Ausfallursachen von LED-Lampen – die blinkende Lampe

Vor etwa einem Jahr habe ich meinen Eltern 4 LED-Lampen im GU-10 Gehäuse (für 230V AC) geschenkt, da ihre Led-Leuchtmittel viel zu dunkel waren.

Aufgrund schlechter Erfahrungen mit LED-Lampen aus vielen Einzel-LEDs habe ich welche mit 4x 1W Power-LEDs ausgewählt.
Doch nun nach gerade einmal einem Jahr sind zwei davon ausgefallen, beide mit dem Effekt das sie nach dem Einschalten eine Weile normal leuchten und dann anfangen zu blinken.

GU10-LED-Leuchtmittel

Das ist natürlich ein sehr lustiger Effekt, nur leider sieht man das sehr schnell anders, wenn man eigentlich sein Wohnzimmer damit beleuchten wollte.
Da bei mir bisher alle Leuchtmittel mit wenigen Power-LED keine Schwächen gezeigt haben, bin ich der Sache natürlich auf den Grund gegangen.

Also erstmal dieses chinesiche Materialkonglomerat in seine Einzelteile zerlegen.

GU10-LED-Leuchtmittel


Interessanterweise sind viele LED-Lampen ordentlich Handwerklich aus miteinander verschraubten Einzelteilen zusammengesetzt. Es ist auch in diesem Fall nichts zusamengeklebt. Die Linse (die mit Totalreflektion arbeitet) kann abgenommen werden, wenn man den äußeren Ring am Kühlkörper abschraubt.
Danach kann man den Kühlkörper vom Sockel ebenfalls durch Auseinanderschrauben trennen. Hier kommt eine kleine elektronische Schaltung zum Vorschein, der die ca. 15V / 0,3A für die 4 weißen LED aus der Netzspannung erzeugt. Bei LED-Lampen wird dieser Bausteil „Treiber“ genannt.

GU10-LED-Leuchtmittel

Hier sieht man auch schon die ersten beiden „Generalverdächtigen“, die Elektrolytkondensatoren. Diese kleine Baugruppe funktioniert mit dem winzigen Trafo nur, wenn die Netzspannung gleichgerichtet wird, und in eine viel höhere Frequenz zerhackt wird. Durch die schnellen Schwingungen kann man die nötige Energie durch diesen winzigen Trafo übertragen. Leider sorgen die dabei entstehenden pulsierenden Ströme auch für viel Streß in den kleinen Elektrolytkondensatoren. Die Abwärme der Lampe verstärkt die Alterungseffekte noch deutlich.
Um den Zustand der Kondensatoren für die Betriebsfrequenz annähernd zu beurteilen benutzt man ein ESR-Messgerät.
Der Vergleich mit einem neuen Kondensator erbrachte nur geringe Abweichung des ESR, die Kondensatoren sind also noch in Ordnung. Es muss also eine andere Ursache in Betracht kommen.

Auf der Rückseite verstecken sich übrigens die restlichen Bauteile des kleinen Schaltreglers.

GU10-LED-Leuchtmittel

Ein praktischer Test soll nähere Erkenntnisse zu Tage fördern.

Die Kühllamellen werden nach wenigen Minuten sehr heiß. Leider ist der Kühlkörper durch die Standart-Lampenform, die den „echten“ Hochvolt-Halogenlampen nachempfunden ist, sehr klein geraten um die anfallende Wärme abzuführen. Mit dem Infrarotthermometer auf der LED-Alukernplatine konnte ich messen, das der Blinkeffekt eintritt, wenn die LED-Platine 52 °C erreicht.

Das ist eigentlich schon in einem Bereich, der der Lebensdauer der LED und der Phosphor-Leuchtschicht nicht zuträglich ist. Doch der Fehler steckt weiter im Detail:

Die thermische Kopplung zwischen dem Lamellenkühlkörper und der Aluminiumplatine mit den LEDs ist schlecht. Hebt man die LED-Platine an, kann man zwar Wärmeleitpaste entdecken, jedoch ist diese schlecht verteilt und viel zu dick. Wärmeleitpaste soll die Luft aus den mikrorauhen Oberflächen der Materialien verdrängen. Ist sie jedoch zu dick aufgetragen verschlechter sich der Wärmeübergang wieder. Hier bei dieser Konstruktion ist Präzision von nöten, weil die Abmessungen der Kunststofflinse so genau zum Kühlkörper passen muss, dass der aufschraubbare Ring über die Linse die LED-Platine auf die Kühlfläche niederdrückt.

