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Stadmuseum Münster - LED Re-Lighting

Case Study Analyse Umrüstung bzw. Retrofit Strahler und Vitrinen auf LED

Kategorie: Kunst & Kultur, Specials

LED Licht im Museum - The Art of Lighting Art

Das Stadtmuseum Münster verfügt über einen großen und über die Jahre gewachsenen Bestand unterschiedlicher Strahler. Für die im Einsatz befindlichen Strahler mit Halogenlampen zur Ausleuchtung der Ausstellungen sind notwendige Ersatzlampen durch das EU-Lampenverbot nicht mehr erhältlich. Darüber hinaus waren der hohe Energieverbrauch und die hohen Wartungskosten durch die kurzen Lebenszyklen der analogen Lampen ausschlaggebend für ein Projekt zur Umrüstung auf nachhaltige LED Beleuchtung.

Seitens der Verantwortlichen des Stadtmuseums Münster stellte sich eine Frage, die so oder ähnlich zur Zeit in vielen Museen diskutiert wird: in wie weit kann man die vorhandenen Strahler, die im Prinzip ihre Aufgabe noch gut erfüllen, nachträglich und kostengünstig mit sog. LED-Retrofitlampen ausstatten, ohne bei Lichtqualität oder Funktionalität gravierende Abstriche machen zu müssen. In einem kompakten Projektumfang wurden KOBER Lichtplaner beauftragt, eine entsprechende Analyse durchzuführen.

Grundlage für die lichttechnische und elektrotechnische Untersuchung war folgender gemeinsam erarbeiteter Anforderungskatalog:

  • Sehr hoher Anspruch an Farbwiedergabe mit CRI höher als 90
  • Ähnliche Lichtverteilungen und Abstrahlwinkel nach der LED-Umrüstung
  • Saubere Lichtkegel ohne Schlieren, Artefakte oder Color-Over-Angle-Effekte
  • 3.000K Lichtfarbe mit maximal 2-3 SDMC Abweichung
  • Flackerfreie Dimmbarkeit mit On-Board-Dimmung bzw. Phasenabschnittsdimmung bis 50lx
  • Lange Lebensdauer und deutliche Energieeinsparung
  • Einhaltung der konservatorischen Anforderungen bzgl. UV- und IR-Schädigung

Eine erste Recherche zeigte schnell, dass es nur sehr wenige LED-Retrofit-Lampen am Markt gibt, die sich überhaupt für die Ansprüche musealer Beleuchtung eignen. Der überwiegende Teil der Retrofit-Lampen ist eher für den Privatbereich konzipiert. Mit ausgewählten Retrofit-LED-Lampen namhafter Hersteller wurden anschließend Tests und Probebeleuchtungen in den originalen Bestandsleuchten durchgeführt.

Die oben beigefügten Fotos zeigen einige der Untersuchungsergebnisse, welche im folgenden Abschnitt zusammengefasst werden:

Mechanische Kompatibilität
Nahezu alle getesteten Retrofitlampen haben gut in die gegebenen Sockel der ursprünglichen Halogenleuchtmittel gepasst, so dass die elektrische Verbindung gegeben war. Leider benötigt die LED-Technik jedoch gegenüber den analogen, ursprünglichen Halogenlampen etwas zusätzlichen Bauraum für Elektronik und Kühlung der Platinen, wodurch sämtliche Retrofitlampen nach vorne länger aufbauen als die Bestandslampen und somit aus den Strahlern herausragten, bzw. die Montage von Zubehör, Filtern oder Abschlussgläsern nur noch sehr bedingt möglich war.

Color Over Angle
Das Color Over Angle Phänomen besteht nicht nur bei LED-Retrofitlampen, sondern bei LED-Lichtquellen allgemein. Hintergrund des „Color Over Angle“ ist die sog. lambertsche Abstrahlung des Lichtstroms aus den LED-Chips unter einem Raumwinkel von meistens 180 Grad, wodurch die Lichtstrahlen in unterschiedlichen Winkeln auf die konvertierende Phosphorschicht des LED-Leuchtmittels treffen und somit die Lumineszenzschicht unterschiedliche Lichtfarben über den Abstrahlbereich konvertiert. Im Ergebnis führt das dazu, dass bis auf eine der getesteten LED-Lampen alle im Lichtkegel von innen nach außen einen Farbverlauf von kühlem/bläulichen Licht hin zu warmem/bräunlichen Licht an den Rändern aufweisen. Gerade für eine homogene Ausleuchtung großflächiger Gemälde ist dieser Farbverlauf störend. Für manche Anwendungen jedoch auch bis zu einem gewissen Grad akzeptabel.

