Eine LED-Leuchte kann für den Menschen vollkommen ruhig erscheinen und trotzdem schnelle Helligkeitsschwankungen erzeugen. Im Rinderstall ist dieses Flimmern oder Flicker besonders relevant, weil das Sehvermögen von Kühen zeitliche Veränderungen anders verarbeitet als das menschliche Auge. Die DLG weist darauf hin, dass Rinder Bewegungen sehr gut wahrnehmen und ein zeitliches Auflösungsvermögen von bis zu etwa 60 Bildern pro Sekunde erreichen können. Sichtbares Flackern defekter Leuchten oder Vorschaltgeräte kann für die Tiere unangenehm sein.
Bei modernen LEDs entscheidet deshalb nicht allein das Leuchtmittel über die Lichtqualität. Netzteil, LED-Treiber und insbesondere die Art der Dimmung bestimmen, ob der Lichtstrom gleichmäßig abgegeben wird oder stark pulsiert. Wer eine LED-Beleuchtung im Kuhstall plant, sollte Flicker deshalb genauso prüfen wie Lux, Lichtverteilung, Farbtemperatur und Schutzart.
Was bedeutet Flicker bei LED-Leuchten?
Flicker bezeichnet schnelle zeitliche Schwankungen der Lichtleistung. Eine Leuchte wird dabei innerhalb kürzester Zeit heller und dunkler. Je nach Frequenz und Stärke der Schwankungen kann der Mensch das als sichtbares Flackern wahrnehmen – oder überhaupt nicht bemerken.
Bei Wechselstrom tritt grundsätzlich eine zeitliche Veränderung der elektrischen Versorgung auf. Wie stark sich diese auf den Lichtstrom auswirkt, hängt von der verwendeten Elektronik ab.
Bei einer guten LED-Leuchte sorgt das Betriebsgerät dafür, dass die LED möglichst gleichmäßig versorgt wird. Eine technisch einfach aufgebaute oder schlecht gedimmte Leuchte kann dagegen stark pulsieren.
Deshalb ist LED nicht automatisch flimmerfrei.
Warum sieht man LED-Flimmern häufig nicht?
Das menschliche Auge kann sehr schnelle Änderungen irgendwann nicht mehr als einzelne Helligkeitsschwankungen unterscheiden. Die Leuchte erscheint dann kontinuierlich hell.
Diese Grenze wird als Flimmerfusionsfrequenz bezeichnet. Sie hängt unter anderem von Helligkeit, Kontrast, Position im Gesichtsfeld und der jeweiligen Tierart ab.
Dass der Mensch kein Flackern sieht, beweist deshalb nicht, dass die Lichtleistung konstant ist.
Auch eine Smartphone-Kamera ist nur ein begrenzt zuverlässiges Prüfmittel. Dunkle Streifen oder wandernde Balken auf dem Kamerabild können zwar auf eine Pulsation hinweisen. Dass keine Streifen zu sehen sind, belegt aber nicht automatisch eine flimmerfreie Beleuchtung.
Nehmen Kühe Flimmern anders wahr als Menschen?
Das Sehvermögen von Rindern unterscheidet sich in mehreren Punkten vom menschlichen Sehen. Die DLG beschreibt ein hohes Bewegungsauflösungsvermögen und nennt für Rinder bis zu etwa 60 Bilder pro Sekunde. Sie weist ausdrücklich darauf hin, dass flimmernde oder flackernde defekte Leuchten und Starter für Rinder unangenehm sein und Stress auslösen können.
Die genaue Wahrnehmungsgrenze lässt sich allerdings nicht als einfache feste Hertz-Zahl für jede Situation definieren. Flimmerwahrnehmung hängt von mehreren Faktoren ab. Deshalb wäre die Aussage „ab 60 Hz sehen Kühe kein Flimmern mehr“ zu einfach.
Für die Praxis ist eine andere Konsequenz wichtiger: Eine Stallleuchte sollte möglichst geringe zeitliche Lichtschwankungen erzeugen und nicht lediglich eine Frequenz knapp oberhalb einer angenommenen Wahrnehmungsgrenze erreichen.
Frequenz allein reicht zur Bewertung nicht
Bei Flicker wird häufig nur nach der Frequenz gefragt: 100 Hz, 500 Hz, 1.000 Hz oder mehr.
