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Leuchtmittel

Definition: ein Betriebsmittel, welches der Erzeugung von Licht dient

Alternativer Begriff: Lampe

Spezifischere Begriffe: Glühlampe, Leuchtstofflampe, LED-Lampe, Halogen-Metalldampflampe

Englisch: illuminant, lamp

Kategorien: Grundbegriffe, Haustechnik

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Erstellung: 09.03.2021

Der Begriff Leuchtmittel ist umgangssprachlich üblich für die Bezeichnung von Betriebsmitteln, die der Erzeugung von Licht dienen. In aller Regel handelt es sich um elektrische Leuchtmittel, die also elektrische Energie in Licht umwandeln. Der normgemäße Begriff wäre Lampe.

Leuchtmittel dienen in der Regel der Beleuchtung von Räumen oder Außenanlagen. In anderen Fällen sind sie in technische Geräte für andere Zwecke eingebaut, etwa in Projektoren für Bilder und Videos.

Ein oder mehrere Leuchtmittel werden in der Regel in Leuchten eingebaut.

Arten von Leuchtmitteln

Es gibt eine Vielzahl verschiedener Arten von Leuchtmitteln, von denen die wichtigsten in eigenen Lexikonartikeln beschrieben und diskutiert werden:

  • Glühlampen nutzen die Glühemission eines heißen Glühdrahts aus. Sie sind simpel und billig, andererseits aber ineffizient und relativ kurzlebig. Eine modifizierte Form mit etwas höherer Effizienz sind Halogenlampen.
  • Leuchtstofflampen nutzen die Lichterzeugung in einer elektrischen Gasentladung mit anschließender Umwandlung von UV-Licht in sichtbares Licht in einem Phosphor. Sie sind relativ energieeffizient und langlebig, enthalten aber in der Regel etwas Quecksilber, welches bei Beschädigung der Röhre austreten kann. Es gibt Leuchtstoff den in Form langer Röhren, aber auch in Form von Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) für den direkten Ersatz von Glühlampen.
  • Es gibt diverse andere Arten von Gasentladungslampen, beispielsweise Halogen-Metalldampflampen, die nur für größere Lichtleistung geeignet, aber recht effizient und langlebig sind. Im Haushalt sind sie nicht gebräuchlich, außer in bestimmten Videoprojektoren.

Wichtige Eigenschaften von Leuchtmitteln

In der Praxis können vor allem die folgenden Eigenschaften von Leuchtmittel bedeutsam sein:

Lichtstrom

Die Menge des pro Sekunde abgegebenen Lichts wird in der Regel nicht als eine Leistung (Energie pro Zeiteinheit) quantifiziert, sondern über den abgegebenen Lichtstrom Φv in Einheiten von Lumen (lm). Es gibt Erfahrungswerte dafür, wie viele Lumen für die Beleuchtung eines Raums gewisser Größe und Anwendung notwendig sind, und die verwendeten Leuchtmittel können darauf basierend ausgewählt bzw. dimensioniert werden.

Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die verwendete Leuchte oft einen Teil des erzeugten Lichts nicht nach außen dringen lässt, sodass entsprechend mehr Lumen der Leuchtmittel notwendig werden. Leider kommt es vor, dass Lumen-Angaben auf Leuchten einfach den Lichtstrom der Leuchtmittel wiedergeben, ohne den Verlust eines Teil des Lichts zu berücksichtigen – und ohne dass dieser Umstand leicht erkennbar wäre.

Bei der Messung des Lichtstroms wird die spektral variable (wellenlängenabhängige) Empfindlichkeit des menschlichen Auges berücksichtigt. Bei der optimalen Lichtwellenlänge von ca. 555 nm (im Bereich des grünen Lichts) ergibt eine Lichtleistung von einem Watt (1 W) einen Lichtstrom von 683 lm. Im Bereich des roten oder blauen Lichts ist es viel weniger, weil das Auge darauf wesentlich weniger reagiert. Für weißes Licht, ein breites Gemisch verschiedener spektraler Anteile, ergibt sich entsprechend ein niedrigerer Mittelwert.

