Abstrahlwinkel bei LEDs – Aussagen über die Lichtkegel von Leuchtmitteln

Manche Händler geben ihn im Rahmen der Produktinformationen an, andere wiederum nicht: den Abstrahlwinkel ihrer LED-Leuchtmittel. Aber was genau ist der Abstrahlwinkel eigentlich, und warum wird ihm ein unterschiedlicher Grad an Wichtigkeit beigemessen? Wie lässt er sich am zuverlässigsten bestimmen – und wie kann ich nachprüfen, ob ich für mein Geld das richtige Produkt bekomme? Diesen Fragen versuchen wir im folgenden Artikel nachzugehen.

Was ist der Abstrahlwinkel?

Mit dem Begriff Abstrahlwinkel wird ein Aspekt der Richtcharakteristik von Leuchtmitteln beschrieben. Die Richtcharakteristik meint die winkelabhängige Lichtstärke (die in Candela gemessen wird). Sie wird verwendet, um einerseits die Ausleuchtung von Flächen oder die Blendwirkung der Lichtquelle andererseits zu beurteilen.

Im Falle gerichteter Lichtquellen (unter die auch LEDs fallen) meint der Abstrahlwinkel jenen Winkel, der von den seitlichen Punkten, mit der das Licht vom Leuchtmittel abstrahlt, noch mit halber Maximal-Lichtstärke eingeschlossen wird. Aus diesem Grund wird der Abstrahlwinkel auch als Halbwertswinkel bezeichnet. Anders formuliert: Der Abstrahlwinkel gibt Auskunft darüber, in welchem Winkel das Licht nach vorn abgestrahlt wird. „Nach vorn“ können wir auch als „nach unten“ verstehen, wenn wir davon ausgehen, dass das Leuchtmittel von einer Zimmerdecke hängt und einen Raum ausleuchtet.

Definition Lichtstärke

Die Einheit „Lichtstärke“ gibt an, wie sich der Lichtstrom, der seinerseits in Lumen gemessen wird, von der Lichtquelle ausgehend auf verschiedene Richtungen verteilt. Sie wird, wie bereits erwähnt, in Candela gemessen. Diese Bezeichnung stammt aus dem Lateinischen (candela = lat. Kerze), wobei die Messung erfolgt, indem der Quotient aus dem Lichtstrom, der von der Lichtquelle ausgesandt wird, sowie dem lichtdurchstrahlten Raumwinkel gebildet wird. Candela ist dabei als anerkannte Bezeichnung im internationalen Einheitensystem (SI für frz. Systéme international d’unitiés) verankert. Näheres zur Lichtstärke von LEDs finden Sie auf unserer Seite zu LED-Lichtstärken.

Wie bestimme ich den idealen Abstrahlwinkel?

Mit dieser Überschrift wird bereits suggeriert, dass der Abstrahlwinkel nicht einheitlich ist, sondern von Leuchtmittel zu Leuchtmittel variiert. Abhängig davon, was be- oder ausgeleuchtet werden soll, lohnt es sich, den benötigten Abstrahlwinkel vorab zu berechnen. So kann gewährleistet werden, dass die Anschaffung des Leuchtmittels im Anschluss auch direkt zum gewünschten Ergebnis führt.

Faktoren für die Berechnung des Abstrahlwinkels

Zur Berechnung des benötigten Abstrahlwinkels eines Leuchtmittels müssen vor allem zwei Faktoren herangezogen werden:

  • Durchmesser der zu beleuchtenden Fläche (d)
  • Abstand (von der Lichtquelle bis zur Fläche, die beleuchtet werden soll) (l)

Die Berechnung des Abstrahlwinkels erfolgt nun, indem man sich der Trigonometrie (Winkelfunktionen aus der Mathematik) bedient und über die Umkehrfunktion der Tangensfunktion (arctan) den Winkel berechnet. Die Grundformel sieht also wie folgt aus:

Grundformel zur Berechnung des Abstrahlwinkels (Teil 1)

 

Beispiel: Berechnung des Abstrahlwinkels

Der Durchmesser (d) des Lichtkegels, also die zu beleuchtende Fläche, soll 5m² betragen. Die Lichtquelle befindet sich in einer Höhe von 2,5 Metern. Der Anfang der Berechnung sieht wie folgt aus:

Grundformel zur Berechnung des Abstrahlwinkels (Teil 2)

Daraus ergibt sich im Anschluss:

Grundformel zur Berechnung des Abstrahlwinkels (Teil 3)

 

Das Ergebnis der Berechnung: α = 90°

Um eine Fläche von 5m² zu beleuchten, wenn sich das Leuchtmittel in 2,50m Höhe befindet, muss der Abstrahlwinkel des Leuchtmittels demnach mindestens 90 Grad betragen.

 

Wenden Sie diese Formel unter Zuhilfenahme eines guten Taschenrechners an, nachdem Sie den Abstand der zu installierenden Lichtquelle von dem zu beleuchtenden Areal (sowie die Fläche desselben) bestimmt haben.

