WIRKUNGSGRAD von SCHEINWERFERN

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1 WIRKUNGSGRAD von SCHEINWERFERN Unser Auge kann keine Helligkeit oder Farbe als Größe erfassen. Unser Gehirn rechnet Farben und Helligkeitswerte je nach Umgebung und körperlicher Verfassung in dem vom Ihm wahrgenommenen eigenem subjektiven Erscheinungsbild um. Z.B. eine höhere Farbtemperatur wird als hellerer Lichtschein empfunden. Wir können nur direkte Vergleiche sehen und müssen über Messungen oder Datenblättern beurteilen. Dabei brilliert ein Scheinwerfer mit sehr hohen axialen Werten die er durch eine Hotspot Einstellung erreicht, nachteilig und verschwiegen bleibt der stark abfallende Randbereich der für eine ordentliche Gobo Ausleuchtung unablässig ist. Deshalb werden aussagekräftige photometrische Daten benötigt um einen Scheinwerfer richtig bewerten zu können. Im folgendem sehen wir ein Isometrische Darstellung, die Lichtverteilung optimal darstellt. Um nun den optischen Wirkungsgrad des Scheinwerfers zu bestimmen interessiert neben dem Lichtstrom des Leuchtmittels der Nutzlichtstrom des Scheinwerfers. Mit folgender Beschreibung kann man den Nutzlichtstrom bei Scheinwerfern auch ohne Goniophotometer erfassen. Mit Hilfe eines üblichen Beleuchtungsstärkemesser (Luxmeter) und bei scharf begrenzten Lichtkreis sowie rotationssymmetrischen Lichtbild kann näherungsweise folgende Methode verwendet werden: Unabhängig von dem Abstand des Scheinwerfers zur Projektionsfläche wird der Halbmesser des Lichtkreises als r (Radius) bezeichnet. Man unterteilt diese Strecke in n gleiche Teile von der Breite r max/n, so da 1-n Zonen entstehen. In den Punkten P0 bis Pn können die Beleuchtungsstärkewerte E0 bis En gemessen und die Beleuchtungsstärkeverteilung grafisch dargestellt werden.

2 Da der Lichtstrom sich aus der Beleuchtungsstärke E (Lux) und der Fläche A (m ²) ergibt und jede Kreiszone mit Ihrem Teillichtstrom zum Nutzlichtstrom beiträgt, wobei zwischen zwei Meßpunkten für eine zylindrische Fläche die Beleuchtungsstärke gemittelt wird, folgt zum Beispiel bei n = 4 Teilzonen der Ausdruck: Bei einem Scheinwerfer mit scharfen Rand wie bei einem Profilscheinwerfer ist r max identisch mit dem ausgeleuchteten Lichtkreis. Man kann aber genau auf der Kante nicht vernünftig messen, so muß man Praktisch die Messung neben den theoretischen Meßpunkt setzen. Es errechnen sich die Radien aus: r i = (2 i - 1) * r max / 2 n

3 Bei einem Scheinwerfer mit weichen Rand ist r max der Abstand vom Zentrum bis zu dem Meßpunkt bei dem 10% der maximalen Beleuchtungsstärke gemessen werden (der 1/10 tel. Grad Winkel). Diesen Halbmesser unterteilt man nun in n gleiche Teile von der Breite r max / n, so dass die Zonen 1 bis n entstehen. Es errechnen sich die Radien aus: r i = i * r max / n. Man erhält durch einsetzen nun A i = PHI * (2 i -1) * r max / n² Für weich zeichnende Scheinwerfer wird folgende Formel zur Näherungsweisen Bestimmung verwendet: Für hohe Zahlenwerte in den Photometrischen Daten und zu Vergleichszwecken ist der Hersteller geneigt, um die größten Werte vorweisen zu können, Scheinwerfer mit einer hohen axialen Lichtstärke zu züchten, auf Kosten der Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung. Die Abhängigkeit der Lichtstärke von der Ausstrahlrichtung wird mit der Lichtverteilungskurve (LVK) veranschaulicht. Bei annähernd rotationssymmetrischer Lichtstärkeverteilung ist die Angabe der Lichtstärkeverteilung in einer zueinander stehenden Meridianebene durch die Rotationssymmetrieachse ausreichend. Bei der Messung der Beleuchtungsstärken werden die Werte zum Eintrag auf der Y-Achse mit dem Quadrat des Abstandes multipliziert, um die Kurve unabhängig der Entfernung zur Meßanordnung darzustellen. Auf der X-Achse wird der Austrittswinkel in Grad aufgetragen. Dabei ist die Mitte das Rotationszentrum der Lichtabstrahlung. Betrachtet man das untere Bild so werden zwei idealisierte Scheinwerfertypen dargestellt. Einmal ein Hotspot und einmal ein Scheinwerfer mit homogener Ausleuchtung. Obwohl die grau dargestellten Flächen in Ihrer Größe identisch sind, ist der Lichtstrom beider Scheinwerfer sehr unterschiedlich. Der Hotspot Typ zeigt zwar einen großen Wert in der axialen Lichtstärke, kann aber nur fiktive Lumen aufweisen, während der Homogene Scheinwerfertyp mit mehr als 3x so kleiner axialen Lichtstärke mit immerhin mit Lumen die Bühne erhellt. Wenn es nun darum geht Grundlicht möglichst mit wenig Energieaufwand umzusetzen, so ist der Homogene Typ auf jeden Fall zu bevorzugen. Also sollte man sich nicht auf eine "Flächendiskussion" einlassen, da hier die vorher beschriebenen Gesetzmäßigkeiten greifen. Aber auch ein Hotspot hat seine Berechtigung, wenn man Ihn als weichzeichnenden Verfolger einsetzen möchte, ähnlich einem Niedervolt. Aber für Goboprojektionen ist ein Hotspot lastiger Profilscheinwerfer oder Movinglight denkbar ungeeignet.

4 Der Nutzwirkungsgrad eines Scheinwerfers ist So ist verständlich weshalb mit konstruktivem Aufwand erhebliche Qualitätsunterschiede zu erreichen sind wie folgende Bilder verdeutlichen: Die Kondensorlinse sorgt für Konstanten Wirkungsgrad 2*

5 Konventionelle Anordnung mit hohen Verlusten in Spot Stellung Der Lichtstrom des Leuchtmittels muß bekannt sein. Man spricht dann von einem ausgemessenen Leuchtmitteln, dessen Werte durch z.b. einer Ulbrichtscher Kugel ermittelt wurde. In der Praxis kann sich der Lichtstrom einer Projektionslampe bis zu 8% über den Nennwert hinaus schwanken. Für Planung und Ausschreibung müssen folglich zusätzliche Daten vom Hersteller angefordert werden müssen, wenn Sie nicht bereits vorliegen: a) Der Wirkungsgrad bei Spot Stellung b) Der Wirkungsgrad bei Wide Stellung c1) die Lichtverteilungskurve als Isograph (siehe Anfang der Seite) c2) Die Lichtstärkeverteilungskurve nach DIN 5037

6 Blatt 3 und 4 d) Die Beleuchtungsstärkeverteilungskurve nach DIN 5037 Blatt 3 und 4 Quellenverzeichnis: 1* Spotlight, Messung im Werk 2* Dedo, bearbeitete Image Broschüre Text by Herbert Bernstädt