Intensitätsverteilung: Muster der Lichtstärkeschwankung in der Photometrie

Einleitung

Intensitätsverteilung beschreibt, wie die Lichtintensität bzw. der Lichtstrom einer Lichtquelle in verschiedene Richtungen im dreidimensionalen Raum verteilt wird. Dieses grundlegende Konzept der Photometrie und Lichttechnik bildet die Basis für die effektive Planung und Umsetzung von Beleuchtung auf Straßen, Flughäfen, Arbeitsplätzen und öffentlichen Flächen.

Das Verständnis und die Kontrolle der Intensitätsverteilung sorgen dafür, dass Licht effizient und sicher eingesetzt wird – um Blendung, Lichtverschmutzung und Energieverschwendung zu minimieren und gleichzeitig Sichtbarkeit und Komfort zu maximieren. Internationale Normen (von IES, CIE, ICAO usw.) verlangen eine präzise Messung und Dokumentation der Intensitätsverteilung zur Einhaltung der Vorgaben und steuern alles von Straßenleuchten bis zu Anflugbefeuerungen.

Wichtige photometrische Begriffe und Definitionen

Lichtstrom

Lichtstrom (Lumen, lm) ist die insgesamt abgegebene, vom menschlichen Auge wahrgenommene Lichtleistung einer Quelle pro Zeiteinheit und berücksichtigt die Empfindlichkeit für verschiedene Wellenlängen. Er misst die gesamte „Menge“ an Licht, unabhängig von der Richtung.

Lichtstärke

Lichtstärke (Candela, cd) gibt den Lichtstrom an, der in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkel (Steradiant) abgegeben wird. Sie zeigt, wie fokussiert oder gestreut das Licht in dieser Richtung ist – eine entscheidende Größe für gerichtete Beleuchtung.

Raumwinkel

Ein Raumwinkel (Steradiant, sr) beschreibt einen dreidimensionalen Winkelbereich, wobei 4π Steradiant einer vollen Kugel entsprechen. Er dient zur Definition des Bereichs, über den die Intensität gemessen wird.

Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel ist die Winkelbreite (in Grad), bei der die Lichtstärke auf 50 % ihres Maximums entlang der Hauptachse abfällt. Er klassifiziert Leuchten als Spot-, Flut- oder Breitstrahler und bestimmt, wie breit oder schmal das Licht verteilt wird.

Leuchtdichte

Leuchtdichte (cd/m²) ist die Lichtstärke, die von einer Fläche in eine bestimmte Richtung pro Flächeneinheit abgegeben oder reflektiert wird und steht für die vom Auge wahrgenommene „Helligkeit“.

Beleuchtungsstärke

Beleuchtungsstärke (Lux, lx) ist der gesamte auf eine Fläche fallende Lichtstrom pro Flächeneinheit. Sie ist die wichtigste Kenngröße dafür, wie viel Licht einen Arbeitsbereich, eine Straße oder eine andere Fläche erreicht.

Lichtstärkeverteilung

Lichtstärkeverteilung beschreibt das räumliche Muster der Lichtstärke, meist visualisiert durch Polardiagramme, Intensitätstabellen oder 3D-Plots.

Lichtstärkeverteilungskurve

Eine Verteilungskurve zeigt grafisch, wie sich die Lichtstärke mit dem Winkel verändert – unerlässlich für Lichtplanung und Produktauswahl.

Symmetrische vs. asymmetrische Lichtverteilung

Symmetrische Verteilungen strahlen gleichmäßig in alle Richtungen um eine Zentralachse ab; asymmetrische Verteilungen werden so gestaltet, dass mehr Licht gezielt in bestimmte Richtungen gelenkt wird, um Effizienz zu erhöhen und unerwünschte Streuung zu minimieren.

Messprinzipien und Darstellung

Photometrische Messung

Goniophotometer

Ein Goniophotometer dreht eine Lichtquelle durch verschiedene Winkel und misst jeweils die Intensität. Es ist das Hauptinstrument zur Erfassung der Intensitätsverteilung. Die daraus gewonnenen Daten bilden die Grundlage für photometrische Dateien und Diagramme.

Ulbricht-Kugel

Eine Ulbricht-Kugel misst den gesamten Lichtstrom, jedoch nicht die räumliche Verteilung, indem sie alles ausgestrahlte Licht in einer gleichmäßig reflektierenden Kugel sammelt.

Photometrische Entfernung

Die photometrische Entfernung stellt sicher, dass der Messaufbau einer Punktquelle entspricht, meist 5–15 mal so groß wie die Lichtquelle selbst, um genaue Ergebnisse zu erzielen.

Photometrische Datendateien

• IES-Dateien (.ies): Vor allem in Nordamerika verwendet, enthalten gemessene Intensitätswerte in verschiedenen Winkeln.
• EULUMDAT (.ldt): Europäischer Standard, ähnlich im Zweck.

Diese Dateien versorgen Lichtsimulationssoftware (DIALux, AGi32, Relux) mit Daten, ermöglichen genaue virtuelle Modelle und die Überprüfung der Normkonformität.

Grafische Darstellung

Polardiagramme (Candela-Diagramme)

Stellen die Lichtstärke (cd) als Radius zum jeweiligen Winkel in einer 2D-Ebene dar, oft überlagert für verschiedene Ebenen.