Abstrahlwinkel Beispiele

Die folgenden Abbildungen demonstrieren Ihnen den Abstrahlwinkel verschiedener LED-Leuchtmittel, die Sie in unserem Sortiment finden. Um einen direkten Vergleich zu ermöglichen, haben wir eine einheitliche Höhe gewählt, in der wir die Leuchtmittel installiert haben. 

Unterschiedliche Abstrahlwinkel - genutzt wurden GU-10 (LED-Spots)

Muss der Abstrahlwinkel beim Verkauf angegeben werden?

Je nach Hersteller und Verkäufer kann es vorkommen, dass Sie die Angabe über den Abstrahlwinkel des Leuchtmittels vergeblich suchen. Mitunter berufen sich Händler dann darauf, dass diese Angabe nicht erforderlich sei. Dies ist allerdings nicht per se richtig.

Verschärfte EU-Normen für LED-Leuchtmittel

Seit dem 01.09.2013 existiert eine stufenweise Gültigkeit erlangende EU-Norm, welche für fast alle LED-Lampen genaue Regularien festschreibt. Diese betreffen neben den Faktoren Umweltfreundlichkeit und Qualität auch den Bereich der Kennzeichnung. Die Verordnung Nr. 1194/2012 zur Durchführung der Richtlinie 2009/125/EG des Europäischen Parlaments und des Rates im Hinblick auf die Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Lampen mit gebündeltem Licht, LED-Lampen und dazugehörigen Geräten legt präzise fest, welche Angaben auf der Verpackung und sogar auf dem Leuchtmittel feststellbar sein müssen, um für den Verkauf innerhalb der EU zugelassen zu werden.

Kennzeichnung auf dem Leuchtmittel

Auf dem Leuchtmittel bzw. der Lampe selbst gilt nach obiger Verordnung, Abschnitt 3.1.1. Informationen, die auf der Lampe selbst anzubringen sind, folgende Richtlinie:

Für Lampen mit Ausnahme von Hochdruckentladungslampen sind der Wert und die Einheit („lm“, „K“ und „°“) des nominellen Nutzlichtstroms, der Farbtemperatur und des nominellen Halbwertswinkels in einer lesbaren Schriftgröße auf der Lampenoberfläche anzubringen, wenn dafür nach dem Anbringen sicherheitsbezogener Informationen (z. B. Leistung und Spannung) genügend Platz auf der Lampe vorhanden ist, ohne das von der Lampe abgestrahlte Licht in unangemessener Weise abzuschirmen. (Quelle)

Definitions- und Streitfragen hinsichtlich des Abstrahlwinkels

Trotz aller Regularien, Bestimmungen und Verordnungen der EU gibt es vor allem unter Experten (die auch die zuständigen EU-Gremien beraten) immer wieder Diskussionen über den Abstrahl- bzw. Halbwertswinkel. So deutet diese zweite Bezeichnung bereits an, dass es außerhalb des Lichtkegels, den dieser Winkel umfasst, nicht komplett dunkel ist.

Streulicht von LED-Leuchtmitteln

Natürlich nimmt die Lichtintensität außerhalb des Halbwertswinkels weiter ab. Aber auch ein LED-Spot kann keine hundertprozentige Richtwirkung (also Konzentration des Lichtes auf einen bestimmten Radius) garantieren. Den Bereich rund um den Abstrahlwinkel, der mit niedrigeren, aber dennoch einigermaßen konstanten Candela-Werten ausgeleuchtet wird, bezeichnet man als Feldwinkel. Unter diesen Winkel werden alle erreichten Lichtstärke-Werte summiert, die mindestens einem  Zehntel der maximalen Lichtstärke entsprechen.

Beispiel: Wenn die maximale Lichtstärke 1000 candela beträgt, kann die Lichtstärke innerhalb des Halbwertswinkels bei bis zu 500 candela liegen. Alle gemessenen Lichtstärken, die zwischen 500 und 10 candela liegen, gehören demnach in den Bereich des Feldwinkels.

Fazit: Visuelle Eindrücke sind das Optimum

Ein exaktes Wissen um Abstrahlwinkel und Streulichteffekt ist je nach Verwendungszweck des Leuchtmittels mehr oder weniger relevant. Wenn es um die Beleuchtung eines Zimmers geht, d.h. die LED-Birne mit ziemlicher Sicherheit innerhalb eines Lampenschirms ihr Licht entfaltet, genügt in der Regel die Angabe der Lichtstärke, der Farbtemperatur und des Abstrahlwinkels, um mit ein wenig Recherche abschätzen zu können, was für ein Licht zu erwarten ist.

Kommt es hingegen darauf an, kleinere Areale mit Hilfe von LED-Spots gezielt auszuleuchten, kann ein zu großer Streuradius des Lichts bereits als störend empfunden werden. Lassen Sie sich daher vor dem Kauf beraten oder die Leuchtmittel im Idealfall vorführen. Um sich Referenzbeispiele anzusehen, können Sie auch unsere Leuchtmittel-Galerie besuchen.