Lichttechnische Größen und Einheiten – DIN 5031
💡 Lumen, Lux, Candela – Was ist der Unterschied?
In der Lichttechnik gibt es mehrere Größen, die oft verwechselt werden. Diese Tabelle zeigt alle lichttechnischen Größen nach DIN 5031 und IES TM-30, ihre Einheiten, Formeln und Zusammenhänge. Die Definitionen entsprechen dem SI-Einheitensystemund internationalen Normen.
Grundgrößen der Lichttechnik
| Größe | Einheit | Definition (technisch) | Anschaulich | Beispiel | Messung |
|---|---|---|---|---|---|
Lichtstrom (Φ) Symbol: Φ | Lumen (lm) | Gesamte von einer Lichtquelle abgegebene sichtbare Strahlungsleistung Φ = ∫ Iv(ω) dΩ | Wie viel Licht die Lampe insgesamt erzeugt | LED-Lampe 10W → 800 lm | Ulbricht-Kugel (Integrating Sphere) |
Beleuchtungsstärke (E) Symbol: E | Lux (lx) | Lichtstrom pro Flächeneinheit, der auf eine Fläche trifft E = Φ / A = Iv / r² | Wie hell eine Fläche beleuchtet wird | Büro-Schreibtisch → 500 lx | Luxmeter (Beleuchtungsstärkemesser) |
Lichtstärke (I) Symbol: I oder Iv | Candela (cd) | Lichtstrom pro Raumwinkel in eine bestimmte Richtung I = Φ / Ω = E × r² | Wie stark das Licht in eine Richtung strahlt | LED-Spot 15° → 500 cd | Goniophotometer |
Leuchtdichte (L) Symbol: L | Candela pro m² (cd/m²) | Lichtstärke pro Flächeneinheit einer leuchtenden oder reflektierenden Fläche L = I / A = E × ρ / π | Wie hell eine Fläche für das Auge erscheint (Blendung!) | LED-Panel → 5.000 cd/m² | Leuchtdichtemesser (Luminance Meter) |
Lichtausbeute (η) Symbol: η | Lumen pro Watt (lm/W) | Verhältnis von Lichtstrom zu elektrischer Leistung η = Φ / P | Effizienz der Lichtquelle (je höher, desto besser) | LED → 100-150 lm/W, Glühbirne → 10-15 lm/W | Lichtstrom ÷ Leistungsaufnahme |
Zusammenhänge und Umrechnung
| Von → Zu | Formel | Beschreibung | Beispiel | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
Lichtstrom (lm) → Beleuchtungsstärke (lx) | E = Φ / A Φ = E × A | Lichtstrom verteilt auf Fläche | 1.000 lm auf 10 m² → 100 lx | Raumbeleuchtung planen |
Lichtstärke (cd) → Beleuchtungsstärke (lx) | E = I / r² I = E × r² | Photometrisches Entfernungsgesetz | 100 cd in 2m Abstand → 25 lx | Spotbeleuchtung berechnen |
Lichtstrom (lm) → Lichtstärke (cd) | I = Φ / Ω Φ = I × Ω | Lichtstrom pro Raumwinkel (Ω in Steradiant) | 1.000 lm gleichmäßig → 79,6 cd | Abstrahlcharakteristik bestimmen |
Beleuchtungsstärke (lx) → Leuchtdichte (cd/m²) | L = E × ρ / π E = L × π / ρ | Abhängig vom Reflexionsgrad ρ (Lambert-Strahler) | 500 lx, ρ=0,8 → 127 cd/m² | Blendung bewerten (UGR) |
Leistung (W) → Lichtstrom (lm) | Φ = P × η P = Φ / η | Abhängig von Lichtausbeute η | 10W LED (100 lm/W) → 1.000 lm | Energieverbrauch berechnen |
💡 Merkhilfe: Lumen (lm) ist die "Quelle",Lux (lx) ist das "Ziel". Candela (cd) ist die "Richtung". Leuchtdichte (cd/m²) ist die "Helligkeit fürs Auge" (Blendung!).
