Test von LED-Lichtquellen für Kraftfahrzeuge

Inhaltsverzeichnis

Testausrüstung und Methodik

Photometrie und Flimmertest

Den photometrischen Test habe ich durchgeführt mit Opple Light Master 4 (Amazon).

Dieses Gerät kann mehrere wichtige Lichteigenschaften messen: Lux, Ra, R9, Farbtemperatur, CIE-Koordinaten x und y, den duv-Wert und Flimmern. All diese Eigenschaften habe ich für jedes Testexemplar gemessen.

Photometrische Parameter:

Lumen - die gesamte Lichtmenge, die eine Lichtquelle abgibt.
Lux - die Beleuchtungsstärke, also die Lichtmenge, die auf eine Oberfläche fällt. 1 lux entspricht 1 lumen pro Quadratmeter.
CRI Ra - Farbwiedergabeindex. Er beschreibt quantitativ, wie gut eine Lichtquelle die Farben verschiedener Objekte im Vergleich zu einer idealen oder natürlichen Lichtquelle wiedergibt. Die Skala reicht von 0 bis 100. Für Anwendungen, bei denen die korrekte Wiedergabe von Farbtönen wichtig ist (Schaufensterbeleuchtung, Kunst- und Designwerkstätten, Fotostudios, Küchen), sollte der Ra-Wert über 90 liegen, idealerweise >95.
CRI R9 - die Fähigkeit einer Lichtquelle, den roten Spektralanteil (>600 nm) wiederzugeben. Dieser Parameter ist besonders in der Fotografie, in Küchen und in medizinischen Einrichtungen sehr wichtig, da er die korrekte Wiedergabe von Hauttönen wesentlich beeinflusst. Was ist CRI R9 und warum ist er wichtig?
Die CIE-Koordinaten X und Y und der Wert duv - die Koordinaten beschreiben die Farbe im Farbraum CIE 1931, während duv ihre Abweichung von der Farbe angibt, die ein idealer schwarzer Körper bei einer bestimmten Farbtemperatur abstrahlt. Mehr dazu können Sie hier lesen.

Flimmerparameter:

Flimmerindex - berücksichtigt die Flächen unter der Signalform oberhalb und unterhalb des mittleren Lichtstroms.
Modulationstiefe (prozentuales Flimmern) - beschreibt den Unterschied zwischen der maximalen und minimalen Lichtintensität innerhalb eines Zyklus.
Frequenz - die meisten Menschen nehmen Flimmern bei einer Frequenz >90Hz nicht wahr. Licht mit einer Frequenz <400Hz kann jedoch über das visuelle System unbewusst auf den Körper wirken.
Risiko (IEEE PAR1789) - eine zusammenfassende Risikobewertung anhand der oben genannten Parameter.
Mehr über Flimmern und seine Auswirkungen auf den Menschen erfahren Sie in diesem Artikel.

Ebenfalls hilfreich sind die Angaben der europäischen Norm EN 12464-1 zu empfohlenen Beleuchtungsstärken und Ra-Werten für verschiedene Arbeitsräume.

Wie genau ist der Helligkeitstest?

Um das abgestrahlte Licht zu sammeln und den Einfluss des Abstrahlwinkels zu verringern, habe ich einen Prüfstand mit einer verspiegelten Kugel und einer Öffnung für das Photometer gebaut.

Um bei der Helligkeitsmessung möglichst genaue Ergebnisse zu erhalten, musste ich den Prüfstand kalibrieren.

Zur Kalibrierung habe ich eine LED Nichia 519A 4000K mit bekannten, stabilen Eigenschaften verwendet. Laut Messdaten aus mehreren Quellen beträgt ihr Lichtstrom bei 2A ungefähr 635 Lumen.

Anschließend habe ich mit dem Opple LM4 21000 lux gemessen. Für meinen Prüfstand ergibt sich daraus ein Umrechnungsfaktor Lux/Lumen von 33.07, mit dem ich den Lichtstrom anderer LED in Lumen abschätze.

