lebensdauer
 

LED Lebensdauer 50.000 Stunden

LED, LED und nochmals LED – egal wohin man sieht, was man sucht oder was angeboten wird, es dreht sich alles um die LED. Lebensdauerangaben von 20.000 Stunden, 30.000 Stunden oder 50.000 Stunden sind die üblichen Ziele, wenn es um die Lebensdauerangaben von LED geht. Doch was steckt eigentlich dahinter und kann man den Angaben Glauben schenken?

Wie prüft man eine Lebensdauer von 50.000 Stunden?

LED Modell mit Phospor Überzug

LED Modell mit Phospor Überzug

Überlegt man sich ein paar Zahlenspiele, so kommt man sehr schnell drauf, dass eine Lebensdauer- Simulation von 50.000 Stunden nur sehr schwer zu machen ist. Ein Produkt würde bei einem Echtheitstest schon von mehreren Produktentwicklungen überholt werden, bevor die 50.000 Stunden fertig simuliert worden sind. Man benötigt für eine 24-Stunden-Simulation immerhin fast sechs Jahre, im Falle einer echten Simulation. Um dennoch realistische, Werte zu erreichen, wird in einem Lichtlabor die Umgebungstemperatur erhöht. Durch die erhöhte Umgebungstemperatur lässt sich die Lebensdauer in wenigen Stunden realisieren und kann dann auf eine normale Raumtemperatur heruntergerechnet werden. Ziel und Zweck dieser Maßnahme ist, dass man bei besonders rauen Anwendungsverhältnissen simuliert und herausfindet, wie schnell eine LED defekt wird. Dadurch kann die tatsächliche Lebensdauer ermittelt werden. Grob kann man davon ausgehen, dass eine Erhöhung der Testtemperatur um 10 Grad einer Reduzierung der Simulationszeit um 50% gleichgestellt wird.

Warum altert eine LED?

Da eine ideale Produktion nicht durchführbar ist und es in der automatischen Fertigung immer zu kleinen Toleranzen kommt, ist die Alterung einer LED von Fertigungstoleranzen und Ungenauigkeiten geprägt. Der Verlauf der LED Alterung lässt sich durch einen mathemischen Verlauf sehr einfach beschreiben und sieht wie folgt aus:

R(t) = exp(-λt) Arrhenius Modell

R(t) = Betriebswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der Zeit t
λ = Fehler-Rate
t = Einschaltdauer

Die Fehlerrate ist wiederum abhängig von der Temperatur.
Simuliert man diese Kennlinie, sieht man sehr deutlich, was mit einer LED passiert und dass sich die Qualitätsprodukte erst nach einigen 1.000 Stunden auswirken und zum Ende hin wirklich tragend werden.

LED Alterung exponentiell

LED Alterung exponentiell

Wie wird die Lebensdauer einer LED angegeben?

Die Norm, die der Lebensdauerangabe zugrunde liegt, ist die DIN IEC/PAS 62 717, welche die genauen Angaben charakterisiert. In den unten angeführten Beispielen versuchen wir diese Norm einfach und an Praxisbeispielen zu erklären.

L- Wert Lichtstromrückgang

Der L Wert beschreibt den statistischen Wert des Lichtstromrückganges in %. L70 beschreibt einen 30% igen Lichtstromrückgang vom Ausgangswert des LED Moduls.

B-Wert Zahl der Betroffenen LED

Der B Wert beschreibt die Anzahl der betroffenen LED Module beim Lichtstromrückgang. B10 heißt, dass 10% der Module und des definierten L Werts fallen werden.

F-Wert Ausfall der LED Module

Der F Wert beschreibt die LED Module, welche nach der Lebensdauer komplett ausfallen oder der Lichtstrom nicht mehr dem Level entspricht. L70F10 heißt, dass 10% der LED Module nach dem Erreichen der Lebensdauer ausgefallen oder weniger als 70% des Lichtstromes haben.