GU10-LED-Leuchtmittel

Eigentlich sollte die Wärmeleitpaste bei Erwärmung flüssig genug werden um sich selbst entsprechend zu Verteilen und nur eine dünne Schicht zu hinterlassen.
Hier kommt aber die Verarbeitung der Materialien ins Spiel, die dem Plan einen Strich durch die Rechnung macht. Die Linse wird nicht ausreichend stark auf die LED-Platine aufgedrückt da die Maße nicht genau genug sind. Außerdem liegt die Platine auf der Kühlfläche nicht richtig plan auf, weil die Ausfräsung für die Leitungsdurchführung nicht entgratet wurde. So wird es den LEDs ganz schön warm ums Herz. Zu warm.

Es sind bei den beiden Lampen je eine LED beschädigt. Herauszufinden welche defekt ist, funktioniert an einem ordentlichen Labornetzteil, welches auf Strombegrenzung eingestellt wird (und keine dicken Kondensatoren nach der Strombegrenzung haben darf).

Damit man die defekte LED identifizieren kann, muss alles wieder entsprechend erwärmt sein. Ich habe die beiden Drähte vom kleinen Schaltregler in der Lampe abgelötet und ans Labornetzteil angeschlossen, und die LED-Platine ohne den Kühler mit der Abwärme vorsichtig wieder auf „Blinktemperatur“ hoch geheizt. Danach dann eine LED nach der anderen Überbrückt, bis diejenige „ausgeschaltet“ war, die das Blinken verursacht.

Die LED ist defekt und muss ausgetauscht werden. Entweder macht man „Eins aus Zwei“ und nimmt die noch funktionierenden LEDs aus der zweiten Lampe als Ersatz her, oder man hat passende LED zum austauschen da. Das bleifreie China-Lot lässt sich sehr sehr schlecht Löten und braucht hohe Temperaturen um zu schmelzen, hilfreich kann es sein etwas normales Elektroniklot (mit 60% Blei) hinzuzugeben und es zusammenzulegieren, damit der Schmelzpunkt sinkt.
Mit Entlötlitze dann die Lötflächen „entzinnen“ und die LED herunternehmen. (Ich habe erst eine Seite mit einem Feinmechanikerschraubendreher angehoben, da das Bleifreie Lot unter dem Lötpad sehr hartnäckig war.)

Dabei bot sich noch eine weitere unschöne Überraschung:

GU10-LED-Leuchtmittel

Die metallenen Kühlflächen lagen nur so lose auf der Platine auf und waren weder mit Wärmeleitkleber, noch mit Lot (Lötpaste im Reflowprozess) noch mit einfacher Wärmeleitpaste auf die Aluminiumplatine „gekoppelt“.
Die kleinen dünnen Beinchen der LED können die entstehende Abwärme gar nicht ausreichend ableiten.

Bei so großen Temperaturschwankungen beim Ein- und Ausschalten dehnt sich das Plastikgehäuse der LED natürlich stark aus, und hat sicher einen größeren Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial und die Metallteile (Beinchen und Bondingdrähte am Halbleiter). So reißt der Bondingdraht am Halbleiter ab. Wird die LED wieder kühler, liegt das feine Drähtchen wieder an und die LED leuchtet, wird es dann wieder heiß, deht sich das Gehäuse aus und zieht den Draht wieder ein wenig zur Seite, die LED erlischt. Durch die Reihenschaltung der 4 LED wird der gesamte Stromkreis unterbrochen und die gesamte Lampe geht aus.
Es stellt sich eine Elektromechanische Schwingung ein, die etwa 1-2 Sekunden für eine Schwingungsperiode benötigt.

