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Licht – Sicht – Sicherheit

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Ganzheitliche Lichtsystementwicklung bei Bertrandt


Von Michael Hage, Bertrandt AG, Detlef Decker, Franz Jerg, Christoph Schelhammer, Bertrandt Technikum GmbH Über 80 Prozent der Informationen erhalten wir über unsere Augen. Signalleuchten und Scheinwerfer gelten im Straßenverkehr deshalb als Fahrzeugkomponenten, die uns wichtige Informationen liefern. Automobile Lichtsysteme sind aber nicht nur Sicherheitselemente, sondern auch entscheidende Stylingobjekte. Die „Licht und Sicht“-Teams bei Bertrandt entwickeln seit ueber zehn Jahren Scheinwerfer, Leuchten und Innenlichtsysteme.

>> Vom ersten Konzept bis zum funktionsfähigen Prototyp
Die Entwicklung von lichttechnischen Komponenten erfolgt in einem anspruchsvollen Umfeld. Zusätzlich zu den technischen Anforderungen müssen die gesetzlichen Vorgaben für Anbau und Lichttechnik mit ambitioniertem Styling in Einklang gebracht werden. Hierzu werden in der Konzeptphase Optiksysteme und Lichtquellen überprüft und dimensioniert. Mit der Integration der lichttechnischen Funktionselemente wird danach das Gesamtsystem konstruiert. Der Aufbau von Prototypen ermöglicht abschließend, das Modell in vielen Funktionen und Spezifikationen zu testen.
>> Hard- und Software fuer innovative Lichtsysteme
Zwei Technologien haben diesen Entwicklungsablauf in den letzten Jahren revolutioniert: Umfangreiche und präzise Simulationssoftware ermöglicht es heute, komplexe optische Systeme zu entwickeln und lichttechnische Ergebnisse vorherzusagen. Zusätzlich kann die neue LED-Technologie lichttechnische Systeme mit geringer Leistungsaufnahme in bisher nicht gekannten Formen und Strukturen aufbauen.
>> Voll-LED-Scheinwerfer für die IAA 2013 umgesetzt
Für die Lichttechnik hat der zentrale Design-Modellbau im Technikum eine besondere Bedeutung, denn bei lichttechnischen Prototypen müssen zusätzlich zu Material und Form auch die Geometrie und Oberfläche von Optiken präzise eingehalten werden. Dass hier Theorie und Praxis perfekt zusammengeführt werden, zeigt das Messe-Exponat 2013 – ein Voll-LED-Scheinwerfer, der vom Konzept bis zum funktionsfähigen lichttechnischen System niederlassungsübergreifend umgesetzt wurde und eine Weiterentwicklung des Kompetenzfelds vorstellt, das vor zwei Jahren anhand einer Heckleuchte präsentiert wurde.
>> Definition: Technologie und Konzept
Bei dem Scheinwerfer für ein Fahrzeug der unteren Mittelklasse berücksichtigten die Ingenieure und Techniker alle zentralen Elemente wie Abblendlichtreflektor, Fernlichtreflektor, Tagfahrlichtsignatur und Fahrtrichtungsanzeiger. Im nächsten Schritt erfolgte die Beurteilung und Berechnung der technischen Umsetzbarkeit des Konzeptes. Hierbei wurden zwei zentrale Punkte „Photometrie“ und „Thermomanagement inklusive Enttauung“ besonders berücksichtigt. Die Hauptfunktionen des Scheinwerfers wurden jeweils mit einem großflächigen Umlenkreflektor realisiert. An der Oberseite der Abblend- und Fernlicht-Reflektorfläche positionierten die Ingenieure eine leistungsstarke Mehr-Chip-Leuchtdiode, deren Licht durch die Reflektorflächen in die ECE-Lichtverteilung geformt wird. Das Thermomanagement der Hauptlichtfunktionen ist mit dem Enttauungskonzept für die Kunststoffabschluss- Scheibe (KAS) gekoppelt. Für das Tagfahrlicht (nachts gedimmt: Positionslicht) und den Fahrtrichtungsanzeiger wurde jeweils ein „EdgeLight“- Konzept definiert: Mithilfe von LEDs koppelten die Entwickler an den Rückseiten von massiven Flächenlichtleitern mit LEDs Licht ein, um eine individuelle Signatur zu erstellen.
>> Realisation: Konstruktion erste Baustufe und Aufbau Prototyp
Die Class-A-Flächen wurden gemeinsam mit Konstruktion, Simulation und Fertigung modelliert. Danach wurde das Konzept verifiziert sowie die Positionen der LEDs und Platinen erarbeitet. Damit sich die LED-Sperrschichttemperatur in einem unkritischen Bereich befindet, erfolgte die Dimensionierung von Kühlkörper und Basisplatte mittels Wärmesimulation. Zur photometrischen Auslegung setzte Bertrandt die Software „Lucid Shape“ ein. Durch die spezielle Einpassung der Reflektor-Flächen werden Dunkelstellen auf der Fahrbahn vermieden. Auf dieser Basis wurde dann das virtuelle und physikalisch korrekte Tag- und Nacht-Design erarbeitet. Im Bertrandt-Leuchtenstudio begann anschließend der Aufbau des Hardware- Prototypen. Hierbei kamen die geeigneten Verfahren zum Einsatz, wie Stereolithographie, Lasersintern, Printtechnologie oder Highspeed-Fräsen. Die Kunststoffabschluss-Scheibe wurde zum Beispiel auf einer Fünf-Achs-Highspeed- Fräsmaschine erstellt, damit auf der Oberfläche keinerlei Sichtmängel und Verzerrungen entstehen. Neben Maschine und Material spielen Prozessabläufe in der Prototypen-Fertigung eine maßgebliche Rolle. Viele Komponenten erfordern eine manuelle Bearbeitung, wie das High-End-Finish einzelner Oberflächen. Hier ist zusätzlich zum Geschick der Mitarbeiter lichttechnisches Know-how und Sensibilität für Einflüsse bei optischen Systemen erforderlich.
>> Elektronikentwicklung
Um den LED-Scheinwerfer anzusteuern, wurde ein speziell bei Bertrandt entwickeltes Prototypensteuergerät eingesetzt. Der modulare Aufbau ermöglicht eine schnelle und individuelle Implementierung neuer Funktionen. Über eine Bluetooth- und WLAN-Verbindung kann die Ansteuerung und Konfiguration des Leuchtenmusters via Laptop oder über eine intuitiv zu bedienende Android-App auf dem Smartphone oder Tablet erfolgen. Über die LED-Treibermodule können die LEDs einzeln oder in Clusteransteuerung in verschiedenen Leistungsklassen dimmbar angesteuert werden. Ein weiteres Modul mit CAN- und LIN-Interfaces ermöglicht es, das Steuergerät und den Scheinwerferprototyp direkt in ein Fahrzeug zu integrieren.
>> Validierung
Scheinwerfer und Signalleuchten sind sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten, die internationalen Zertifizierungspflichten unterliegen.


Für den Inhalt der Pressemitteilung ist der Einsteller, Elisabeth Klock, verantwortlich.

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