Elektrische Leistungsaufnahme und Lichtausbeute

Angaben in Einheiten von Watt beziehen sich bei Leuchtmitteln praktisch immer auf die elektrische Leistungsaufnahme, nicht etwa auf die abgegebene Lichtleistung. Die Leistungsaufnahme bestimmt direkt den Effekt auf die Stromrechnung pro Betriebsstunde und ist ebenfalls wichtig für die Wärmeentwicklung (siehe unten).

Vor allem bei hohen Lichtleistungen und langen Betriebsdauern ist die Energieeffizienz wichtig, um einen möglichst niedrigen Stromverbrauch zu erreichen. Die Energieeffizienz von Leuchtmitteln wird sinnvollerweise nicht durch einen Wirkungsgrad quantifiziert, sondern durch die Lichtausbeute (Lichtstrom dividiert durch die aufgenommene elektrische Leistung) in Einheiten von lm/W (Lumen pro Watt).

Die effizientesten Leuchtmittel für weißes Licht (z. B. LEDs und große Halogen-Metalldampflampen) erreichen Werte deutlich oberhalb von 100 lm/W, während Glühlampen nur in der Größenordnung von 10 lm/W liegen.

Räumliche Abstrahlung

Viele Leuchtmittel strahlen das Licht relativ gleichmäßig in verschiedenste Richtungen ab, während andere (v. a. solche mit Leuchtdioden) eine wesentlich gerichtetere Abstrahlung haben. Letzteres kann für die Energieeffizienz einer Leuchte sehr vorteilhaft sein. Beispielsweise können LED-basierte Straßenlaternen das Licht gezielt auf die Straße und den Gehweg richten, ohne dass dafür eine aufwändige Optik benötigt würde; alte Laternen strahlen dagegen einen großen Teil des Lichts nutzlos in den Himmel oder ins Gebüsch ab.

Auch bei der indirekten Beleuchtung der Decke eines Wohnzimmers sind LED-Streifen viel besser geeignet als Leuchtstoffröhren, da das von Ihnen erzeugte Licht direkt an die Decke gerichtet werden kann, während vom Licht der Leuchtstoffröhren viel hinter der verwendeten Abdeckung verloren gehen kann.

Farbliche Eigenschaften

Für viele Zwecke wird weißes Licht benötigt, welches ein Gemisch von Licht verschiedener Wellenlängen bedeutet. Hierbei kann die spektrale Zusammensetzung (also der Anteil der verschiedenen Wellenlängen) erheblich variieren, und dies hat einen Einfluss auf die farbliche Qualität des erzeugten Lichts sowie auf die Wahrnehmung der Farben von Gegenständen im beleuchteten Raum.

Vor allem zwei Größen charakterisieren üblicherweise das erzeugte Licht in Bezug auf seine farblichen Eigenschaften:

  • Die Farbtemperatur ist etwas vereinfacht gesagt die Temperatur eines schwarzen Strahlers, der Licht mit etwa dem gleichen Verhältnis roter und blauer Anteile erzeugt. Relativ hohe Farbtemperaturen von teils weit über 6000 K können bei Tageslicht auftreten, viel niedrigere Werte in der Gegend von 3000 K und tiefer jedoch in der Dämmerung. Auch verschiedene Leuchtmittel weisen so unterschiedlich hohe Farbtemperaturen auf – etwa rund 2500 bis 3000 K bei Glühlampen, während sehr unterschiedliche Werte bei Leuchtstofflampen und Leuchtdioden möglich sind.
  • Der Farbwiedergabeindex ist ein grobes Maß dafür, wie gut die Farben beleuchteter Gegenstände beurteilbar sind. Besonders wichtig ist dies z. B. im Bereich der Kunst oder bei bestimmten Produktionsanlagen, wo Farbtöne genau beurteilt werden müssen. Hohe Werte des Farbwiedergabeindex erreichen das Licht der Sonne, von Glühlampen und Halogenlampen, während bei Leuchtstofflampen und LED-Lampen je nach Art ungünstig tiefe oder auch relativ hohe Werte möglich sind.