Messung der LED-Temperatur

Zur Messung der LED-Temperatur verwende ich eine Infrarot-Wärmebildkamera Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

Die Temperaturmessung ist wichtig, da leistungsstarke LED einen Kühlkörper benötigen, um überschüssige Wärme abzuführen, die den LED schadet.

Bei den meisten serienmäßig hergestellten LED sollte die Temperatur möglichst unter 60°C bleiben und 85°C nicht überschreiten, da höhere Temperaturen die Lebensdauer der LED verkürzen können. Manche LED vertragen bis zu 150°C, doch bei gängigen LED darf man eine solche Temperaturbeständigkeit nicht automatisch voraussetzen.

Mit welchem Strom sollte eine LED betrieben werden?

Eine LED ist ein stromgesteuertes Halbleiterbauelement. Ihre Strom-Spannungs-Kennlinie I-V ist nichtlinear und annähernd exponentiell: Sobald sie in Durchlassrichtung leitet, kann eine kleine Spannungserhöhung einen erheblichen Stromanstieg verursachen. Deshalb müssen LED mit einer Strombegrenzung betrieben werden.

Wenn Sie mit einem LED-Streifen oder einer fertigen LED-Lampe arbeiten, enthält diese bereits entweder strombegrenzende Widerstände oder eine Stromregelschaltung. Es genügt daher, die angegebene Spannung anzulegen.

Wenn Sie hingegen mit einer einzelnen LED arbeiten, müssen Sie wissen, auf welchen Wert der Strom begrenzt werden soll. Normalerweise gibt der Hersteller diese Information im datasheet oder auf der Produktseite an, doch sie ist nicht immer verfügbar. Manchmal hat man eine LED vor sich, zu der solche Angaben fehlen.

Was tun?

Wenn die Eigenschaften einer LED unbekannt sind, schließen Sie sie nicht direkt an eine Spannungsquelle ohne Strombegrenzung an, um den Betriebsstrom zu ermitteln. Verwenden Sie ein Labornetzgerät mit Strombegrenzung oder einen ausreichend großen Vorwiderstand. Beginnen Sie mit einem kleinen Strom und erhöhen Sie ihn schrittweise, während Sie Durchlassspannung, Helligkeit und Temperatur überwachen.

Ohne Herstellerangaben lässt sich so nur ein vorsichtiger Arbeitspunkt bestimmen, jedoch kein garantierter Maximalstrom.

Die Durchlassspannung hängt von der Wellenlänge des abgestrahlten Lichts ab, also von der Farbe der LED. Richtwerte für LED ohne Leuchtstoffbeschichtung:

Infrarot (IR) - 1.5V
Rot/Orange/Gelb - 1.8V
Grün - 2V
Weiß/Blau/Ultraviolett (UV) - 3.2V

Manchmal sieht man einen LED-Chip mit einer gelben Beschichtung. Das ist eine Leuchtstoffbeschichtung (Phosphor) auf einer blauen LED. Blaue LED sind sehr energieeffizient, und der Leuchtstoff strahlt einen Teil des Lichts bei anderen Wellenlängen wieder ab, wodurch ein breiteres Spektrum entsteht. So sehen die meisten LED aus, die als Lichtquellen eingesetzt werden.

Eine LED kann höhere Spannungen und Ströme vertragen, doch das sollte vermieden werden: Bei hoher Belastung sinkt die Energieeffizienz, es entsteht mehr Wärme und die LED altert schneller. Um das Verhältnis Lumen/Watt zu verbessern und die Lebensdauer der LED zu verlängern, kann es stattdessen sinnvoll sein, den Strom zu verringern.

Nachdem der optimale Strom für die LED unter Berücksichtigung von Helligkeit und Effizienz gewählt wurde, muss entweder die entsprechende Strombegrenzung am Netzgerät eingestellt oder eine Schaltung mit einem strombegrenzenden Vorwiderstand aufgebaut werden. Zur Berechnung des Widerstandswerts können Sie diesen Online-Rechner verwenden.