Eine hohe Frequenz ist grundsätzlich günstig, aber sie beschreibt nur einen Teil des Problems.
Ebenso wichtig ist die Modulationstiefe. Sie beschreibt vereinfacht, wie stark die Helligkeit zwischen Maximum und Minimum schwankt.
Zwei Leuchten können beispielsweise beide mit 1.000 Hz pulsieren. Bei der ersten schwankt der Lichtstrom nur minimal, bei der zweiten wird die LED innerhalb jedes Zyklus fast vollständig ein- und ausgeschaltet. Für die Bewertung sind diese beiden Lichtquellen nicht gleichzusetzen.
Eine seriöse Flickerprüfung betrachtet deshalb Frequenz und Stärke der Lichtschwankungen.
Warum können LEDs überhaupt flimmern?
Eine LED reagiert sehr schnell auf Veränderungen des elektrischen Stroms. Das ist technisch ein Vorteil, bedeutet aber auch, dass Schwankungen der Stromversorgung unmittelbar als Lichtschwankungen sichtbar beziehungsweise messbar werden können.
Ursachen können unter anderem sein:
- einfache oder minderwertige LED-Treiber,
- ungeeignete Netzteile,
- schlechte Spannungsregelung,
- inkompatible Dimmer,
- Pulsweitenmodulation,
- alternde elektronische Komponenten,
- Defekte im Betriebsgerät.
Das eigentliche LED-Modul kann also technisch einwandfrei sein, während das vorgeschaltete Betriebsgerät problematisches Flicker erzeugt.
Beim Produktvergleich sollte deshalb die komplette Leuchte einschließlich Vorschaltelektronik bewertet werden.
Dimmung kann Flicker verstärken
Besonders relevant ist Flicker bei dimmbaren Stallleuchten.
LEDs können auf unterschiedliche Weise gedimmt werden. Zwei wichtige Verfahren sind die Konstantstrom- beziehungsweise Stromdimmung und die Pulsweitenmodulation, kurz PWM.
Bei einer Stromdimmung wird der Strom durch die LED reduziert. Die LED leuchtet kontinuierlich, aber schwächer.
Bei der Pulsweitenmodulation wird die LED dagegen sehr schnell ein- und ausgeschaltet. Je länger die Ausschaltphasen innerhalb eines Zyklus sind, desto geringer ist die durchschnittliche Helligkeit.
Für das menschliche Auge können diese Schaltvorgänge so schnell stattfinden, dass das Licht gleichmäßig erscheint. Messtechnisch bleibt die Pulsation jedoch vorhanden.
Ist PWM im Rinderstall grundsätzlich ungeeignet?
Nein. Die Aussage „PWM ist immer schlecht“ wäre zu pauschal.
Entscheidend sind Frequenz, Modulation und technische Ausführung. Eine sehr schnell arbeitende PWM kann deutlich weniger problematisch sein als ein System mit niedriger Pulsfrequenz und großer Modulationstiefe.
Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin empfiehlt für Arbeitsbereiche mit beweglichen Maschinenteilen, Pulsweitenmodulation möglichst zu vermeiden und gegebenenfalls Konstantstromdimmung einzusetzen. Sie nennt außerdem Modulationsfrequenzen oberhalb von 1.000 Hz als Möglichkeit, deutlich sichtbares Flimmern beziehungsweise Flackern zu reduzieren.
Für Stallleuchten bedeutet das: Nicht allein nach „dimmbar“ fragen. Entscheidend ist, wie die Leuchte gedimmt wird und wie sie sich bei verschiedenen Dimmstufen verhält.
Eine Leuchte kann bei 100 Prozent gut und gedimmt schlecht sein
Gerade dieser Punkt wird bei der Auswahl von Stallbeleuchtung häufig übersehen.
Ein Hersteller kann eine Leuchte bei voller Leistung mit sehr geringen Flickerwerten anbieten. Wird dieselbe Leuchte anschließend auf 50 oder 20 Prozent gedimmt, kann sich die zeitliche Lichtverteilung deutlich verändern.
Das hängt vom eingesetzten Treiber und Dimmverfahren ab.
