Bild 1: Die Industrie muss sich hinsichtlich bislang verwendeter Beleuchtungen neu orientieren.IPF Electronic
Der Einsatz herkömmlicher Leuchtmittel ist in vielen Industrieanwendungen wenig sinnvoll: Die Leuchtmittel etwa für Wohnräume sind nicht auf die spezifischen und teilweise rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt. Je nach Applikation muss die Beleuchtung neben dem optimalen Licht zusätzliche Anforderungen erfüllen. Dazu zählen hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit, die Resistenz gegen Kühl- und Schmierstoffe, eine hohe Dichtigkeit oder auch spezifische Hygieneanforderungen. Außerdem stehen eine lange Lebensdauer und Energieeffizienz im Fokus.
Vielfach durchgesetzt haben sich LED-Beleuchtungen, da sie vor allem durch lange Betriebszeiten überzeugen. Mit durchschnittlichen 50.000 Betriebsstunden und darüber hinaus können LEDs mit einer Lebensdauer aufwarten, die im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtmitteln mit zirka 4000 bis 5000 Betriebsstunden um den Faktor 10 höher liegt.
Bild 2: Weißlicht, also polychromatisches Licht, setzt sich aus einer Mischung von elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge zusammen.IPF Electronic
Unterschiedliche Lichtfarben
Die in Leuchten verwendeten LEDs strahlen Weißlicht ab. Weißlicht ist ein sogenanntes polychromatisches oder auch spektralbreitbandiges Licht, das sich aus einer Mischung von elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge im Bereich von 390 bis 780 nm zusammensetzt (Bild 2). Je nach Ausprägung der verschiedenen Wellenlängenanteile empfindet das menschliche Auge die Lichtfarbe als eher kalt oder warm.
Und es werde Licht
Das Umfeld bestimmt die Beleuchtung, denn Werkplätze, Arbeitsbereiche von Maschinen und Schaltschränke stellen im Gegensatz zur gemütlichen Wohnraumausleuchtung ganz andere Anforderungen. Welche Leuchten und Leuchtmittel zum Einsatz kommen, will genau überlegt sein.
In den Anfängen waren Weißlicht-LEDs nur in der Lichtfarbe Kaltweiß beziehungsweise Tageslichtweiß mit einer Farbtemperatur von über 5000 K (Kelvin) verfügbar. Mittlerweile sind diese Leuchtmittel auch in Neutralweiß sowie Warmweiß mit Farbtemperaturen von 3300 bis 5000 K respektive unter 3000 K (Warmweiß) erhältlich. Vorangetrieben haben diese Entwicklung vor allem die Konsumenten, die das kalte LED-Licht speziell in Wohnbereichen als unangenehm empfanden und daher die ersten Varianten mit LED-Technologie ablehnten.
Mit konkreten Anforderungen spezifizieren
Die Wahl der Beleuchtung in der Industrie bestimmt ihr potenzielles Einsatzfeld. Hierbei spielen die Anforderungen, die sich durch den konkreten Einsatzbereich weiter spezifizieren lassen, eine wesentliche Rolle. Zusätzlich ist im Zusammenhang mit der Lichtleistung der zur jeweiligen Applikation passende Abstrahlwinkel der Beleuchtung zu berücksichtigen. Er bestimmt in Abhängigkeit der Entfernung des Leuchtmittels zum Arbeitsbereich die in einer Anwendung zu erzielende Flächenausleuchtung.
Das Spektrum an industriellen Beleuchtungsmodellen ist breitgefächert und reicht von kompakten M18-Leuchten mit einer LED, über High-Power-Leuchten mit bis zwanzig LEDs hin zu widerstandsfähigen Leuchten mit hoher Dichtigkeit und Beständigkeit gegen aggressive Stoffe.
Ansteuern über SPS
Bild 3: Die robusten M-18-LED-Leuchten besitzen einen Abstrahlwinkel von 22 beziehungsweise von 120 Grad und sind daher vielseitig einsetzbar.IPF Electronic
Robuste M18-LED-Leuchten (Bild 3) haben einen Abstrahlwinkel von 22° (die Variante mit drei LEDs) sowie 120° (die Variante mit einer LED). Vielfältig einsetzbar lassen sie sich direkt in einer Maschine oder einen Schaltschrank montieren. Da die Stromaufnahme der Leuchten 27 beziehungsweise 38 mA bei einer Versorgungsspannung von 24 VDC beträgt, kann die Ansteuerung über einen SPS-Ausgang erfolgen. Das ist sinnvoll, wenn die Leuchte nicht permanent, sondern nur bei bestimmten Tätigkeiten oder Maschinenfunktionen aktiv sein soll.