LED können bei richtig gewähltem Widerstand mit jeder geeigneten höheren Spannung betrieben werden. Je größer jedoch der Unterschied zwischen der Durchlassspannung der LED und der Versorgungsspannung ist, desto geringer ist die Gesamteffizienz der Schaltung, da mehr elektrische Leistung am Widerstand in Wärme umgesetzt wird.

Ich teste LED bei verschiedenen Spannungen und den zugehörigen Strömen, damit ihre Effizienz und Helligkeit unter unterschiedlichen Bedingungen verglichen werden können.

Was ist COB LED?

COB LED (chip-on-board LED) ist ein einzelnes Modul mit vielen LED-Chips, die auf einem gut wärmeleitenden Träger montiert und mit einer gleichmäßigen Leuchtstoffschicht bedeckt sind. Wie die Praxis zeigt, sind solche Baugruppen weniger energieeffizient als einzelne LED, bieten jedoch eine gleichmäßigere Beleuchtung und verringern den Effekt einer punktförmigen Lichtquelle. Genau diese Eigenschaften nutzt ihre Bauweise.

Opple Light Master 4

Prüfstand mit verspiegelter Kugel

Prüfstand unter der verspiegelten Kugel

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

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Probleme beim Einsatz von LED-Lampen im Auto

Manche Autobesitzer stoßen beim Austausch herkömmlicher Glühlampen (Halogenlampen) gegen LED-Lampen auf ein Problem: Die LED-Lampe leuchtet nicht oder blinkt. Bei einigen Fahrzeugen erscheint dabei im Kombiinstrument eine Fehlermeldung über eine defekte Lampe.

Dieses Problem tritt bei einigen modernen Fahrzeugen mit Lampenausfallkontrolle auf.

Der Bordcomputer solcher Fahrzeuge überwacht die elektrische Last im Lampenstromkreis. Ist der Widerstand deutlich höher als bei einer Glühlampe oder fließt überhaupt kein Strom, erkennt das System einen Defekt, zeigt eine Fehlermeldung an und kann die Stromversorgung der Lampe abschalten. Eine Glühlampe nimmt etwa 2-7 Mal so viel Strom auf wie eine LED-Lampe. Strom und Widerstand stehen dabei in einem umgekehrten Verhältnis: Je höher der Widerstand, desto geringer der Strom.
In Fahrzeugen ohne diese Funktion funktionieren LED-Lampen als Ersatz für herkömmliche Glühlampen normalerweise problemlos. Das bestätigt auch meine Erfahrung.

Wenn dieses Problem bei Ihrem Fahrzeug auftritt, gibt es mehrere Lösungswege:

Die Lampenausfallkontrolle im Bordcomputer deaktivieren. Das ist die zuverlässigste Methode, erfordert aber normalerweise die Hilfe eines Kfz-Elektrikers.
Einen Lastwiderstand parallel zur LED-Lampe zwischen der Versorgungsleitung und Masse anschließen. Dadurch steigt der Laststrom, und für die Lampenausfallkontrolle wird die elektrische Last einer Glühlampe nachgebildet. Der Widerstand muss ausreichend belastbar sein, normalerweise 50W, und einen Widerstandswert von etwa 6-10Ohm haben. Er hat keine Polarität und wird parallel zum Lampenstromkreis angeschlossen. Da der Widerstand sehr heiß werden kann, befestigen Sie ihn sicher auf einer Metallfläche, fern von Kunststoff und anderen wärmeempfindlichen Teilen. Es gibt auch Adaptersets, die zwischen Fassung und Lampe eingesetzt werden und kein Durchtrennen von Kabeln erfordern. Weder ein Widerstand noch ein Adapter garantiert jedoch die Kompatibilität mit allen Fahrzeugen: Einige Systeme überwachen die Last sehr genau, und die Widerstände der LED-Lampen unterscheiden sich. Trotzdem hilft diese Methode in den meisten Fällen.
Einige LED-Lampen haben integrierte Schaltungen zur Unterdrückung von CAN Bus-Fehlermeldungen. Das garantiert keine Kompatibilität mit jedem Fahrzeug, da sich sowohl die Überwachungssysteme der Fahrzeuge als auch die Schaltungen in den LED-Lampen unterscheiden.