Beispiel LED Lebensdauerangabe L-Wert

Vielen ist es bekannt, dass eine LED Lebensdauer sehr oft mit 50.000 Stunden angegeben wird. Doch was genau dahinter steckt, wird  nicht angezeigt. Viele Hersteller beginnen, damit die Qualität anzugeben, und zeigen auf, was die Lebensdauer einer LED ausmacht. Es ist ein Unterschied, wie die Lebensdauer der LED charakterisiert wird.

[L70/B10]

L70 bedeutet, dass 70% des Ausgangslichtstromes nach Ablauf der LED Lebensdauer gewährleistet sind. Damit ist gemeint, dass die LED zwar immer noch funktionstüchtig ist, jedoch nur noch einen geringeren Lichtstrom liefert. Das führt zu einem schlechteren Beleuchtungsniveau.
B10 beschreibt, dass nach dem Ende der LED Lebensdauer nur 10% der LED unter diesem Wert liegen. Jede LED besteht aus mehreren kleineren LED-Modulen und der Faktor B beschreibt, wie viele LED-Module noch die Helligkeit haben.
Die Kombination von L und B beschreibt die eigentliche Qualität der LED, da der Verlauf von L exponentiell ist und mit steigender Zeit gravierend ansteigt, ist hier ein Minimum von L70 zu fordern. B beschreibt in einem gewissen Teil die Qualität der LED, da der Lichtstromrückgang der LED sehr gering sein sollte. Markenhersteller verweisen auf einem Bereich von 10% Ausfallwahrscheinlichkeit.

 Beispiel LED Lebensdauerangabe F-Wert

Der F-Wert ist eine Verfeinerung des B-Wertes und gibt noch dazu die Ausfallsrate der LED Module an. Der C – Wert gibt die Totalausfälle an, und daher kommt es bei einer Lebensdauerangabe immer entscheidend darauf an wie hoch die Totalausfälle sind.

LED Lebensdauer C-Wert (Totalausfall)

LED Lebensdauer C-Wert (Totalausfall)

Wie wirkt sich die Lebensdauerangabe auf die Beleuchtungsstärke aus?

Eine Lebensdauerangabe von L70/F10 weist aufeine gute Beleuchtungsstärke hin, auch nach dem Ende der Lebensdauer. Ändert man jedoch nur L oder B geringfügig, hat dies große Unterschiede auf die garantierte Qualität der Beleuchtung. Wir zeigen in dieser kurzen Tabelle, wie sich verschiedene Lebensdauerangaben auf die eigentliche Ausgangsgröße ändern und warum es sich lohnt, die Angaben der Hersteller vorher genau zu begutachten.

Lumen nach Lebensdauer F10
Lebensdauer AngabeLeistung [%] nach LebensdauerDifferenz auf L70/F10
L70/F1063%
L70/F3049%-22%
L70/F5035%-44%
L50/F1045%-28%
L50/F3035%-44%
L50/F5025%-60%
Maximalwerte => alle Moduledie unter der Grenze sindwurden als Totalausfall gewertet 

Die oben angeführte Tabelle zeigt klar die Unterschiede der Lebensdauerangaben und wie die Leistung der Lebensdauer deutlich abnimmt. Anders ausgedrückt hat man bei einer Lebensdauerangabe von L50/F50 lediglich 25% der garantierten Leistung nach dem Ende der Lebensdauer. Eine LED mit 1000 Lumen liefert also nur noch 250 Lumen und ist sicherlich für die Anwendung nicht mehr geeignet.
Kauft man sich ein Produkt mit einer Lebensdauerangabe L70/F10 hat man am Ende garantiert noch 63% der Leistung und somit liefert die LED noch immer ein für die Anwendung brauchbares Licht.
Betrachtet man das gesamte Spektrum, welches zur Verfügung steht, so sind die Auswirkungen der Lebensdauerangabe sehr gravierend und man sieht, dass nicht nur die Zahl 50.000 Stunden das ausschlaggebend, wenn es um die Lebensdauerangabe geht. Daher lautet der Rat an Sie, dass Sie auf die Lebensdauerangabe achten und gegebenenfalls nachfragen sollten.