Durch ein zeitgesteuertes Beleuchten des Arbeitsbereichs erhöht sich die Lebensdauer der LEDs. Die Weißlicht-LEDs der M-18-Leuchten schützt eine Frontscheibe aus Luxacryl/2h, ein Material mit beidseitiger Hartbeschichtung; es sorgt für erhöhte Kratz- und Chemikalienbeständigkeit.
Robust und temperaturbeständig
Für Dreh-, Fräs- oder Erodiermaschinen respektive Stanz- oder Spritzgießautomaten eignen sich Arbeitsleuchten mit flexibel einstellbarem Schwanenhals. Aufgrund ihres Abstrahlwinkels von 25°, ergibt sich bei einem Abstand von 50 cm eine Flächenausleuchtung von rund 30 cm Durchmesser. Die Leuchten bestehen aus schlagfestem sowie ölbeständigem Kunststoff und lassen sich mit einem starken Magnetfuß direkt an ferrometallischen Oberflächen anbringen. Alternativ kann man sie durch Anschraubsockel befestigen. Der Schwanenhals – in den Längen von 250 und 500 mm verfügbar – eignet sich auch für Tischleuchten an Werkbänken, an Prüfplätzen oder als Mikroskop-Beleuchtung.
Direkt in die Maschine montieren lassen sich kaltweiße LED-Aufbau-Leuchten mit direkter (kreisförmiger) oder diffuser Beleuchtungsgeometrie. Durch die Gehäusematerialien Kunststoff (Längsleuchte mit den Maßen von 120 x 25 x 23,5 mm3) und Aluminium (Würfelleuchte mit den Maßen von 41 x 41 x 66 mm3) lassen sich diese LED-Leuchten in kritischen Umgebungen etwa bei Einsatz von Kühl- sowie Schmierstoffen nutzen. Für den Schutz der LED, die für eine Betriebsdauer von 50.000 Stunden ausgelegt sind, verfügen die Leuchten über ein aktives Temperaturmanagement, das bei zu starker Erwärmung den LED-Strom herunter regelt.
Flächige Ausleuchtung in Schutzklasse
Bild 4: Für flächendeckende Ausleuchtung eignen sich High-Power-LED-Leuchten, die eine kompakte Bauform und hohe Lichtleistung aufweisen.IPF Electronic
Ist eine flächige Ausleuchtung der Arbeitsbereiche erwünscht, wie in Bearbeitungszentren (BAZ), eignen sich High-Power-LED-Leuchten (Bild 4). Sie haben trotz ihrer kompakten Bauform die notwendige hohe Lichtleistung. Diese Leuchten sind mit sechs Hochleistungs-LEDs (je 1,5 W Leistung) bestückt und erzielen mit einem Abstrahlwinkel von 70° eine gleichmäßige Ausleuchtung von Arbeitsbereichen nicht nur in BAZ, sondern auch in Dreh-, Bohr- und Fräsmaschinen oder in Stanzautomaten.
Da derartige Einsatzbereiche oft mit rauen Umgebungsbedingungen einhergehen, müssen solche Beleuchtungsmodelle meistens hohe Anforderungen an die Dichtigkeit erfüllen. Sämtliche Dichtungen der High-Power-LED-Leuchten sind aus Viton gefertigt, um der hohen Schutzart IP67 zu genügen. Nur zum Vergleich: In Industrieanlagen verbaut man typischerweise Gehäuse in IP54, die gegen Staub in schädigenden Mengen und allseitiges Spritzwasser geschützt sind. IP67 attestiert die komplette Dichtigkeit gegen Staub und ermöglicht ein zeitweiliges Untertauchen in Wasser.
Wenn Hitze kein Thema ist
Benötigen raue Umgebungen eine gleichermaßen hohe Lichtausbeute sowie konstante Helligkeit, empfehlen sich High-Power-LED-Strahler. Diese Kompakt-Aufbauleuchten mit einem Durchmesser von 160 mm Durchmesser halten die Helligkeit der Leuchte (kaltweißes Licht mit Abstrahlwinkel von 8° oder 38°) bei schwankender Betriebsspannung konstant.
