Wenn neue Leuchten entwickelt werden, setzt man bei Fahrzeugen für Schwellenländer meist auf bewährte Technik. In vielen anderen Märkten ist derzeit ein Wettlauf um die im wahrsten Sinne aufsehenerregendste Technik entstanden. Einzelne OEM haben früh auf diese Methode zur Wiedererkennung ihrer Marke gesetzt und Leuchten entwickelt, die sich deutlich von dem unterscheiden, was noch vor fünf Jahren üblich war.

Engineering-Dienstleister Bertrandt unterstützt seine Kunden entlang des gesamten Prozesses einer Leuchten-Entwicklung, der sich in folgende Schritte gliedert:

· Skizzieren des Designs

· Modellieren der Class-A-Flächen, Auslegen der Lichtfunktionen

· Simulation hinsichtlich Erfüllung der Gesetzeskriterien

· Visualisierung der Leuchte in Tag- und Nachtansicht

· Modellieren des CADs einer Leuchte, Herstellen der Leuchte als Rapid Tooling-Modell inklusive Lichtfunktionen

Die einzelnen Schritte werden nicht chronologisch durchlaufen, sondern beeinflussen sich im Laufe des Projekts gegenseitig. Während durch die Visualisierung bereits zu einem frühen Projektstand erste Eindrücke präsentiert werden können, ist ein Lichtmuster stets eine unentbehrliche Ergänzung. Als Lichtmuster wird ein Modell einer Leuchte im Maßstab 1:1 bezeichnet. Es wird entweder separat („Tischmuster") oder für ein Prototypenfahrzeug („Fahrmuster") aufgebaut. Wichtig ist dies aus zwei Gründen:

Erstens sind bestimmte physikalische Visualisierungen mathematisch anspruchsvoll zu modellieren, beispielsweise spezielle Effekte matter Lichtscheiben. Zweitens kann man eine Leuchte aus technischen Gründen nicht realistisch darstellen: Zum einen ist die Visualisierung zweidimensional. Zum anderen entspricht der Dynamikumfang, also die Spanne zwischen dunkelstem und hellstem Bereich der Leuchte aller derzeit auf dem Markt befindlichen Displays, bei weitem noch nicht dem Umfang einer echten Leuchte.

Messe-Exponat Schlussleuchte

Für den Messeauftritt auf der IAA wollte der Entwicklungsdienstleister zeigen, dass das Unternehmen den kompletten Prozess einer Leuchtenentwicklung abbilden kann. Entwickelt wurde ein freies Design, das zu einem Sportwagen passen sollte. Daher ist die Leuchte flach und breit ausgelegt. Technologisch ist die LED-Beleuchtung die Lichtquelle der Zukunft. Aus diesem Grund konzipierten die Ingenieure eine Voll-LED-Leuchte. Hierbei gibt es verschiedene Möglichkeiten, Licht gezielt zu steuern. Um diese aufzuzeigen, werden in den unterschiedlichen Funktionen unterschiedliche Prinzipien dargestellt: Für Blinker und Bremslicht wurden verschiedene Schaufelreflektoren eingesetzt, für das Nebelschlusslicht direkt abstrahlende LED in Reflektoren. Das Schlusslicht verwendet zwei Lichtfunktionen: Eine LED-Reihe hinter mattiertem Material als Grundbeleuchtung sowie Lichtleiter aus transparentem Acrylglas als glitzernden Blickfang.

Nachdem das Design aus einer Auswahl von Varianten feststand, wurden die Class-A-Flächen modelliert. Dies sind die Flächen, die später vom Betrachter direkt gesehen und von daher besonders sorgfältig gestaltet werden. Anschließend wurden die Positionen der LED sowie der Ebenen der Platinen festgelegt – insofern anspruchsvoll, da im Design keine ebenen Flächen verwendet werden. Die gewölbten Flächen werden durch mehrteilige Platinen bestmöglich angenähert. Entsprechend der Funktion der Leuchte wurden Farbe und Leistungsklasse der LED festgelegt und passende Reflektoren berechnet.

