Ratgeber
Die Leuchtdiode, kurz LED, hat sich in kürzester Zeit zu einem unverzichtbaren Bestandteil moderner elektronischer Geräte entwickelt. Ihre Präsenz reicht von alltäglichen Haushaltsgegenständen bis hin zu komplexen industriellen Anlagen. Besonders häufig findet man LEDs in Form von Signalleuchten, die Zustände, Warnungen oder Informationen visuell vermitteln.
Doch was macht diese kleinen Lichtquellen so besonders?
In diesem Ratgeber möchten wir Ihnen einen umfassenden Überblick über die Welt der LED-Signalleuchten geben. Wir erklären Ihnen die grundlegenden Unterschiede zwischen Lampen und Leuchten, gehen detailliert auf den Aufbau und die Funktionsweise von LED-Signalleuchten ein und geben Ihnen wertvolle Tipps für die Auswahl der richtigen Leuchte für Ihre Anwendung.
Im alltäglichen Sprachgebrauch werden die Begriffe Lampen und Leuchten oft gleichgesetzt, selbst im Duden sind Stehlampen oder Nachttischlampen zu finden. Elektrotechnisch gesehen kann es diese Geräte gar nicht geben: Eine Lampe ist das Leuchtmittel an sich, ohne Fassung und Gehäuse, ohne Netzkabel und Stecker. Richtig wären vielmehr Stehleuchte und Nachttischleuchte. Sie enthalten Lampen, die für das Licht – also die Beleuchtung – sorgen.
Bei Leuchtdioden kommen die Unterschiede allerdings kaum zum Tragen. Die LED als diskretes Bauelement wird wohl kaum jemand als Lampe bezeichnet, wenngleich es sich um eine solche handelt. Das liegt daran, dass High-Power-Leuchtdioden erst in jüngster Zeit für Beleuchtungszwecke im Einsatz sind und dafür in der Regel neben elektronischen Komponenten auch bestimmte Fassungen und Kühlelemente benötigen – und daher Leuchten sind.
Die für Signalzwecke verwendeten Leuchtmittel waren jahrzehntelang kleine Glühbirnchen, also Glühlampen mit geringer Leistung. Sie wurden inzwischen nahezu vollständig durch Leuchtdioden ersetzt, nicht zuletzt aufgrund der erheblich längeren Lebensdauer. Der 1:1-Austausch ist allerdings nicht möglich: Leuchtdioden benötigen neben Gleischtrom auch eine Mindestspannung, bevor sie leuchten. Sie liegt bei roten Typen zwischen 1,6 und 2,3 Volt, gelbe und grüne Leuchtdioden benötigen 1,9 bis 2,5 Volt, blaue und weiße 2,5 bis 4,0 Volt. Ist die Spannung zu hoch, brennt die LED durch. Zum Vergleich: Miniatur-Glühlämpchen leuchten im Allgemeinen bei 9 bis 14 Volt, vertragen zwar auch Wechselstrom, verfügen aber nur über eine im Vergleich zu LEDs erheblich geringere Lebensdauer. Zudem sind sie heute deutlich teurer als vergleichbare LEDs, was sie lediglich noch als Ersatzteil im Modellbau interessant macht.
Glühlämpchen besitzen allerdings einen Vorteil, den LEDs in der Regel nicht bieten: Sie sind Dank normierter Schraub-, Bajonett- oder Steckfassungen leicht auswechselbar. Leuchtdioden für Signalzwecke gibt es dagegen meist nur mit zwei radialen Anschlussdrähten zum Verlöten oder Festklemmen. Zum Einbau in elektrische Geräte sind im Handel einfache Schraub- oder Steckhülsen erhältlich, angeboten werden aber auch verkabelte Fassungen. Sind diese bereits mit LED, Anschlusskabel, Vorwiderstand und vielleicht noch mit einer Gleichrichter-Diode ausgestattet, sodass sie sich sofort zum Beispiel mit 12 oder 24 Volt betreiben lassen, handelt es sich nicht mehr um einfache Lampen, sondern um Leuchten.
Wie bereits erwähnt, funktionieren LEDs je nach Farbe nur in bestimmten Spannungsbereichen. In Umgebungen mit beispielsweise 12 oder 24 Volt muss demnach eine entprechende Reduzierung erfolgen. Das geht am einfachsten mit einem ohmschen Widerstand. Dessen Größe lässt sich anhand der Formel R = U : I – also Widerstand = Spannung geteilt durch Strom – berechnen. Soll beispielsweise eine grüne Leuchtdiode mit 2,2 Volt Durchlassspannung und 20 Milliampere Stromaufnahme an einem 12-Volt-Anschluss betrieben werden, ist ein Widerstand von etwa 490 Ohm erforderlich. Der Widerstand muss in Serie geschaltet sein, entweder vor oder hinter der Diode.
