LED-Lampe E40: Aufbau, Eigenschaften, Anwendungsbereich

LEDs verdrängen systematisch nicht nur Haushaltsglühlampen, sondern auch industrielle Beleuchtungsanlagen. Der Wunsch zu sparen zwingt Unternehmer und Kommunalbehörden, nach energieeffizienteren Geräten zu suchen.

Eine hervorragende Option für die Beleuchtung großer Flächen ist die LED-Lampe E40, deren Bauweise mit vielen im Einsatz befindlichen Leuchten kompatibel ist.

In diesem Material werden wir über den Aufbau von LED-Lampen, ihre Varianten und Anwendungsbereiche berichten.

Aufbau der LED-Lampe

Dank des großen Sockeldurchmessers kann die LED-Lampe E40 problemlos viele elektronische Komponenten im Inneren aufnehmen. Ihr vergrößertes Gehäusevolumen ermöglicht eine gleichmäßige Wärmeverteilung und verhindert so eine Überhitzung des Produkts.

Dank ihrer konstruktiven Besonderheiten erhält die LED-Lampe E40 auch viele weitere Vorteile.

Allgemeine Konstruktionselemente

LED-Lampen E40 können im Aussehen stark variieren. Sie eint lediglich der Schraubsockeltyp mit einem Durchmesser von 40 mm. Trotz äußerlicher Unterschiede weist die Konstruktion dieser Lampen gemeinsame Merkmale auf.

Bevorzugt werden homogene offene Kühlkörper, die die Wärmeenergie direkt von der erhitzten Leiterplatte an die Umgebungsluft abgeben.

Die Hauptbestandteile sind die folgenden:

1. Diffusor. Er besteht aus einer matten, voluminösen Kunststoffhülle, die um die LEDs angeordnet ist. Er sorgt für eine möglichst gleichmäßige Lichtverteilung über den gesamten Lampenumfang.
2. LED-Chips, die direkten Lichtemitter. Sie befinden sich auf der Leiterplatte und können in drei Varianten vorliegen: SMD, COB, Filament.
3. Leiterplatte. Sie ist als wärmeleitende Metallplatte ausgeführt, die die Wärmeübertragung von den arbeitenden LED-Chips zum Kühlkörper unterstützt.
4. Aluminium- oder Metall-Kunststoff-Kühlkörper. Er befindet sich normalerweise zwischen Sockel und Glaskolben und hat eine Rippenform, die zur Vergrößerung der Wärmeabgabefläche der Lampe dient.
5. Treiber. Stellt eine Mikroschaltung dar, die die LED-Kristalle mit reduzierter Spannung und konstantem Strom versorgt. Ein hochwertiger Treiber sollte kein Flackern der Lampe während des Betriebs verursachen.
6. Dielektrischer Kunststoff- oder Keramikeinsatz, der den unter Spannung stehenden Sockel von den anderen strukturellen Elementen der LED-Lampe trennt.
7. Metallschraubsockel E40, Durchmesser 40 mm. Er dient zur Befestigung der Lampe in der Leuchte und gewährleistet die Stromübertragung von der Fassung zum Treiber.

Während der Sockel einer LED-Lampe vom Typ E40 immer gleich ist, können die äußere Form der Glaskolben und des Kühlkörpers stark variieren.

Ein leistungsstarker lichtemittierender Kristall erzeugt viel Abwärme. Um eine akzeptable Betriebstemperatur im Inneren solcher Lampen aufrechtzuerhalten, ist ein Kühlkörper mit großer Oberfläche erforderlich.

Daher sind die Abmessungen und die Form von LED-Geräten weitgehend durch ihre Leistung und andere technische Eigenschaften bestimmt.

Besonderheiten des Edison-Sockels

Der Buchstabe E in der Kennzeichnung des Schraubsockels verdankt seinen Ursprung dem Lampenerfinder Thomas Edison, der diese technische Lösung vor über 100 Jahren patentierte.

Seine Konstruktion hat sich aufgrund einer Reihe von Vorteilen seit einem Jahrhundert nicht verändert:

• Einfachheit und Robustheit der Montage;
• große Kontaktfläche mit der Innenfläche der Fassung;
• einfache Herstellung;
• Möglichkeit, zusätzliche Teile im Inneren des Sockels zu installieren.

Die gängigsten Formate von Schraubsockeln sind E14, E27 und E40. Die zweistellige Zahl in der Kennzeichnung gibt ihren Außendurchmesser an.

Wenn die Größe des Schraubsockels der Lampe kleiner ist als der Innendurchmesser der Fassung, kann man einen günstigen Adapter erwerben. Er ermöglicht, die Geräte aneinander anzupassen.

