TECHNIK

 

FAQ - Lichttechnik

Hier finden Sie weiterführende Informationen zum Thema Lichttechnik

Lichttechnische Grundlagen

Sonnensimulationen und IR-Bestrahlungsanlagen werden vorwiegend für Prüfstände in den Bereichen Automotive, Military, Photovoltaik und Sonnenkollektoren eingesetzt.

Aber auch in anderen Bereichen werden immer häufiger Sonnensimulationen für Prüfanwendungen eingesetzt um die Einflüsse der Sonnenstrahlung unabhängig von der Außenwitterung unter Laborbedingungen zu testen. 

Anwendungsbereiche:

- Baustofftechnik

- Fassadenverkleidungen

- Funktionskleidung

- Pflanzen

- Außenmöbel

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Globalstrahlung (Spektrale Verteilung)

Die Normen für Sonnensimulationen mit Globalstrahlung orientieren sich hinsichtlich der spektralen Verteilung an der CIE Publikation 85, Tabelle 4. In den Normen sind spektrale Bereiche (z.B. UVB, UVA, VIS, IR) mit den jeweiligen Anteilen an der Gesamtbestrahlung definiert.

Sonnensimulationen werden mit zwei Qualitäten bezüglich der spektralen Verteilung angeboten:

- Mit Globalstrahlung                      (entspricht Klasse A/B nach IEC 60904-9)

- Mit global-ähnlicher Strahlung    (entspricht Klasse C nach IEC 60904-9)

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Bestrahlungsstärke

Die Bestrahlungsstärke ist der Begriff für die gesamte Leistung der eingehenden elektromagnetischen Energie, die auf eine Oberfläche trifft bezogen auf die Größe der Fläche. Sie wird in W/m² gemessen.

Die Bestrahlungsstärken für Sonnensimulationen sind in den entsprechenden Normen (z.B. DIN 75220, MILSTD 810) und Regularien festgelegt. Typische Bestrahlungsstärkewerte bewegen sich zwischen 850 und 1200 W/m². Ein wichtiger Standardwert sind 1000 W/m², dies entspricht der globalen Strahlungsleistung bei einem AM 1,5.

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AM (Air Mass)

AM bedeutet „Air Mass“ und beschreibt die Abschwächung des natürlichen Sonnenlichts bei verschiedenen Einstrahlwinkeln, verursacht durch den Weg durch die Erdatmosphäre. AM 1 bedeutet keine Abschwächung und beschreibt den direkten, senkrechten Weg (90°) durch die Atmosphäre. Bei AM 1.5 beträgt der Einstrahlwinkel 48°, hierbei wird eine Bestrahlungsstärke von 1000 W/m² erreicht.

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Bestrahlungsfläche

Als Bestrahlungsfläche wird bei Sonnensimulationen die Fläche bezeichnet, in der die Parameter Bestrahlungsstärke und Homogenität innerhalb der definierten Toleranzgrenzen erreicht werden. Die Größe der Bestrahlungsfläche richtet sich nach den max. Abmessungen des zu bestrahlenden Prüfobjekts, eine typische Größe für Ganzfahrzeug-Bestrahlungen sind z.B. 6 m x 2 m.

Als Bestrahlungsflächen können auch Körperoberflächen definiert sein, bei Fahrzeugen z.B. Dach, Motorhaube, Kofferraum und Seitenflächen. Die Vorgaben für Bestrahlungsstärke und Homogenität werden hierbei auf allen Teil-Oberflächen mit gleicher Qualität erreicht.

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Bestrahlungsabstand

Der Bestrahlungsabstand ist der fest definierte Abstand zwischen dem Leuchtenfeld und der optimalen Bestrahlungsfläche.

Bei Sonnensimulationen mit Bestrahlungsvolumen ist der Bestrahlungsabstand der definierte Abstand zur Referenzfläche, die Referenzfläche ist die Mittenebene im Prüfvolumen.

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Homogenität

Die Homogenität ist definiert über die maximalen +/- Abweichungen vom Sollwert der Bestrahlungsstärke in der Bestrahlungsfläche.

