LED-Lampen und das “Winkel-Dilemma”

Bei LED-Spots wird er fast immer angegeben, bei “rundstrahlenden” LED-Lampen nur selten: Der Abstrahlwinkel. Dieser Grad-Wert soll den Kunden verraten, wie eng oder breit die Lichtkeule einer Lampe ist. Aber wie aussagekräftig ist diese Zahl tatsächlich?

LEDON-Sunset-Winkel neu
Das nachträglich kontrastverstärkte Leuchtbild einer LEDON-“Sunset Dimming”-Lampe. Sie ist offensichtlich kein perfekter 360-Grad-Rundstrahler, weil nach oben weniger Licht abgestrahlt wird als nach unten und seitlich. Aber welche Abstrahlwinkel-Angabe käme der Wahrheit am nächsten? (Foto: W. Messer)

Diesen Monat entwickelte sich anlässlich der Vorstellung der neuen 12-Watt-LEDON-A65-Lampe via Twitter und in einigen E-Mails eine spannende Diskussion: Sollten Hersteller und Händler auch bei LED-“Rundstrahlern” zwingend den Abstrahlwinkel publizieren? Die Marketingabteilung des österreichischen “Retrofit”-Spezialisten LEDON erklärte dazu:

Abstrahlwinkel ist ein technischer Begriff, der nur für Reflektorlampen relevant ist. Für Nicht-Reflektorlampen ist er schwierig anzuwenden. Die Angabe führt meist zu Missinterpretationen, da der Abstrahlwinkel keine genaue Beschreibung über die Lichtverteilungskurve gibt. Die Grafik gibt hier einen besseren Überblick über die Lichtverteilung.

Solche Grafiken sind tatsächlich in den frei zugänglichen LEDON-Datenblättern zu finden. Im Fall der mir zum Zeitpunkt dieses Beitrags noch nicht vorliegenden 806-Lumen-Lampe (pdf-Download) sieht sie so aus:

LEDON-A65-Grafik

Ein LED-Leuchtmittel-Händler merkte dazu bei Twitter an:

Die Grafik kann längst nicht jeder Kunde lesen. Ich sehe die Notwendigkeit in der Angabe des Winkels nach wie vor gegeben – zumindest als Wert für den ersten Vergleich zweier Leuchtmittel unentbehrlich. Für die Beurteilung der Helligkeit auf der zu beleuchtenden Fläche ist der Abstrahlwinkel ein wichtiger Parameter für den Kunden. Wer’s genauer wissen will: Diagramm.

Diese Einschätzung ist nicht völlig aus der Luft gegriffen, oder würden Sie aus der Grafik oben schlau? Bestrahlt diese Lampe tatsächlich nur knapp 145 Grad? Oder sind’s mehr? Die Hersteller müssen – auch nach EU-Vorgabe – zumindest bei Lampen mit Richtwirkung zwingend den Abstrahlwinkel nennen, außerdem neben dem Lichtstrom in Lumen auch die Lichtstärke in Candela. Osram geht noch einen Schritt weiter und integriert den Grad-Wert sogar in die Typenbezeichnungen seiner rundstrahlenden “Parathom Classic A .. 320° Advanced”-LED-Lampen.

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Osram-Symbolbild LichtverteilungVielleicht genügt ein Symbolbild

Konsistent wird dieses Prinzip jedoch auch dort nicht durchgehalten: Bei anderen Osram-Modellen findet sich der Abstrahlwinkel nicht mal in den technischen Daten. Stattdessen gibt’s im englischsprachigen Datenblatt eine stilisierte Grafik (Bild rechts zu den “Parathom CL A40/60/75″-Modellen, pdf-Download).

Sie soll verdeutlichen, dass rund 80 Prozent des Lichtstroms (“Luminous Flux”) nach oben und seitlich, aber nur 20 Prozent nach unten abgestrahlt werden. Das liefert der Kundschaft zumindest schon mal eine ungefähre Vorstellung, welche Ausleuchtung sie von der Lampe erwarten darf.

Halbwerts- und Feldwinkel

Streng genommen müsste der Abstrahlwinkel dieser Lampe mit ca. 180 Grad angegeben werden. Definiert ist er nämlich als jener Bereich, in dem mindestens die Hälfte der maximalen Lichtstärke abgegeben wird – deshalb heißt er im EU-Regelwerk und unter Technikern auch “Halbwertswinkel” (engl. “Half-peak beam angle”). Das bedeutet also nicht, dass es außerhalb dieses Winkels zappenduster bleibt.