Der Sockel E40 wurde früher in Quecksilberdampflampen und Glühlampen verwendet. Seine große Größe war bedingt durch die Notwendigkeit, die Kontaktfläche mit der Fassung zu vergrößern, sowie durch das Bestreben, die Erwärmung des Glassockels an der engen Stelle zu reduzieren.

LED-Lampen E40 werden nur hergestellt, um die Kompatibilität mit alten Leuchten zu gewährleisten. Es gibt derzeit keine objektiven Gründe, solche großen Sockel zu verwenden.

Elektrische Prinzipschaltungen

Kosten und Zuverlässigkeit von LED-Lampen E40 hängen maßgeblich von Anzahl und Qualität der Treiberkomponenten ab. Und zugrunde liegt ein Mikrochip, der in verschiedenen funktionalen Varianten hergestellt werden kann.

In der einfachsten Ausführung besteht der Treiber aus einem kleinen Kondensator und einem Spannungsgleichrichter. Als Laststrombegrenzer dient ein SMD-Widerstand, der auf der LED-Platine angeordnet ist. Diese elementare Schaltung enthält nicht einmal einen Transformator, was die Verwendung einer genau festgelegten Anzahl von LEDs erzwingt.

Eine LED-Lampe mit einfachster Schaltung kann von einer Person mit grundlegenden Kenntnissen in der Elektronik repariert werden. Zum Umlöten einer defekten LED reichen lediglich ein Multimeter und ein Lötkolben aus.

In dieser günstigen Variante ist das Licht der Lampe pulsierend, was sich negativ auf die allgemeine Gesundheit von Personen in der Nähe auswirken kann.

Die komplexesten Treiber von LED-Lampen umfassen die folgenden strukturellen Elemente:

• einen Brückenspannungsgleichrichter mit kapazitivem Ballast, der den Eingangsstrom begrenzt;
• mehrere Kondensatoren erhöhter Kapazität, die auf verschiedenen Ebenen der Schaltung angeordnet sind;
• ein Rückkopplungssystem, das die Regelung der Spannungs- und Stromparameter ermöglicht;
• eine Dimmerschaltung, die eine stufenlose Regelung der Lampenhelligkeit ermöglicht.

Ein hochwertiger Treiber beseitigt die Pulsation der LED-Lampe vollständig und stabilisiert die an die LEDs angelegte Spannung.

Das große Innenvolumen einer LED-Lampe im Format E40 ermöglicht es, problemlos alle erforderlichen Mikroschaltungselemente darin zu platzieren.

Dies erhöht die Gesamtlebensdauer des Produkts und verbessert seinen Wirkungsgrad. Komplexe Schaltungen haben jedoch auch Nachteile:

• große Abmessungen;
• Reparaturschwierigkeiten;
• hohe Kosten.

Neben den beiden betrachteten elektrischen Schaltungen gibt es viele Zwischenvarianten des internen Treiberaufbaus. Von Verbrauchern werden Lampen unterschiedlicher Bauart nachgefragt. Beispielsweise reicht für die Nachtbeleuchtung von unbemannten Industrieanlagen eine Lampe mit einfachstem Treiber aus.

Varianten der LED-Lampen E40

Industrielle Beleuchtungsausrüstung ist konstruktiv viel vielfältiger als Haushaltsgeräte. Dementsprechend werden auch unterschiedliche Lampeneigenschaften benötigt. Große Bedeutung haben die Lichtrichtung, die Möglichkeit des Dauerbetriebs und der Gehäuseschutz.

Die Hersteller folgen der Nachfrage und bieten den Verbrauchern die folgenden Modifikationen von LED-Lampen an:

• staub- und feuchtigkeitsgeschützt;
• mit einer Betriebsspannung von 110 oder 220 V;
• mit einem Abstrahlwinkel von 120 bis 360 Grad;
• mit einer Leistung von 10 bis 500 W;
• aus Kunststoff, Aluminium oder hitzebeständigen Materialien;
• mit matter oder transparenter Kugel, mit offenen LEDs;
• mit Helligkeits- und Bewegungssensoren;
• dimmbar;
• vibrationsfest, explosionssicher.

Bei wenig bekannten Herstellern von LED-Lampen können zusätzliche Optionen eher ein Marketingtrick als ein echter Vorteil sein. Daher sollte beim Kauf die Beleuchtungsprodukte bekannter Marken bevorzugt werden.

Besonderheiten industrieller LED-Lampen

Beleuchtungsgeräte mit E40-Sockel werden nur im industriellen und öffentlichen Bereich eingesetzt. Haushaltsprodukte dieser Bauart werden einfach nicht hergestellt.

