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Lichtstrom (lm, Lumen)


Leuchtmittel Lumen,lm lm/W Lichtstärke,cd
Kerze 42W 12 0,3 1
Glühbirne 15W 100 6,6 7,96
Glühbirne 25W 200 8 15,92
Glühbirne 40W 400 10 31,83
Glühbirne 60W 700 11,6 55,71
Glühbirne 75W 900 12 71,62
Glühbirne 100W 1.350 13,5 119,37
Glühbirne 150W 2.000 13,3 159,16
Glühbirne 200W 3.000 15 238,74
LED Birne 9,5W 1.000 105 79,58
LED Birne 8W 700 120!!! 76,40
In Lumen wird die gesamte Lichtleistung eines Leuchtobjekts bezeichnet, unabhängig von dessen Leuchtrichtung.

Der Lichtstrom ist die Leistungseinheit im lichttechnischen Maßsystem unter Berücksichtigung der Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges.

Einfacher ausgedrückt, Lumen gibt die gesamte Helligkeit Deiner Lampe an.
Egal ob Du z.B. eine LED Birne gekauft hast, die ihre Helligkeit in alle Richtungen (360°) abgibt bzw. "aufteilt", oder einen LED Spot, der seine gesamte Helligkeit auf z.B. 60° "konzentriert".

Bei Lumen wird die gesamte Lichtleistung, unabhängig von der Leuchtrichtung angegeben. Hier empfehlen wir unsere 3 Steps zur richtigen LED Beleuchtung Seite.


***WICHTIG***    Wie Effizient ist Deine LAMPE?    ***WICHTIG***
Um keine ineffiziente Lampe zu kaufen, obwohl sie in der Energieeffizienzklasse A gelistet ist, Dividiert man Lumen durch den Verbrauch in Watt und erhält so den besten Effizienz-Vergleichswert seiner Lampe:

Effizienz = Lumen/Watt

Liegt die lm/W Effizienz einer weissen oder warm weissen LED Lampe unter 50 lm/W, sollte man nach unserer Meinung die Finger davon lassen und sich nach einer anderen LED Lampe umschauen. Hier empfehlen wir unsere Lumen/Watt Effizienz Seite.
Dies ist "zum Glück" nicht mehr nur unsere Meinung und als Empfehlung zu verstehen, sondern wird auch von dem Bund der Energieverbraucher empfohlen!

Die Beleuchtungsstärke, gemessen in Lux, lässt sich auch in Lichtstrom lm und Lichtstärke cd umrechnen:

Lumen = Lux x m²    &      Lumen = Candela x Raumwinkel

Bei LUX Angaben ist es sehr wichtig zu verstehen, dass die "GRÖSSE" der beleuchteten Fläche eine sehr WICHTIGE Rolle spielt. Viele LEDanbieter geben die Lux Angaben bei einem Abstand von 0,5m an.

Nur... wer positioniert seinen Beleuchtungs"körper" 50cm vor dem zu beleuchtende "Objekt"? Wir glauben, außer wenn jemand Objekte in Schauvitrinen, oder Bilder in Galerien optimal ausleuchten will, oder mehrere Spots gewollt, als "gesamt" Beleuchtung wünscht oder Aquarianer ... keiner.

Diese LUX Angaben geben ohne dem sr (Sterat=Raumwinkel), also für den aus dem Abstrahlwinkel errechneten Raumwinkel (sr), keinen für die Allgemeinheit verständlichen Sinn.
LUX und Lichtstrom

Es ist klar, dass eine Led mit einem Abstrahlwinkel von z,B. 15Grad bei gleichem ABSTAND vor einer Wand, eine kleinere Fläche ausleuchtet, aber dafür heller, als eine LED mit einem Abstrahlwinkel von z.B. 120Grad. Bei 120Grad wird ja das gesamte Licht auf eine größere Fläche "verteilt" als bei einem kleinen Winkel. Je näher ich jetzt von einer Strahlungsquelle an die "Wand" heran gehe, desto heller wird die Fläche bestrahlt aber auch desto kleiner wird sie.

Beispiel:
Wir justieren eine 15Grad LED auf eine Stativ, 50cm entfernt von einer weissen Wand. Um auf die beleuchtete Fläche zu kommen, müssen wir den Abstand der Lichtquelle, also 0,5m (immer in METERN rechen) zum Quadrat nehmen (wie bei dem Flächenmaß: Quadrat, also Länge mal Breite), in diesem Fall 0,5m x 0,5m und mit dem Raumwinkel (der Anteil einer vollen Kugeloberfläche) MULTIPLIZIEREN.

Bei 15Grad wären der Raumwinkel 0,0538sr. Dies ergibt dann eine beleuchtete Fläche von 0,01345m². Wenn unsere LED z.B einen Lichtstrom vom 200lm hätte wären dies in LUX ausgedrückt, bei einem Abstand von 50cm: 200 / 0,01345m² = 14.879 LUX !!!

Justieren wir aber die gleiche LED 5m vor die Wand würde dies ergeben: 5m x 5m x 0,0538sr = 1,345m² Die Wand wäre auf eine Fläche von 1,35m² beleuchtet und dies mit einem Lichtstrom von 200lm. Also in LUX ausgerückt, bei einem Abstand von 5m: 200 / 1,35m² = 148 LUX.

