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Thermomanagement statt Abschalten

Sicherheit in der Außenbeleuchtung mit LED

Bild 1: Im Außenbereich bieten LED-Leuchten Sicherheit, lange Lebensdauer und geringe Betriebskosten
Bild 1: Im Außenbereich bieten LED-Leuchten Sicherheit, lange Lebensdauer und geringe Betriebskosten
Auf einen Blick

Beleuchtungsniveau halten Eine temperaturbedingte Absenkung der Beleuchtungsstärke darf nicht dazu führen, dass die normativ geforderten Beleuchtungswerte unterschritten werden Straßenbeleuchtung Bei der Straßenbeleuchtung sollten spezielle Wartungsroutinen die Sicherheit der Beleuchtung gewährleisten

LEDs sind keine Wärmestrahler wie Glüh- oder Halogenlampen, dennoch entsteht auch bei diesen Lichtquellen Wärme, wenn Energie in Licht umgewandelt wird. Für einen sicheren und effizienten Betrieb muss diese Wärme zuverlässig über die Platine und das Leuchtengehäuse abgeführt werden. Hohe Temperaturen verringern die Lebensdauer und die Lichtausbeute (Bild 2). Herstellerangaben zu Lichtströmen und Lebensdauer beziehen sich daher stets auf einen bestimmten Betriebstemperaturbereich.  

Einfache Lösung mit Gefahrenpotenzial

Bild 2: Hohe Temperaturen in der Leuchte gehen zu Lasten der Lebensdauer und der Lichtausbeute
Bild 2: Hohe Temperaturen in der Leuchte gehen zu Lasten der Lebensdauer und der Lichtausbeute

Eine einfache Möglichkeit, LEDs ausschließlich im empfohlenen Temperaturbereich zu betreiben, bietet die Temperatur­überwachung von Treiber und LED-Modul mittels Überwachungskomponenten (NTC – Negative Temperature Coefficient). Wenn die Betriebstemperatur eingehalten wird, lassen sich die erwartete Lebensdauer und die geforderte Beleuchtungsstärke sicherstellen. Überschreitet die Temperatur aber den Betriebsbereich, wird die Beleuchtungsstärke häufig automatisch durch Dimmen abgesenkt, um den thermischen Schutz zu erreichen. Diese Methode lässt allerdings unberücksichtigt, dass die Leuchten für eine bestimmte Beleuchtungsstärke geplant und ausgelegt wurden und laut Norm auch ein bestimmtes Beleuchtungsniveau in der Anwendung einzuhalten ist. So kann die Temperaturüberwachung mit integrierter Rückkopplung zu unsicheren Situationen führen, wenn die Beleuchtung von Plätzen und Straßen nicht mehr ausreicht. Auch wenn viele Ausschreibungen diesen aktiven Temperaturschutz fordern, sollte diese einfache Lösung nicht die erste Wahl sein.

Licht für mehr Sicherheit

Bild 3: Sicherheit für Fußgänger, Radfahrer und motorisierte Personen ist erste Pflicht bei der Straßenbeleuchtung
Bild 3: Sicherheit für Fußgänger, Radfahrer und motorisierte Personen ist erste Pflicht bei der Straßenbeleuchtung

Sicherheit ist oftmals erste Pflicht in der Außenbeleuchtung, auf Privatgrundstücken, bei Wohnanlagen, auf Industrieflächen und öffentlichen Plätzen. Besonders für den Bereich Straße gibt es klare Vorgaben. Aufgabe der Beleuchtung dort ist es, Fußgänger, Radfahrer und motorisierte Personen bei Dunkelheit vor Schäden an Leib und Leben zu bewahren (Bild 3). Dazu leistet die ausreichend helle und auf die Situation abgestimmte Beleuchtung einen wichtigen Beitrag. Die DIN EN 13201 beschreibt Gütekrite­rien für die Straßenbeleuchtung, wie Beleuchtungsstärken, Blendfreiheit, Farbwiedergabe und die Verteilung der Leuchtdichte. Dabei sind die Qualitätsanforderungen umso höher, je größer das Sicherheitsrisiko für die Verkehrsteilnehmer ist. Dies wird bestimmt durch die jeweilige Verkehrssituation und die Anzahl sowie die Geschwindigkeit der Verkehrsteilnehmer. Eine unzureichende Beleuchtung erhöht das Risiko und die Kolli­sionsgefahr deutlich. Eine durchdachte Lichtplanung stellt die normgerechte Straßenbeleuchtung jederzeit sicher. Bei Dunkelheit werden die verschiedenen Verkehrsflächen bedarfsgerecht ausgeleuchtet, abgestimmt auf die unterschiedlichen Nutzer und auf das Verkehrsaufkommen. Die Lichtplanung muss auch die inzwischen häufig praktizierte Nachtabsenkung der Beleuchtung einbeziehen, die zusätz­liches Einsparpotenzial erschließen kann (Bild 4). Wenn zum Beispiel eine Straße nach Mitternacht bis in die frühen Morgenstunden kaum befahren ist, wird die Beleuchtung zurückgefahren. Das kann durch Dimmen geschehen oder auch durch Abschalten von Leuchtengruppen. Dazu bedarf es allerdings einer genauen Analyse der nächtlichen Verkehrssituation, und diese Sparmaßnahmen dürfen nicht zu Lasten der Sicherheit gehen.

