zum Betrieb der Lichtquellen notwendigen Bauteile (z. B. elektrische Sicherheit, Schutzklasse, Funkentstörung, Vorschaltgeräte, Zünd- und Starteinrichtungen, Steuer- bzw. Regelbarkeit),
- mechanische Eigenschaften (wie mechanische Sicherheit, Schutzart, Brandschutzverhalten, Ballwurfsicherheit, Materialbeschaffenheit) sowie
- Design, Bauform und Größe.
Vor allem bei professionellen Lichtanwendungen mit langen Betriebszeiten – z. B. in der Pflege, in der Industrie oder in der Straßenbeleuchtung – wird die Entscheidung für einen Leuchtentyp auch von folgenden Faktoren bestimmt:
- Leuchteneffizienz – denn nur effiziente Leuchten helfen, Betriebskosten zu sparen;
- Lichtqualität – Lichtquellen und optische Systeme mit optimaler Beleuchtung der Nutzflächen sind vor allem für Arbeitsbereiche wichtig;
- Elektrische Qualität – Zulassung (z. B. ENEC, VDE), Power Factor, Einschaltstrom, Zusammenspiel Netzqualität/Leuchte (Total Harmonic Distortion, THD);
- Lebensdauer – neben der Lichtquelle bestimmen elektronische Komponenten in der Leuchte die Wartungszyklen und
- Produktergonomie – Installationsfreundlichkeit, Wartungsfreundlichkeit, Ästhetik.
Leuchten und ihre lichttechnischen Eigenschaften
Bei der Leuchtenauswahl sind vier lichttechnischen Eigenschaften maßgeblich:
- Die Verteilung des Lichtstroms
- und der Lichtstärke,
- der Wirkungsgrad der Leuchte (ausgenommen LED-Leuchten)
- und ihre Blendungsbegrenzung.
Lichtstromverteilung
Jede Lichtquelle weist eine bestimmte Lichtleistung auf. Lichttechniker sprechen hier vom Lichtstrom, gemessen in Lumen (lm). Der gesamte Leuchtenlichtstrom (ΦL) besteht aus den Teillichtströmen in den unteren Halbraum (ΦU) und in den oberen Halbraum (ΦO). Je nachdem, wie hoch der Lichtstromanteil in beiden Hälften ist, strahlt die Leuchte das Licht indirekt oder direkt ab.
| Leuchtenart | Stromanteil in % | ||
| im unteren Halbraum | im oberen Halbraum | ||
| A | Direkt | 100...90 | 0...10 |
| B | Vorwiegend direkt | 90...60 | 10...40 |
| C | Gleichförmig | 60...40 | 40...60 |
| D | Vorwiegend gleichförmig | 40...10 | 60...90 |
| E | Indirekt | 10...0 | 90...100 |
Im Außenbereich werden überwiegend Leuchten für direkte Beleuchtung verwendet, um Lichtimmissionen weitgehend zu vermeiden. Bei der dekorativen Beleuchtung von Fußgängerzonen oder Parkanlagen können auch Leuchten mit einem geringen indirekten Lichtstromanteil eingesetzt werden, der z. B. Bäume oder Fassaden beleuchtet.
Lichtstärkeverteilung
Die räumliche Verteilung der Lichtstärke einer Leuchte wird durch den Lichtstärkeverteilungskörper gekennzeichnet. Er kann für verschiedene Schnittebenen in Polardiagrammen (Lichtstärkeverteilungskurven = LVK) dargestellt werden.
An der LVK können Form und Symmetrie der Lichtstärkeverteilung abgelesen werden, also: ob es sich um eine tief-, breit-, symmetrisch- oder asymmetrisch-strahlende Leuchte handelt. Die LVK werden mit einem Goniophotometer bei genormten Betriebsbedingungen der Leuchte ermittelt. Sie sind Grundlage für die Planung der Innen- und Außenbeleuchtung.
Lichtstärken: cd oder cd/klm?
Lichtstärkeverteilungskurven (LVK) werden in Lichtstärken (cd) angegeben. Oft findet sich die Einheit cd/klm (= Candela pro Kilolumen). Für Leuchten mit konventionellen Lampen werden die Lichtstärken auf den Lichtstrom der Lampe bezogen. Bei LED-Leuchten (mit ηLB = 1) bezieht sich die Lichtstärke auf den angegebenen Leuchtenlichtstrom.
Blendungsbegrenzung
Blendung kann als Direkt- oder Reflexblendung empfindlich stören. Je besser eine Leuchte entblendet ist, desto höher ist die Beleuchtungsqualität.
Um Blendung zu reduzieren, müssen Leuchten den passenden Abschirmwinkel einhalten. Zur Blendungsbewertung muss die mittlere Leuchtdichte der Lichtaustrittsfläche im kritischen Ausstrahlungswinkel bekannt sein. Die Bewertung erfolgt über das UGR-Verfahren (Innenraum) oder das GR-Verfahren (Außenraum).