Eine Flickerprüfung sollte deshalb nicht ausschließlich bei voller Leistung erfolgen. Besonders interessant sind die Dimmstufen, die später im realen Stall häufig genutzt werden.
Bei einer tageslichtabhängigen Lichtsteuerung kann eine Leuchte viele Stunden täglich mit reduzierter Leistung betrieben werden. Schlechte Flickerwerte ausschließlich im gedimmten Zustand wären dann praktisch besonders relevant.
Tageslichtsteuerung macht gute Dimmung wichtiger
Moderne Stallbeleuchtung kombiniert häufig Zeitschaltung, Tageslichtsensor und dimmbare LEDs.
Bei ausreichend natürlichem Licht reduziert die Steuerung die künstliche Beleuchtung. Erst wenn der Tageslichteinfall sinkt, erhöht sie die LED-Leistung wieder.
Diese Technik kann Energie sparen und die gewünschte Beleuchtungsstärke weitgehend konstant halten. Voraussetzung ist jedoch eine technisch saubere Dimmung.
Eine gute LED-Beleuchtung im Kuhstall sollte deshalb nicht nur bei voller Leistung getestet und bewertet werden. Auch der häufig genutzte Teillastbereich gehört zur Planung.
Flicker und der stroboskopische Effekt sind nicht dasselbe
Zeitliche Lichtschwankungen können unterschiedliche Effekte auslösen.
Von Flicker spricht man vereinfacht bei wahrgenommenen oder messbaren zeitlichen Helligkeitsschwankungen.
Der stroboskopische Effekt betrifft dagegen die Wahrnehmung bewegter Objekte. Schnell rotierende oder bewegte Teile können unter pulsierendem Licht scheinbar stillstehen, langsamer laufen oder sich anders bewegen als tatsächlich.
Im landwirtschaftlichen Betrieb ist das auch ein Arbeitsschutzthema.
Mögliche Bereiche sind beispielsweise:
- Ventilatoren,
- Motoren,
- Fördertechnik,
- Pumpen,
- rotierende Werkzeuge,
- andere bewegte Maschinenteile.
Die Technischen Regeln für Arbeitsstätten verlangen deshalb, dass Flimmern und Pulsation nicht zu Unfallgefahren oder Ermüdung führen dürfen.
Flicker betrifft damit Kuh und Mensch
Bei Stallbeleuchtung werden Tier- und Arbeitsplatzanforderungen häufig getrennt diskutiert. Beim Thema Flicker überschneiden sie sich.
Für die Tiere geht es um eine möglichst störungsarme visuelle Umgebung.
Für Mitarbeiter geht es zusätzlich um Sehkomfort, Ermüdung und Arbeitssicherheit.
Eine flimmerarme Leuchte ist deshalb kein spezielles Komfortmerkmal ausschließlich für die Kuh. Sie gehört zu einer technisch guten Beleuchtungsanlage für den gesamten Stall.
Welche Flickerwerte sollte eine LED haben?
Bei modernen Lichtquellen werden zunehmend standardisierte Messgrößen verwendet.
Zwei wichtige Kennzahlen sind:
PstLM – bewertet kurzzeitiges sichtbares Flimmern.
SVM – bewertet die Sichtbarkeit stroboskopischer Effekte bei bewegten Objekten.
Die EU-Ökodesign-Anforderungen sehen für erfasste LED- und OLED-Lichtquellen bei Volllast grundsätzlich einen PstLM-Wert von höchstens 1,0 vor. Für den stroboskopischen Effekt gilt grundsätzlich ein SVM-Wert von höchstens 0,4, wobei für bestimmte Anwendungen Ausnahmen bestehen.
Diese Grenzwerte wurden für menschliche Wahrnehmung und Produktsicherheit entwickelt. Sie sind deshalb keine speziellen Grenzwerte für Rinder.
Trotzdem sind PstLM und SVM nützliche technische Angaben, wenn verschiedene LED-Produkte miteinander verglichen werden.
Gibt es einen gesetzlichen Flicker-Grenzwert speziell für Kühe?
Ein allgemein verbindlicher deutscher Grenzwert wie „Rinderstallbeleuchtung muss unter X Prozent Flicker liegen“ besteht in dieser Form nicht.
