Das Streben nach optimaler Lichtverteilung

Die optische Technologie in der Fahrzeugtechnik ist ein sehr herausforderndes Thema.
Es gestaltet sich als sehr schwierig,  eine Optik mit den gewünschten Anforderungen an Lichtverteilung zu konstruieren, wenn man aufgrund einer angegebenen Scheinwerfergrösse und/oder dem gewünschten Design begrenzt ist.

Per-Arne Torstensson ist Senior Optical Engineer bei TYRI in Schweden und Master of Science in Physical Engineering. Seine Arbeitsaufgabe besteht darin, Linsensysteme zu berechnen und zu konstruieren unter Beachtung der vom Kunden definierten Scheinwerfergrösse und dem definierten äusserem Design. Er erzählt uns hier, was zu beachten ist, wenn man eine optimale Lichtverteilung erreichen möchte.

Per-Arne arbeitet seit über 30 Jahren mit Optikfragen, die letzten drei davon bei TYRI in Schweden. ”Der Grund, warum ich mich bei TYRI beworben habe, war Light Tools, eines der sophistikiertesten Software Tools für optisches Design. Das hat meine Neugierde geweckt. Ich betrachtete es als eine interessante Herausforderung. Bei TYRI kann ich meine Kenntnisse in der Optik weiterentwickeln”, sagt Per-Arne.

Optische Technologie

Ein grosser Teil von Per-Arnes Arbeit beinhaltet die Gestaltung von optimaler Lichtverteilung in der Fahrzeugtechnik. ”Fahrzeuge haben oft sehr viele verschiedene Scheinwerfer angebaut, die für die bestmögliche Ausleuchtung auf die richtige Art kombiniert werden müssen. Die Scheinwerfer müssen trotz unterschiedlicher Eigenschaften gut zusammenarbeiten, um eine optimale Lichtverteilung um das Fahrzeug herum zu erreichen. Das ist eine ziemlich schwierige Aufgabe, und diese Kenntnisse möchten wir mit unseren Kunden teilen. Korrekte Beleuchtung an grossen Fahrzeugen ist ein Muss, um Sicherheit wie auch Produktivität zu gewährleisten”, sagt Per-Arne.

Linsenkonstruktion

Design in der Beleuchtung ist in den letzten Jahren immer wichtiger geworden. Insbesondere in der Automobilindustrie ist Lichtdesign ein sehr wichtiger Teil des Markenzeichens. TYRI entwickelt sehr gerne Produkte, die auf Designwünschen basieren. Manchmal ist es so, dass ein OEM bereits ein fertiges äusseres Design seines Scheinwerfers hat, die dann eine technische Herausforderung in der Optik mit sich bringt. Es ist Per-Arnes Aufgabe, äusseres Design und optische Technologie miteinander zu verheiraten.
Kompliziertes äusseres Design erfordert manchmal mehr als eine Linse. Die Linsen werden im Spritzgussverfahren hergestellt (Kunststoff wie beispielsweise Polycarbonat). Die berechnete Form der Linse muss während der ganzen Herstellung beibehalten werden. Da aber Kunststoff schrumpft, wenn es abkühlt, kann sich die Form verändern, was einen negativen Einfluss auf die Eigenschaften der Linse hat. Man kann dies bei der Berechnung der Linse vor dem Spritzgussverfahren kompensieren. Aber wenn man an mehreren Linsen arbeitet, kann das die Arbeit komplizieren.

Blendung

“Eine weitere wichtige Komponente meiner Arbeit mit der Optik ist es, eine Lichtverteilung zu erreichen, die so wenig wie möglich blendet.
In diesem Punkt ist unser patentiertes Beleuchtungssystem INTELLIlight einzigartig – es kann eine eventuelle Blendung durch automatisches Dimmen mithilfe von Lichtsensoren sehr einfach hantieren”, sagt Per-Arne.

Lichtverteilung und Lumen

Ein LED Modul verteilt Licht in verschiedene Richtungen, und das Linsensystem muss dann das Licht so steuern, dass die gewünschte Lichtverteilung zustandekommt. Wichtig zu wissen: Nur der Lumenwert alleine sorgt nicht für eine gute Lichtverteilung. Eine Lichtverteilung mit 2500 Lumen kann viel besser sein als eine Lichtverteilung mit 4000 Lumen, weil die 4000 Lumen mehr streuen können und dann das Blendrisiko grösser wird.

”Was die Lichteigenschaften besser beschreibt, ist die Intensitätsverteilung, in anderen Worten, wie gut sich das Licht aus verschiedenen Winkeln verteilt. Es geht dabei nicht um die maximalen Lumen eines LED-Arbeitsscheinwerfers. Viele Kunden machen den Fehler, dass sie nur auf den Lumenwert schauen. Das bedeutet aber nicht, dass sie die beste Lichtverteilung erhalten. Genauso wenig wie ein PKW nicht nur nach der Pferdestärke verglichen wird, denn diese sagt nichts darüber aus, wie schnell der Motor accelerieren kann oder was die Höchstgeschwindigkeit ist. Eine gute Lichtverteilung ist sehr viel komplizierter als die Lumen”, sagt Per-Arne.

“Viele Hersteller von LED Arbeitsscheinwerfern geben unterschiedliche Lumenwerte an. Hersteller aus China geben beispielsweise oft nur die theoretischen Lumenwerte an statt der effektiven (gemessenen) Werte. Den gemessenen Lumenwert erhält man, wenn das Licht das Linsensystem passiert hat. Im besten Fall können 75-80 % der theoretischen Lumen von einer Linse gesammelt werden. In schlechten Optiksystemen ist das nicht einmal die Hälfe der theoretischen Lumen”, sagt Per-Arne.