Die Lumen-Falle: Wie Lichtstrom-Werte hinter’s Licht führen

Wie viel Helligkeit liefert eine (LED-)Lampe oder Leuchte insgesamt? Beziffert wird das mit einer Lumen-Zahl für den “Lichtstrom”. Klingt nach einer eindeutigen physikalischen Einheit, ist aber in Wirklichkeit nur ein virtueller Durchschnittswert für die subjektive Wahrnehmung des Lichts und wird häufig missbraucht.

Ulbricht-Kugel
Blick in eine geöffnete, große Ulbricht-Kugel, mit der unter anderem der Lichtstrom eines in der Mitte aufgehängten Leuchtmittels gemessen wird. (Foto: Swoolverton@Wikimedia Commons, bearbeitet, Lizenz: CC by-sa 3.0)

Eigentlich ist das kein LED-spezifisches Thema; es betrifft Lichtquellen jeder Art. Weil aber eine Watt-Angabe allein kaum noch als Anhaltspunkt für die Leistung der immer weiter verbreiteten, modernen, stromsparenden Beleuchtung taugt, sind andere Werte wichtiger geworden: Lichtstärke beispielsweise oder Farbtemperatur, Farbwiedergabeindex, Abstrahlwinkel – und vor allem der “Lichtstrom” mit der Einheit “Lumen”, abgekürzt “lm”.

Lumen-Vergleichstabelle kleinDiese Angabe für die Gesamthelligkeit sehen Sie etwa in Tabellen, bei denen herkömmliche “Glühbirnen” verschiedener Leistungsstufen mit LED-Lampen verglichen werden (rechts).

Solche vermeintlichen Gleichsetzungen sind allerdings nicht ganz korrekt. So schafft eine normale 60-Watt-Glühlampe tatsächlich höchstens 700 und keine 806 Lumen. Eine EU-Verordnung schreibt jedoch für “rundstrahlende” LED-Leuchtmittel vor, dass sie mindestens 14% mehr Lichtstrom liefern müssen als die in der Werbung zum Vergleich genannten herkömmlichen “Birnen”.

Mit realen Bedingungen hat das wenig zu tun, weil LED-Lampen in der Regel das Licht stärker bündeln und deshalb über einen gewissen Raumwinkel sogar heller leuchten können als altertümliche Glühlampen – selbst wenn sie weniger Lumen haben.

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Das virtuelle “Durchschnitts-Auge”

Diese Lichtstärke (Lichtstrom pro Raumwinkeleinheit) ist aber ein anderes Thema; hier soll’s nur um den Lichtstrom gehen. Er soll der Maßstab für die vom menschlichen Auge wahrgenommene Gesamthelligkeit einer Lichtquelle sein und wird mit speziellen Messgeräten und/oder rechnerisch ermittelt. Und da baumelt schon der erste Fallstrick: Das menschliche Auge gibt es nicht – jedes der rund 14 Milliarden Augen auf der Erde guckt aus biologischen und physikalischen Gründen anders.

Was tun Wissenschaftler in solchen Fällen? Sie basteln sich der Einfachheit halber aus verschiedenen Untersuchungen einen virtuellen “Durchschnitt” und entwickeln daraus eine Norm. Sonst wird’s zu unübersichtlich. Beim Lichtstrom gilt deshalb seit einigen Jahrzehnten die “V-Lambda-Kurve” für das durchschnittliche Helligkeitsempfinden verschiedener Lichtwellenlängen am Tag, in Deutschland auch als “DIN 5031″ bekannt und in dieser Grafik rot gezeichnet:

V-Lambda-Kurve
Das durchschnittliche Helligkeitsempfinden über das Lichtwellenspektrum zwischen ca. 380 und 780 Nanometer beim Tag- (rote Kurve) und Nachtsehen (blaue Kurve). (Grafik: HHahn@Wikimedia Commons, Lizenz: GNU)

Zusätzlich zu den Kurven für das tag- und nachtadaptierte Auge gibt’s noch eine dritte für das “Dämmerungssehen”; die offizielle Lichtstrom-Berechnung bezieht sich aber nur auf das Tagsehen. Außerdem beschränkt sie sich auf den klitzekleinen Bereich des “schärfsten Sehens” in der Mitte des Auges. Was drumherum passiert, wird nicht berücksichtigt. Ausgehend von dieser Kurve, wurden genormte, gelbliche Farbfilter für Messgeräte sowie eine komplizierte Formel zur rechnerischen Ermittlung des Lumenwertes entwickelt.