Farbortabweichungen
LED Chips haben eine gewisse Produktionsstreuung in Bezug auf die abgegebene Lichtfarbe. Diese Abweichung bewertet man mit dem sog. SDCM-Wert. SDCM steht für Standard Deviation of Colour Matching, zu Deutsch „Standardabweichung der Lichtfarbe“. Vereinfacht gesagt ist der SDCM Wert ein Maß dafür, wie stark das Licht einer LED von der nominellen, das heißt im Datenblatt versprochenen Farbtemperatur bzw. Lichtfarbe abweicht. Insbesondere natürlich bei der Verwendung von vielen Leuchten muss die Streuung der Farbortabweichung von Strahler zu Strahler möglichst gering sein. Hersteller von integralen LED-Leuchten (also z.B. Strahler, die von Grund auf für LED-Technologie entwickelt worden sind) oder LED-Lampen können dieser Abweichung über eine qualitativ hochwertigere, enger selektierte LED-Chip-Auswahl (sog. Bins) entgegenwirken. Im Allgemeinen sind SDCM-Abweichungen von bis zu 2 Step-MacAdams Ellipsen vom menschlichen Auge nicht oder kaum wahrnehmbar und entsprechen höchster musealer Qualität. Die getesteten LED-Retrofitlampen lagen jedoch eher bei 3 bis weit über 5 SDCM Abweichung bei Lampen gleicher Art und wiesen damit sehr hohe und deutlich sichtbare produktionsbedingte Farbortabweichungen auf. Es zeigte sich, dass die Retrofitlampen die hohen musealen Anforderungen nur für gewisse Applikationen erfüllen können.

Schädigungsfaktor
Der Schädigungsfaktor des Lichtes bezieht sich auf die abgegebene UV- und IR-Strahlung, welche mehr oder weniger starke Schädigung der Exponate hervorrufen kann. Insbesondere Gemälde, Fotografien und stoffliche Exponate haben höchste konservatorische Anforderungen. Leider zeigte sich, dass bei den getesteten LED-Retrofitlampen die Herstellerangaben in Bezug auf den Schädigungsfaktor nur rudimentär vorhanden waren oder diese im Vergleich zu hochwertigen integralen LED Strahlern zu hoch waren. Mit hochwertigen LED-Strahlern modernster Art können z.B. durchweg Schädigungsfaktoren deutlich besser als mit bisherigen Halogenleuchtmitteln erreicht werden.

Dimmbarkeit
Die in den Bestandsstrahlern des Museums verbaute Dimmtechnik ist ausgelegt auf das Dimmen von Halogenlampen. Die Dimmung von LED-Leuchtmitteln verlangt andere elektrotechnische Prinzipien, wenn sie flackerfrei sein soll und man weit runterdimmen möchte. Auch hier zeigte sich, dass die alten Strahler bestückt mit modernen LED-Retrofitlampen keine befriedigenden Dimmergebnisse erzielen konnten.

Fazit der Untersuchung
Im Ergebnis zeichnet sich ab, dass der Einsatz von LED-Retrofitlampen in bestehenden Strahlern nur unter bestimmten Voraussetzungen mit wenigen speziellen Lampen sinnvoll ist. Man kann mit diesem Ansatz jedoch Teilmengen der Bestandsleuchten noch weiterverwenden, so dass nicht auf einen Schlag der ansonsten sinnvolle Austausch der analogen Halogenstrahler gegen spezielle LED-Museumsstrahler mit integrierter LED-Technik erfolgen muss. Hier gilt es für den jeweiligen Fall die richtige Strategie aus Retrofit und Komplettaustausch der Bestandsbeleuchtung zu finden.

Nach der Analyse der Strahlerbeleuchtung erfolgt im Stadtmuseum Münster nun gleiches Vorgehen für eine LED-Umrüstung der Vitrinenbeleuchtung.

Weitere Case Studies oder Services für LED Umrüstung im Museum finden Sie hier
Museum Draiflessen Collection
Museum Folkwang
LED Museumsworkshop