Kartesische Plots

Tragen die Intensität gegen den Winkel auf einer Geraden ab – hilfreich zum Erkennen von Nebenmaxima oder Abgrenzungen des Lichtkegels.

3D-Plots

Bieten eine vollständige räumliche Visualisierung der Lichtabgabe, besonders nützlich für komplexe oder asymmetrische Leuchten.

Zonenlichtstromübersicht

Listet den prozentualen Anteil des gesamten Lichts auf, der in bestimmten Winkelzonen abgegeben wird, und hilft Planern, das Licht gezielt zu konzentrieren.

Interpretation der Intensitätsverteilung

Lesung photometrischer Kurven

• Symmetrische Leuchten: Identische Kurven in den Hauptebenen; kreisförmiges Muster.
• Asymmetrische Leuchten: Unterschiedliche Kurven; verzerrtes oder elliptisches Muster.
• Abstrahlwinkel: Breite bei 50 % der maximalen Intensität.
• Maxima: Richtungen mit größter Lichtabgabe.

Berechnung des Abstrahlwinkels

• Maximalwert der Intensität (Achse) bestimmen.
• Winkel ermitteln, bei denen die Intensität auf 50 % des Maximums abfällt.
• Abstrahlwinkel = Winkel zwischen diesen beiden Punkten.

Feststellung der Symmetrie

• Werte an gespiegelten Winkeln vergleichen oder C0–C180- und C90–C270-Kurven überlagern.
• Symmetrisch: Kurven stimmen überein; asymmetrisch: Kurven unterscheiden sich.

Bewertung der Eignung

• Direkte/indirekte Abstrahlung: Geht das meiste Licht dorthin, wo es gebraucht wird?
• Blendung: Intensität im „Blendbereich“ (60–90° vom Nadir).
• Gleichmäßigkeit: Gleichmäßige Ausleuchtung.

Symmetrische vs. asymmetrische Lichtverteilung

Visualisierung:
Symmetrisch: kreisförmige Polarkurve.
Asymmetrisch: elliptische oder verzogene Kurve.

Praktische Anwendungsbeispiele

Straßenbeleuchtung

Straßenleuchten verwenden asymmetrische Verteilungen, um das Licht entlang der Fahrbahn zu lenken und Blendung sowie Streulicht auf angrenzende Grundstücke zu minimieren. Moderne LED-Straßenleuchten nutzen präzise Optiken, um diese Muster zu erzeugen und die IES- und CIE-Normen für Sicht und Sicherheit auf Straßen zu erfüllen.

Flughafen- und Startbahnbefeuerung

Die ICAO gibt präzise Intensitätsverteilungen für Anflug-, Schwellen- und Startbahnbefeuerung vor, um die Sichtbarkeit bei allen Wetterlagen sicherzustellen. Photometrische Daten sorgen dafür, dass die Lichter aus den geforderten Entfernungen und Winkeln sichtbar und die Blendung für Piloten minimiert wird.

Büro- und Gewerberäume

Symmetrische Leuchten sorgen für gleichmäßiges Licht in Großraumbüros und Verkaufsflächen, steigern den Komfort und verringern Schattenbildung. Asymmetrische Wandfluter setzen architektonische Elemente in Szene oder schaffen gezielt Lichtakzente mit kontrolliertem Streulicht.

Industrie- und Sportanlagen

Hallen- und Flutlichtanlagen erfordern eine gezielte Steuerung der Intensitätsverteilung, um gleichmäßige Ausleuchtung und minimale Blendung sicherzustellen – besonders wichtig für Sehaufgaben und sicheres Arbeiten.

Normen und Konformität

Internationale Normungsgremien definieren die Anforderungen an die Intensitätsverteilung in verschiedenen Einsatzbereichen:

• IES (Illuminating Engineering Society): Nordamerikanische photometrische Standards (z. B. LM-79 für LED-Prüfungen).
• CIE (Internationale Beleuchtungskommission): Weltweite Richtlinien für Messung und Berichterstattung.
• ICAO (Internationale Zivilluftfahrtorganisation): Gibt Intensität und Verteilung der Befeuerung für Flughäfen vor.
• ISO, EN, ANSI: Weitere regionale oder anwendungsspezifische Normen.

Photometrische Dateien und Prüfberichte müssen von akkreditierten Laboren gemäß diesen Normen erstellt werden.

Fazit

Die Intensitätsverteilung ist ein Grundpfeiler moderner Lichtplanung und ermöglicht es Ingenieuren und Architekten, Licht genau dorthin zu lenken, wo es gebraucht wird – sicher, effizient und normgerecht. Wer photometrische Daten lesen, interpretieren und anwenden kann, sorgt für optimale Beleuchtung, reduziert Verschwendung und verbessert die Qualität von Bauwerken.

Ob Sie eine Startbahn beleuchten, eine Straße gestalten oder ein Büro planen – das Beherrschen der Prinzipien der Intensitätsverteilung hilft Ihnen, beste Lichtlösungen zu erzielen.

Für professionelle Unterstützung bei der Optimierung der Intensitätsverteilung in Ihrem nächsten Lichtprojekt kontaktieren Sie unser Team oder vereinbaren Sie eine Demo .