Ich habe dann den Kühlkörper entgratet, alle LED abgelötet, einen Hauch Wärmeleitpaste auf LED und Aluplatinenrückseite aufgetragen und alles wieder zusammengebaut.
Die äußere Luftdurchströmung am Lamellenkühlkörper lässt sich noch verbessern, wenn man an der Linse an mehreren Kreissegmenten (aber nicht überall, ein paar Stücken müssen wegen der Anpresswirkung stehen bleiben) 2-3 Millimeter vom Linsenrand abträgt, damit dort die Luft in die Lamellen einströmen kann. Es kann sich dann im optimalen Fall ein kleiner Kamineffekt bilden der für eine verbesserte Wärmeabfuhr sorgt.

Jetzt werde ich wohl die beiden anderen noch funktionierenden Lampen auch noch zu einem Rückruf in die Bastelstube mitnehmen, um sie ebenfalls wärmetechnisch in Ordnung zu bringen, bevor sie auch noch kaputt gehen.

Zum weiterlesen:
Es gibt noch eine zweite Art von elektronischer Spannungsanpassung im Lampensockel, die Burkhard Kainka auf seinen Bastelseiten beschreibt: Das Kondensatornetzteil.

11 Gedanken zu „Ausfallursachen von LED-Lampen – die blinkende Lampe“

  1. Bin durch Zufall auf diesen Artikel gestoßen.
    Es ist toll, einen so genauen Einblick (incl. detailierter Erklärung) in GU10 Led Spots zu bekommen.
    Sehr deutlich beschrieben.
    Grüße aus Belgien,
    Michael

  2. Hallo,

    ich habe an meinem Haus draußen ca. 15 x Gu 10 6Watt (3x2Watt) Chinalampen verbaut. Stückpreis bei abnahme von 20 war ca 4 Euro. Nach einem halben Jahr war ca. die hälfte der Led Lampen defekt. Sie haben nicht geblinkt, sie haben ganz schwach geleuchtet. Ich habe auch erst den Verdacht auf den Treiber geschoben (Kondensator) aber der Treiber hat ordnungsgemäß funktioniert. Danach bin ich an die Leds gegangen, welche sehr ähnlich der Abbildungen oben entsprechen. Auf jeder Platine war die letzte Led der Reihenschaltung immer defekt. Ich babe dann auf 7 defekten 4 funktionierende gemacht. Bei mir war allerdings Wärmeleitpaste unter den Leds…

    Sehr ärgerlich auf jedenfall… da lohnt es sich kaum auf leds umzusteigen.

    Danke noch für die schöne Beschreibung…

  3. Ein wirklich toller Beitrag, hoch interessant und zum nachmachen geeignet.

    Das geteilte Leid mit den Gu10 ist ein großes Ärgernis. Wenn man sieht was da drinnen verbraut ist und diese Teile in CO2 Aussstoß umrechnet kommt die Umwelt mit normalen Birnen vielleicht sogar besser.

    Gruß und vielen Dank für den Artikel

  4. Ebenfalls Hut ab, sehr gute Anleitung. Habe ebenfalls meine Wohnung mit GU10 LEDs ausgestattet. Bisher nur 2 Ausfälle. Die LEDs habe ich im Angebot bei OBI gekauft, 3 Stk für 15€.

  5. Danke fuer den Beitrag.

    WEnn meine Led´s aus China kommen bohre ich zuerst 2 x 6mm Loecher in das Plaste wo sich der Treiber befindet. der Unterschied ist deutlich.

  6. Danke für den Beitrag.
    Ich hatte schon so etwas in der Art vermutet.

    Nachdem nun endlich 50% meiner grünlich in chinesischem „Dunkellicht“ leuchtenden LED Lampen im Wohnzimmer an der „Flackerkrankheit“ verendet sind, habe ich diese gegen OSRAM MARKENlampen ausgewechselt.
    Diese leuchten nun nicht mehr im typisch grünlich chinesischen „Dunkellicht“, sondern in einem gelblichen Rosaton. Zusammen ergibt das ein oranges Gelb. Meine alten OSRAM LED Lampen mit E27 Sockel sind da viel besser!
    Warum nur?
    Des Rätsels Lösung seht in winziger Schrift auf der Verpackung: „Made in China“
    Danke OSRAM!