Das Zusammenlöten lässt sich aber sparen. Und nicht nur das: Auch das Anbringen von Halterungen und Anschlusskabeln wird hinfällig – wenn man sich gleich für eine LED-Signalleuchte entscheidet. Gängige Typen und Bauformen von Signalleuchten enthalten Leuchtdioden in den Farben Blau, Gelb, Grün, Orange, Rot und Weiß, es lassen sich somit alle farbtypischen Schaltzustände anzeigen. Hinzu kommen RGB-Leuchdioden, mit denen sich alle Farben des sichtbaren Spektrums darstellen lassen.
Da die weitaus meisten LED-Leuchten für Signalzwecke an die jeweiligen Umgebungsspannung angepasste Vorwiderstände besitzen, ist der Einbau im Allgemeinen unkompliziert. Gängige Betriebsspannungen reichen von 5 bis zu 240 Volt. Dabei muss es sich nicht zwangsläufig um Gleichstrom (DC) handeln: Viele Ausführungen enthalten auch Gleichrichter-Schaltungen und sind daher für den Betrieb an Wechselstromquellen (AC) geeignet – bis hin zum 230-Volt-Haushaltsstrom.
Betriebs- und Durchlassspannung
Die Durchlassspannung der Signalleuchte ist bei der Auswahl eigentlich nur dann relevant, wenn die Meldeleuchte keinen Vorwiderstand besitzt, üblicherweise erkennbar an Spannungswerten unterhalb von 5 Volt. Über diesen Wert hinausgehende Betriebsspannungen werden für den Betrieb der Diode durch Vorwiderstände abgesenkt.
Signalleuchten lassen sich darüber hinaus nicht nur mit Gleichstrom, sondern auch mit Wechselstrom betreiben. Einige Typen eignen sich sogar für beide Stromformen. Dazu besitzen sie einen eingebauten Gleichrichter.
Durchlassstrom
Die Durchlasströme sind bei LEDs grundsätzlich recht klein, die Skala reicht von 4 bis 30 Milliampere. Für Geräte mit Netzanschluss fallen diese geringen Lasten an den LED-Signallampen im Allgemeinen nicht ins Gewicht, eventuell aber bei Schaltungen mit Batteriebetrieb und dauerhafter Anzeige des Betriebszustands.
Lichtstärke
Signalleuchten müssen in der Regel auch dann gut erkennbar leuchten, wenn das Gerät dem Tages- oder Sonnenlicht ausgesetzt ist. Definiert ist die Lichtstärke in Candela und Millicandela, kurz cd und mcd. Übliche Werte reichen von 2,5 Millicandela bis zu 22 Candela. Zum Vergleich: Eine Haushaltskerze leuchtet mit etwa 1 Candela.
Lichtfarbe
Die wohl am häufigsten eingesetzten Farben für Signalleuchten sind Rot, Grün, Blau und Weiß. Außerdem erhältlich sind die orangefarbene LEDs, Farbfilterscheiben für weiße LEDs sowie mehrfarbige RGB-LEDs.
Einbau-Durchmesser
Der Durchmesser für den Ausschnitt im Gehäuse muss mit dem der Leuchte korrespondieren. Viele Typen sind frontplattendicht, das heißt, von der Leuchte ist nur eine Kappe und der Befestigungsring zu sehen. Einige Modelle verfügen über einen Innenreflektor zur Bündelung des Lichts. Übliche Einbau-Durchmesser reichen von 4,4 bis zu 30 Millimeter, die gängigste Größe beträgt 8 Millimeter.
Anschluss
Neben Kabeln mit offenen Enden bieten einige LED-Signallampen Flachstecker, Lötfahnen oder Schrauben zur einfachen und schnellen Montage an.
Schutzart
Die Schutzart ist dann sehr wichtig, wenn die Signalleuchte in Geräten für raue Umgebungen zu installieren sind. So schützt die am häufigsten anzutreffende Schutzklasse IP67 gegen Staub und sogar zeitweiliges Untertauchen bis 1 Meter Wassertiefe für maximal 30 Minuten. Die Klasse IP40 bietet dagegen nur einen Schutz gegen eindringende Fremdkörper oder Drähte ab einem Durchmesser von 1 Millimeter.