Glossar zu Lichtverteilungsmuster, räumlicher Lichtverteilung und Photometrie

Beleuchtung ist sowohl Wissenschaft als auch Kunst – sie ist entscheidend für Sichtbarkeit, Sicherheit und Ästhetik in Umgebungen von Flughäfen und Straßen bis hin zu Architektur und Industrie. Das folgende Glossar erklärt grundlegende Begriffe und Konzepte – Lichtverteilungsmuster, räumliche Verteilung, Photometrie und verwandte Themen – und liefert so ein Fundament für Fachleute und Interessierte.

Lichtverteilungsmuster

Ein Lichtverteilungsmuster ist der charakteristische geometrische Fußabdruck oder die Verteilung des Lichts auf einer Zielfläche, erzeugt durch eine Leuchte oder ein Beleuchtungssystem. Die Form des Musters, die Abdeckung, Intensitätsverläufe und die Richtung werden durch die Eigenschaften der Lichtquelle, die Optik (Linsen, Reflektoren, Diffusoren) und die Montageposition bestimmt.

Lichtverteilungsmuster sind grundlegend für die Lichttechnik, da sie die Sichtbarkeit, Sicherheit, Energieeffizienz und die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben direkt beeinflussen. So sorgen präzise Lichtmuster in der Luftfahrtbeleuchtung für optimale Sicht auf Start- und Rollbahnen. In der Architekturbeleuchtung werden gezielte Muster eingesetzt, um Akzente zu setzen oder Lichtimmissionen zu vermeiden.

Hersteller entwickeln Leuchten mit speziellen Mustern – von engen Spots bis zu breiten Flutern – mithilfe moderner Optik und photometrischer Prüfungen. Die resultierenden Muster werden in photometrischen Berichten (IES- oder LDT-Dateien) dokumentiert und in Simulationssoftware für eine präzise Lichtplanung verwendet.

Räumliche Verteilung

Die räumliche Verteilung beschreibt, wie Licht von einer Quelle im dreidimensionalen Raum abgestrahlt und verteilt wird. Sie quantifiziert die Lichtstärke (in Candela) in jedem Winkel rund um eine Leuchte und ergibt so eine vollständige Karte der Lichtabgabe.

Diese Verteilung ist entscheidend bei Anwendungen wie der Vorfeldbeleuchtung auf Flughäfen (breite, gleichmäßige Abdeckung) oder der Randbeleuchtung von Start- und Landebahnen (eng geführte Lichtkegel). Die räumliche Verteilung wird mit Goniophotometern gemessen und als Polar- oder kartesische Diagramme dargestellt. Diese Datensätze sind die Grundlage für Lichtsimulationen und die Einhaltung von Normen beispielsweise der ICAO oder IES.

Photometrie

Photometrie ist die Wissenschaft der Messung von sichtbarem Licht in Bezug auf die Helligkeitswahrnehmung des Menschen. Sie quantifiziert Lichtstärke, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte mit Einheiten wie Candela (cd), Lumen (lm), Lux (lx) und Nit (cd/m²). Photometrie unterscheidet sich von Radiometrie, da sie die Lichtleistung nach der Empfindlichkeit des Auges gewichtet.

Photometrische Messungen ermöglichen den objektiven Vergleich von Leuchten, die Einhaltung von Vorschriften und eine effiziente Lichtplanung. In der Luftfahrt sorgen ICAO-Standards dafür, dass die Flugfeldbeleuchtung die geforderte Helligkeit, Gleichmäßigkeit und Farbwiedergabe bietet.

Photometrische Eigenschaften werden im Labor mit Ulbricht-Kugeln (für den Gesamtlichtstrom) und Goniophotometern (für die Winkelverteilung) bestimmt. Die gewonnenen Daten werden in photometrische Dateien übernommen und steuern Planungssimulationen.

Lichtstärke

Lichtstärke beschreibt die Menge an sichtbarem Licht, die eine Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgibt, gemessen in Candela (cd). Sie kennzeichnet die gerichtete Lichtausgabe und zeigt, wie eine Leuchte ihre Umgebung beleuchtet.

Die Lichtstärkeverteilung ist entscheidend bei der Auswahl von Leuchten für Anwendungen wie Mittellinienbefeuerung von Startbahnen, bei denen die Sichtbarkeit aus bestimmten Anflugwinkeln kritisch ist. Gemessen wird mit Goniophotometern, dargestellt wird die Intensität auf Polardiagrammen – so wird die Einhaltung von Normen zu Sicherheit und Blendungsbegrenzung sichergestellt.

Lichtverteilungstypen (Typen)

Lichtverteilungsmuster kategorisieren Leuchten nach Form und Fläche ihres abgestrahlten Lichts, meist nach IES-Typen I–V:

• Typ I: Schmales, lineares Muster für Gehwege und Korridore.
• Typ II: Etwas breiter, für Gassen und schmale Straßen.
• Typ III: Breiter, nach vorne gerichteter Bogen für Straßenränder und Parkreihen.
• Typ IV: Nach vorne gerichtet für Gebäuderänder und große seitliche Flächen.
• Typ V: Symmetrisch, kreisförmig/quadratisch für zentrale Mastbereiche und offene Flächen.