Noch ein Beispiel um die Wichtigkeit die Angaben LUX mit dem Abstrahlwinkel zu demonstrieren:

Gleiche Voraussetzungen wie vorher: LED mit 200lm aber bei einem Abstrahlwinkel von 120Grad. 120Grad haben einen Raumwinkel von 3,1416sr.
Bei einem Abstand von 0.5m würde eine Fläche von 0,785m² statt den vorigen 0,01345m² beleuchtet werden. Aber beim gleichen Lichtstrom von 200lm. Dies wären also 200 / 0,785 = 255 LUX . Also ein Vitrinenbeleuchter sollte sich für einen kleineren Abstrahlwinkel entscheiden.

Für ein besseres Verständniss empfehlen wir an dieser Stelle unsere 3 Step´s zur richtigen LED Beleuchtung Seite.

Diese Tabelle haben wir für Wikipedia.org ausgerechnet. Sie gibt die gängigsten Raumwinkel an:
Wer den sr selbst berechnen will geht wie folgt vor: 4 x Pi x (sin x (X°/4))² = sr

Mehr unter: Raumwinkel, Steradiant, sr



Öffnungswinkel: 360° 355° 350° 345° 340° 335° 330° 325° 320° 315° 310° 305° 300° 295° 290° 285° 280° 275°
sr Faktor 12,5664 12,5634 12,5544 12,5395 12,4709 12,4174 12,3523 12,2756 12,1874 12,0881 11,9777 11,8564 11,7246 11,5824 11,4301 11,2680 11,0962 10,9156
   
Öffnungswinkel: 270° 265° 260° 255° 250° 245° 240° 235° 230° 225° 220° 215° 210° 205° 200° 195° 190° 185°
sr Faktor 10,7261 10,5280 10,3219 10,1081 9,8871 9,6591 9,4248 9,1844 8,9386 8,6877 8,4322 8,1726 7,9094 7,6431 7,3742 7,1033 6,8308 6,5573
   
Öffnungswinkel: 180° 175° 170° 165° 160° 155° 150° 145° 140° 135° 130° 125° 120° 115° 110° 105° 100° 95°
sr Faktor 6,2832 6,0091 5,7356 5,4631 5,1921 4,9233 4,6570 4,3938 4,1342 3,8787 3,6278 3,3819 3,1416 2,9072 2,6793 2,4582 2,2444 2,0383
   
Öffnungswinkel: 90° 85° 80° 75° 70° 65,55° 60° 55° 50° 45° 40° 35° 30° 25° 20° 15° 10°
sr Faktor 1,8403 1,6507 1,4700 1,2984 1,1363 1,0003 0,8418 0,7099 0,5887 0,4783 0,3789 0,2908 0,2141 0,1489 0,0955 0,0538 0,0239 0,0060 0,00024

lm = cd x sr ; Lumen lm = Candela cd x Raumwikel sr ; 1 cd = 12,566 lm ; 65,5 Grad = 1 sr ; 180 Grad = 6,283 sr , 360 Grad = 12,566 sr


Helligkeit ist nicht gleich Helligkeit:

Dass sich unsere menschliche Farbwahrnehmung messtechnisch nicht so leicht erfassen lässt ist einfach deomonstriert:
Man nehme eine grüne LED und eine rote LED, die beide dieselbe Strahlungsleistung abgeben. Mit einem Messgerät würde man bei beiden Leuchtdioden die gleiche Strahlung messen. Messtechnisch wären die beiden LEDs also gleichwertig.
Der Mensch sieht das aber anders. Unserem Auge erscheint die grüne LED um ein Vielfaches! heller als die rote. Wir stellen fest, die Augenempfindlichkeit hängt von der Wellenlänge des Lichtes ab.
Hellempfindlichkeitskurve
Diese Abhängigkeit der Hellempfindlichkeit von der Wellenlänge ist in sogenannten Hellempfindlichkeitskurven von der CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) für einen Standard-Beobachter festgehalten.
Es gibt mehrere solcher Kurven für verschiedene Lichtverhältnisse(Dämmerung, Mittagssonne, usw.). Die nebenstehende Abbildung zeigt die Hellempfindlichkeitskurve für Tageslicht.

Wir sehen, das Maximum liegt bei ungefähr 550 nm, also bei grünem Licht. Bei rotem Licht ist die Hellempfindlichkeit um mehr als den Faktor 10! geringer.
Deswegen nehmen wir die rote LED (Wellenlänge ca. 650 nm) als viel dunkler wahr als die grüne (Wellenlänge ca. 550 nm), obwohl sie physikalisch die gleiche Strahlungsleistung abgibt.




Lichtschinen Blau bis Rot

Nur was hat jetzt die Hellempfindlichkeitskurve
mit unserem Lichtstrom (Lumen) zu tun?

