LED-Beleuchtung für die Industrie

LED-Beleuchtung für die Industrie @ EschlerTextil

Das Auge ist das entscheidende Kontroll- und Steuerorgan im zunehmend komplexen Produktionsprozess. Ausreichendes und blendfreies Licht ermöglicht eine sichere und schnelle visuelle Wahrnehmung, erhöht die Konzentration, hilft Fehler zu vermeiden und Gefahrensituationen zu erkennen. Das verbessert die Arbeitsqualität, verringert das Risiko von Arbeitsunfällen und steigert die Wirtschaftlichkeit. 

 

Doch wie gelingt eine gute Beleuchtungsplanung unter Berücksichtigung der geltenden Anforderungen? 

 

 

lichtkonzepte

Das Grundkonzept für Hallenbeleuchtung im Bereich der Produktion besteht vorwiegend aus einer flächigen horizontalen Beleuchtung mit größtmöglichem Leuchtenabstand. 

 

Wenn sich die Lese- und Suchaufgabe auf Hochregallager – also eine vertikale Ebene – konzentriert, ist auf ausreichende vertikale Beleuchtungsstärken zu achten. Relativ hohe Beleuchtungsstärken sind besonders wichtig beim Umgang mit kleinteiligem Lagergut und für alle Kommissionierungsarbeiten, die mit Leseaufgaben (Beschriftung am Lagergut, Auftragsformular) verbunden sind. Hierfür können durchaus Beleuchtungsstärken von bis zu 300 Lux notwendig sein. Auch ist auch im Lager das Unfallrisiko nicht zu unterschätzen. Etwas höhere Beleuchtungsstärken als von DIN EN 12464-1 vorgegeben, erleichtern die sichere visuelle Wahrnehmung, erhöhen die Konzentration, helfen Fehler zu vermeiden und Gefahrensituationen zu erkennen.

 

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, bieten Leuchtenhersteller Produkte mit verschiedensten Abstrahlcharakteristiken an. Hierbei sollten für Flächen breitstrahlende, für große Raumhöhen tiefstrahlende und zur Ausleuchtung von Hochregallagern engstrahlende Leuchten verwendet werden. Außerdem kann zwischen Typen für die Einzel- oder Lichtbandanordnung gewählt werden. 

 

Beispiele zur Abstrahlcharakteristik, berechnet in DIALux evo als Falschfarben und Isoliniendarstellung der Beleuchtungsstärke auf dem Boden, Montagehöhe der Leuchte 8 m. Links: tiefstrahlend, rechts: breitstrahlend. (Quelle: DIAL)

Beispiele zur Abstrahlcharakteristik, berechnet in DIALux evo als Falschfarben und Isoliniendarstellung der Beleuchtungsstärke auf dem Boden, Montagehöhe der Leuchte 8 m. Links: tiefstrahlend, rechts: breitstrahlend.

 

Als Leuchtenlichtfarbe sind Neutralweiß oder Warmweiß die richtige Wahl. Der Farbwiedergabe-Index sollte je nach Art der Sehaufgabe mindestens Ra ≥ 40 (Fahrwege ohne Personenverkehr) oder Ra ≥ 60 (Fahrwege mit Personenverkehr, Leitstände) betragen. Diese Angaben gelten für Hochregallager; für Vorrats- und Lagerräume sieht die Norm Ra ≥ 60 vor. Zum guten Farberkennen muss der Farbwiedergabe-Index hier Ra ≥ 80 betragen.

 

Zur deutlichen Senkung der Energiekosten durch LED-Beleuchtungslösungen spielt Effizienz in Zusammenhang mit kurzen Amortisationszeiten eine große Rolle. Welche Leuchteninformationen sind wichtig, um sich für- oder gegen ein LED-Lichtkonzept entscheiden zu können? 

 

 

Leuchtenlichtausbeute von LEDs

Leuchtenlichtausbeute von LEDs

Planer arbeiten vorwiegend mit der Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) und dem Leuchtenlichtstrom (auch: Brutto- oder Bemessungslichtstrom (lm)). Die Systemleistung  (W) (die entsprechend niedrig sein sollte) spielt ebenfalls eine große Rolle.

Zur Planung effizienter Beleuchtungsanlagen ist daher die Leuchtenlichtausbeute (lm/W) ein wichtiger Faktor. 

 

Oft wird die Leuchtenlichtausbeute mit der Modullichtausbeute verwechselt. Klarheit schaffen Fotometriedaten, die in Lichtberechnungsprogrammen genutzt werden. 