    Der Typ der Lampen:
    LED STAR
    PIN 40
    G9
    3,3W=40W

    1. Hallo,

      danke für die sehr gute Arbeit hier, zeigt mir das doch, dass ich nicht „ein trauriger Einzelfall“ bin.
      Mir ging es ähnlich: Vor etwa einem Jahr hatte ich meinen Niedervolt-Halogen-Kaltlichspiegelring auf Osram-Marken LED´s umgestellt. 12 Stück. Nach etwas weniger als einem Jahr, währenddessen die Beleuchtung nur wenige Stunden in Betrieb war, fielen von den insgesamt 12 MR16 Leuchtmitteln, denen im Zuge der Umstellung ein neuer, der Leistung angepasster Ringkerntrafo spendiert wurde drei (3!) Lampen aus. Nachgemessen wurde mit kalibrierten Messinstrumenten an den Lapensockeln maximal 11,4 V @50 Hz. Die 5 W LED-Spiegel hängen etwa 25 cm unter der Zimmerdecke im freien, und sind also gut belüftet. Beim Betrieb der alten Halogenlampen von 1993 bis Anfang Januar 2017 fielen während all der Jahre insgesamt vielleicht einmal drei Lampen aus. Und die waren vorher nicht von Orsram, sondern aus China…
      Nachdem ich mehrfach ausführlichst auf der sachlichen Ebene an den Hersteller, Fa. Osram berichtet habe, erhielt ich zwar Ersatzleuchtmittel. Einen Grund für den sehr frühen Ausfall nannte man mir nicht. Verbraucherzentrale und Politik ducken sich weg, sind „nicht zuständig“.
      Offenbar eine mächtige Lobby….
      Heute habe ich mir dann die Zeit genommen, eine der defekten Lampen zu öffnen: Es gibt sehr interessante Fotos, die ich mit meinem IPhone während der Analyse gemacht habe. Ganz nebenbei bin ich Dipl.- Ing. der Elektrotechnik. 1. Keine (!) Wärmeleitpaste zwischen COB und Alu-Kühler darunter. 2. Durch den Überstrom während des „Abbrennens der LED“ eine augenscheinlich erkennbar abgebrannte, mäanderförmige Leiterbahn beim SMD-Bauteil „L2“ und einer Anschlusslötstelle. Gerne schicke ich meine Fotos, und beantworte weitere Fragen.

      Noch einmal besten Dank, und weiterhin offene Augen.

  7. Erst mal Respekt, wieviel Arbeit Du da reingesteckt hast!
    Auch ich hatte Probleme mit meinen China-Strahlern. Manche fingen an zu flackern, andere blinkten oder flimmerten. Da man die Chinadinger gut zerlegen kann, wollte auch ich wissen, was da kaputt geht. Bei 3€ das Stück war das aber zu erwarten. Ich war erstaunt, wie ordentlich das alles verbaut war. Bei mir war sowohl unter den LED als auch unter der LED-Platine Wärmeleitpaste. Diese erschien mir aber etwas dick. Ich hab sie mit Spiritus abgewaschen und neue drauf getan. Da die Strahler ja nach dem Einschalten anfangs gehen, vermutete ich, wie Du, einen thermischen Fehler. Nach langer Suche fand ich jedoch heraus, dass die LED selber die Schuldigen waren. Einige haben einen Fabrikationsfehler, der sie nach dem Warmwerden aussteigen lässt. Dies ist in meinem Fall jedoch eine mechanische Sache. Wenn man sie etwas verspannt einlötet, funktionieren sie einwandfrei. Ich habe 10 LED verbaut, die mittlerweile allesamt krank wurden. Einige nach einem Tag, andere nach mehreren Wochen. Nach der „Reparatur“ von mir funktionieren sie nun alle seit Monaten einwandfrei. Da ich bei Reparaturen immer eine Markierung anbringe, hätte ich gemerkt, wenn eine ein zweites Mal gekommen wäre.
    Leider muss man das alles eher sportlich sehen. Zerlegen, reinigen, umlöten und zusammenbauen dauert schon auch mal 15Min.
    Da ist der Aufwand für einen 3€-Strahler eigentlich nicht gerechtfertigt. Aber man hat ja auch seinen Stolz und lässt sich nicht von ein paar Lämpchen unterkriegen 😉

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