Stattdessen dürfen Sie davon ausgehen, dass ein Teil des Lichts auch weit außerhalb von 180 Grad verteilt wird. Das gilt prinzipiell sogar für LED-Spots mit starker Richtwirkung. Die aus Wisconsin stammende LEDON-Produktmanagerin Shannon Balthazor zeichnete mir anlässlich eines längeren Telefonats zu diesem Thema eine hübsche Grafik, die ich nachträglich mit einem von mir fotografierten LEDON-LED-Spot “aufgehübscht” habe:

Abstrahlwinkel-Grafik

Die Candela-Werte und Lichtkeulen dienen hier nur zur Verdeutlichung und haben nichts mit den realen Daten des Spots zu tun. Die maximale Lichtstärke nehmen wir einfach mal mit 2000 cd an – sie wird nur an einem kleinen Punkt erreicht. Alle Raumwinkelteile drum herum, in die mindestens 1000 cd abgestrahlt werden, zählen zum offiziellen Abstrahlwinkel (im Symbolbild dürften das etwa 25 Grad sein).

Daneben gibt es aber auch einen “One Tenth-peak beam angle” oder “Field Angle” (Feldwinkel). Hier wird alles ‘runter bis zu einem Zehntel der maximalen Lichtstärke berücksichtigt – also im Symbolbild 200 cd. Dieser Winkel ist hier mit rund 50 Grad doppelt so groß dargestellt, kann aber in der Realität auch jeden anderen Wert erreichen. Zusätzlich könnte man noch einen “Cut-off”-Winkel angeben, außerhalb dessen es komplett dunkel bleibt.

Übrigens: Nach Auskunft des LEDON-Marketings hat die neue “rundstrahlende” 12-Watt/806-Lumen-Lampe (aus dem ersten Diagramm oben) einen Halbwertswinkel von 160 und einen Feldwinkel von 270 Grad. Der “Cut-off”-Winkel dürfte wohl einem Vollkreis von 360 Grad gleichkommen.

Auch LED-Lampen liefern Streulicht

Man könnte die Helligkeit außerhalb des zentralen Kegels auch Streulicht nennen. Bei LED-Leuchtmitteln ist dieser Anteil normalerweise erheblich geringer als bei traditionellen Glüh- und Halogenlampen, deren prinzipielle Rundstrahlcharakteristik mit Reflektoren und anderen optischen Hilfsmitteln “gebändigt” werden muss.

Ganz ausblenden kann man Streulicht aber selbst bei den stark fokussierenden und deshalb sehr effizienten LED-Spots nicht. Deshalb funktionieren auch die verbreiteten “Lumen/Lux/Candela-Umrechner” nur sehr unvollkommen. Sie stellen einen theoretisch idealen Zusammenhang zwischen Lichtstrom, Abstrahlwinkel und Lichtstärke her, den es in der Realität nicht gibt. Die so ermittelten Werte sind durch den nicht berücksichtigten Streulichtanteil häufig sehr weit weg von den tatsächlich gemessenen Daten.

Leuchtbild-Fotos als kleine “Krücke”

Was würden wir also wissen, wenn uns der Anbieter einer “rundstrahlenden” LED-Lampe einen Abstrahl-/Halbwertswinkel von beispielsweise 200 Grad verraten würde? Nur, dass die Lichtstärke innerhalb dieses Winkels mindestens die Hälfte des Maximalwerts erreicht. Was drumherum noch an Helligkeit passiert, bliebe für den Kunden virtuell im Dunkeln. Dabei wäre es durchaus denkbar, dass es auch in den restlichen 160 Grad des Vollkreises noch ganz anständige Candela-Werte gibt.

Ich kann dieses – möglicherweise zu Fehlkäufen führende – Dilemma nicht auflösen, aber ein wenig entschärfen: Normalerweise mache ich dazu bei jedem LED-Lampentest hier im Blog ein Leuchtbild-Foto, das auch Laien zumindest einen groben Eindruck der Lichtverteilung geben kann – egal, ob es um einen Spot oder einen “Rundstrahler” geht. Manchmal gebe ich auch einen geschätzten Winkel-Wert an. Das ist natürlich nicht der Königsweg, ziemlich unwissenschaftlich und noch dazu sehr punktuell, weil ich das nur mit den wenigen, tatsächlich bei mir vorhandenen Leuchtmitteln tun kann.

Weitere Ideen zum “Winkel-Dilemma” sind in den Kommentaren hier drunter herzlich willkommen.

