Hier wird’s heiß: Der “Tc-Punkt” von LED-Lampen

by Wolfgang Messer | 11.8.2012 03:13

Weil vermutlich nicht jeder “normale” Lampenkäufer damit rechnet, habe ich’s schon ein paarmal hier im Blog thematisiert (besonders ausführlich weiter unten in diesem Grundlagenartikel[1]): Nicht nur “Glühbirnen” und Halogenspots, auch LED-Lampen können ziemlich heiß werden. Weil aber die Hitze nicht gleichmäßig entsteht und abgeführt wird, hat jedes Modell normalerweise einen Referenzpunkt namens “Tc”, an dem eine bestimmte Temperatur nicht überschritten werden sollte.

Osram Parathom PAR16 35 advancedEigentlich sind die Verhältnisse eindeutig: Glüh- und Halogenlampen setzen 90 bis 95 Prozent der eingesetzten Leistung in Wärme um und können am Glaskörper deutlich über 200 Grad heiß werden – das bedeutet höchste Verbrennungsgefahr. LED-Lampen wie die rechts abgebildete Osram “Parathom Pro PAR16 35 advanced”[2] liefern dagegen “nur” 70 bis maximal 80 Prozent Hitze und haben noch dazu eine erheblich geringere Stromaufnahme. Also ist auch weniger Gesamtenergie im Spiel. Trotzdem könnten Sie direkt an einem ungekühlten Hochleistungs-LED-Chip nach einiger Leuchtzeit über 120 Grad messen.

Die Hitze muss ‘raus

Das allerdings würde dem Chip schwer auf die Leistung, Lichtfarbe und Lebensdauer schlagen. Deshalb versuchen die Hersteller alles Mögliche[3], um die Hitze über Wärmeleitbrücken und großflächige Kühlkörper an einem Gehäuse nach außen abzuführen und so den Temperaturhaushalt der Lampe möglichst niedrig und homogen zu halten. Der österreichische LED-“Retrofit”-Spezialist LEDON erklärt dazu auf seiner Website[4]:

Eine ungleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der LED-Lampe hat nämlich ebenfalls negative Auswirkungen auf die Lebensdauer, da die Lampe sich an bestimmten Stellen viel stärker erhitzt als an anderen.

Zu diesen “bestimmten Stellen” zählt neben den LED-Chips auch die Vorschaltelektronik, wo vor allem das Wohlbefinden der Kondensatoren[5] (zur Stabilisierung der Spannungsversorgung der Chips) durch zu große Hitze stark beeinträchtigt werden würde. Häufig liegt genau dort die Ursache bei einem Totalausfall von LED-Lampen und nicht bei den Chips.

Fastvoice-Eigen-Banner-04-14[6]

Wir kommen zum Punkt

Dummerweise haben aber Lampen-Entwickler – im Gegensatz zu Leuchten-Designern – dort, wo’s drauf ankommt, nur begrenzten Einfluss auf den Temperaturhaushalt ihrer sorgfältig und aufwendig gestalteten Produkte: Beim Kunden. Sie können ja nicht wissen, in welche Leuchten und Fassungsgehäuse der die Dinger ‘reinschraubt oder steckt. Faustregel: Je enger, desto heißer (wie früher beim “Stehblues”[7]-Tanzen). Oder anders herum: Je mehr Luft rund um die LED-Lampe zirkulieren kann, desto kühler bleibt sie.

Kluge Hersteller bauen deshalb vor und geben in ihren Datenblättern einen Referenzpunkt am Gehäuse[8] (Modulproduzenten auch auf der LED-Chip-Platine, siehe diese ausführliche pdf-Abhandlung[9] von “Vossloh-Schwabe” über das “thermische Design von LED-Leuchten”) und eine darauf bezogene Maximaltemperatur an. Bei dem oben abgebildeten Osram-LED-Spot “Parathom Pro PAR16 35 advanced” sieht das in der Werkszeichnung so aus:
Osram-Spot Tc-Punkt
Das “Tc” steht für “casing temperature” – also die Gehäusetemperatur. Sinnvollerweise wählt man für diesen Messpunkt eine der heißesten Stellen. Bei diesem Osram-Modell wird im Datenblatt (pdf-Download[10]) eine Maximaltemperatur von 90 Grad Celsius vorgegeben. Falls Ihr Messfühler oder berührungsloser Sensor am Tc-Punkt höhere Werte anzeigt, steckt der Spot in einem thermisch ungünstigen Strahlergehäuse und wird sein Leben wahrscheinlich vorzeitig aushauchen.

Osram erläutert diesen Zusammenhang etwas detaillierter in seinem “Innovation Store Blog”[11]:

Durch die Einhaltung der Tc-Punkt-Temperatur wird sichergestellt, dass sich kein Bauteil im Vorschaltgerät unzulässig erwärmt. Außerdem lässt sich mithilfe des Tc-Punktes feststellen, wie viel Temperaturreserven in einer Leuchte vorhanden sind und bis zu welcher Umgebungstemperatur die Lampe eingesetzt werden darf. Typischerweise sind Osram-LED-Lampen für eine Umgebungstemperatur von -20 °C bis +40 °C ausgelegt.

Die Angaben für die garantierte Lebensdauer in Leuchtstunden basieren bei Osram übrigens auf einer Raumtemperatur von 25 Grad und ausreichender Luftzirkulation.

Zum Spiegeleier-Braten reicht’s schon

Möglicherweise hat Sie die 90-Grad-Angabe für den Tc-Punkt oben zwischen den Kühlrippen des Spots ein wenig überrascht. So heiß können LED-Lampengehäuse sogar im Normalbetrieb werden? Ja, können sie, aber meistens bleiben sie deutlich kühler.