An industrielle Leuchten werden erhöhte Anforderungen an Zuverlässigkeit und Beständigkeit gegenüber äußeren Einflüssen gestellt. Daher weisen auch die darin verwendeten E40-LED-Lampen eine Reihe von Besonderheiten auf:

1. Der Leistungsfaktor beträgt 0,9–0,95, bei Haushaltslampen dagegen 0,7–0,9.
2. Die LEDs haben oft individuelle Linsen, die die Ausrichtung des Lichtstroms verändern.
3. Erweiterter Betriebstemperaturbereich. Der Treiber in E40-Lampen ist für Erhitzung bis 110–120 °C und Kühlung bis –50 °C ausgelegt.
4. Erhöhte Lebensdauer – bis zu 10 Jahre Dauerbetrieb.
5. Das Gehäuse ist oft vandalismusgeschützt, um mechanische Beschädigungen der LEDs zu verhindern.
6. Die Anordnung der LEDs auf der Platine ermöglicht einen Austausch bei Reparaturen.
7. Die meisten E40-Lampen sind gegen Wind, Regen und Staub geschützt.
8. Ein verstärkter Kühlkörper ermöglicht eine effektive Wärmeabfuhr im Dauerbetrieb.
9. Erhöhter Farbwiedergabeindex.
10. Im Gegensatz zu Quecksilberdampflampen benötigen LED-Lampen keine zusätzlichen Startgeräte.

Die oben beschriebenen Vorteile erhöhen die Kosten von LED-Lampen mit E40-Sockel erheblich. Aufgrund der höheren Zuverlässigkeit und der längeren Lebensdauer senken solche Produkte jedoch die Betriebskosten der Unternehmen. Einmal in die Leuchten eingebaut, können diese LED-Lampen mehrere Jahre lang ohne Bedenken genutzt werden.

LED-Lampen sind im Gegensatz zu Quecksilberlampen umweltfreundlich, verbrauchen weniger Strom und sind bei vergleichbarem Lichtstrom langlebiger.

Beleuchtungsgeräte mit E40-Sockel werden nur langsam durch moderne Modelle ersetzt. Der Grund ist das Fehlen neuer alternativer Standards für den Anschluss von auswechselbaren LED-Lampen. Ein weiteres Hemmnis für die Geräteerneuerung ist die Gleichgültigkeit der Industriekunden gegenüber Design und moralischer Veralterung der Geräte.

Anwendungsbereiche der E40-Lampen

Die Nische der Geräte mit gerichtetem Lichtstrom in der Industrie wird schon lange von LED-Scheinwerfern besetzt. Lampen mit E40-Sockel ist die Nische der diffusen Beleuchtung großer Flächen und Räume zugewiesen.

Kaltes Licht wird nachts von den Augen der Fahrer besser wahrgenommen, daher werden Straßen überwiegend mit E40-Lampen mit hoher Farbtemperatur beleuchtet.

Die Hauptanwendungsorte sind:

1. Außenbereiche von Industrieanlagen, Lagern, Verkehrsbetrieben und öffentlichen Einrichtungen.
2. Straßenlaternenpfosten.
3. Höfe von Privathäusern und Gartengrundstücken.
4. Einkaufs- und Unterhaltungszentren.
5. Produktionshallen mit hohen Decken.
6. Stadien.
7. Hangars.
8. Spielplätze.

Im Winter sind LED-Lampen vorteilhaft, da bei Schneefall auf sie kein Temperaturunterschied in verschiedenen Teilen des Gehäuses entsteht. Dadurch werden die Festigkeitseigenschaften ihrer Kolben nicht beeinträchtigt.

Der E40-Sockel ist ein Relikt der Vergangenheit, daher wird er in Zukunft wohl kaum in neuen Bereichen eingesetzt werden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

In den Videos werden LED-Lampen E40 in Betrieb gezeigt und ihre innere Struktur betrachtet.

Vergleich von LED-Lampen mit verschiedenen Sockeln:

Überblick und innerer Aufbau einer LED-Lampe E40:

Test einer leistungsstarken LED-Lampe E40 vom Typ 'Mais':

Der ursprüngliche E40-Sockel wird bei LED-Lampen immer seltener verwendet. Grund dafür ist der Wunsch der Hersteller, möglichst vielen Verbrauchern gerecht zu werden. Oft bestücken sie die Produkte des Formats E27 einfach mit einem Adapter auf einen größeren Durchmesser. Dies hindert LED-Lampen mit einem Sockeldurchmesser von 40 mm jedoch nicht daran, große Räume qualitativ hochwertig zu beleuchten und Geld für kommunale und gewerbliche Unternehmen zu sparen.

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