Mehr zum Thema:

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16 Gedanken zu “LED-Lampen und das “Winkel-Dilemma”

  1. Zum Thema anbei ein Beispiel aus der Praxis, das die Notwendigkeit der Angabe des Abstrahlwinkels verdeutlichen soll:
    Der Lichtstrom in Lumen beschreibt die gesamte (!) von einer Lichtquelle abgegebene Lichtleistung.
    Diese Angabe alleine hilft mir nicht zu beurteilen
    inwieweit das entsprechende Leuchtmittel für die bestimmte Anwendung geeignet ist oder nicht.
    Als Beispiel nenne ich gerne die Beleuchtung eines Tisches z.B. im Esszimmer. Ich möchte die Glühlampe durch eine entspr. LED-Lampe ersetzen (Retrofit).
    Der Tisch soll komplett beleuchtet werden, jedoch die Personen möglichst nicht blenden.
    Angenommen: Die Zimmerdecke soll nicht zusätzlich indirekt beleuchtet werden.
    Dreiecksberechnung schnell gemacht ;-) und ich erhalte den erforderlichen Winkel für die erforderliche Ausleuchtung des Tisches.
    Vorausgesetzt: Den ungefähren Lumenwert – bezogen auf die Glühlampe – kenne ich in etwa.
    Dieser Lumenwert ist aber nicht der Wert, den ich wirklich benötige, um meine Spezifikation (die Beleuchtung – nur des Tisches – mit LED) zu erfüllen.
    Der Lichtstrom der gesuchten LED, den ich für die Anwendung benötige, ist nämlich erheblich niedriger zu wählen als es der Lichtstrom der äquivalenten Glühlampe entsprechen würde, weil er sich, bezogen auf meine Anwendung, nicht wie bei der Glühlampe auf ca. 320 Grad aufteilen muss um den Tisch halbwegs gut auszuleuchten. Er konzentriert vielmehr auf einen entspr. kleineren Abstrahlwinkel, den ich zuvor errechnet habe (Dreiecksberechnung).
    Den erforderlichen Lichtstrom in Bezug auf die zu beleuchtende Fläche zusammen mit dem bekannten Winkel kann man mit Formeln errechnen oder zumindest gut abschätzen (entsprechnede tools befinden sich auf unserer Seite http://www.led-4-home.de).
    Somit suche ich mir doch eine LED beim Händler, die meine Winkel-Anforderung erfüllt aber zugleich keinen zu großen Winkel aufweist, der den Lichtstrom unnötig “verpulvert”. Die Kosten für eine entspr. nicht so lichtstarke LED können dadurch gemindert werden.
    Deshalb ist es unabdingbar, den Abstrahlwinkel anzugeben.
    Dieser Winkel soll zur Orientierung des Verbrauchers dienen und keine hochwissenschaftlichen Anforderungen erfüllen.
    Wer es genauer wissen möchte kann sich die Lichtstromverteilung im Diagramm ansehen – wenn es denn für die Sache wirklich erforderlich sein sollte.
    Das Diagramm muss man zu dem dann auch noch lesen können.
    Hierzu eine kurze Erklärung zur Diagramm-Interpretation zum Schluss:
    Die Lichtstärke in Candela ist der Lichtstromanteil pro Raumwinkel und beschreibt somit die räumliche Verteilung des Lichtstromes.
    Die Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) versucht dies im, nur zweidimensionalen, Diagramm wiederzugeben.
    Es ist also quasi eine Schnittansicht der Raumkurve.
    Um eine direkte Vergleichbarkeit der verschiedenen Lichtquellen zu ermöglichen, sind die Angaben auf 1000 Lumen Lichtstrom bezogen und geben die Lichtstärke (Candela) in Abhängigkeit vom Winkel an.
    Der Abstrahlwinkel ist definiert und bezogen auf 50% der Lichtstärke der entspr. Quelle.
    Beispiel: Diagramm von Wolfgang Messer oben im blog:
    Lichtquelle hat bei 1000 Lumen maximal ca, 180 Candela.
    50% = 90 Candela. 90 Candela haben wir bei einem Winkel von gut 60 Grad links und rechts. Ergibt zusammen gut 140 Grad (ca. 145 Grad)
    Abstrahlwinkel.
    Wenn der Hersteller nun hierfür 140 Grad als Abstrahlwinkel angibt,
    kann der Verbraucher schon in etwa beurteilen, ob die Quelle wohl die Fläche ausreichend beleuchten wird oder nicht ob er sich lieber doch nach einer Quelle mit äquivalenten Lumenwert aber mit einem größeren Abstrahlwinkel umsieht …
    Ronald Wiggert – Fa. Homesphäre – http://www.led-4-home.de

  2. @Wolfgang Messer: Sorry, dies wollte ich so auch nicht gesagt haben. Ich habe das im blog gezeigte Diagramm nur als Beispiel verwendet, um das Lesen des Selbigen zu verdeutlichen. Das das Diagramm nicht von Ihnen stammt ist mir klar aber wäre nebenbei gesagt für meine Intention auch völlig unerheblich.
    Danke trotzdem für die Klarstellung.
    Alle Lichtstärkeverteilungskurven sind für die direkte Vergleichbarkeit auf 1000 Lumen bezogen …
    unabhängig von Ihrem Beispiel.
    Sorry, wenn dies anders verstanden wurde.