Typische Werte verschiedener Lichtquellen
| Lichtquelle | Lichtstrom (lm) | Lichtstärke (cd) | Lichtausbeute (lm/W) | Leuchtdichte (cd/m²) | Hinweis |
|---|---|---|---|---|---|
| Kerze | ~12 lm | ~1 cd (definiert) | ~0,2 lm/W | ~5.000 cd/m² | Historische Definition der Candela |
| Glühbirne 60W | 710 lm | ~60 cd (mittlere) | 12 lm/W | ~50.000 cd/m² | Ineffizient, 2012 EU-Verbot |
| Halogenlampe 50W | 900 lm | ~1.000 cd (Spot) | 18 lm/W | ~100.000 cd/m² | Höhere Leuchtdichte als Glühbirne |
| LED-Lampe 10W | 800-1.000 lm | ~50-500 cd (je nach Optik) | 80-100 lm/W | ~5.000-20.000 cd/m² | Moderne LEDs erreichen 150+ lm/W |
| LED-Panel 40W | 4.000 lm | ~300 cd | 100 lm/W | ~3.000 cd/m² (UGR <19) | Große Fläche = niedrige Leuchtdichte |
| LED-Spot 15W (15°) | 1.200 lm | ~10.000 cd | 80 lm/W | ~150.000 cd/m² | Enger Abstrahlwinkel = hohe Lichtstärke |
| Leuchtstoffröhre T8 36W | 2.900 lm | ~200 cd | 80 lm/W | ~8.000 cd/m² | Lange Linie, geringe Leuchtdichte |
| Sonne (direkt) | nicht anwendbar | nicht anwendbar | ~95 lm/W (sichtbar) | ~1,6 × 10⁹ cd/m² | Blendung! Nie direkt anschauen |
Beleuchtungsstärke-Beispiele (Lux)
| Situation | Beleuchtungs- stärke (lx) | Beschreibung |
|---|---|---|
| Sternenlicht (klare Nacht) | 0,001 lx | Gerade noch sichtbar (Nachtsicht) |
| Vollmond (klare Nacht) | 0,25 lx | Orientierung möglich |
| Notbeleuchtung (Fluchtweg) | 1 lx | Mindestanforderung EN 1838 |
| Straßenbeleuchtung | 10-30 lx | Verkehrssicherheit |
| Flur / Treppenhaus | 100 lx | DIN EN 12464-1 |
| Wohnzimmer | 100-300 lx | Gemütlich, Grundbeleuchtung |
| Büro (Schreibtisch) | 500 lx | DIN EN 12464-1 Mindestanforderung |
| Technisches Zeichnen | 750 lx | Präzisionsarbeit |
| Feinmontage (Industrie) | 1.000-1.500 lx | Sehr feine Arbeiten |
| OP-Saal (Operationsfeld) | 10.000-100.000 lx | Extreme Präzision erforderlich |
| Bewölkter Tag (Schatten) | 1.000-10.000 lx | Diffuses Tageslicht |
| Sonniger Tag (Schatten) | 10.000-25.000 lx | Indirektes Sonnenlicht |
| Direkte Sonne (Sommer, Mittag) | 100.000 lx | Maximale natürliche Beleuchtung |
📊 Logarithmische Skala beachten!
Beleuchtungsstärke variiert um 10 Größenordnungen (0,001 lx bis 100.000 lx). Das menschliche Auge passt sich an (Adaptation), aber zu große Unterschiede im Sichtfeld führen zu Blendung! Mehr zur Beleuchtungsstärke-Messung.
- Faktor 10: Deutlich sichtbarer Unterschied
- Faktor 100: Sehr großer Unterschied (Adaptation nötig)
- Faktor 1.000: Extreme Blendung möglich!
Leuchtdichte und Blendung
| Anwendung | Leuchtdichte (cd/m²) | Bewertung | Hinweis |
|---|---|---|---|
| Hintergrundbeleuchtung (UGR <19) | < 3.000 cd/m² | Blendfrei (Büro) | EN 12464-1 konform |
| LED-Panel (UGR <22) | < 5.000 cd/m² | Geringe Blendung | Industrie akzeptabel |
| Bildschirm (typisch) | 100-300 cd/m² | Optimal für Auge | Zu hell → Ermüdung |
| Weißes Papier (500 lx) | ~120 cd/m² | Ideal zum Lesen | Reflexion, nicht selbstleuchtend |
| LED direkt sichtbar | > 100.000 cd/m² | Starke Blendung | Abschirmung erforderlich! |
| Sonne (direkt) | ~1,6 × 10⁹ cd/m² | Extreme Blendung | Augenschäden möglich! |
⚠️ Leuchtdichte ≠ Beleuchtungsstärke!
Häufiger Irrtum: Hohe Lux-Zahl bedeutet nicht automatisch Blendung. Entscheidend ist die Leuchtdichte (cd/m²) der sichtbaren Flächen!