Das ist ein Grund, warum die Produktauswahl schwieriger ist als beispielsweise der Vergleich von Watt oder Lumen.
Die DLG bietet jedoch Prüfungen von Stallleuchten an, bei denen unter anderem die Flimmerfreiheit bewertet werden kann. Dabei werden Frequenz und Modulationstiefe gemessen, gegebenenfalls auch bei verschiedenen Dimmstufen.
Ein bestandener unabhängiger Test kann deshalb bei Stallleuchten eine nützliche zusätzliche Information sein.
„Flicker-free“ sollte mit Messwerten belegt sein
Bezeichnungen wie:
- flicker-free,
- flimmerfrei,
- tierfreundliches Licht,
- speziell für Rinder entwickelt
sind allein noch keine technischen Messwerte.
Bei einer größeren Investition sollte deshalb nach konkreten Angaben gefragt werden.
Sinnvolle Fragen an Hersteller oder Anbieter sind:
- Wie wurde Flicker gemessen?
- Gibt es PstLM- und SVM-Werte?
- Welche Modulationstiefe wurde ermittelt?
- Welche Frequenz tritt auf?
- Wie verändern sich die Werte beim Dimmen?
- Wurde die komplette Leuchte einschließlich Treiber geprüft?
- Gibt es einen unabhängigen Prüfbericht?
Je konkreter die Antworten ausfallen, desto besser lassen sich Produkte vergleichen.
Warum ein einfacher Flicker-Prozentwert nicht alles sagt
Manche Hersteller geben einen Wert wie „Flicker < 1 %“ oder „Flicker 5 %“ an.
Das kann hilfreich sein, reicht für eine vollständige Bewertung aber nicht immer aus.
Ein prozentualer Flickerwert beschreibt in der Regel die Stärke der Helligkeitsschwankung. Die Frequenz wird dadurch jedoch nicht automatisch berücksichtigt.
Eine geringe Modulation bei niedriger Frequenz und eine hohe Modulation bei extrem hoher Frequenz sind unterschiedliche Situationen.
PstLM und SVM wurden gerade deshalb entwickelt, um zeitliche Lichtartefakte differenzierter zu bewerten.
Für den landwirtschaftlichen Betrieb gilt: Je mehr belastbare Messdaten ein Hersteller zur Verfügung stellt, desto besser.
Flackernde alte Leuchtstofflampen schnell ersetzen
Flicker ist nicht erst mit LED-Technik entstanden.
Gerade ältere Leuchtstofflampen mit konventionellen Vorschaltgeräten können deutlich flackern. Verschlissene Starter, alternde Röhren und technische Defekte verstärken das Problem.
Typische Warnzeichen sind:
- sichtbares Flackern beim Einschalten,
- wiederholtes Zünden,
- unregelmäßige Helligkeit,
- flackernde Röhrenenden,
- Leuchten, die zeitweise ausgehen und wieder starten.
Solche Leuchten sollten nicht bis zum vollständigen Ausfall weiterbetrieben werden.
Die DLG beschreibt flimmernde oder flackernde defekte Leuchten und Starter ausdrücklich als unangenehm für Rinder.
Auch neue LEDs können schlechte Flickerwerte haben
Der Wechsel von Leuchtstofflampen auf LED beseitigt das Problem nicht automatisch.
Preisgünstige LED-Produkte können eine einfache Vorschaltelektronik besitzen, die starke Lichtstromschwankungen erzeugt.
Deshalb sagt die Bezeichnung „LED“ zunächst nur etwas über die Art der Lichterzeugung aus, nicht über die zeitliche Qualität des Lichtes.
Bei der Auswahl einer Stallleuchte sind mindestens folgende Punkte getrennt zu betrachten:
| Eigenschaft | Aussage |
|---|---|
| Lumen | erzeugter Lichtstrom |
| Lux | Beleuchtungsstärke im Stall |
| Kelvin | Farbtemperatur |
| CRI/Ra | Farbwiedergabe |
| PstLM | sichtbares kurzfristiges Flicker |
| SVM | stroboskopischer Effekt |
| IP-Schutzart | Schutz gegen Staub und Wasser |
| Ammoniakbeständigkeit | Eignung für Stallluft |
| Dimmverfahren | Art der Leistungsregelung |
Eine hohe Lichtausbeute von beispielsweise vielen Lumen pro Watt sagt damit nichts darüber aus, ob eine Leuchte stark flimmert.