Bei einigen Fahrzeugen können Probleme mit Signalleuchten und DRL (Tagfahrlicht) auftreten, wenn dort Lampen mit einem Kontakt und 21W anstelle von Lampen mit zwei Kontakten und 21/5W verwendet werden und die Helligkeit über PWM geregelt wird. PWM (Pulse Width Modulation) unterbricht die Stromversorgung der Lampe mit einer bestimmten Frequenz und einem bestimmten Tastverhältnis und regelt so die sichtbare Helligkeit und den Energieverbrauch. Manche LED-Lampen funktionieren in diesem Modus nicht korrekt und beginnen sichtbar zu flimmern.

Lösung: Es gibt Adapter mit Kondensatoren hoher Kapazität, die PWM glätten und das Flimmern von LED-Lampen beseitigen. Allerdings verhindern sie dabei die Helligkeitsregelung, die das Fahrzeug vorzunehmen versucht. Solche Adapter haben oft einen eingebauten Widerstand. Eine bessere Lösung kann die Wahl einer Lampe sein, die für den korrekten Betrieb mit PWM-Regelung ausgelegt ist.

Fazit: Wenn Sie bisher keine LED-Lampen verwendet haben (Innenraumbeleuchtung, Kennzeichenbeleuchtung, Signalleuchten, Tagfahrlicht, Abblend-/Fernlicht), ist es sinnvoll, die erste Lampe bei einem Händler mit Rückgabemöglichkeit zu kaufen, falls sie in Ihrem Fahrzeug nicht funktioniert oder sich das Kompatibilitätsproblem nicht lösen lässt. Das gilt auch für Adapter und Widerstände.
Ich möchte noch einmal betonen, dass die beschriebenen Probleme nur bei bestimmten Fahrzeugmodellen auftreten. In meinem Peugeot 308 aus dem Jahr 2008 funktionieren die LED-Lampen im Innenraum, im Tagfahrlicht und in den Signalleuchten korrekt und ohne zusätzliche Widerstände.

Lastwiderstandsset für LED-Lampen im Auto

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Test von 12V-Signal- und Markierungsleuchten für Kraftfahrzeuge (64 Lampen)

Dieser Test ist hilfreich, wenn Sie die serienmäßigen Halogenlampen Ihres Autos durch LED-Lampen mit demselben Sockeltyp ersetzen möchten. Ein solcher Austausch ist sinnvoll, wenn Sie den Energieverbrauch des Fahrzeugs senken möchten (bei gleicher Helligkeit verringert er sich um den Faktor 4 oder mehr) und/oder die Helligkeit der Beleuchtung erhöhen möchten.

Alle Details zu den Tests in dieser LED-Kategorie finden Sie in diesem Google-Dokument (Tabellenblatt "Car Signal/DRL Light").

Die Tests laufen weiter. Deshalb werden die Lampenliste und die Empfehlungen im Laufe der Zeit aktualisiert und um neue Testexemplare ergänzt.

Alle Lampen für die weiteren Tests habe ich selbst mit meinem eigenen Geld gekauft.

Typen der getesteten Lampen

Zu dieser Kategorie gehören Lampen, die als Signal- oder Markierungsleuchten eingesetzt werden:

- Blinker

- Brems-/Schlussleuchten

- Tagfahrlicht (DRL)

- Rückfahrleuchten

Die häufigsten Sockeltypen (Anschlüsse) dieser Lampen:

P21/5W (Sockel: 1157, BAY15D, BA15D) - 2 Kontakte (hohe/niedrige Leistung)
P21W (weiß), PY21W (gelb) (Sockel: 1156, BA15S, BAU15S) - 1 Kontakt
W21/5W (Sockel: T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 Kontakte (hohe/niedrige Leistung)
W21W, WY21W (Sockel: T20, 7440, W3x16d) - 1 Kontakt
P27/5W (Sockel: 3157, T25, W25x16q) - 2 Kontakte (hohe/niedrige Leistung)
P27W (Sockel: 3156, T25, W25x16d) - 1 Kontakt

Einige Hersteller von LED-Lampen verwenden denselben lichtabgebenden Teil mit verschiedenen Sockeltypen oder ändern die Farbe der eingebauten LED (weiß, gelb, rot). Unterschiedliche Sockeltypen führen jedoch zu keinen Unterschieden in den Lampeneigenschaften. Die Lichtfarbe kann die Helligkeit hingegen etwas beeinflussen.