- Großes LED-Panel (0,6 m²)
- Leuchtdichte: 3.000 cd/m²
- UGR < 19 (Büro-konform)
- Große Fläche = geringe Leuchtdichte
- Kleine LED direkt sichtbar (1 cm²)
- Leuchtdichte: 100.000 cd/m²
- UGR > 28 (starke Blendung)
- Kleine Fläche = hohe Leuchtdichte
💡 Fazit: Lux messen (Arbeitsplatz), aber Leuchtdichte beachten (Blendung vermeiden)! Mehr zu UGR-Grenzwerten.
Umrechnungsbeispiele (Schritt für Schritt)
1. Raum 20 m², benötigt 500 lx
2. LED-Spot 100 cd in 3m Abstand
3. LED-Lampe 10W, 100 lm/W
4. Weiße Wand, 500 lx, ρ = 0,8
5. 1.000 lm gleichmäßig in alle Richtungen
Raumwinkel (Steradiant)
| Beschreibung | Raumwinkel Ω | Abstrahlwinkel | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Vollkugel (alle Richtungen) | 4π sr ≈ 12,57 sr | 360° × 360° | Theoretische Rechnung (isotrope Quelle) |
| Halbkugel (Halbraum) | 2π sr ≈ 6,28 sr | 180° Halbkugel | Deckenleuchte (nur nach unten) |
| LED 120° Abstrahlwinkel | ~3,14 sr | 120° Kegelwinkel | Standard LED-Lampe (E27) |
| LED-Spot 40° | ~0,38 sr | 40° Kegelwinkel | Akzentbeleuchtung |
| LED-Spot 15° (sehr eng) | ~0,05 sr | 15° Kegelwinkel | Punktbeleuchtung, Galerie |
💡 Raumwinkel erklärt: Wie der "Öffnungswinkel" im Raum (nicht nur 2D). Einheit: Steradiant (sr). Vollkugel = 4π sr. Kleine Raumwinkel → hohe Lichtstärke (Spot)!
Häufige Fragen
Warum steht auf LED-Lampen nur Lumen, nicht Lux?
Lumen (lm) ist eine Eigenschaft der Lampe – unabhängig davon, wo sie eingesetzt wird. Hersteller können Lumen im Labor messen (Ulbricht-Kugel).
Lux (lx) hängt von Raumgröße, Abstand, Reflexion ab – das kann der Hersteller nicht vorhersagen. Deshalb nur Lumen auf Verpackung.
Praxis: Lumen kaufen, Lux am Arbeitsplatz messen! Nutzen Sie unseren Lux-Lumen-Rechner.
Ist mehr Lumen immer besser?
Nein! Kommt auf Anwendung an:
• Raumbeleuchtung: Ja, mehr Lumen = mehr Lux (bei gleicher Fläche)
• Spot/Akzent: Nicht unbedingt. Lichtstärke (cd) wichtiger als Lumen!
• Leselampe: Zu viele Lumen = Blendung
Faustregel: Pro m² Wohnraum ~100 lm, Büro ~300 lm (grob). Besser: Nach Lux-Wert nach EN 12464-1 planen!
Warum ist Candela eine SI-Basiseinheit, aber Lumen nicht?
Historische Gründe: Candela (cd) wurde 1979 als SI-Basiseinheit definiert, weil Lichtstärke direkt messbar ist (Goniophotometer).
Lumen (lm) ist abgeleitet: 1 lm = 1 cd × 1 sr (Candela × Steradiant).
Definition Candela (seit 1979): Die Lichtstärke einer monochromatischen Strahlung (540 THz, grünes Licht) mit Strahlstärke 1/683 Watt pro Steradiant.
Praxis: Egal für Anwender – beide Einheiten sind fest definiert!
Kann ich Lumen in Watt umrechnen?
Nur mit Lichtausbeute! Lumen (lm) ist Licht, Watt (W) ist elektrische Leistung. Zusammenhang über Lichtausbeute η (lm/W):
Formel: Φ (lm) = P (W) × η (lm/W)
Beispiele:
• Glühbirne: η ≈ 12 lm/W → 60W = 720 lm
• Halogen: η ≈ 18 lm/W → 50W = 900 lm
• LED: η ≈ 100 lm/W → 10W = 1.000 lm
Fazit: "Watt" sagt nichts über Helligkeit aus – nur Lumen zählt! (Aber: Mehr Lichtausbeute = weniger Stromkosten.)
Was ist der Unterschied zwischen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte?
