Muss ich verstehen, wenn meine LED so schnell durchbrennt?

Dass ein technisches Datum Industriegeschichte schreibt, kommt nicht alle Tage vor. Die „1000 h“ für die Lebensdauer der Glühlampe, präzise gesagt, der Allgebrauchsglühlampe, hat es geschafft. Ihre Festlegung durch das Phoebus-Kartell gilt als Startschuss für eine allseits verhasste technische „Errungenschaft“, vorgeplantes Lebensende eines technischen Produktes, besser bekannt als geplante Obsoleszenz. Nicht nur Lampen, sondern Autos, Fernseher und andere hochwertige Industriegüter können der geplanten Obsoleszenz unterliegen. Gemeint ist, dass der Hersteller bestimmt, ob und wann ein Produkt nicht mehr funktioniert.

Über das Phoebus-Kartell wie über die geplante Obsoleszenz kursieren unzählige Legenden oder Gerüchte. Ich habe versucht, den wahren Kern verständlich zu machen, damit sich jeder seine Meinung bilden kann. Dazu schrieb ich in Genesis 2.0 Schöpfung der elektrischen Sonne zwei Kapitel. Das Kapitel Das Phoebus-Kartell – Gerücht - Legende – Realität behandelt den Begriff Kartell, um diesen von der technischen Normung zu unterscheiden, die ebenso Absprachen trifft. In dem Kapitel Angaben für die Lebensdauer von Leuchtmitteln werden Methoden zur Bestimmung der Lebensdauer von allen technischen Leuchtmitteln beschrieben. Der Zweck der Übung ist die Erklärung der Schwierigkeiten, den Schlüsselbegriff Lebensdauer zu verstehen. Vielleicht trägt zum Verständnis auch bei, dass Fachleute Seminare besuchen müssen, die 1.190 € + MWSt und 3 Tage Zeit kosten, um die Berechnung der Lebensdauer einer LED vornehmen zu können (hier).

Der Laie wie der Fachmann liest 50,000 Stunden und ist frustriert, wenn das schöne Ding keine 500 h hält. Wenn man dazu noch hört, dass es eine Jahrhundertglühlampe gibt, die seit 124 Jahren ununterbrochen leuchtet, ist man echt perplex! Hie 124  Jahre da 1000 h?

Der Schlüssel zum Verständnis ist schlicht und einfach die enorme Abhängigkeit von Lampen bzw. Leuchtmitteln von den Betriebsbedingungen. Dies gilt sogar für die Kerze oder Fackel. Ihre Lebensdauer ist am längsten, wenn man sie optimal aufstellt und kein Wind weht.

Bei derjenigen Lampe, der Glühlampe, deren Lebensdauer noch einfach zu verstehen ist, spielt die Betriebsspannung die erste Geige. Die Lebensdauer einer Lampe steigt oder fällt mit der dritten bis vierten Potenz der Spannung. Wird eine Lampe mit einer nur 13% höheren Spannung betrieben, lebt sie nur noch 30% der angegebenen 1000 h.

Wäre dies die einzige Wirkung, könnte man damit noch einigermaßen verständlich umgehen. Aber die Überspannung von 13% erhöht die Lichtleistung der Lampe um 150%. Und das Licht wird weißer. Wenn man die Lampe mit Unterspannung betreibt, glimmt sie so vor sich hin. Bei der Nennspannung, die der Hersteller so nennt, hat sie die vom Hersteller angegebenen Eigenschaften (Lichtstrom. Lichtfarbe, Spektrum etc.). Bei einer weiteren Steigerung wird das Licht immer weißer, bis sich die Lampe unsanft verabschiedet.

Im allgemeinen folgt der Lichtstrom exponentiell steigend der Spannung, wobei der Exponent 3,4 bis 3,8 beträgt. D.h., bei der doppelten Spannung erhält man etwa 16 Mal so viel Licht. Allerdings nicht sehr lange. Der Exponent für die Lebensdauer liegt typischerweise bei Werten zwischen 12 und 16 der Spannung. Nett ausgedrückt, wenn man eine Lampe mit doppelter Spannung betreibt, erhält man 16 Mal so viel Licht, aber ihre Lebensdauer wird um den Faktor 65.536 kürzer. Oder die Lampe leuchtet 0.01525878906 h. Das sind gerade 0,9 Minuten.