Bei meinen Tests in dieser Kategorie von Fahrzeuglampen habe ich mich hauptsächlich auf Lampen des Typs P21/5W konzentriert.

Bestimmung der Grundfarbe

Die meisten getesteten Lampen sind weiß, einige sind jedoch gelb oder rot. Bei der Beschreibung der Lampenfarbe ist die Grundfarbe der wichtigste Parameter. Wenn der genaue Farbton wichtig ist, sollte man sich an der gemessenen Farbtemperatur orientieren. Blinker sollten in erster Linie gelbes Licht abgeben. Manche Brems- und hinteren Schlussleuchten benötigen kräftig rotes Licht, wenn das Leuchtengehäuse selbst nicht rot ist und keine weiße oder transparente Lampe verwendet. Auch diese Grundfarbe habe ich bestimmt. Sie ist angegeben im Google-Dokument.

Messungen für jede Lampe

Die Messungen der Helligkeit und des Energieverbrauchs habe ich bei 4 verschiedenen Spannungen durchgeführt:
- 14V (Fahrzeugmotor läuft),
- 13V (für den Test),
- 12V (Basiswert),
- 11V (für den Test),
- Zusätzlich messe ich die Einschaltspannung (die Mindestspannung, bei der die LED aufleuchtet).

Den photometrischen Test und die Messung des Flimmerns habe ich bei 14V (Fahrzeugmotor läuft) durchgeführt, da dies die hauptsächliche Betriebsspannung dieser Lampen ist.
Test der LED-Temperatur. Ich führe 3 Messungen durch:
- 10 Sekunden - für den Test.
- 30 Sekunden - um zu prüfen, ob die LED bei einer Grenztemperatur von 85°C als Signallampe geeignet ist.
- 60 Sekunden - um zu prüfen, ob die LED innerhalb der Grenze von 85°C bleibt und als DRL (Tagfahrlicht) verwendet werden kann.
- Wenn die Temperatur im zulässigen Bereich bleibt, führe ich zusätzlich nach 90 Sekunden eine Messung durch.
- Wenn die Lampe eine Glas- oder Kunststoffabdeckung hat, lässt sich die Temperatur des LED-Chips nicht korrekt messen. In diesem Fall messe ich den heißesten Teil der Lampe, normalerweise ihr Gehäuse. Dessen Temperatur liegt in der Regel 25-30°C unter der Temperatur des LED-Chips. Bei einem Kunststoffgehäuse kann die Temperatur des LED-Chips noch höher sein, da Kunststoff Wärme schlecht ableitet.
Die meisten meiner Tests führe ich mit Lampen P21/5W mit zwei Kontakten und Betriebsarten mit hoher/niedriger Leistung durch. Den Unterschied im Energieverbrauch zwischen diesen Betriebsarten finden Sie im Abschnitt mit zusätzlichen Parametern im Google-Dokument - auf dem Tabellenblatt "Car Signal/DRL Light". Den Helligkeitstest und die photometrischen Messungen führe ich bei hoher Leistung durch.

Weitere Eigenschaften der LED-Lampen und Kriterien für meine Empfehlungen:

