Beleuchtungstheorie

Lichtstärkeverteilungskurven, Ausleuchtungs- und Isoluxdiagramme

Die Lösung von Beleuchtungsaufgaben erfordert eine sorgfältige Planungsarbeit. Notwendige Informationen über die Eigenschaften von Leuchten geben Lichtstärkeverteilungskurven, Ausleuchtungs- und Isoluxdiagramme. Die erforderlichen Kenntnisse hierzu vermitteln wir auf dieser Seite.

Lichtverteilungskurven geben an, in welche Richtung und mit welcher Intensität eine Leuchte Licht aussendet. Der Licht­stärke­wert in Candela (cd) für eine gegebene Be­stückung ergibt sich durch Multiplikation des aus dem Diagramm abgelesenen Werts in cd/klm mit dem Gesamt­lichtstrom in Kilo­­lumen (klm) der in der Leuchte eingesetzten Leuchtmittel. 

In den Diagrammen werden auch die Halbstreuwinkel (durchge­zogene Linie, C 180 - C 0  β = 28°) und (gestrichelte Linie, C 270 - C 90  β = 92°) angegeben. 

Die Lichtstärkewerte sind in senkrechter und die Ausstrahlungswinkel in waage­rechter Achse aufgetragen. Bei polarer Darstellung ist im Diagramm angegeben, auf welche Schnitte durch die Leuchte (C-Ebenen) sich die Kurven beziehen.

Lichtstärkeverteilungskurven werden meist in einem Polar­koordinatensystem dargestellt

Bei Scheinwerfern geben wir die Lichtstärkeverteilungen in kartesischen Koordinaten an

Ausleuchtungsdiagramme für Scheinwerfer (Abb. 3) geben die Abmessungen der von den beiden Halb­streu­winkeln (Abb. 4) begrenzten Fläche und die mittlere Beleuchtungs­stärke in Abhängigkeit von der Entfernung auf dieser Fläche an. Mittels der Parameter „Scheinwerfer – Fläche – waage­rechte Achse“ können abgelesen werden:

  • die Höhe (durchgezogene Linie, C 0 - C 180  β = 27°) und die Breite (gestrichelte Linie, C 270 - C 90  β = 76°) der begrenzten Fläche auf der senkrechten Achse rechts
  • die mittlere Beleuchtungsstärke (Parabel) in Lux auf der senkrechten Achse links

Beispiel: In einem Abstand von 12 m begrenzen die Halb­streu­winkel des Schein­werfers 84 503 eine Fläche von 5 m Höhe und 15 m Breite. Die mittlere Beleuch­tungsstärke auf dieser Fläche beträgt 240 lx. Eine gleichmäßige Anstrahl­ung erhält man, wenn die Ab­stände der Scheinwerfer unter­einander der Breite der durch die Halbstreuwinkel begrenz­ten Fläche entsprechen. Bei der Anstrahlung einer Fassade vom Boden aus wird nur etwa 1/3 der angegebenen Beleuchtungs­stärke erreicht.

Isoluxdiagramme (Abb. 5) geben die Verteilung der Beleuchtungsstärke auf einer sichtbaren Fläche an. Punkte gleicher Beleuchtungsstärke sind dabei durch Kurven (Isoluxlinien) miteinander verbunden. Die Leuchte befindet sich senkrecht zur Zeichen­ebene in der Lichtpunkthöhe (h) über dem Koordinaten­ursprung. Je nach Leuchtentyp ist die Lichtpunkthöhe (h) oder die ent­sprechende Masthöhe (H) angegeben.

Der Lichtpunktabstand ergibt sich annähernd aus dem Doppelten der Entfernung, in welcher die zum halben Wert der gewünschten Mindest­beleuchtungsstärke gehörende Isoluxlinie verläuft.