Ausfall bei thermischem Stress

Bild 4: Bei Dunkelheit können Verkehrsflächen bedarfsgerecht ausgeleuchtet werden, um Einsparungen zu erzielen
Bild 4: Bei Dunkelheit können Verkehrsflächen bedarfsgerecht ausgeleuchtet werden, um Einsparungen zu erzielen

Wenn es ungeplant aus technischen Gründen zu thermischem Stress in der Leuchte kommt, kann das schnelle Absenken des Lichtniveaus als Schutz vor Defekten die lichttechnisch sichere Situation gefährden und ein erhöhtes Gefahrenpotenzial verursachen. Dies geht zu Lasten der Verkehrsteilnehmer und im Schadensfall auch zu Lasten der verantwortlichen Entscheider und Planer. Beleuchtungsexperten von Tridonic sehen das Dimmen als Überhitzungsschutz bei zu hohen Betriebstemperaturen unter sicherheitstechnischen Aspekten kritisch. Sie verweisen auf die Möglichkeiten, Komponenten und das gesamte Beleuchtungssystem so auszulegen und an den Einsatzort anzupassen, dass eine Überhitzung gar nicht erst auftritt. Im europäischen Raum ist dieser Lösungsansatz dank der herrschenden moderaten Umgebungstemperaturen zu jeder Zeit möglich.

Sensoren messen und liefern Daten

Leuchtenhersteller legen ihre Leuchten für entsprechende Temperaturen und Licht­intensität aus. Tridonic bietet den Herstellern für die genannten Parameter umfangreiche Testservices in hauseigenen Labors und stellt die Ergebnisse anschließend zur Verfügung. Diese Transparenz ermöglicht es, jede Beleuchtungsaufgabe exakt an die Anforderungen anzupassen und die beste Kombination aus den einzelnen Komponenten zu finden. Dennoch lohnt es sich, elektronische Kom­ponenten auch weiterhin mit Temperatursensoren auszustatten. Deren Hauptaufgabe besteht in der Datenerfassung. Die erfassten Daten geben Auskunft über tatsächlich herrschende Temperaturen im Leuchtenkopf und erlauben es, die Ausführungsqualität zu beurteilen und rechtzeitig Wartungsmaßnahmen zu veranlassen, damit die prognostizierte Lebensdauer auch erreicht wird. Außerdem sind die Daten hilfreich, wenn es um Nachrüstungen in Leuchten geht – beispielsweise für die Einbindung in das Internet der Dinge. Dazu müssten noch weitere elektronische Sensoren integriert werden, die wiederum Wärme erzeugen.

Temperaturüberschreitungen beherrschbar

Bild 5: Die einkalkulierten Reserven von robusten elek­tronischen Komponenten sorgen dafür, dass es bei einer kurzen Überschreitung der Betriebstemperatur nicht zum Ausfall kommt
Bild 5: Die einkalkulierten Reserven von robusten elek­tronischen Komponenten sorgen dafür, dass es bei einer kurzen Überschreitung der Betriebstemperatur nicht zum Ausfall kommt

Kommt es durch außergewöhnliche Umstände doch zu einer kurzzeitigen Erhöhung der Betriebstemperatur, sorgen heute der weite Betriebstemperaturbereich und die einkalkulierten Reserven elektronischer Komponenten dafür, dass es bei einer Überschreitung nicht zu einem Betriebsausfall kommt. Bevor ein lichttechnisch unsicherer Zustand riskiert wird, legt Tridonic die entsprechenden Komponenten so robust aus, dass sie thermischen Stress kurzzeitig vertragen. Die dabei möglichen Einbußen bei der Lebensdauer bewegen sich im einstelligen Prozentbereich (siehe Bild 5). Das gesamte Beleuchtungssystem und die Nutzer des jeweiligen Verkehrsraums profitieren jedoch von einer erheblich höheren Sicherheit.

Wartungsroutinen

Kommunen, Stadtverwaltungen und Lichtplaner können selbst einen großen Beitrag zur Sicherheit ihres Beleuchtungssystems leisten, denn Sicherheit im öffentlichen Raum ist oberstes Gebot. Dies beginnt mit dem Vergleich der thermischen Daten von den einzelnen Leuchtenherstellern und schließt auch spezielle Wartungsroutinen ein, die je nach Situation in festen oder bedarfs­orientierten Intervallen erfolgen müssen. Es empfiehlt sich, schon in den Leistungsbeschreibungen entsprechende Beleuchtungsstärken und einzuhaltende Temperaturen über die gesamte Lebensdauer zu fordern. Zukünftig sollte neben der Leistungsaufnahme oder dem Dimmlevel auch die Temperatur pro Lichtpunkt erfasst und regelmäßig ausgewertet werden.

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Über den Autor
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Dr. Piotr Dudek

Segment Manager Outdoor and Industry, ­Tridonic, Dornbirn

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