Bei Sonnensimulationen mit Bestrahlungsvolumen definiert die Homogenität die +/- Abweichungen vom Sollwert der Bestrahlungsstärke im gesamten Prüfvolumen.

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Leuchten

Die Basis-Komponenten für Leuchten zur Anwendung in Sonnensimulationen oder bei High-Speed-Filmaufnahmen sind Leuchtmittel, Reflektorsystem und Filterscheibe.

Als Leuchtmittel werden Halogen-Metalldampflampen oder LED-Leuchten verwendet. Die Leuchtmittel sind in unterschiedlichen Leistungsklassen, sowie als einfach oder doppelt gesockelte Ausführung erhältlich.

Die Leuchtmittel sind in unterschiedlicher Güte hinsichtlich der spektralen Eigenschaften verfügbar. Die Lebensdauer der Leuchtmittel mit Globalstrahlung beträgt ca. 1000 h, bzw. ca. 1600 Einschaltungen. Leuchtmittel mit global-ähnlicher Strahlung oder LED Strahlung verfügen über eine deutlich höhere Lebensdauer.

Die Reflektorsysteme der Leuchten sind auf einen größtmöglichen Wirkungsgrad, sowie hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik auf eine optimale Homogenität der Bestrahlungsstärke berechnet. Es sind unterschiedliche Reflektorsysteme verfügbar, die die individuellen Anforderungen der Bestrahlungsanlagen berücksichtigen. 

Für Beleuchtungssysteme im High-Speed-Bereich sind spezielle Reflektoren verfügbar, die eine hohe Beleuchtungsstärke und eine optimale homogene Ausleuchtung der Testszenarien garantieren.

Die Leuchten können mit unterschiedlichen Filtergläsern bestückt werden, die in Kombination mit dem eingesetzten Leuchtmittel, die geforderten Spektralanteile garantieren.

Die Filtergläser können an den Leuchten schnell und einfach getauscht werden, so können die Leuchten für unterschiedliche Test-Anforderungen genutzt werden.

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Zündgeräte

Zum Betreiben der Halogen-Metalldampflampen sind Zündgeräte mit Hochspannung erforderlich. Die Zündgeräte sind in der Leuchte integriert, da der Abstand Zündgerät zum Leuchtmittel möglichst gering gehalten werden muss. Die Leuchten können mit Kalt- und Heißzündgeräten ausgerüstet werden.

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Kaltzündung

Nach dem Ausschalten der Leuchte ist eine Wartezeit von ca. 5 – 10 min erforderlich, bis die Leuchte erneut gestartet werden kann.

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Heißzündung

Nach dem Ausschalten der Leuchte ist ein sofortiges Wiedereinschalten möglich.

Die benötigte Zündspannung ist bei Heißzündung wesentlich höher als bei Kaltzündung. Leuchten mit Heißzündung werden in spezieller Ausführungen hergestellt, um Probleme aufgrund der hohen Zündspannung auszuschließen.

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Vorschaltgeräte

Zur Versorgung der Leuchten werden elektronische Vorschaltgeräte eingesetzt. Die eingesetzten Vorschaltgeräte sind mit einer permanenten Regelfunktion der Ausgangsleistung ausgestattet.

Die eingestellte Bestrahlungsleistung wird durch permanente Regelung von Lampenspannung und Lampenstrom stabilisiert. Dadurch wird eine Leistungsstabilität besser ± 1 % erreicht.

Durch die Leistungskonstanz und dem Rechteck-Betrieb wird eine Verlängerung der Lampenlebensdauer gegenüber dem Sinusbetrieb (konventionelle Vorschaltgeräte) erreicht.

Vorschaltgeräte mit BOOST-Power:

Für Anwendungen im High-Speed-Bereich werden Vorschaltgeräte mit BOOST-Power eingesetzt. Die Vorschaltgeräte ermöglichen eine Verdoppelung der Lampenleistung für ca. 15 -20 Sekunden.

Da die Filmaufnahmen z.B. bei Crash- oder Airbagversuchen nur für einige Sekunden erfolgt, ist BOOST-Power eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative hohe Beleuchtungsstärken zu erzielen. Die Lebensdauer der Leuchten wird durch das Boosten nicht vermindert.