  3. So richtig etwas anfangen konnte ich mit diesen Abstrahldiagrammen bisher auch nichts.
    Wobei mir die Angaben bei LEDON mit Durchmesserangaben und Raumhöhen (bei GU10) noch am anschaulichsten erschienen.
    .
    Man kommt um selber Ausprobieren nach meiner Erfahrung nicht herum.
    Auch macht es einen Unterschied, wie wandnah zB. GU10 Spots an der Decke montiert sind.
    Dass LEDs ganz eine andere Abstrahlcharakteristik aufweisen wie Halogen, erkannte ich anschaulich daran, dass es noch einigermaßen möglich ist, in einen Osram Halopar 16 50W Halogenspot (950 Cd) frontal ins Licht zu sehen, bei einem LEDON 7W GU10 mit ‘nur’ 750 Cd hingegen ist die Blendung hingegen viel zu stark, sogar ein Philips MasterLED Spot 4W mit ‘nur’ 350 Cd liefert frontal nach vorne stärkere Blendung als der 950 Cd Halogenspot – soviel zur Vergleichbarkeit mit Halogenlampen…ist irgendwie ähnlich wie bei unterschiedlich geschnittenen Jeans trotz selber Größe, die man idealerweise auch anprobiert ;-)

  4. @Johannes: Da bräuchte man halt so’n leeren Testraum ohne Möbel etc., sonst brächten die Bilder wenig. Und in vielen Fällen werden die Spots ja nicht direkt im 180-Grad-Winkel auf den Boden gerichtet (z. B. bei verstellbaren Mehrfach-Strahlerleisten). Zweidimensionale Bilder können die dreidimensionale Wirkung von Lampen ohnehin nur unvollkommen wiedergeben.

  5. @ Wolfgang:
    Ist meine Annahme richtig, dass der 7 W LEDON GU10 Spot vergleichsweise doch deutlich mehr Streulicht wirft als der 5 W LEDON GU10? Interessant erscheint mir im Vergleich der beiden Spots eine relativ ähnliche Lichtstärke (650 bzw. 750 Cd, bei jeweils 35° Abstrahlwinkel), aber die Differenz beim Lumen-Wert mit 220 zu 320 erscheint dagegen wieder recht groß. Auch die Abstrahldiagramme zeigen eigentlich nur kleinere Unterschiede.

  6. @Johannes: Da stimmt das LEDON-Datenblatt seltsamerweise nicht mit der oben von mir verlinkten LEDON-Produktbeschreibung überein. Keine Ahnung, was tatsächlich stimmt.
    .
    Deine Schlussfolgerung kann ich nicht nachvollziehen. Der 7-Watt-Spot wirkt im direkten Vergleich natürlich deutlich heller – bei der Halogen-Ähnlichkeit nehmen sich die beiden nichts.

  7. @ Wolfgang:
    Ich kenne bisher nur die 7 W LEDON GU10.
    Meine Überlegung war dahingehend, ob nicht der Privatkunde bei Verwendung im Deckeneinbaustrahler in den meisten Fällen eigentlich mit der 5 W Version auskommen sollte. Die Lux-Angaben auf 2 m Entfernung unterscheiden sich wirklich nicht gravierend zwischen 5 und 7 W Version.
    Wirkt die 5 W Version evtl. etwas ‘gemütlicher’ (weniger Blendung) als die 7 W Version? Die 7 W Version kann auf kürzere Distanz seitlich betrachtet doch etwas blenden.
    Es geht da auch weniger um den geringen preislichen Unterschied, ich schätze viele kaufen einfach den 7 W, obwohl der 5 W evtl. gleich gut wirken würde…
    .
    Der alte Osram Superstar GU10 5,5 W ist rein leistungsmäßig in etwa auf LEDON 5 W Niveau. Den habe ich auch, könnte ich den Deiner Meinung nach als Vergleich hernehmen, also wenn der im vorgesehenen Raum entspricht, müsste es der LEDON 5 W auch tun?

  8. Pingback: Vera & Christophs Baublog » Es werde Licht: Über Lux, Lumen und Leistung

  9. Was sehr hilfreich wäre, ist eine Tabelle mit den gemessenen Daten der Halbwertswinkel des Testlabors. So ließe sich neben den Philips Master LEDbulb noch weitere LED-Lampen mit größerem Abstrahlwinkel finden.
    Von der Umsetzung her sicher im machbaren Rahmen ;)
    Oder gibt es etwas, was dagegen spricht?

    • Wir haben ja erst vor Kurzem mit den Winkelmessungen angefangen – für eine Tabelle ist das noch sehr dünn. Außerdem ändern sich die Winkel ja meistens mit jeder neuen Modellreihe (also etwa alle 6 Monate) und die alten Werte wären dann ziemlich wertlos. Die bisherigen Messdiagramme findet man mit den Suchworten “fastvoice” & “Lichtverteilungskurve” via Google.

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