Einige Lampen haben ein Aluminiumgehäuse. Das ist ein wesentlicher Vorteil: Das Gehäuse wirkt als Kühlkörper, führt Wärme ab und verlängert die Lebensdauer der LED.
Einige Lampen sind leistungsstärker als andere. Hat eine leistungsstarke, helle Lampe keinen guten Kühlkörper, überhitzt sie schnell, ihre Helligkeit sinkt und die LED altert rasch. Leistungsstarke, heiße Lampen lassen sich als Bremsleuchten oder Blinker einsetzen, da sie nur kurz eingeschaltet werden und zwischen den Einschaltphasen abkühlen können. Als DRL (Tagfahrlicht) sollte man sie jedoch besser nicht verwenden.
Verlassen Sie sich nicht auf die Nennleistung in Watt auf der Produktseite bei AliExpress - in den meisten Fällen entspricht sie mit wenigen Ausnahmen nicht der Realität. Anhand meiner Messungen können Sie die tatsächliche Leistung der Lampe, ihre Temperatur, Energieeffizienz und viele weitere Parameter überprüfen.
Meine abschließende Empfehlung berücksichtigt mehrere Parameter:
- Konstruktion/Qualität, Gesamteindruck
- Messergebnisse zur Wärmeabfuhr
- Energieeffizienz
- Helligkeit und ihre Stabilität. Die Helligkeit sollte mindestens 75% der Helligkeit einer herkömmlichen Halogenlampe betragen.

LED-Lampen, die ich in dieser Kategorie aus 64 getesteten Exemplaren empfehle:

CSL_18 - Sehr gute Lampe, gute Helligkeit (89% der Helligkeit einer Halogenlampe), Temperatur im zulässigen Bereich, beeindruckende Energieeffizienz, Leistung 4.7W. Als DRL geeignet. Preis - 3USD pro Lampe.
CSL_25 - Sehr gute Lampe! Gleichbleibend gute Helligkeit (76% der Helligkeit einer Halogenlampe), gleichbleibend sehr niedrige Temperatur, guter Aluminiumkühlkörper, durch die Linse gebündelter Lichtstrahl, gute Verpackung, Leistung 5.9W. Die beste Wahl für DRL. Preis - 3.4USD pro Lampe.
CSL_29 (Alternativer Link) - Sehr gute, stabile Helligkeit (103% der Helligkeit einer Halogenlampe), gute Wärmeabfuhr (Aluminiumkühlkörper), gute Energieeffizienz, Leistung 6W Für DRL geeignet. Preis - 3.8USD pro Lampe.
CSL_32 (Alternativer Link) - Gute Verpackung, robuste Konstruktion, Aluminiumkühlkörper, sehr hohe Helligkeit (156% der Helligkeit einer Halogenlampe), Leistung 9.8W, als DRL geeignet. Preis - 3.6USD pro Lampe.
CSL_34 (Alternative link) - Robuste Konstruktion, Aluminiumkühlkörper, stabile und sehr hohe Helligkeit (171% der Helligkeit einer Halogenlampe), sehr gute Energieeffizienz, Leistung 9.6W. Als DRL geeignet. Preis - 5.2USD pro Lampe.
CSL_46 - Hervorragende Aluminiumkonstruktion, gleichbleibend hohe Helligkeit (126% der Helligkeit einer Halogenlampe) bei verschiedenen Spannungen, Temperatur im zulässigen Bereich (bis zu 80°C nach 90 Sekunden), für DRL geeignet. Hohe Energieeffizienz. Leistung:7.1W Preis: 3.7USD pro Lampe.
CSL_48 (Alternativer Link) - Robuste Konstruktion, Aluminiumgehäuse, gute Helligkeit (79% der Helligkeit einer Halogenlampe), hervorragende Wärmeabfuhr (maximal 62°C nach 90 Sekunden), für DRL geeignet. Gute Energieeffizienz. Leistung:5.5W Preis: 6.3USD pro Lampe.
CSL_53 (Alternativer Link) - Kompakte Größe, hervorragende Helligkeit (105% der Helligkeit einer Halogenlampe), zulässige Temperatur (maximal 68°C nach 90 Sekunden, am Kühlkörper gemessen), für DRL geeignet. Beeindruckende Energieeffizienz. Leistung:6.1W Preis: 6.3USD pro Lampe.
CSL_62 (Alternativer Link) - Hervorragende Helligkeit (139% der Helligkeit einer Halogenlampe), gute Wärmeabfuhr (maximal 76°C nach 90 Sekunden, an den LED-Chips gemessen), für DRL geeignet. Gute Energieeffizienz. Leistung:8.6W Preis: 3.5USD pro Lampe.