Vorschaltgeräte mit BOOST-Power sind in folgenden Leistungsklassen verfügbar:

Tageslicht-Leuchte mit 575 W       →      Boost auf 1200 W (200%)

Tageslicht-Leuchte mit 1200 W      →      Boost auf 2500 W (200%)

Tageslicht-Leuchte mit 4000 W      →      Boost auf 8000 W (200%)

(BOOST-Power auch für alle LED Leistungsklassen verfügbar)

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Anlagen-Steuerung

Die Bestrahlungs- und Beleuchtungsanlagen von BF-Engineering sind mit SPS-Steuerungen ausgerüstet.  Die Bedienung der Anlagen erfolgt am Touchpanel oder PC.

Die Bediensoftware ist speziell für Sonnensimulationen und Beleuchtungsanlagen entwickelt und bietet anwendungsorientierte Bedienung, sowie auf Testanwendungen abgestimmte Ausführungen.

Spezielle Programme z.B. für Konturbestrahlungen können auf die jeweiligen Kundenanforderungen angepasst werden.

Für Kleinanlagen oder einfache Anwendungen können die Anlagen auch mit einer „Handsteuerung“ über eine Bedieneinheit ausgerüstet werden.

Anbindungen der Anlagen an übergeordnete Leitsysteme sind obligatorisch.

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Mechanische Verfahrsysteme

 

Die Leuchten, Leuchtengruppen und Leuchtenfelder für Sonnensimulationen, Bestrahlungsanlagen und Beleuchtungsanlagen für High-Speed-Anwendungen sind mechanisch in Leuchtenrahmen befestigt. Die Leuchtenrahmen sind für die jeweiligen Temperatur-, Klima- und Strömungsbedingungen ausgelegt.

Die Leuchtenrahmen können mit den verschiedensten mechanischen Systemen oder Verfahrungsmöglichkeiten ausgestattet werden. Die Ausführung und Performance richtet sich nach den gewünschten Testszenarien, bzw. der gewünschten Flexibilität. Die Verfahrungen können für Repositionierungen und Zielfahrten mit Absolutdrehgebern ausgerüstet werden, auch für extreme Klima- und Temperaturbedingungen in den Prüfständen.

 

Verfahrsysteme für Sonnensimualtionen u. Bestrahlungsanlagen

  • Höhenverstellung der Leuchtenfelder
  • Horizontale Verfahrung der Leuchtenfelder
  • Komplett- oder Teilabklappungen der Leuchtenfelder
  • Komplexe Verfahrsysteme zur Nachbildung des Tagesganges
  • Shutter-System zur Tunnelsimulation
  • Gitter-Shutter-System zur Wolkensimulation oder spektral-neutralen Dimmung

 

Verfahrsysteme für High-Speed Beleuchtungsanlagen

  • Verfahrsysteme der Leuchtenfelder zur optimalen und flexiblen Ausleuchtung von Crash-Anlagen (Realcrash- und Schlittentests) mit Repositionierungsmöglichkeit
  • Mechanische Verstellsysteme für Einzelleuchten und Leuchtengruppen (manuell und motorisch)
  • Shutter-Systeme für Einzelleuchten und Leuchtengruppen zur Vermeidung von Abwärme auf den Testobjekten während der Anlaufphase (z.B. auf Dummies, Airbags)
  • Leuchten- und Shutter-Systeme für Tieftemperaturen (bis – 40°C)
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Messtechnik

Pyranometer zur Messung der Bestrahlungsstärke und Temperatursensoren (auch in Schwarz-Standard-Ausführung) werden in die Anlagensteuerung integriert.

Die damit verbundene Funktionalität reicht von einfacher Datenprotokollierung bis zur Realisierung von Regelfunktionen (Bestrahlungsstärke und/oder Temperatur) von Bestrahlungszonen im geschlossenen Regelkreis.

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KONTAKT

 

BF Engineering GmbH
Wallensteinstraße 5
D-82538 Geretsried

Bitte rufen Sie uns an oder schicken Sie uns ein Fax:

Telefon: +49-8171-3447-60
Fax: +49-8171-3447-69
Email: kontakt@bf-engineering.com
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