Die richtige Wahl des Musters gewährleistet optimale Beleuchtung, Effizienz und Compliance.

Abstrahlwinkel

Der Abstrahlwinkel ist die Winkelbreite eines Lichtkegels, in der die Intensität auf 50 % des Maximums fällt (Full Width at Half Maximum, FWHM). Schmale Winkel (10°–30°) dienen zur Akzentuierung oder für gezielte Aufgaben, breite Winkel (60°–120°) für allgemeine Flächenbeleuchtung.

Die Wahl des richtigen Abstrahlwinkels verhindert Überbeleuchtung, Blendung und Streulicht. Besonders auf Flugfeldern ist Präzision für die Sicherheit entscheidend.

Intensitätsverteilung

Intensitätsverteilung stellt die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Richtung dar, meist in einem Polardiagramm. Sie zeigt die Form und den Verlauf des Lichtkegels und hilft bei der Auswahl von Leuchten für gezielte Anwendungen wie Anflugfeuer oder Straßenbeleuchtung.

Daten werden mit Goniophotometern erhoben und in Lichtsimulationen für Normenkonformität und zur Minimierung von Blendung und Streulicht genutzt.

Photometrische Verteilung

Photometrische Verteilung ist die vollständige räumliche Anordnung des Lichts einer Leuchte. Dokumentiert in IES-/LDT-Dateien, vereint sie Optik und Geometrie und ermöglicht präzise Simulationen, sodass Anforderungen an Helligkeit, Gleichmäßigkeit und Blendungsbegrenzung erfüllt werden.

Planer nutzen photometrische Verteilungen, um Leuchtenanordnungen zu optimieren sowie Energieverbrauch und Lichtverschmutzung zu minimieren.

Lichtverteilungskurve (Polarkurve)

Eine Lichtverteilungskurve (Polarkurve) stellt die Lichtstärke einer Leuchte in verschiedenen Winkeln grafisch dar. Sie ist unerlässlich, um Leuchten zu vergleichen und Testergebnisse zu interpretieren. Polarkurven helfen Planern, Leuchten für die gewünschte Abdeckung und Konformität auszuwählen und zu positionieren.

Symmetrische Leuchten zeigen kreisförmige/elliptische Kurven; asymmetrische weisen gerichtete Spitzen auf.

Goniophotometer

Ein Goniophotometer ist ein Laborgerät zur Messung der Winkelverteilung des Lichts einer Leuchte. Durch Drehen der Lichtquelle und/oder des Detektors werden Intensitätsdaten für photometrische Dateien erfasst, die für Planung und Normenkonformität entscheidend sind.

Goniophotometer der Typen A, B und C ermöglichen verschiedene Messgeometrien. Ihre Daten belegen, dass Produkte die Vorgaben für Verteilung und Blendung erfüllen.

Symmetrische und asymmetrische Verteilung

Symmetrische Verteilung

Symmetrische Verteilung strahlt Licht gleichmäßig in alle Richtungen um eine zentrale Achse ab – ideal für gleichmäßige Flächenbeleuchtung wie Parkplätze oder Lagerhallen. Sie sorgt für räumliche Gleichmäßigkeit, kann aber auch Licht in unnötige Richtungen verschwenden.

Asymmetrische Verteilung

Asymmetrische Verteilung lenkt das Licht gezielt in bestimmte Richtungen und nutzt spezielle Optiken, um Streulicht zu vermeiden und nutzbare Beleuchtung zu maximieren. Sie ist entscheidend für Straßen, Randbereiche und Startbahnen, erhöht die Effizienz und reduziert Lichtverschmutzung.

Raumwinkel

Ein Raumwinkel misst den Bereich eines 3D-Winkels, über den eine Lichtquelle abstrahlt, angegeben in Steradiant (sr). Er ist Grundlage für Definitionen wie die Candela (ein Lumen pro Steradiant) und wesentlich zur Berechnung von Intensität und Abdeckung von Lichtkegeln.

Raumwinkel helfen sicherzustellen, dass Leuchten die vorgeschriebenen Anforderungen an Abstrahlwinkel und Intensität erfüllen.

Lichtplanung und Anwendungsbeispiele

Lichtplanung vereint photometrische Daten, räumliche Eigenschaften und Muster, um visuelle, funktionale und normgerechte Ziele zu erreichen. In der Luftfahrt muss Beleuchtung ICAO-Standards zu Intensität, Farbe und Blendung erfüllen. Im urbanen Bereich verhindert die Wahl des richtigen Verteilungstyps Lichtverschwendung und erhöht die Sicherheit.

Beispiele für Anwendungen:

Fazit

Das Verständnis von Lichtverteilungsmustern, räumlicher Verteilung, Photometrie und verwandten Konzepten ist essenziell für eine effektive Lichtplanung – für Sicherheit, Effizienz und Normenkonformität in unterschiedlichsten Bereichen von Flugfeldern bis hin zu urbanen Räumen.

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