Achtung, jetzt wird es etwas technisch! In jeder Engineering- und der Realisierungsphase werden die Konzepte „iterativ detailliert“. Das bedeutet, dass die Produkte für die Serienfertigung vorbereitet werden. In der Leuchten-Entwicklung gibt es wichtige Grundlagen, die zu jeder mechanischen Entwicklung dazu gehören. Die folgenden 7 Tipps helfen bei der erfolgreichen Serieneinführung einer innovativen Leuchte:

1. Berücksichtigung der Luft- und Kriechstrecken

Bei der Entwicklung von LED-Leuchten werden meistens Leiterplatten verbaut. Dadurch ist es enorm wichtig, dass die „Luft- und Kriechstrecken“ beachtet werden. Die Luftstrecke beschreibt die kürzeste Strecke zwischen zwei elektrisch leitenden, spannungsführenden Bauteilen. Bei einer hohen Spannung und einer zu geringen Entfernung kann es sonst zu einem ungewollten Kurzschluss kommen. Die Folge sind eine hohe Temperatur und ein elektromagnetisches Feld, das zur Zerstörung der angrenzenden Bauteile führen kann. Hierbei reicht es auch leider nicht aus, nur die Abstände im CAD zu kontrollieren. Die Bauteiltoleranzen und Toleranzketten müssen also unbedingt mit betrachtet werden, wodurch klar wird, welcher minimale Abstand sich ergibt.

2. Platzverhältnisse mechanischer und elektronischer Bauteile

Hilfreich ist es in der Entwicklung smarter Produkte, dass ein „theoretisches Volumen“ für die elektronischen Bauteile im CAD-Programm vorgesehen wird. Häufig wird auch der Begriff „Hüllfläche“ verwendet. Eine elektronische Hüllfläche zeigt dem Hardwareentwickler die notwendigen Platzverhältnisse für seine elektronischen Bauteile und seine Leiterplatte. Damit ist klar, an welchen Positionen elektronische Bauteile sinnvoll platziert werden können.  Nicht nur für den Hardwareentwickler bietet dieses Vorgehen einige Vorteile. Für den Produktdesigner und den Entwicklungsingenieur ist der Einsatz einer Hüllfläche eine enorme Hilfestellung  bei der geometrischen  Gestaltung der mechanischen Bauteile.

3. Wärmeentwicklung innerhalb der Leuchte

Leuchten sorgen für Licht, entwickeln aber natürlich auch Wärme. Die entstehende Temperatur ist dabei abhängig von der Leistung, also der Stromstärke, dem Widerstand sowie der Betriebszeit. Je höher die Leistung einer Leuchte ist, desto größer auch die Wärmeentwicklung. Da höhere Temperaturen auch zur Beschädigung der Leuchten führen, muss also unbedingt auch die Wärmeentwicklung bei der Realisierung der Leuchte beachtet werden. Dafür sollten die Eigenschaften der Bauteile den tatsächlich zu erwartenden Temperaturen gegenübergestellt werden. „Digitale Zwillinge“ sind hierfür die erste Wahl. Mit ihrer Hilfe kann eine Wärmesimulation berechnet und Wärmemuster erstellt werden. Welche Temperatur herrscht innerhalb einer vorgegebenen Betriebszeit? Hier bekommen wir die Antwort. Beim Überschreiten der Grenztemperaturen muss natürlich entsprechend reagiert werden. Profis im Bereich der Entwicklung und Simulation von Leuchten können auf ein großes Repertoire an konstruktiven Lösungen zurückgreifen.

4. Kontinuierliche Beachtung der Gesamtmasse

Wandleuchten, Deckenleuchten etc., die beispielsweise über ein Gelenk befestigt werden, dürfen niemals herabfallen oder abknicken. Gerade bei Leuchten, bei denen der Lichtkegel über ein Gelenk einstellbar ist, muss das tatsächliche Drehmoment des Gelenks während der Produktentwicklung kontinuierlich beachtet werden. Die Gesamtmasse der Leuchte und die zulässigen Drehmomente müssen hierfür schon früh feststehen. Die Berechnung muss dann laufend angepasst werden. Falls im agilen Prozess eine weitere Anforderung hinzukommt und ein Zubehörteil die Leuchte schwerer macht, kann rechtzeitig reagiert werden. Frühzeitige konstruktive und konzeptionelle Maßnahmen müssen getroffen werden, sobald die Gesamtmasse die zulässigen Grenzwerte überschreitet. Somit ist sichergestellt, dass die Leuchte beim Endanwender ihre Funktion erfüllt und kein Schaden an Personen oder Gegenständen entsteht.

5. Lichtverteilung und Betrachtung des Lichtkegels

Für ein angenehmes Ambiente oder eine schöne Ausleuchtung von Gegenständen ist die Lichtverteilung einer Leuchte ausschlaggebend. Der Kollimator oder aber auch die Linsen sorgen dafür, dass die Lichtstrahlen in eine bestimmte Richtung gelenkt werden. So ist es möglich, eine bestimmte Lichtverteilung, wie etwa das Spotlight, zu erzeugen. Es entsteht ein Lichtkegel, in den keine Bauteile  hineinragen dürfen. Die Lichtverteilung und das gewünschte Ergebnis werden sonst gestört. Daher ist während der CAD-Modellierung und Konzeptionierung von Bauteilen immer darauf zu achten, dass der Lichtkegel nicht verletzt wird.

6. Potentialausgleich / Erdung bei hohen Spannungen

Leuchten, die eine hohe Leistung aufweisen, benötigen häufig auch eine hohe Spannung. Eine Wechselspannung ab ca. 50 V und eine Gleichspannung ab ca. 120 V sind lebensgefährlich. In Europa beträgt die Netzspannung 230 V. Wird diese Spannung nicht durch einen Transformator in eine geringere Spannung unter 50 V umgewandelt, so muss in jedem Fall eine Schutzerdung an den elektrisch leitenden Bauteilen angeschlossen werden. Sie baut Spannungsdifferenzen ab, die den Bauteilen gefährlich werden könnten. Dieser sogenannte Potentialausgleich dient der Sicherheit, falls bspw. ein Fehler innerhalb der Leuchte auftritt. Dadurch ist ausgeschlossen, dass eine Person einem lebensgefährlichen, elektrischen Schlag ausgesetzt wird. Es gibt verschiedene Komponenten und konstruktive Lösungen, eine solche Schutzerdung anzubringen.

7. Übertragungswege des Stroms

Die drahtlose Übertragung von Elektrizität ist bisher nur eine Zukunftsvision oder nur über kleine Übertragungswege, zum Beispiel per Induktion, möglich. Daher werden aktuell noch Leitungen eingesetzt, um den Strom zu den Betriebsgeräten und den LED-Leiterplatten hin und zurück zu führen. Es ist wichtig, dass bei der Entwicklung innovativer Leuchten der Leitungsplan schon früh  erstellt wird. Jede Leitung benötigt nämlich Raum. Im CAD-Modell können nur die Querschnitte der Leitungen und die ungefähre Lage dargestellt werden. Da die Leitungen jedoch sehr flexibel sind und die genaue Endposition meist nur schwer zu modellieren ist, sollte die Verdrahtung mit Funktionsprototypen getestet werden. So wird schnell deutlich, wie lang die Leitungen sein müssen und wie viel Raum sie benötigen.