 

 

Lebensdauer von LEDs

Im Rahmen der Amortisationsberechnung wird auch die Lebensdauer (Lx By) betrachtet. Diese gibt Auskunft darüber, wie viel Prozent der LED-Leuchten (y) nach der angegebenen Betriebsdauer einen Lichtstrom von x Prozent des Neuzustands unterschreiten. Die Angabe »L80 B10= 50.000 h« bedeutet also, dass nach einer Betriebszeit von 50.000 h 10 % der LED-Leuchten einen Lichtstrom von 80 % des Ausgangszustandes unterschreiten. Diese Aussage gilt jedoch nur für Umgebungstemperaturen von +25 °C und beinhaltet keine Angaben zum Ausfall. Auch geht aus dieser Angabe nicht hervor, inwieweit der Lichtstrom bei 10 % tatsächlich absinkt. Auch wird der sichtbare Ausfall einzelner LED-Module nicht als Mangel betrachtet, da der Lichtstromrückgang der kompletten Leuchte als Ganzes betrachtet wird.

 

Die Lebensdauerangabe basiert nicht auf Messungen über reale Betriebszeiten von bis zu 50.000 h, sondern auf einer Berechnung. Die IES TM-21-11 beschreibt das Verfahren zur Extrapolation der Lebensdauer von LEDs, die gemäß LM-80-08 gemessen wurden. Die Datenbasis besteht hierbei aus einer Mindestanzahl von 10 Testobjekten, die einem Betrieb von mind. 6.000 h unterzogen werden. 

 

Der Vergleich der Produkte untereinander wird erschwert, da die Hersteller unterschiedliche Werte für die Höhe des Grenzwertes für den Lichtstrom (x) und den Prozentanteil der Leuchten (y) wählen können. Dies erlaubt eine Vielzahl von Variationen wie beispielsweise L80B50: 40.000 h oder L70B10: 30.000 h. 

 

 

welche rolle spielen die umgebungsbedingungen?

Beleuchtung für außergewöhnliche Umgebungsbedingungen

Alle Angaben zum Leuchtenlichtstrom von LED-Leuchten werden bei einer Temperatur von 25°C bestimmt. In verschiedenen Produktionsbereichen herrschen jedoch oft außergewöhnliche Umgebungsbedingungen vor. Hierzu zählen hohe Umgebungstemperaturen (über + 60 °C) und starke Verschmutzung durch Staub, Öldämpfe oder Chemikalien.

 

 

was bedeutet dies für eine led-Beleuchtungsanlage?

Eine LED mit hoher Leistung erzeugt viel Wärme, die abgeleitet werden muss. Verschmutzte Kühlkörper und hohe Umgebungstemperaturen führen dazu, dass Wärme nicht mehr zuverlässig an die Umgebung abgegeben werden kann, wodurch der Leuchtenlichtstrom sich verringert.

 

Dem Verlust des Lichtstroms durch Verschmutzung kann mit bestimmten Gehäusekonstruktionen entgegengewirkt werden. Auch kann durch einen speziellen Aufbau des Kühlkörpers Luft in der Leuchte zirkulieren, um Staubablagerungen durch Konvektion zu vermindern.

 

Die Qualität der Wärmeableitung verringert sich jedoch auch bei diesen speziellen Leuchten durch Öldämpfe, die sich zwischen den schwer zu reinigenden Rippen ablagern oder verschmutzte Lichtaustrittsflächen. Dies macht erhöhte Wartungsintervalle notwendig.

 

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Wie groß ist der Einfluss der Umgebungstemperatur wirklich? Anhand der folgenden Abbildung erkennt man, dass der Leuchtenlichtstrom eines LED Hallen-Tiefstrahlers auf kleinste Schwankungen der Umgebungstemperatur reagiert.

 

 Auszug aus der Messung eines 200W LED-Hallentiefstrahlers mit Lichtstromverlauf (rote Linie) und Umgebungstemperatur (blaue Linie) in Abhängigkeit der Brenndauer. Quelle: DIAL Lichtlabor

Auszug aus der Messung eines 200W LED-Hallentiefstrahlers mit Lichtstromverlauf (rote Linie) und Umgebungstemperatur (blaue Linie) in Abhängigkeit der Brenndauer.

fazit

  • Die Leuchtenlichtausbeute und die Lebensdauer sind wichtige Angaben in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit einer LED-Leuchte. Doch besonders für die Beleuchtung von Industriehallen ist es nicht möglich, Pauschalwerte zur Einsparung anzugeben.
  • Die Umgebungsbedingungen haben einen sehr großen Einfluss auf auf die Leuchtenlichtausbeute. 
  • Oft kann aufgrund von Lichtstromrückgang die Mindestbeleuchtungsstärke nicht erreicht werden. Folglich müssen Leuchtenstückzahlen erhöht, oder Wartungsintervalle verkürzt werden. Hierdurch erhöhen sich die Beschaffungs- bzw. Wartungskosten und die Amortisationszeit für die Investition in eine Beleuchtungsanlage verlängert sich. Aus diesem Grunde ist es unverzichtbar, dass bei der Planung von Beleuchtungsanlagen die Umgebungsbedingungen gut bekannt sind und deren Auswirkungen auf die gewählten LED-Leuchten berücksichtigt werden.