Footcandle (fc)

Footcandle: Definition der Einheit und historischer Kontext

Ein Footcandle (fc) ist eine Nicht-SI-Einheit der Beleuchtungsstärke, definiert als die Menge sichtbaren Lichts (ein Lumen), die auf eine Fläche von einem Quadratfuß fällt. Die Einheit stammt aus der Zeit der Kerzenkraft als Standard für Lichtintensität und vermittelte ein praktisches Verständnis dafür, wie viel Licht eine einzelne Kerze auf eine bestimmte Fläche abgibt. Heute wird das Footcandle weiterhin in Nordamerika und der Luftfahrtbeleuchtung verwendet, da Vorschriften, technische Standards und etablierte Praktiken auf imperialen Einheiten aufbauen.

1 Footcandle (fc) = 1 Lumen pro Quadratfuß (1 lm/ft²).

Die SI-Einheit für Beleuchtungsstärke ist das Lux (1 Lux = 1 Lumen pro Quadratmeter), aber das Footcandle bleibt in vielen industriellen und regulatorischen Bereichen, insbesondere in den USA und Kanada, präsent.

Beleuchtungsstärke in der Photometrie: Wissenschaftliche Grundlage

Beleuchtungsstärke quantifiziert die Dichte des Lichtstroms (sichtbares Licht), der eine Fläche erreicht, und berücksichtigt dabei die Empfindlichkeit des menschlichen Auges über das sichtbare Spektrum. Sie wird je nach verwendeter Flächeneinheit in Footcandles oder Lux gemessen. Photometrische Messungen spiegeln die wahrgenommene Helligkeit wider und nicht nur die reine Energie, indem sie eine auf das menschliche Auge kalibrierte photopische Antwortkurve verwenden.

• 1 Footcandle (fc) = 10,764 Lux (lx)
• Gemessen mit einem Lichtmesser oder Photometer, wobei der Sensor parallel zur beleuchteten Fläche ausgerichtet wird.

In der Luftfahrt garantiert eine präzise Messung der Beleuchtungsstärke, dass Start- und Landebahnen, Vorfelder, Hangars und Cockpits die von Organisationen wie ICAO und FAA geforderten Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllen.

Footcandle in der Luftfahrt: Regulatorische Standards und Anwendungen

Luftfahrtnormen geben Mindest- und empfohlene Footcandle- (oder Lux-) Werte für verschiedene Betriebsbereiche vor. ICAO Annex 14 und FAA Advisory Circulars definieren Anforderungen für:

• Start- und Landebahnen: Sicherstellung der ausreichenden Sicht für sicheres Landen und Abheben.
• Vorfelder: Beleuchtung für die Sicherheit des Bodenpersonals, Flugzeugabfertigung und Sicherheit.
• Cockpits und Instrumententafeln: Ausgewogenheit zwischen Lesbarkeit und dem Erhalt der Nachtsicht.
• Wartungsbereiche und Hangars: Erleichterung detaillierter Inspektions- und Reparaturarbeiten.

Beispielsweise empfiehlt die ICAO mindestens 20 Lux (~1,86 fc) für Vorfelder und höhere Werte für Wartungsbereiche. Die Einhaltung wird durch gemessene Footcandle-Werte bei Inbetriebnahme und regelmäßigen Audits überprüft.

Photometrische Messgeräte: Footcandle-Messung

Footcandles werden mit kalibrierten Lichtmessern gemessen, die mit Photodioden-Sensoren und kosinus-korrigierten Diffusoren ausgestattet sind. Diese Instrumente sind:

• Auf die Empfindlichkeit des menschlichen Auges kalibriert.
• In der Lage, Ergebnisse in Footcandles oder Lux anzuzeigen.
• In Arbeitshöhe und -ausrichtung platziert, um reale Bedingungen zu simulieren.

Messprotokolle schreiben vor, mehrere Punkte im Raster oder Muster zu erfassen, die Ergebnisse zu mitteln und die Einhaltung von Normen zu dokumentieren.

Footcandle-Empfehlungen: Luftfahrt und allgemeine Richtlinien

Tatsächliche Anforderungen können je nach Aufgabenstellung und Umgebungsbedingungen höher ausfallen.

Berechnung von Footcandles: Formeln und Praxisbeispiele

• fc = Gesamt-Lumen / Fläche (ft²)
• fc = Lux / 10,764 (Umrechnung aus SI)

Beispiel:
Eine Leuchte strahlt 2.000 Lumen auf 100 Quadratfuß aus:

• fc = 2.000 lm / 100 ft² = 20 fc

Liegt eine Lux-Messung von 215 vor:

• fc = 215 lx / 10,764 ≈ 20 fc

Menschliches Sehen und Beleuchtungsstärke

Footcandles stehen in direktem Zusammenhang mit dem menschlichen Sehempfinden. Da die Empfindlichkeit des Auges unter normalen Lichtbedingungen im grünen Spektralbereich am höchsten ist, sind photometrische Einheiten wie das Footcandle auf die wahrgenommene Helligkeit und nicht nur auf die Energie ausgelegt. Dies ist besonders in der Luftfahrt relevant, wo zu wenig oder zu viel Licht Sicherheit, Leistungsfähigkeit oder Komfort beeinträchtigen kann.