Leuchtenbetriebswirkungsgrad
Wie effektiv eine Leuchte das Licht einer Lichtquelle verteilt, beschreibt bei Leuchten mit konventionellen und damit austauschbaren Lampen der Leuchtenbetriebswirkungsgrad ηLB. Er gibt an, wie viel Prozent des Lampenlichtstroms tatsächlich im Betrieb von einer Leuchte abgestrahlt werden. So hat eine freistrahlende, das Licht in alle Richtungen abgebende Leuchte zwar den besten Wirkungsgrad – jedoch bei schlechter Beleuchtungsqualität, da sie blendet.
Lichtlenkende Elemente verbessern den Beleuchtungswirkungsgrad: Je höher er ist, desto weniger Energie muss aufgewendet werden, um die gewünschte Beleuchtungsstärke zu erzielen.
Bei Leuchtstofflampen und Entladungslampen liegt der Betriebswirkungsgrad je nach Leuchtendesign zwischen 60 und 90. So wird aus Lampenlichtstrom mal Betriebswirkungsgrad der Leuchtenlichtstrom ermittelt.
Bei LED-Leuchten mit integrierten LEDs macht die Angabe eines separaten Leuchtenbetriebswirkungsgrads keinen Sinn. Wird der Leuchtenlichtstrom als Kenngröße angegeben, wird der Betriebswirkungsgrad mit 100 Prozent angesetzt (ηLB = 1).
Weitere Informationen gibt der ZVEI-Leitfaden „Planungssicherheit in der LED-Beleuchtung".
Planung mit 25° Celcius
Der Leuchtenbetriebswirkungsgrad wird im Labor bei exakt 25° Celsius Umgebungstemperatur gemessen. Deshalb muss bei der Beleuchtungsplanung unbedingt ebenfalls der bei 25° C ermittelte Lichtstrom der Lampen eingesetzt werden. Andernfalls sind die für diese Beleuchtungsanlage errechneten Beleuchtungsstärken falsch, die ermittelte Anzahl benötigter Leuchten und deren Positionierung im Raum wäre u.U. dann auch nicht korrekt.
Lichtlenkung
Um den Lichtstrom einer Lampe in eine bestimmte Richtung zu lenken, zu verteilen oder zu filtern, werden optische Phänomene genutzt, vor allem
• Reflexion und
• Lichtbrechung.
Gestreute Reflexion
Bei diffus reflektierenden Oberflächen, z. B. matte Spiegelraster oder Reflektoren und Raster mit Lackoberflächen, wird mit zunehmendem Streuvermögen der reflektierenden Oberfläche der gerichtete Lichtanteil immer geringer und das Licht immer diffuser.
Gerichtete Reflexion
Bei spiegelnden Oberflächen, wie z. B. Spiegelreflektoren und -raster aus hochglanzeloxiertem Aluminium, findet keinerlei Lichtstreuung statt; hier wird das Licht durch eine gerichtete Reflexion gelenkt. Dank exakter Spiegelformen werden genaue Lichtstärkeverteilungen und Leuchtdichtebegrenzungen erzielt.
Lichtbrechung
Lichtbrechung: Glas und Kunststoffe werden auch zur direkten Lichtlenkung eingesetzt, wobei die Brechung (Refraktion) und die Totalreflexion von Licht genutzt werden.
Prismen oder Linsen erlauben auch die Bündelung und Streuung von Licht sowie optischen Abbildungen.
Das Prinzip dieser Lichtlenkung: Dringt ein Lichtstrahl aus einem Medium in ein anderes Medium abweichender Dichte ein (z. B. von Luft in Glas und wieder von Glas in Luft), so ändert er seine Richtung in Abhängigkeit vom Einfallswinkel.
Prismen oder Linsen erlauben auch die Bündelung und Streuung von Licht sowie optischen Abbildungen.
Linsen
Linsen werden vor allem für Punktlichtquellen verwendet. Durch Veränderung des Abstands zwischen Linse und Lichtquelle wird der Ausstrahlungswinkel beeinflusst. Diese Lichtlenkung ermöglicht ein einheitliches Leuchtendesign auch bei unterschiedlichen Abstrahlwinkeln.
Mikroprismen
Das Licht wird seitlich oder von oben eingekoppelt. Die Lichtstrahlen werden exakt umgelenkt (asymmetrisch oder symmetrisch). Dies ergibt eine definierte Lichtverteilung.
- Informationen über Blaulichtgefährdung und deren Vermeidung gibt die Broschüre „Fotobiologische Sicherheit in der Beleuchtung", herausgegeben von ZVEI und VDE-Institut.
- Heft licht.wissen 01 „Die Beleuchtung mit künstlichem Licht"
- Mehr Informationen zu einzelnen Leuchtentypen finden Sie im Lexikon sowie in der Produkt- und Hersteller-Datenbank.