Flicker am Melkroboter vermeiden
Am automatischen Melksystem stehen Kühe während des Melkvorgangs regelmäßig unter denselben Leuchten. Gleichzeitig werden solche Bereiche häufig unterschiedlich stark beleuchtet und teilweise gedimmt.
Gerade hier sollte deshalb auf eine hochwertige Vorschaltelektronik geachtet werden.
Zusätzlich benötigt der Mensch ausreichend Licht für Kontrolle, Reinigung und Wartung. Ein stroboskopischer Effekt kann in einem technischen Bereich mit bewegten Komponenten auch arbeitsschutzrelevant sein.
Die besonderen Anforderungen des Bereichs werden im Beitrag Beleuchtung am Melkroboter ausführlicher behandelt.
Kann man Flicker mit dem Smartphone testen?
Ein Smartphone kann einen ersten Hinweis liefern, ist aber kein zuverlässiges Messgerät.
Wenn man eine Kamera auf eine problematische Leuchte richtet, können dunkle Streifen oder wandernde Muster sichtbar werden. In Zeitlupe lassen sich manche Pulsationen noch deutlicher erkennen.
Das Verfahren hängt jedoch stark ab von:
- Bildrate,
- Belichtungszeit,
- Kamerasensor,
- Kameraautomatik,
- Frequenz der Leuchte.
Eine Leuchte kann deshalb im Smartphone-Video unauffällig aussehen und trotzdem messbare Lichtschwankungen besitzen.
Für einen professionellen Vergleich oder eine Abnahme der Anlage sollte ein geeignetes Flickermessgerät beziehungsweise ein entsprechender Prüfbericht verwendet werden.
Bei der Messung auch verschiedene Dimmstufen prüfen
Eine Flickermessung sollte die tatsächlichen Betriebsbedingungen abbilden.
Eine sinnvolle Prüfung umfasst beispielsweise:
- 100 Prozent Leistung,
- 75 Prozent,
- 50 Prozent,
- 25 Prozent,
- niedrige Nacht- oder Dämmerungsstufe, sofern vorgesehen.
Besonders bei sehr niedriger Dimmung können sich manche Treiber anders verhalten als bei voller Leistung.
Die DLG weist bei ihren Prüfungen von Stallleuchten ausdrücklich darauf hin, dass Frequenz und Modulationstiefe gegebenenfalls auch bei unterschiedlichen Dimmstufen untersucht werden.
Flimmerfreie Beleuchtung ist nur ein Teil guter Lichtqualität
Eine technisch flimmerfreie LED kann trotzdem für einen Rinderstall ungeeignet sein.
Wenn die Leuchte beispielsweise:
- stark blendet,
- große Hell-Dunkel-Zonen erzeugt,
- zu wenig Lux liefert,
- eine ungeeignete Lichtverteilung besitzt,
- nicht ammoniakbeständig ist,
- nicht gegen Feuchtigkeit geschützt ist,
bleibt die Gesamtanlage problematisch.
Flicker sollte deshalb als ein Qualitätsmerkmal innerhalb des gesamten Beleuchtungskonzepts betrachtet werden.
Auch die Lichtfarbe für Milchkühe und die benötigte Beleuchtungsstärke im Kuhstall müssen zur jeweiligen Anwendung passen.
Worauf beim Kauf flimmerfreier Stallleuchten achten?
Für einen Produktvergleich lohnt sich eine feste Checkliste.
Flimmerdaten: PstLM, SVM oder andere nachvollziehbare Messwerte anfordern.
Dimmverhalten: Prüfen, ob Messwerte auch für Teillast angegeben werden.
Treiber: Hersteller und technische Eigenschaften des Betriebsgeräts berücksichtigen.
Dimmverfahren: Nachfragen, ob Stromdimmung, PWM oder ein anderes Verfahren eingesetzt wird.
Unabhängige Prüfung: DLG-Test oder vergleichbare Prüfberichte bevorzugen, wenn verfügbar.
Stallbeständigkeit: IP-Schutzart und Ammoniakbeständigkeit getrennt prüfen.