Was sofort auffällt, sind die steilen Flanken links und rechts sowie der hohe Gipfel der roten Linie (1,0 auf der vertikalen Achse des Diagramms) im Bereich von Gelbgrün. Ein Lumen entspricht dem Lichtstrom eines idealen, 1,464 Milliwatt starken 555-Nanometer-Emitters mit 100prozentiger Effizienz. Für exakt diese gelb-grüne Farbe/Wellenlänge ist das tagadaptierte Auge am empfänglichsten, während etwa im hellroten Teil des Spektrums nur rund 10 Prozent dieser maximalen Empfindlichkeit erreicht werden. Für LED-Produzenten heißt das: Rot strahlende Module brauchen mindestens zehnmal so viel Leistung wie gelb-grüne, um als gleich hell wahrgenommen zu werden und somit die identische Lumenzahl zu erreichen.

Lumen-Maximierung mit fiesen Tricks

Schlaue Billigheimer in asiatischen Hinterhof-Klitschen nutzen diesen Effekt für die Produktion von LED-Lampen mit sagenhaften Lumen/Watt-Effizienzwerten. Sie “tunen” einfach ihre Chips mit entsprechenden Beschichtungen auf maximale Strahlung im Gelb-Grünbereich und holen mit diesem fiesen Trick viel Lichtstrom aus wenig Leistung und geringen Selbstkosten. Farbtemperatur und Farbtreue des Lichts spielen bei dieser Lumen- und Profitmaximierung höchstens eine untergeordnete Rolle. Das Ergebnis gibt’s nicht nur bei einschlägig bekannten “eBay-Shops” und sieht beispielsweise so aus:

Casalux-Winkel
Die ziemlich unangenehme Lichtfarbe einer ehemals von ALDI vertriebenen “Casalux”-LED-Leuchte mit starker Betonung des gelb-grünen Spektralbereichs. Der Farbwiedergabeindex wurde verschwiegen und liegt wohl kaum über CRI/Ra 70. (Foto: W. Messer)

Seriöse LED-Hersteller mit Premium-Anspruch haben es beim Schwa.. Lumenvergleich deutlich schwerer. Angenehme, “warm-weiße” Lichtfarben um 2700 Kelvin und anständige Farbwiedergabeindex-Werte über CRI/Ra 80 werden nämlich regelmäßig mit höheren Entwicklungs- und Produktionskosten sowie mit geringerer Lichtstrom-Ausbeute bezahlt. Wer als Kunde demnach beim LED-Kauf nur auf die Preise, Lumen- und Lumen/Watt-Werte schaut, der könnte ganz schön hinter’s Licht geführt werden.

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11 Gedanken zu “Die Lumen-Falle: Wie Lichtstrom-Werte hinter’s Licht führen

  1. Passt auch zum Thema:
    Was ich Kunden und Interessierten immer wieder versuche klar zu machen, ist, dass mit der Einführung der LED der alleinige Lumen-Vergleich für ein gesuchtes Leuchtmittel für eine best. Anwendung nicht ausreicht. Der Lumenwert, umgerechnet aus der Wattangabe der Glühlampe, ist nicht automatisch der Lumenwert für die gesuchte LED.
    Den großen Leuchtwinkel des Rundstrahlers Glühbirne benötige ich meist nicht, wenn ich z.B. einen Esszimmertisch beleuchten möchte – der große Winkel des Lichtstroms ist hierbei eher unangenehm. 
    Durch die Anwendung des Glühlichts stellte sich diese Winkel-Frage selten (man versuchte höchstens den übrigen Lichtstrom durch Reflektoren einzufangen). Man musste die Glühlampe meist so nehmen wie sie war. 
    Bleiben wir bei meinem Beispiel der Beleuchtung eines Esszimmertisches. 
    Hier möchte man primär den Tisch beleuchten ohne die drumherum sitzenden Personen zu blenden. Für den Ersatz einer 60 Watt Glühlampe benötige ich also keine LED, die den vollen (ca. 320-340grad) Lichstrom von 806lm ersetzt, sondern nur den Lichtstrom der Glühlampe innerhalb ca. 120-160 grad – je nach Abstand vom Tisch und Tischgröße ;-)
    Wir haben z.B. 2 x 60W Glühl. mit 2 x 470lm 160grad Retrofit-LEDs ersetzt und haben ein wahrgenommen helleres Licht auf dem Tisch als zuvor (>RA 80, 2700K, 7.5W, 160grad):
    806lm vs 470lm.
    Die Praxis bestätigt die Theorie.
    Ergo:
    Es ist also nicht mehr so einfach, wie zur Zeit des Glühlichts, das geeignete Leuchtmittel zu wählen. Der Lumenwert einer LED sollte nach der Art der Anwendung gewählt werden und nicht nach Umrechnung “Glüh-“Watt->Lumen, um einerseits unnötige Kosten für Lampen mit unnötig hohem Lichtstrom zu sparen und um andererseits die optimale Beleuchtung zu erhalten. 
    Auf http://www.led-4-home.de habe ich diese Zusammenhänge ausführlich erläutert und biete entspr. tools zur Abschätzung des wirklich benötigten Lichtstroms an.

