Abstrahlwinkel – Winkelbreite des Lichtaustritts einer Leuchte – Photometrie

Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel ist ein grundlegender Begriff in der Lichtplanung und Photometrie. Er bezeichnet die Winkelausdehnung des von einer Leuchte ausgesandten Lichts, gemessen zwischen zwei Richtungen von der Strahlachse, bei denen die Lichtstärke auf 50 % ihres Maximalwerts fällt (engl. Full Width at Half Maximum, FWHM). Angegeben in Grad (°), bestimmt der Abstrahlwinkel, wie gebündelt oder diffus das Licht erscheint. Schmale Winkel (<30°) erzeugen einen fokussierten Lichtstrahl für Akzent- oder Präsentationszwecke, während breite Winkel (>60°) eine gleichmäßige Allgemeinbeleuchtung bieten.

Der Abstrahlwinkel wird durch fotometrische Messungen mit einem Goniophotometer ermittelt. Die Ergebnisse werden in Polardiagrammen visualisiert und in IES-Dateien dokumentiert, die die Grundlage für Lichtberechnungen in Architektur, Industrie und Luftfahrt bilden. Beispielsweise projiziert eine Leuchte mit einem Abstrahlwinkel von 20° einen kleinen, intensiven Lichtfleck – ideal zur Hervorhebung von Kunstwerken oder Beschilderungen –, während ein 120°-Abstrahlwinkel einen ganzen Raum oder eine offene Fläche sanft ausleuchtet.

In regulierten Bereichen wie Flugplätzen ist die Wahl des Abstrahlwinkels entscheidend: Internationale Standards (z. B. ICAO Annex 14) schreiben genaue Winkelverteilungen für Rollbahn-, Taxiway- und Anflugbeleuchtung vor, um Piloten optimale Orientierung und Sicherheit zu bieten. Der korrekte Abstrahlwinkel gewährleistet Normkonformität, verhindert Blendung und minimiert Lichtverschmutzung.

Feldwinkel

Der Feldwinkel beschreibt die gesamte sichtbare Ausbreitung eines Lichtstrahls und wird als der Winkel zwischen den Richtungen definiert, in denen die Lichtstärke auf 10 % des Spitzenwerts fällt. Der Feldwinkel umfasst das periphere „Randlicht“ außerhalb des Hauptstrahls und ist entscheidend für Anwendungen, bei denen sowohl der Kern- als auch der Übergangsbereich der Beleuchtung relevant sind.

Beispielsweise sorgt der Feldwinkel in der Bühnenbeleuchtung dafür, dass ein Schauspieler auch bei Bewegung vollständig ausgeleuchtet bleibt. In der Architektur- und Luftfahrtbeleuchtung hilft der Feldwinkel zu prognostizieren, wie viel Licht angrenzende Flächen oder Rollbahnen erreicht, um Gleichmäßigkeit und Normkonformität zu gewährleisten. Der Feldwinkel ist stets gleich groß oder größer als der Abstrahlwinkel. Beide Werte finden sich in fotometrischen Diagrammen und Produktdatenblättern.

CBCP (Center Beam Candlepower)

Center Beam Candlepower (CBCP) ist die maximale Lichtstärke (in Candela, cd), die entlang der Strahlachse (0°) eines Lichtkegels abgegeben wird. CBCP quantifiziert die höchste Helligkeit, die auf eine Zieloberfläche trifft – entscheidend für Anwendungen, die gebündeltes, besonders intensives Licht erfordern.

CBCP wird bei fotometrischen Messungen ermittelt und ist insbesondere für Scheinwerfer, Suchscheinwerfer und Anflugbeleuchtung in der Luftfahrt relevant, bei denen Lichtstrahlen Wetter durchdringen oder große Distanzen überwinden müssen. Eine Leuchte mit engem Abstrahlwinkel und hohem CBCP bündelt das Licht auf einen kleinen Punkt; eine mit breitem Winkel und gleichem Lichtstrom (Lumen) erzielt einen niedrigeren CBCP-Wert. CBCP ist ein zentrales Auswahlkriterium für präzise, aufgabenspezifische Beleuchtung.