Durch ein robustes Aluminiumgehäuse, thermisch gehärtete Frontscheiben (Einscheiben-Sicherheitsglas) und ein Spezialverguss zum Schutz der Elektronik eignen sich die Produkte für kritische Umgebungen (Wasser, bedingt auch Kühl- und Schmierstoffe) sowie für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie. Durch ihr aktives Temperaturmanagement lassen sich diese Leuchten auch bei hohen Umgebungstemperaturen einsetzen, wobei die Verwendung der Dickschichthybrid-Technik als Leiterplattenträgermaterial für geringe thermische Übergänge und zusätzliche große Kühlkörper am Gehäuse für eine geringe Wärmeentwicklung sorgen. Die Lebensdauer der High-Power-LED-Strahler beträgt mehr als 50.000 Betriebsstunden.
Bild 5: Ein Abstrahlwinkel von 60 oder 70 Grad ermöglicht es, große Flächen bei einem Abstand von einem Meter gleichmäßig auszuleuchten.IPF Electronic
Hygiene großschreiben
Für viel Licht und eine flächige Ausleuchtung in Bereichen mit erhöhten Hygieneanforderungen wie in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sorgen High-Power-Leuchten mit bis zwanzig LEDs. Diese Leuchten ermöglichen es, vorhandene Befestigungen zur Montage zu nutzen. Das Aluminium-Strangpressprofil lässt sich mit fünf, zehn oder zwanzig LEDs bestücken und verfügt über eine gute Wärmeableitung. Bedingt durch den Abstrahlwinkel von 60° bis 70° lassen sich große Flächen bei einem Abstand von einem Meter gleichmäßig ausleuchten (Bild 5). Da die Dichtungen aus Viton bestehen, verfügt diese Leuchte über die Schutzart IP67. Kombiniert mit einer Frontscheibe aus Hartglas können die High-Power-Varianten hohen mechanischen Belastungen widerstehen.
Hart im Nehmen
Bild 6: Die High-Power-Leuchten mit Frontscheibe aus Borsilikatglas sind chemikalien- und temperaturbeständig und entsprechen der IP67.IPF Electronic
Erfordert eine Anwendung eine hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit der Beleuchtung eignen sich High-Power-Leuchten in IP67, mit Frontscheibe aus Borsilikatglas (Bild 6). Das Borsilikatglas findet wegen seiner Eigenschaften häufig in Glasgeräten in Laboren oder in der chemischen Verfahrenstechnik Verwendung. Die Beständigkeit dieses Materials gegenüber vielen Chemikalien und pharmazeutischen Produkten resultiert aus dem hohen Bor-Gehalt im Glas. Borsilikat hat einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch sich das Glas temperaturbeständig und unempfindlich gegenüber plötzlichen Temperaturschwankungen zeigt.
Als gleichermaßen robuste wie kosteneffiziente Arbeitsplatzbeleuchtung oder zur Montage direkt in Maschinen sowie Schaltschränken haben sich LED-Leuchten mit sechs oder zwölf LEDs und einem Abstrahlwinkel von 120° bewährt. Die Stromaufnahme dieser Leuchten mit weißer Lichtfarbe und Frontscheibe aus Kunststoff liegt je nach LED-Anzahl bei 190 oder 380 mA bei 24 VDC. Über einen kleineren Abstrahlwinkel von 110 Grd jedoch über eine größere Anzahl möglicher LED (6, 12, 18 oder 24) verfügen die LED-Leuchten in Längen von 250 mm bis 1000 mm. Die diffuse Kunststoff-Frontscheibe sorgt für eine gleichmäßige Lichtverteilung. Das kompakte Profil der Leuchte mit weißer Lichtfarbe ermöglicht auch die Montage in Möbelstücken.
Für die Industrie gemacht
Der Überblick zu Industriebeleuchtungen belegt, dass es im Grunde für jede Anwendung LED-Variationen gibt, die die spezifischen Herausforderungen bewältigen können. Sicherlich, die Anschaffungskosten von LED-Leuchten sind verglichen mit herkömmlichen Leuchtmitteln höher. Aber die Investitionen amortisieren sich durch die hohe Lebensdauer und den niedrigen Stromverbrauch der LED-Leuchten. Hinzu kommt, dass seit dem Inkrafttreten der europäischen Ökodesign-Verordnung im Jahr 2009 größere Anforderungen an die Energieeffizienz von Leuchtmitteln bestehen, wobei deren Hersteller bis zur letzten Umsetzungsstufe im Jahr 2017 Gelegenheit zum Umstellen der Produktion haben.
Thorsten Landau
(rao)