Footcandle vs. verwandte photometrische Einheiten

Photometrische Diagramme und Lichtplanung

Lichtplaner verwenden photometrische Diagramme – farbcodierte Heatmaps und Simulationslayouts –, um die Footcandle-Verteilung zu visualisieren, Dunkelzonen zu identifizieren und die Auswahl und Platzierung von Leuchten zu optimieren. Diese Werkzeuge sichern die Einhaltung von Footcandle-Anforderungen und helfen, Sicherheitsrisiken oder ineffiziente Beleuchtung zu vermeiden.

Wartung, Modernisierung und Überwachung

Die Lichtleistung verschlechtert sich durch Lampenalterung, Verschmutzung oder Fehlausrichtung. Regelmäßige Footcandle-Messungen sind wichtig, um:

• Unterbeleuchtete Bereiche zu erkennen.
• Wartung zu planen (Reinigung, Lampenwechsel, Nachjustierung).
• Modernisierungen (z.B. LED-Umrüstung) zu validieren.
• Die fortlaufende Einhaltung von Vorschriften zu gewährleisten.

Beste Praxis für Messung und Verwaltung von Footcandles

1. In Arbeitshöhe messen: Platzieren Sie das Messgerät dort, wo tatsächlich gearbeitet wird.
2. Mehrere Punkte erfassen: Raster oder Muster nutzen, um Ungleichmäßigkeiten zu erkennen.
3. Umgebungsbedingungen kontrollieren: Nachts oder bei minimalem Tageslicht messen.
4. Geräte kalibrieren: Regelmäßig zertifizierte Messgeräte verwenden.
5. Ergebnisse dokumentieren: Daten für Audits und Wartungsplanung aufzeichnen.
6. Aktuelle Normen heranziehen: ICAO, FAA und IES für aktuelle Anforderungen konsultieren.

Häufige Fehler und wie man sie vermeidet

• Nichtbeachtung von Ungleichmäßigkeiten: Immer an mehreren Stellen messen.
• Verwechslung der Einheiten: Zwischen Lumen (Lichtleistung) und Footcandle (empfangenes Licht) unterscheiden.
• Übersehen der Leuchtenalterung: Regelmäßige Kontrollen verhindern unerkanntes Beleuchtungsdefizit.
• Vernachlässigung der Oberflächenreflexion: Boden- und Wandfarben beeinflussen die wahrgenommene Helligkeit.
• Falsche Sensorausrichtung: Sensor stets parallel zur Arbeitsfläche halten.

ICAO- und FAA-Quellen: Beleuchtungsnormen

• ICAO Annex 14 (Flughäfen): Mindestbeleuchtungsstärken für Start-/Landebahnen, Rollwege, Vorfelder und Hindernisse.
• FAA AC 150/5300-13B: US-Vorschriften für Flughafendesign, inklusive Beleuchtung und Markierung in Footcandles und Lux.
• IES RP-37: Beste Praxis für Beleuchtung von Verkehrsflächen.
• NIST Photometrie-Ressourcen: Kalibrierung und Rückverfolgbarkeit für photometrische Messungen.

Glossar verwandter Begriffe

• Beleuchtungsstärke: Lichtstrom pro Fläche (fc oder lx).
• Lichtstrom: Gesamte sichtbare Lichtleistung (lm).
• Lichtstärke: Lichtabgabe in eine Richtung (cd).
• Leuchtdichte: Flächenhelligkeit (Foot-lambert oder Nit).
• Photometrie: Messung des sichtbaren Lichts entsprechend dem menschlichen Sehen.
• Lux: SI-Einheit der Beleuchtungsstärke (1 lx = 1 lm/m²).
• Candela: SI-Einheit der Lichtstärke.

Übersichtstabelle: Photometrische Einheiten in der Luftfahrt

Praxisbeispiel: Einhaltung der Startbahnbeleuchtung

Ein Flughafen rüstet die Vorfeldbeleuchtung auf LEDs um. Durchschnitt vor der Umrüstung: 3 fc (einige Bereiche unter 1,86 fc). Nach der Umrüstung: 8 fc im Mittel, verbesserte Gleichmäßigkeit. Die Einhaltung wird mit photometrischen Plänen und kalibrierten Lichtmessern überprüft, um sicherzustellen, dass die ICAO-Standards für Sicherheit und Betrieb erfüllt sind.

Weiterführende Literatur und Fachquellen

• ICAO Annex 14 (Flughäfen) – Globale Anforderungen an die Flughafenbeleuchtung.
• FAA Advisory Circulars – US-Richtlinien für Flughafenbeleuchtung und Markierung.
• IES RP-37, LM-79, LM-80 – Branchenstandards für Beleuchtung.
• NIST Photometrie – Nationale Standards für Messung und Kalibrierung.

Fazit

Das Footcandle ist eine zentrale Einheit der Beleuchtungsstärke in der Luftfahrt und technischen Beleuchtung, die Lichtplanung und Wartung direkt mit den visuellen Bedürfnissen des Menschen und regulatorischen Vorgaben verbindet. Das Verständnis, die Messung und Verwaltung von Footcandles gewährleisten sichere, effiziente und komfortable Umgebungen in der Luftfahrt und darüber hinaus.