Lichtstärke

Die Lichtstärke quantifiziert die Menge des in eine bestimmte Richtung abgegebenen sichtbaren Lichts, gemessen in Candela (cd). Sie beschreibt, wie viel Licht in einem bestimmten Winkel ausgesendet wird und bildet die Grundlage für alle Berechnungen gerichteter Beleuchtung. Im Gegensatz zum Lichtstrom (Lumen), der die Gesamtabgabe in alle Richtungen angibt, fokussiert die Lichtstärke auf eine Richtung.

Lichtstärkedaten werden mit einem Goniophotometer gemessen und in Polardiagrammen sowie IES-Dateien dargestellt. Sie sind essenziell für die Berechnung der Beleuchtungsstärke (Lux) auf einer Fläche, die Blendungsbeurteilung und die Einhaltung von Normen in der Luftfahrt und Architektur.

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke misst, wie viel Lichtstrom (Lumen) pro Flächeneinheit auf eine Oberfläche trifft, angegeben in Lux (lx) oder Footcandle (fc). Sie beantwortet die Frage: „Wie hell ist diese Fläche beleuchtet?“ Die Grundformel:

E (Lux) = I (cd) / d²

wobei I die Lichtstärke und d der Abstand zur Lichtquelle ist. Beleuchtungsstärkeberechnungen – oft mithilfe von Simulationssoftware – stellen sicher, dass die Beleuchtung die geforderte Helligkeit für Sicherheit, Komfort und Normkonformität erreicht, etwa an Flughäfen, Arbeitsplätzen oder in öffentlichen Bereichen.

Lichtverteilung

Die Lichtverteilung beschreibt, wie Licht räumlich von einer Leuchte abgegeben wird. Sie wird in Polardiagrammen oder als „Lichtkegel“ visualisiert und zeigt die Intensität in verschiedenen Winkeln. Die Lichtverteilung wird durch die Optik der Leuchte – Reflektoren, Linsen, Diffusoren – bestimmt.

Hersteller klassifizieren die Verteilung als schmal, mittel, breit oder asymmetrisch – je nach Anwendung. In der Luftfahrt sind durch ICAO/FAA präzise Verteilungsmuster vorgeschrieben, um Licht entlang von Rollbahnen zu lenken und Blendung zu vermeiden. In der Architektur informiert sie über die Platzierung und Ausrichtung von Leuchten, um Gleichmäßigkeit oder gezielte Effekte zu erzielen.

Goniophotometer

Ein Goniophotometer ist das Gerät zur fotometrischen Messung – es erfasst, wie eine Lichtquelle ihre Intensität in unterschiedlichen Winkeln abgibt. Durch Drehen der Leuchte oder des Detektors werden Intensitätsdaten aufgezeichnet, aus denen Abstrahlwinkel, Feldwinkel, CBCP und IES-Dateien berechnet werden.

Moderne Goniophotometer arbeiten automatisiert und liefern präzise, reproduzierbare Ergebnisse. In regulierten Branchen sind goniophotometrische Messungen Voraussetzung für die Zulassung und Zertifizierung von Leuchten hinsichtlich Leistung und Sicherheit.

IES-Datei

Eine IES-Datei ist ein standardisiertes digitales Format (.ies), das die fotometrischen Eigenschaften einer Leuchte beschreibt. Sie entsteht aus Goniophotometerdaten und enthält Lichtverteilung, Intensität in verschiedenen Winkeln, Gesamtlichtstrom und weitere Kennzahlen.

Lichtplaner importieren IES-Dateien in Simulationssoftware (z. B. DIALux oder AGi32), um die reale Lichtwirkung zu modellieren, Normkonformität zu prüfen und Leuchten zu vergleichen. Für Projekte in Luftfahrt, Industrie und Architektur sind IES-Dateien essenziell für die Genehmigung und wirksame Lichtplanung.

Akzentbeleuchtung

Akzentbeleuchtung nutzt gebündelte Lichtkegel (enge Abstrahlwinkel, 10°–30°), um gezielt bestimmte Objekte, Bereiche oder architektonische Details hervorzuheben. Sie erzeugt visuelles Interesse und Kontrast, lenkt den Blick auf Kunst, Waren oder Beschilderungen. Die Wirksamkeit der Akzentbeleuchtung hängt von der sorgfältigen Auswahl des Abstrahlwinkels und der Ausrichtung ab, um unerwünschtes Streulicht zu vermeiden.