Immerhin, manche „Lampe“ lebt nicht einmal so lang. Die einst üblichen Blitzbirnen, die nichts anderes waren als überzüchtete Glühlampen, brannten in 1/30 Sekunden ab. Hingegen gab es für Hotelzimmer Lampen, die über 2000 h lebten. Und das alles unter den ordentlichen Nennbedingungen. Betreibt man eine solche Lampe mit halber Spannung, lebt sie 16.000.000 Stunden oder 1826 Jahre und 175 Tage.

Die Vertreter der Industrie behaupten, das Phoebus-Kartell habe die Lebensdauer der Lampen auf 1000 h begrenzt, um den Verbraucher zu schützen. Ich denke, allzu abwegig ist der Gedanke nicht. Zumal das Kartell Werbung mit Lebensdauern unterbunden hat. Auf jeden ist die Lebensdauer ein Politikum, bei dem sich die Hersteller ungern in die Karten gucken lassen. Ein tiefes Verständnis über die Lebensdauer ist in der Lichttechnik allgemein nicht erwünscht, wie man im „Handbuch für Beleuchtung“, Herausgeber Gesellschaften für Lichttechnik von vier deutschsprachigen Ländern, ermitteln kann. Hier spreche ich von Ermitteln, weil der Begriff Lebensdauer als solches nicht behandelt, geschweige denn definiert wird. In diesem Kompendium zur Beleuchtung gibt es nur Bemerkungen dazu und das nur zur Lebensdauer von Entladungslampen. Dort heißt es: „An dieser Stelle und im allgemeinen muß auf nähere Informationen über die Lampenlebensdauer verzichtet werden, weil die Betriebsbedingungen Betriebsbedingungen zu große Unterschiede aufweisen und starken Schwankungen unterliegen. Fehlschlüsse aus konkreten Angaben wären in der Praxis nicht zu vermeiden.“.

Was ist mit der Lebensdauer von LED? Warum liest man Angaben bis 100.000 h, wenn Leute behaupten, ihre LED hätte sehr schnell den Geist aufgegeben? Hier ist der Missetäter nicht die Betriebsspannung, sondern die Thermik. Ein LED-Element besteht aus einer eigentlich relativ winzigen Diode und einem riesigen Kühlkörper. Die Elemente werden häufig zu ganzen Modulen zusammengepackt, in denen viele Dioden leuchten. Sind die beiden aufeinander abgestimmt und wird die Diode betrieben, wie der Hersteller bestimmt hat, gelten die Lebensdauern, die der Hersteller angibt.

Allerdings muss man schon wissen, wie die zustande kommen. Eigentlich müsste der Hersteller eine wahnsinnige Formel abarbeiten: L₇₀B₁₀C₁₀F₁₀. Fangen wir vorne an. L₇₀ heißt, die LED wird bei 70% ihrer Leuchtkraft (Lichtstrom) für tot erklärt. B₁₀ sagt aus, dass höchstens 10% der Elemente diese Leistung unterschreiten dürfen. Bx ist somit ein Maß für die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit der Elemente innerhalb eines LED-Moduls. C₁₀ bedeutet, dass in einem Modul maximal 10% aller Elemente total ausgefallen sind. Last not least, F₁₀ sagt aus, dass höchstens 10% der LED dürfen den L-Wert unterschreiten (inklusive Totalausfall).

Leider tun LED-Module uns nicht gefallen, dass sie einfach aufhören zu leuchten. Deswegen die komplizierte Angabe der Lebensdauer. Dummerweise gibt es auch noch weitere Probleme. Die genannten Zahlen sind statistische Werte, d.h. nicht aller Elemente eines Moduls haben den gleichen Zustand. Dann hat die Beleuchtung nicht nur Helligkeitsunterschiede, sondern auch erhebliche Farbunterschiede. Im schlimmsten Fall flackern die ausgefallenen Elemente vor sich hin.

Da man dem einfachen Menschen nicht zutraut, rätselhafte Angaben mit L₇₀B₁₀C₁₀F₁₀ zu entziffern, bekommt man oft eine Angabe in Jahren. Diese wird berechnet für einen Betrieb von 2 Stunden und 45 Minuten am Tag, also etwa 11% des Tages. Wer das aus welchem Grund so festgelegt hat, müsste man bei Interesse selbst ermitteln. Dafür gibt es leider keine Seminare. Also Vorsicht, wenn die Lebensdauer in Jahren statt in Stunden angegeben wird.