Weil der Lichtstrom eine physiologische Größe ist!
Na super, werden jetzt einige denken. Eine physiologische Größe. Was bitte ist das?
Das Hellempfindlichkeitsdiagramm basiert auf der Durchschnittsbeobachtung von hunderten von Testpersonen und keinen Maschinen die nur etwas Vorprogrammiertes ausführen. Deswegen ist der Lichtstrom und damit auch die Einheit Lumen eine empirische, physiologische Größe.

Und jetzt kommt der springende Punkt:

Der Lichtstrom einer färbigen LED ist das Produkt = seiner theoretisch maximal möglichesten Lichtausbeute (der Maximalwert liegt bei einer Wellenlänge 555nm, grün) und wird als Km bezeichnet. Km hat einen Wert von 683 Lumen/Watt, also ein Fixer Wert,
multipliziert mit dem für die jeweilige Wellenlänge zugehörigen spektralen Hellempfindlichkeitsgrad ( siehe Abildung: Grün = 555nm = 1, rot = 650nm = 0,1) und der Strahlungsleistung in Watt.

Dieser "Wichtwert" kann "nur" in dem Bereich zwischen 0,0 bis 1 liegen, also ein sehr kleiner Bereich mit "dramatischen" Folgen!!!!

Eine rote oder blaue Laser LED mit einem Hellempfindlichkeitsgrad von 0,1, kann unter Laborbedingungen somit "nur" maximale 68,3 lm/W erreichen.
Mehr Infos unter: Die-Lumen-Watt-Effizienz einer Lampe.

Beispiel bei einer 1 Watt LED:

Rote LED 670nm = 683(lm/W) x 0,1 (Km) x 1 (W) = 68,3 lm
Grüne LED 555nm = 683 (lm/W) x 1 (Km) x 1 (W) = 683 lm
Bei weißen LEDs wird die Lichtstromstärke (lm) der einzelnen Wellenlängen addiert.



Lumendichte:

Wer sich für Power LEDs interessier, wird immer häufiger auf den Begriff LUMENDICHTE stoßen. Die Lumendichte wird meistens nur bei sehr starken LEDs angegeben und drückt den Lichtstrom, der von der Oberfläche des Halbleiters (Chipoberfläche) abgestrahlt wird, aus. Meistens wird sie in lm/mm2 angegeben, oft aber auch nur mit dem Vermerk "sehr hohe Lumendichte" erwähnt. Die COB Technologie (Chip on Board oder auch Power LED) ermöglicht Chipdichten von bis zu 70 Chips/cm2!!!


ANSI-Lumen

ANSI Lumen:

ANSI-Lumen findet nur bei Projektoren seine Anwendung.
Mit ANSI Lumen wird der Lichtstrom- Durchschnittswert einer 1 m² großen Fläche, die in 9 gleich große Felder aufgeteilt wird, angegeben.
Die einzelnen Felder werden mit einem Lux-Meter in der Mitte jedes Feldes gemessenen. Danach werden die Lux Werte mit 1m² multipliziert.

Der Wert der ANSI-Lumen gibt jedoch kein Angaben über die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung eines Projektors an. Besitzt ein Projektor z.B. in der Mitte eine hellere Ausleuchtung als an den Seiten, wird dieser Qualitätsmangel durch die Durchschnittsrechnung nicht aufgezeigt. Desweiteren können die Angaben sehr stark, durch unterschiedlich geeichte Luxmeter, von der Realität abweichen.





Und jetzt noch einige Ausführungen zu dem Begriff Lumen/Watt (lm/W), der immer häufiger verwendet wird.

Watt ist eine physikalische Größe und bedeutet Arbeit pro Zeit.
Eine Stromquelle liefert einen gewissen "Energiefluss" und leistet dabei eine bestimmte Arbeit in einer bestimmten Zeit.

So ähnlich kann man sich den Begriff Lichtstrom vorstellen: Eine bestimmte Menge Licht wird in einer gewissen Zeit ausgestrahlt.

Während Watt aber eine physikalische Einheit ist, ist Lumen eine physiologische Größe. Hier sehen wir auch warum eine Glühbirne eine so schlechte Lichtquelle ist.
Bei einer 100 W Glühbirne ist die Lichtausbeute gerade einmal 13 lm/W. Also bei einer Leistungsaufnahme von 100 W erhalten wir gerade einmal einen Lichtstrom von 1300 lumen. Der Rest geht in Form von Wärme und nicht sichtbarer Strahlung verloren!

Mehr unter: Die Lumen-Watt-Effizienz einer Lampe

Lichtquellen Lumen/Watt(Mittelwert)
Glühlampe (100 W) 13
LED Birne 9,5W (ca. wie eine 100W Glühbirne) 105
Halogenglühlampe (50 W) 20
Halogenglühlampe (12 V) (55 W) 28
Energiesparlampe 60
Xenon-Gasentladungslampe 47
Quecksilber-Xenon-Bogenlampe 55
Leuchtstoffröhre 75
Halogenmetalldampflampe 88
Quecksilberdampflampe 60
Xenon-Gasentladungslampe (PKW) 95
Schwefeldampflampe 95
Kaltkathode (CCFL) 55

LED Wachstumlampe, LED growing light
Diese Seite ist in unserer LEDshift NEWS Rubrik zu finden.

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