In diesem Fall reden wir nämlich von einer “Pro”-Version eines Osram-Spots, die deutlich härter im Nehmen ist als das günstigere “Normalverbraucher”-Modell[12] (man merkt’s unter anderem auch an den unterschiedlichen Angaben zu Lebensdauer und Schaltfestigkeit[13], siehe pdf-Datenblatt[14]). Dort liegt der Tc-Punkt zwar an der gleichen Stelle wie am etwas anders gestylten “Pro”-Gehäuse, die zugelassene Maximaltemperatur aber nur bei 82 Grad.

Andere Osram-Modelle und Lampen anderer Hersteller können teils noch niedrigere Tc-Werte haben; weniger als etwa 60 Grad[15] dürften Sie aber bei längerem Betrieb einer leistungsstarken LED-Lampe selten messen. Sie kennen das eventuell schon von anderen Punkten mit Buchstabe vorne dran[16]: Wo’s richtig abgeht, kann’s auch echt heiß werden.

P. S.: Es gibt übrigens noch weitere Temperatur-Messpunkte in der LED-Technik, etwa den “Ts-Punkt” an den Lötstellen der Module (das “s” steht für das englische “solder”=löten). Besonders hochwertige und robuste Chips wie der neue “Oslon Black Flat” von Osram[17] können dort gemessene Werte von bis zu 120 Grad mehrere tausend Leuchtstunden lang aushalten.

Mehr zum Thema:

Schneller LED-Lampen-Tod durch “falsche” Leuchten?[18]

“Geplante Obsoleszenz”: Auch ein Thema bei LED-Lampen?[19]

Blog-Leserfrage (8): Wie stark dürfen LED-Retrofits sein?[20]

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Links/Quellen:
  1. in diesem Grundlagenartikel: http://fastvoice.net/2012/03/05/wie-leds-zum-gluhlampen-ersatz-werden/
  2. Osram “Parathom Pro PAR16 35 advanced”: http://www.led-centrum.de/LED-Strahler-GU10-Sockel/4008321972255.html
  3. alles Mögliche: http://fastvoice.net/2012/08/03/switch-kuhlt-led-chips-mit-silikonol/
  4. auf seiner Website: http://www.ledon-lamp.com/de/ledon-lichtwissen.htm
  5. Kondensatoren: http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_%28Elektrotechnik%29
  6. [Image]: http://twitter.com/Fastvoice
  7. “Stehblues”: http://de.wikipedia.org/wiki/Stehblues
  8. Referenzpunkt am Gehäuse: http://www.lig.ht/lig/home/home/entwicklung/messtechnik/tc-punkt.html
  9. diese ausführliche pdf-Abhandlung: http://www.vs-optoelectronic.com/fileadmin/user_upload/Thermisches_Design_DE_140909.pdf
  10. pdf-Download: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CLkBEBYwAA&url=http%3A%2F%2Fwww.osram.de%2Fmedia%2Fresource%2Fhires%2F339221%2FPARATHOM-PRO-PAR16-35-advanced-(GB).pdf&ei=N5YlULI2o93hBJ6bgbgL&usg=AFQjCNGnQV1QNVHAZwBJIsSTo_eC_k37Zg&sig2=Xr6gYNBir1bCu85fUhBUGg
  11. “Innovation Store Blog”: http://blog.osram-shop.com/post/4801300710/das-kleine-led-einmaleins-teil-4
  12. günstigere “Normalverbraucher”-Modell: http://www.led-centrum.de/LED-Strahler-GU10-Sockel/4008321975379.html
  13. Schaltfestigkeit: http://fastvoice.net/2012/08/07/keine-eu-messvorgaben-wie-schaltfest-sind-led-lampen/
  14. pdf-Datenblatt: http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&ved=0CL0BEBYwAQ&url=http%3A%2F%2Fwww.osram.de%2Fmedia%2Fresource%2Fhires%2F336474%2FPARATHOM-PAR-16-35-35%25C2%25B0-advanced.pdf&ei=tKAlULOZG-T-4QSpuIAY&usg=AFQjCNHquVaKN6ErO6EI3ufslGiUsAn5jQ&sig2=p-xfJmR-hyB6S_xAXoua3w
  15. als etwa 60 Grad: http://www.wissenschaft-im-dialog.de/aus-der-forschung/wieso/detail/browse/3/article/kann-man-auf-einem-heissen-sonnenbestrahlten-autodach-eier-braten.html?tx_ttnews%5BbackPid%5D=88&cHash=25e5997aaebd49fa2a285e9231e80f90
  16. Punkten mit Buchstabe vorne dran: http://de.wikipedia.org/wiki/Telekom_Shop
  17. “Oslon Black Flat” von Osram: http://www.osram.com/osram_com/press/press-releases/_trade_press/2012/oslon-black-flat-led/index.jsp
  18. Schneller LED-Lampen-Tod durch “falsche” Leuchten?: http://fastvoice.net/2012/09/03/led-schlachtbank-im-fastvoice-studio/
  19. “Geplante Obsoleszenz”: Auch ein Thema bei LED-Lampen?: http://fastvoice.net/2013/03/21/geplante-obsoleszenz-auch-ein-thema-bei-led-lampen/
  20. Blog-Leserfrage (8): Wie stark dürfen LED-Retrofits sein?: http://fastvoice.net/2014/01/22/blog-leserfrage-8-wie-stark-duerfen-led-retrofits-sein/

Source URL: http://fastvoice.net/2012/08/11/hier-wirds-heis-der-tc-punkt-von-led-lampen/