Beleuchtungsstärke E (lx): Wie viel Licht auf eine Fläche fällt(z.B. Schreibtisch). Messung mit Luxmeter.
Leuchtdichte L (cd/m²): Wie hell eine Fläche für das Auge erscheint(selbstleuchtend oder reflektierend). Messung mit Leuchtdichtemesser.
Zusammenhang: L = E × ρ / π (ρ = Reflexionsgrad)
Praxis:
• Lux planen (Arbeitsplatz hell genug?)
• Leuchtdichte prüfen (Blendung vermeiden, UGR)
Beispiel: Büro 500 lx (Tisch), aber LED-Panel nur 3.000 cd/m² (blendfrei). Mehr zu UGR und Blendung.
Wie viel Lumen pro m² brauche ich?
Faustregel (vereinfacht):
• Wohnzimmer: 100-150 lm/m²
• Küche: 200-300 lm/m²
• Büro: 300-400 lm/m²
• Werkstatt: 400-600 lm/m²
Aber Achtung: Dies gilt nur für Grundbeleuchtung mit guter Lichtverteilung (hohe Decke, helle Wände). Präziser: Nach Lux-Wert planen (DIN EN 12464-1), nicht pauschal nach lm/m²!
Tipp: Nutzen Sie unseren Raumbeleuchtungsrechnerfür genaue Berechnung.
Was ist ein Steradiant (sr)?
Steradiant (sr) ist die Einheit des Raumwinkels – das 3D-Äquivalent zum 2D-Winkel (Grad).
Definition: Ein Steradiant ist der Raumwinkel, der auf einer Kugeloberfläche eine Fläche ausschneidet, die dem Quadrat des Radius entspricht (A = r²).
Vollkugel: 4π sr ≈ 12,57 sr (alle Richtungen)
Halbkugel: 2π sr ≈ 6,28 sr
Praxis: Kleine Raumwinkel (z.B. 0,05 sr bei 15° Spot) → hohe Lichtstärke (cd). Große Raumwinkel (z.B. 3 sr bei 120° Flood) → niedrige Lichtstärke, aber breite Verteilung.
Formel: I (cd) = Φ (lm) / Ω (sr)
Warum haben LEDs höhere Lichtausbeute als Glühbirnen?
Glühbirne: Erzeugt Licht durch Erhitzen eines Drahtes → 95% Energie wird Wärme, nur 5% Licht → 10-15 lm/W
LED: Erzeugt Licht durch Halbleiter-Rekombination (Elektrolumineszenz) → 30-40% Lichtausbeute → 80-150 lm/W
Effizienzvergleich:
• Glühbirne 60W → 710 lm (12 lm/W) → 60W Stromverbrauch
• LED 7W → 700 lm (100 lm/W) → nur 7W für gleiche Helligkeit!
Fazit: LEDs benötigen ~10× weniger Strom für gleiche Helligkeit. Zusätzlich: Längere Lebensdauer (50.000h vs 1.000h).
Normen & Standards
📋 Deutsche und internationale Normen
Die lichttechnischen Größen sind international standardisiert. Nachfolgend die wichtigsten Normen und Standards:
Grundlagennorm für lichttechnische Größen. Definiert Begriffe, Einheiten, Messmethoden. Teil 1-10 (verschiedene Aspekte). Basis für alle Lichttechnik-Normen.
Messmethoden für Lichtstrom (Ulbricht-Kugel), Beleuchtungsstärke (Luxmeter), Leuchtdichte. Teil 7: Klassifizierung von Luxmetern (A, B, C).
Verwendet lichttechnische Größen (Lux, UGR) für Arbeitsplatz-Anforderungen. Praktische Anwendung von DIN 5031. Details in unserer DIN 12464-1 Tabelle.
Internationale IES-Norm (Illuminating Engineering Society) für Farbwiedergabe und photometrische Messungen. Ergänzt DIN-Normen um amerikanische Standards.
Standardisierte Methoden zur photometrischen Charakterisierung von LED-Produkten. International anerkannte Testverfahren für Lichtstrom, Lichtverteilung und Farbwiedergabe.
CIE (Commission Internationale de l'Éclairage) Testmethoden für LED-Lampen. Weltweite Referenz für photometrische und kolorimetrische Messungen.
Candela (cd) ist SI-Basiseinheit seit 1979. Lumen (lm), Lux (lx) sind abgeleitete Einheiten. Weltweit einheitliche Definition, Basis aller photometrischen Messungen.