LED Lebensdauerverlauf mit B Wert, wobei der Rückgang auf 50% unterhalb von L-Wert kalkuliert wurde.

LED Lebensdauerverlauf mit B Wert, wobei der Rückgang auf 50% unterhalb von L-Wert kalkuliert wurde.

In der oben abgeführten Tabelle zeigen wir den Zusammenhang von Lxx/Byy im ganzen Spektrum der verfügbaren Lebensdauerangaben. Alle blau gekennzeichneten Bereiche haben nur noch eine Beleuchtungsstärke unterhalb von 20% des Ausgangswertes. Hier ist die Qualität der Beleuchtung sehr stark gemindert und auch der Nutzen einer LED Beleuchtung wird nicht wirklich widergespiegelt.
Im ersten Augenschein ist eine L10/B90 sehr gut. Doch wenn nur 10% der LED noch funktionieren, ist ein garantierter Lichtstrom mit über 90% nicht sehr hilfreich für die Beleuchtung.

Praxisbeispiel für Lebensdauerangabe 50.000 Stunden

Was heißt das jetzt wirklich für uns, wenn wir eine Lebensdauerangabe haben, und was kommt hier wirklich raus?
Ausgangsprodukt ist immer eine LED mit 100% Lichtstrom. Der Lichtstrom kann als Helligkeit bewertet werden und hat die Einheit Lumen. Sehr oft wird nicht mehr Watt angegeben, sondern Lumen, da das passende Leuchtmittel oder die LED Leuchte nur mit den Lumenwerten verglichen werden kann. Lumen beschreibt die von einer Lichtquelle in den Raum ausgestrahlte Lichtmenge. Bei Reflektor-Lampen wird über den Raumwinkel auf Candela umgerechnet, da Candela die Lichtmenge bezogen auf einen Bereich beschreibt.

Angaben des Leuchtmittels
QualitätsproduktSchnäppchen
ProduktLED LeuchtmittelLED Leuchtmittel
Leistung5 Watt5 Watt
Lichtstrom330 Lumen290 Lumen
Lebensdauerangabe[L70/B10][L50/B30]
Lebensdauer50.000 Stunden50.000 Stunden
Maximalwerte => alle Moduledie unter der Grenze sindwurden als Totalausfall gewertet 

Die oben dargestellte Tabelle beschreibt zwei LED Leuchtmittel, die auf den ersten Blick sehr identisch aussehen. Beide haben 5 Watt und liefern im Mittel 310 Lumen, so dasskein großer Unterschied besteht. Betrachten wir die LED aber nun nach 50.000 Stunden, welche ja die garantierte Lebensdauer ist, kommt man zu einem anderen Ergebnis.

Auswertung der Leuchtmittels
QualitätsproduktSchnäppchen
Lichtstrom231 Lumen145 Lumen
a.: LED unterhalb 70% (wir werten diese als ausgefallen)10%30%
Tatsächliche Helligkeit207 Lumen101 Lumen
Differenz-65%
b.: LED unterhalb 70% (berechnen mit 50% Helligkeit)10%30%
Tatsächliche Helligkeit224Lumen217 Lumen
Maximalwerte => alle Moduledie unter der Grenze sindwurden als Totalausfall gewertet 

Nun sieht man klar die Differenz, wenn die B Werte sehr gering sind => fast jede LED erfüllt das, was sie haben soll, es ist gleich, ob die LED ausfallen oder auf 50% zurück gehen. Ist jedoch ein großer Anteil der LED betroffen so kommt es sehr stark darauf an, ob die LED ganz ausfallen oder nur einen geringeren Lichtstrom aufweisen. Zusammenfassend kann man sagen, die Lebensdauerangabe ist das Kriterium was eine LED auch zum Markenartikel macht.

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