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Mit extremer Leistung

Systemkostenoptimierung und Produktdifferenzierung mit LEDs

14. April 2015, 9:30 Uhr | Kai Klimkiewicz

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Optikdesign und Entblendung

Optikdesign
Im Zusammenhang mit den XHP-LEDs ergeben sich für das Optikdesign neue Herausforderungen, aber auch neue Differenzierungsmöglichkeiten. Im Vergleich zu bisherigen LED-Anwendungen werden wesentlich weniger Lichtpunkte benötigt, das heißt die Anzahl von Kollimatoren etc. ist entsprechend geringer. Für Leuchtenhersteller ergibt sich daraus ein weiteres Einsparpotenzial, denn wenn sie auf qualitativ bessere Optiken setzen, können sie deren Anzahl reduzieren. Gegenüber den klassischen 1- bis 3-W-LEDs haben die XHP-LEDs allerdings eine größere emittierende Chipfläche.

Für das Design effizienter und engstrahlender Leuchten können dadurch Optiken mit größeren Durchmessern erforderlich werden.
Des Weiteren lassen sich mit der neuen SC5-Technologie-Plattform gezielt höhere Temperaturniveaus erreichen. Das kann je nach Linsenmaterial zu Schwierigkeiten führen, denn die Optiken können durch die höheren Temperaturen schneller vergilben. Gebräuchliche PMMA-Materialien sind für 0 bis maximal 80 °C ausgelegt und somit nicht mehr einsetzbar, wenn mit höheren LED-Temperaturen gearbeitet wird. Polycarbonat ist für Temperaturen von bis zu 110 oder 120 °C spezifiziert und deshalb besser für die Verwendung mit LEDs aus der SC5-Technologie-Plattform geeignet.

In den letzten Jahren haben viele Optikhersteller Silikon als Material für die Herstellung ihrer Kollimatoren entdeckt. Neben der flexibleren Optikgeometrie bringt der zulässige Temperaturbereich von bis zu 150 °C hier große Vorteile und dürfte ein großer Anreiz sein, auf Silikon-Optiken zurückzugreifen. Bereits heute sind Glaslinsen und beschichtete Glasreflektoren auf dem Markt, die den zulässigen Temperaturbereich der LEDs deutlich übertreffen und gleichzeitig neue Designmöglichkeiten eröffnen.

Entblendung
Rein physikalisch betrachtet erhöht sich durch eine höhere Leuchtdichte das Blendungsrisiko. Da bei einer Blen-dung zu viel Licht in eine nicht gewünschte Richtung gelenkt wird, spielt das optische Design eine besondere Rolle bei der Lösung des Problems. Im ersten Designschritt sollte das optische System so ausgelegt werden, dass
die Beleuchtungsaufgabe souverän und effizient gelöst wird. Dann müssen etwaige Störeffekte wie etwa die Blendung betrachtet werden. Abhilfe kann dann zum Beispiel über Shutter geschaffen werden. Wichtig ist dies etwa bei der Entwicklung von Bürobeleuchtung, bei der die Einhaltung der entsprechenden UGR-Werte (Unified Glare Rating) sichergestellt werden muss.

Der technische Spagat bei der Entblendung ist, die richtige Balance zwischen Systemeffizienz und Lichtqualität zu finden. Im Hinblick auf den Einsatz von Extreme-High-Power-LEDs sind die benötigten Lichtströme bei klassischen Innenraumbeleuchtungen mit normalen Deckenhöhen deutlich niedriger als bei Beleuchtungslösungen für Industriehallen oder Sportstätten. Dadurch fällt das Thema Entblendung hier weniger ins Gewicht. Im Gegensatz dazu wird bei den riesigen Strahlern für Sportstadien ein besonders hoher Lichtstrombedarf befriedigt und die potenzielle Blendgefahr ist groß.

Blickt ein Fußballspieler aus einem ungünstigen Winkel direkt in einen Strahler, kann er für einige Sekunden so geblendet sein, dass er nicht mehr aktiv am Spiel teilnehmen kann. Um solche Effekte weitestgehend zu vermeiden, sollte grundsätzlich (ähnlich wie bei der Betrachtung des UGR-Werts) von jeder möglichen Position im Raum die potenzielle Blendwirkung erfasst und bewertet werden, um wenn möglich Abhilfe schaffen zu können.

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Kai Klimkiewicz

arbeitet als Applikationsingenieur bei Cree Europe. Er betreut Kunden in Zentraleuropa bei der Planung, Auslegung und Umsetzung von LED-Projekten. Nach seinem Studium der Elektrischen Energietechnik arbeitete er zwölf Jahre lang in der Halbleiterdistribution, seit 2003 im Bereich Anwendungen von Hochleistungs-LEDs in der Beleuchtungstechnik, ehe er 2010 zu Cree wechselte.