Einschaltverhalten

Idealerweise erreicht ein Leuchtmittel direkt nach dem Einschalten seine volle Helligkeit und behält diese im Betrieb unverändert bei. Bei manchen Leuchtstofflampen – vor allem bei Kompaktleuchtstofflampen mit zusätzlicher Umhüllung – steigt der erhaltene Lichtstrom erst im Laufe weniger Minuten auf seinen vollen Wert an, weil das Leuchtmittel zunächst seine Betriebstemperatur erreichen muss. Ein geringeres Problem ist in der Regel eine geringe Verzögerung beim Einschaltvorgang; nur alte konventionelle Vorschaltgeräte erzeugen beim Einschalten ein mehrmaliges lästiges Flackern.

Flimmern

In der Regel ist eine möglichst gleichmäßige Abgabe des Lichts ohne Flimmern, Flackern oder andere Störungen erwünscht. Jedoch tauchen solche Probleme bei manchen Leuchtmitteln auf, beispielsweise bei Leuchtstofflampen, wenn sie mit simplen konventionellen Vorschaltgeräten betrieben werden und vermehrt am Ende ihrer Lebensdauer. LED-Lampen können je nach Qualität des Vorschaltgeräts völlig flimmerfrei sein oder auch deutlich wahrnehmbare Schwankungen des Lichtstroms (z. B. bei Fluktuationen der Netzspannung) aufweisen. Wenn sie dauerhaft flackern, deutet dies auf eine defekte Elektronik hin.

Betriebsspannung

Viele Leuchtmittel sind für direkten Betrieb mit der Netzspannung von z. B. 230 V geeignet. Andere dagegen, beispielsweise viele Halogenlampen, benötigen eine niedrigere Spannung von z. B. 12 V, die beispielsweise mit einem Transformator gewonnen werden muss. Dies erhöht leider die Installationskosten und vermindert häufig auch die Energieeffizienz – letzteres allerdings immer weniger, weil inzwischen effiziente Schaltnetzteile kostengünstig erhältlich sind.

Leuchtstofflampen und andere Gasentladungslampen benötigen in aller Regel ein spezielles Vorschaltgerät, welches für Netzspannung oder auch eine niedrigere Gleichspannung gemacht sein kann. Teils sind solche Vorschaltgeräte auch in Leuchtmittel eingebaut, etwa bei kompakten Energiesparlampen.

Wärmeentwicklung

Leuchtmittel können nie die gesamte aufgenommene elektrische Leistung in Licht umwandeln. Der nicht umgewandelte Teil wird in Form von Wärme frei. Dies führt zunächst zur Aufheizung des Leuchtmittel und der Leuchte, wobei in ungünstigen Fällen die Lebensdauer der Leuchtmittel reduziert wird. Der Eintrag von Wärme in den beleuchteten Raum kann je nach Situation vorteilhaft oder nachteilig sein. In der Regel wünscht man im Sinne der Energieeffizienz eine möglichst geringe Wärmeerzeugung und entsprechend niedrige Stromaufnahme für die Erzeugung des benötigten Lichtstroms.

Temperaturempfindlichkeit

Während beispielsweise Glühlampen kaum von der Umgebungstemperatur abhängig sind, funktionieren Leuchtstofflampen meist bei leicht erhöhten Temperaturen am besten, weniger dagegen im Außenbereich, wenn es kalt wird. Bei Leuchtdioden ist es umgekehrt: Sie funktionieren bei niedrigen Temperaturen am besten, und auch ihre Lebensdauer ist dann am höchsten. Ihre Lebensdauer kann massiv leiden, wenn sie in heißen Umgebungen oder mit ungenügender Kühlung betrieben werden. Sie erzeugen zwar recht wenig Wärme, reagieren aber besonders empfindlich darauf.

Empfindlichkeit auf andere Einflüsse

Manche Leuchtmittel können bei Schlägen oder schweren Erschütterungen zerbrechen. Dies gilt insbesondere für Leuchtstoffröhren, bei denen der Bruch auch besonders schädlich ist, weil dann giftiger Quecksilberdampf austritt.

LED-Leuchtmittel sind in der Regel mechanisch recht robust. Dagegen können sie durch Überspannungen im Stromnetz rasch zerstört werden. Sollte dies häufiger auftreten, ist die Installation eines Überspannungsschutzes sinnvoll.