Beispiel: Im abgebildeten Isolux­diagramm verläuft die 0,5 lx-Linie seitlich mit 15 m Entfernung vom Koordinatenursprung. Wenn ein Weg beleuchtet werden soll (Emin ≥ 1 lx) dann muss ein Lichtpunktabstand von ca. 30 m gewählt werden. Bei Leuchten mit rotationssymmetrischer Lichtstärkeverteilung ergeben sich konzentrische Kreise als Isoluxlinien.

Beispiele

Ermittlung des Scheinwerferabstands zur beleuchteten Fläche anhand einer Lichtverteilungskurve

Die anzustrahlende Fassade hat eine Höhe von 8 m (blaue Linie) und eine Breite von 18 m (rote Linie). Der Hochleistungsscheinwerfer 84 503 mit bandförmiger Lichtstärkeverteilung hat Halbstreuwinkel von 27° und 76°. Bei einer Entfernung von 16 m decken die Halbstreuwinkel genau die Maße der Fassade ab. Die Parabel gibt die mittlere Beleuchtungsstärke in Lux an. Diese Werte können an der linken y-Achse der Lichtverteilungskurve abgelesen werden. Die mittlere Beleuchtungsstärke auf der Bewertungsfläche beträgt somit 150 lx. Veränderungen des Scheinwerferabstands beeinflussen sowohl die mittlere Beleuchtungsstärke als auch die Größe der ausgeleuchteten Fläche. Hierbei ist zu beachten, dass Streulicht über die zuvor ermittelte Fläche hinausstrahlt. Die Fassade würde auch noch bei einer Größe von 10 x 22 m gut ausgeleuchtet sein.

Ermittlung des Leuchtenabstands „a“ für eine Wegbeleuchtung von Emin = 1 lx anhand des Isoluxdiagramms

Für die Planung der Beleuchtung auf Wegen wird als Norm 1 lx als Mindestbeleuchtungsstärke definiert. Folglich ist die 0,5-lx-Linie im Isoluxdiagramm relevant für die Ermittlung des Leuchten­abstandes. Diese 0,5 lx müssen sich zu 1 lx Beleuchtungsstärke auf der Bewertungsfläche addieren, um diesen Leuchtenabstand zu definieren. Daraus ergibt sich hier ein Lichtpunktabstand von 6,5 m. Zu berücksichtigen bei der Planung sind überdies örtliche Gegebenheiten wie zum Beispiel Bodenfarbe und -beschaffenheit. Diese Faktoren beeinflussen das Reflexionsverhalten des Lichts enorm und können selbst bei normgerechter Beleuchtungsstärke zu einem visuell unzu­reichenden Beleuchtungseindruck führen. Ein Beleuchtungstest am Installationsort ist daher für ein optimales Planungsergebnis empfehlenswert.

Ermittlung des Leuchtenabstands „a“ für eine Platzbeleuchtung mit BEGA Lichtbauelement 84 737 anhand des Isoluxdiagramms

Bei Leuchten mit rotationssymmetrischer Lichtstärkeverteilung wird im Isoluxdiagramm ein Viertel der Gesamtlichtstärke abgebildet. Die mittlere Beleuchtungsstärke für eine Platzsituation sollte 10 lx betragen. Direkt an der Leuchte werden etwa 20 lx erreicht. Um einen Mittelwert von 10 lx zu erzielen, sollte die Mindestbeleuchtungsstärke zwischen zwei Leuchten etwa 2 bis 3 lx betragen. In der Grafik verdeutlichen die roten Kreise diese Werte. Folglich beträgt der Leuchtenabstand 19 m.

Ermittlung des Leuchtenabstands „a“ für eine Platzbeleuchtung mit BEGA Mastaufsatzleuchten 99 515 anhand des Isoluxdiagramms

Das gleiche Prinzip gilt für eine asymmetrische Lichtstärkeverteilung. Die Leuchten werden am Rand des Platzes in einfacher Anordnung und auf der Fläche in doppelter Ausführung positioniert.