Die Form der Lichtleiter wurde im Anschluss modelliert. Aufgrund der recht aufwändigen Fräsarbeiten fiel die Entscheidung, die Lichtleiter für das Messeexponat aus Acrylglashalbzeug auszulasern. Die Lichtleiter werden durch ein Raster verchromter Leisten gehalten. An dem so entstandenen Modul zeigt Bertrandt eine Standardtechnik seiner Lichtmuster.

Um dem Designer eine größere Entscheidungsfreiheit zu geben, entwickelt Bertrandt seine Lichtmuster so, dass verschiedene Varianten austauschbar sind. Hierdurch können unterschiedliche Effekte verglichen werden. Im Fall der Messe-Schlussleuchte wurden drei Varianten der Lichtleitermodule gebaut, die sich hinsichtlich der Auskoppeloptiken und matter beziehungsweise hochglänzender Oberfläche unterscheiden. In das Lichtmuster und die Module sind kleine Hochleistungsmagnete eingearbeitet. Somit können die Varianten mit geringem Aufwand ohne Werkzeug getauscht werden.

Gesetzlich geforderte Lichtwerte

Nachdem die komplette Leuchte weitgehend modelliert war, folgte die Simulation hinsichtlich gesetzlich geforderter Lichtwerte. Bei der Auslegung der Reflektoren wurden die Streuwinkel bereits in Hinblick auf Lichtfunktionen berücksichtigt. In der weiteren Entwicklung wurden diese Einzelreflektoren vervielfältigt und im Raum positioniert. Somit ergab sich auch mit der restlichen Geometrie nur wenig Anpassungsbedarf. In der Lichtfunktion des Bremslichts wurden im Extremwinkel die geforderten Lichtwerte nicht erreicht. Üblicherweise würde man dies durch Optiken auf der Innenseite der äußeren Lichtscheibe korrigieren. Da diese tagsüber sichtbar sind, wird es von den Designern meist nicht gewünscht. Analog zum realen Vorgehen wurden diese Optiken daher zunächst nicht eingearbeitet, da die geforderten Werte auch durch Streulicht erreicht werden. Messungen am Prototyp sollten zeigen, ob der Effekt in der Praxis auftritt. In einem zweiten Schritt würden dann Maßnahmen folgen. Anschließend wurde die CAD-Arbeit fortgesetzt, damit die Leuchte als Prototyp herstellbar war. Ein zeitintensiver aber wichtiger Prozess, in dem beispielsweise die Schraubverbindungen positioniert werden.

Tag- und Nachtansicht

Parallel zu diesen Arbeiten wurden die Visua- lisierungen in Form eines Videos in Tag- und Nachtansicht dargestellt. Ziel war, das Video auf der Messe parallel zum Modell zu zeigen, so dass die Besucher sich von der Qualität der Visualisierung ein Bild machen konnten.

Die Daten wurden anschließend an den Design-Modellbau in Ehningen übertragen. Dort wurden die Teile auf unterschiedliche Weise entsprechend ihrer Anforderungen gebaut: Die Reflektoren wurden in einem hochpräzisen 3D-Druckverfahren hergestellt, anschließend vorbereitend lackiert und metallisiert. Die Lichtscheibe wurde aus einem massiven Acrylglasblock mit Hilfe einer 5-Achs-Fräse herausgearbeitet und anschließend von Hand poliert. Die klaren Bereiche der Lichtscheibe wurden anschließend maskiert, so dass die rot transparenten Bereiche lackiert werden konnten. Die Gehäuseteile sind im selektiven Laser- sinterverfahren hergestellt und anschließend lackiert.

Nach der Endmontage wurde die Leuchte vor der Messe beim Lichttechnischen Institut in Karlsruhe vermessen. Im Ergebnis zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen Simula- tion und Messung.

Bertrandt; Telefon: 07034 656-0; E-Mail: anja.schauser@de.bertrandt.com

Der Autor Patrick Wegener ist Lead Engineer Licht und Sicht bei der Bertrandt AG, Wolfsburg