Lebensdauer

Während gewöhnliche Glühlampen typischerweise eine begrenzte Lebensdauer in der Größenordnung von 1000 Stunden aufweisen, sind Halogenlampen diesbezüglich deutlich besser. Viel längere Lebensdauern von 10 000 Stunden oder mehr sind dagegen möglich mit verschiedenen Arten von Leuchtstoffröhren und auch Leuchtdioden (LEDs). Dies reduziert nicht nur die Kosten für regelmäßig auszuwechselnde Leuchtmittel, sondern auch den Aufwand für das Auswechseln, der in manchen Situationen erheblich sein kann (etwa in besonders hohen Räumen oder Räumen mit sehr vielen Leuchtmitteln).

Bei manchen Leuchtmitteln wie z. B. Glühlampen und Leuchtstofflampen kann die Lebensdauer durch häufiges Ein- und Ausschalten erheblich leiden. Bei Leuchtstofflampen hängt dies allerdings sehr stark von der Qualität des verwendeten Vorschaltgeräts ab: Moderne elektronische Vorschaltgeräte können sehr viele Schaltvorgänge tolerieren und schonen gleichzeitig die Leuchtmittel.

Bei Leuchtdioden hat das An- und Ausschalten praktisch keinen Einfluss auf die Lebensdauer. Jedoch kann die Lebensdauer eines dafür verwendeten Vorschaltgeräts leiden, wenn es nicht optimal konstruiert ist.

Auswechselbare und fest eingebaute Leuchtmittel

In Leuchten eingebaute Leuchtmittel sind meist leicht (ohne Werkzeuge) auswechselbar, etwa wenn sie mit einem standardisierten Schraubsockel der gängigen Typen E27 oder E14 ausgestattet sind. Dies ist vor allem für Leuchtmittel wie Glühlampen mit geringer Lebensdauer sinnvoll.

In manchen Fällen werden Leuchtmittel aber fest eingebaut. Dies kommt vor allem für sehr langlebige Leuchtmittel wie LED-Lampen infrage, wenn gleichzeitig die Leuchtenkonstruktion recht simpel und kostengünstig ist – ebenso für Leuchten, die normalerweise nur für relativ kurze Zeiten betrieben werden. Allerdings ist ein Austausch bei Defekt eines Leuchtmittels dann eben relativ teuer und kompliziert, oft auch mit dem Einsatz eines Elektrikers verbunden.

Leider ist die Kehrseite des sehr flexiblen Einsatzes von Leuchtdioden in Lampen aller Formen, dass es schwierig ist, standardisierte Leuchtmittel zu etablieren, die dann leicht auswechselbar montiert werden könnten.

Dimmen

Manche Leuchtmittel sind dafür geeignet, dass ihr Lichtstrom im Betrieb eingestellt werden kann; hierfür verwendet man verschiedene Arten von Dimmern. Allerdings sind nicht alle Leuchtmittel für den Einsatz von Dimmern geeignet, bzw. nur für bestimmte Arten von Dimmern. In manchen Fällen ist eine geeignete Dimmer-Elektronik auch im Leuchtmittel selbst eingebaut.

Einflüsse der Leuchtenkonstruktion

Die Konstruktion einer Leuchte hat über die Wahl eines Typs von Leuchtmittel wesentliche Einflüsse auf verschiedene Aspekte:

  • Zunächst einmal bestimmt die Leuchte das optische Erscheinungsbild sowie die mögliche Art der Montage.
  • Auch wenn die Energieeffizienz der verwendeten Leuchtmittel hoch ist, kann die Effizienz der Leuchte gering sein, wenn ein großer Teil des erzeugten Lichts nicht in den beleuchteten Raum gelangen kann oder in nutzlose Richtungen abgestrahlt wird (bei Straßenlaternen etwa in den Himmel).
  • Die Lebensdauer von Leuchtmitteln kann beeinträchtigt werden, beispielsweise wenn in einem rundherum geschlossenen Gehäuse im Betrieb zu hohe Temperaturen auftauchen.
  • Andererseits soll das Gehäuse einer Leuchte einen genügenden Schutz gegen Beschädigung von Leuchtmitteln bieten, etwa durch Anstoßen.

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