    • Die meisten Leute wollen aber einfach in etwa gleich viel Licht im Raum haben wie zuvor, inklusiv den indirekten Anteil. Da ist der Lichtstrom eben doch, in erster Näherung und nebst der Farbtemperatur und einem augewogenen RA Wert, der geeignetste Wert.

      Das fieseste ist, wenn europäische Hersteller nur Candela und Winkel anschreiben, und dann bei dem Vergleich mit Watt nicht den Lichtstrom, sondern die Leuchtstärke. Man verschweigt, dass eine vergleichbare klassische Lampe meist nicht so stark gerichtet ist und einen grösseren Lichtstrom aufweist. Osram und Philips habe so lange Leute verärgert. Man kaufte ein Leuchtmittel, das mit einen Vergleichwert von z. B. 35W angeschrieben war, und hatte dann ein dunkles Zimmer. Reaktion: die Leute schimpften über die LED Technik.

      In der Zwischenzeit müssen alle den Lichtstrom angebeb und das ist so richtig. Wie soll Otto Normalverbraucher sonst einen einfachen Vergleich machen. Dies gesagt, gehe ich einig, dass auch die Farbtemperatur und die Farbwidergabe angegeben werden müssen.

  2. Dieser “fiese Trick” ist nicht neu,es war und ist bei Leuchtstofflampen (CFL oder Röhre) seit Jahrzehnten Standard dass man bewusst einen signifikanten spektralen Peak im Bereich der 555nm erzeugt um dem menschlichen Gehirn über den Sensor Auge eine höhere Helligkeit vorzugaukeln. Nebenbei dient es auch einer besseren Farbwiedergabe, ein ausgewogenes Verhältnis der 3-Banden Phosphormischung vorrausgesetzt.

  3. Das ist ein Super Beitrag.
    Ich habe auch das Problem in einem Bekleidungsgeschäft. Dort wurden mehrere Röhren LED´s (120cm)von verschiedenen Herstellern bemustert.
    Alle hatten in ca. 180 cm Höhe zwischen 500 und 600 lm. Aber alle haben einen “Gelbstich”. Jetzt kam ich mit wirklich ausgezeichneten LED Röhren was die Farbwiedergabe angeht. Die Verkäuferinnen waren alle begeistert. Der Nachteil — nur gemessene 450 lm. Und genau das wird mich wohl “rauswerfen”. Da ist der Chef beratungsresistent.
    Gruß
    Christoph Baumann

    • Ja, stimmt. Aber auf welchen Teil des Beitrags bezieht sich diese Schreierei mit drei Ausrufezeichen und was haben solche HMI-Lampen mit der üblichen Allgemeinbeleuchtung im Haushalt zu tun?

  4. Danke für den sehr verständlichen Beitrag, der mir als Laien einige Lichtblicke zum Thema LED Beleuchtung gibt.
    Ich plane meine Werkhalle, aber auch einiges in meinem Haushalt auf die stromsparenden und hoffentlich wirklich langlebigeren LED Leuchten umzurüsten.
    Sind bei der Auswahl der Leuchten die wesentlich billigeren Produkte aus China grundsätzlich als kritisch in Sachen Farbwiedergabe und verfälschten Leistungsangaben zu sehen?
    Ist in dieser Entscheidung ob billig oder gute Marke ein praktischer Vergleich anzuraten, oder gibt es da schon Erfahrungswerte?

    • So einfach lässt sich das nicht sagen, da ja auch viele Lampen und Leuchten der europäischen Marken in China hergestellt werden. Bei Profi-Anwendungen sollten sie jedenfalls verstärkt auf seriöse Daten, CE/VDE-Kennzeichnungen und ausreichende Garantiebedingungen achten. Ob ein Produkt allerdings wirklich langlebig ist, stellt sich halt leider erst nach entsprechender Zeit heraus. Gute oder schlechte Einzelerfahrungen sind hier fast nie repräsentativ.

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