Lichtplanung: Flickerfreiheit ersetzt keine geeignete Luxverteilung.
Garantie: Nicht nur auf LED-Module, sondern auch auf Treiber und komplette Leuchte achten.
Gerade der Treiber ist ein wichtiger Bestandteil der Anlage. Ein hochwertiges LED-Modul mit minderwertigem Betriebsgerät ergibt noch keine hochwertige Stallleuchte.
Bestehende Stallbeleuchtung auf Flicker prüfen
Auch eine bereits installierte Anlage sollte kontrolliert werden, insbesondere wenn einzelne Leuchten auffällig werden.
Hinweise können sein:
- sichtbares Flackern,
- unterschiedliche Helligkeit baugleicher Leuchten,
- Probleme nur bei bestimmten Dimmstufen,
- wiederholtes Ein- und Ausschalten,
- auffälliges Verhalten nach Erwärmung der Leuchte.
Defekte Leuchten sollten zeitnah repariert oder ersetzt werden.
Bei einer größeren Anlage kann zusätzlich eine professionelle Messung sinnvoll sein. Das gilt besonders dann, wenn technische Daten der vorhandenen Leuchten fehlen oder unterschiedliche Fabrikate und Treiber miteinander kombiniert wurden.
Flimmerfrei allein reicht nicht – aber Flicker sollte vermeidbar sein
Rinder nehmen ihre visuelle Umgebung anders wahr als Menschen. Die DLG weist insbesondere auf ihr gutes Bewegungssehen hin und bewertet flimmernde beziehungsweise flackernde defekte Stallleuchten als belastend für die Tiere.
Bei modernen LEDs entsteht Flicker vor allem durch die Kombination aus Leuchtmittel und Vorschaltelektronik. Gerade beim Dimmen kann sich das Verhalten einer Leuchte deutlich verändern. Deshalb sollte eine Stallleuchte nicht allein nach Watt, Lumen, Kelvin und Preis ausgewählt werden.
Für neue Anlagen sind nachvollziehbare Flickerwerte, hochwertige LED-Treiber und ein sauberes Dimmverfahren sinnvolle Auswahlkriterien. Bei größeren Investitionen können unabhängige Prüfberichte zusätzliche Sicherheit geben.
Eine flimmerarme LED ersetzt keine gute Lichtplanung. Zusammen mit gleichmäßiger Ausleuchtung, passenden Luxwerten, einer geeigneten Lichtfarbe und einer klaren Tag-Nacht-Steuerung gehört sie jedoch zu einer technisch hochwertigen Stallbeleuchtung für Rinder.
Quellen
- DLG – Merkblatt 415: Beleuchtung und Beleuchtungstechnik im Rinderstall. Angaben zum Bewegungssehen von Rindern sowie zur Bedeutung flimmernder und flackernder Leuchten im Rinderstall.
DLG-Merkblatt 415 öffnen - DLG – Sehen, Hören, Riechen wie eine Kuh: Was wir für die Praxis lernen können. Fachbeitrag zur visuellen Wahrnehmung von Rindern und zur Bedeutung von LED-Flicker im Stall.
DLG-Fachbeitrag öffnen - Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin – Beleuchtung/Licht. Hinweise zu Flicker, Pulsweitenmodulation, Konstantstromdimmung und zur Vermeidung stroboskopischer Effekte.
BAuA-Information öffnen - BAuA – ASR A3.4 Beleuchtung und Sichtverbindung. Anforderungen, nach denen Flimmern und Pulsation nicht zu Unfallgefahren oder Ermüdung führen dürfen.
ASR A3.4 öffnen - EU-Verordnung 2019/2020 – Ökodesign-Anforderungen für Lichtquellen. Grenzwerte und Messgrößen PstLM und SVM für zeitliche Lichtartefakte bei erfassten LED- und OLED-Lichtquellen.
EU-Verordnung bei EUR-Lex öffnen - DLG – Prüfung Elektro Elco Liteline IP66+ 1500. Beispiel einer DLG-Prüfung, bei der Frequenz und Modulationstiefe zur Bewertung der Flimmerfreiheit einer Stallleuchte untersucht werden.
DLG-Prüfbericht öffnen
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