Auch in der Luftfahrt wird Akzentbeleuchtung für Beschilderungen oder Markierungen eingesetzt. Präzise fotometrische Planung sorgt für die gewünschte visuelle Wirkung.

Ambientebeleuchtung

Ambientebeleuchtung sorgt für die allgemeine Grundhelligkeit und ein angenehmes, gleichmäßiges Lichtniveau. Sie nutzt breite Abstrahlwinkel (typisch ab 60°) und diffuse Verteilung, um Schatten zu minimieren und eine gleichmäßige Atmosphäre zu schaffen. Die Planung berücksichtigt Raumgröße, Deckenhöhe und Reflexionseigenschaften der Oberflächen, um die gewünschte Stimmung zu erzeugen und Helligkeitsnormen einzuhalten.

Arbeitsplatzbeleuchtung

Arbeitsplatzbeleuchtung liefert gezieltes Licht für spezifische Tätigkeiten – Lesen, Arbeiten, Maschinenbedienung – mit mittleren Abstrahlwinkeln (30°–60°), um Intensität und Ausleuchtung ausgewogen zu gestalten. In der Luftfahrt wird Arbeitsplatzbeleuchtung in Kontrolltürmen und Wartungsbereichen eingesetzt; im Büro oder Zuhause als Schreibtischleuchte oder Unterbauleuchte. Die richtige Berechnung der Beleuchtungsstärke und Wahl des Abstrahlwinkels sichern Sehkomfort und Leistungsfähigkeit.

Montagehöhe

Die Montagehöhe ist der vertikale Abstand zwischen Leuchte und beleuchteter Fläche. Sie bestimmt den Durchmesser des Lichtkegels und die erzielte Beleuchtungsstärke. Die Formel für die Lichtkegelbreite:

Kegeldurchmesser = 2 × Montagehöhe × tan(Abstrahlwinkel ÷ 2)

Montagehöhe und Abstrahlwinkel sind gemeinsam entscheidend für die gewünschte Lichtverteilung, besonders in großen Räumen oder bei normierten Anwendungen (z. B. Rollbahnen).

Außenbeleuchtung

Außenbeleuchtung setzt Licht gezielt im Außenbereich ein – für Gärten, Wege, Fassaden – aus Gründen der Sicherheit, Orientierung und Ästhetik. Sie nutzt eine Kombination aus engen Kegeln für Akzente und breiten Kegeln für Allgemeinbeleuchtung, wobei die Platzierung sorgfältig gewählt wird, um Blendung und Lichtverschmutzung zu vermeiden. Die Einhaltung lokaler Vorschriften (z. B. Dark-Sky-Auflagen) und fotometrische Planung sind zentrale Aspekte.

Asymmetrische Optik

Asymmetrische Optik ist darauf ausgelegt, das Licht ungleichmäßig zu verteilen und eine Richtung zu bevorzugen. Dies wird durch spezielle Reflektoren oder Linsen erreicht und findet Anwendung bei Wandflutung, Wegen- oder Straßenbeleuchtung, wenn eine einseitige, gleichmäßige Ausleuchtung gewünscht ist. In der Luftfahrt lenkt asymmetrische Optik das Licht entlang der Rollbahn, ohne Piloten zu blenden.

Fazit

Das Verständnis des Abstrahlwinkels und verwandter fotometrischer Begriffe – Feldwinkel, CBCP, Lichtstärke, Beleuchtungsstärke, Lichtverteilung und weitere – ist essenziell für eine wirksame Lichtplanung in jedem Kontext. Diese Parameter bestimmen die Auswahl, Platzierung und Ausrichtung von Leuchten und sichern Sehkomfort, Leistungsfähigkeit, Normkonformität und Energieeffizienz in Architektur, Industrie und Luftfahrt.

Für Lichtprofis ermöglicht die Beherrschung dieser Begriffe und Werkzeuge – wie IES-Dateien und Goniophotometer – die präzise Spezifikation und erfolgreiche Umsetzung von Projekten.

Siehe auch

• Photometrie
• Blendung
• Rollfeldbeleuchtung
• IES-Datei
• Beleuchtungsstärke
• Luftfahrtbeleuchtungs-Standards
• Lichtsimulationssoftware