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Wolkenhimmel durch Lichtdecke im Büro nachsimulieren

Für himmlische Lichtverhältnisse im Büro sorgt eine neuartige Deckenbeleuchtung. Sie soll die Stimmung im Büro aufhellen, denn sie bildet die Lichteffekte nach, die vorbeiziehende Wolken hervorrufen. Ins Gebäude holen nun Forscher des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), was uns draußen ein Gefühl von Weite und Freiheit vermittelt. Die Lichtverhältnisse, die vorüberziehende Wolken erzeugen, werden durch eine Lichtdecke, die sich über den gesamten Raum erstreckt, nachgeahmt.

Den großen virtuellen Himmel stellen die Forscher auf der CeBIT vom 6. bis 10. März 2012 in Hannover mit einem Teilstück von 2,8 mal 2,8 Metern vor. Aus großen Kacheln mit 50 mal 50 cm setzt sich die originale Lichtdecke zusammen. Der Abteilungsleiter Matthias Bues am IOA erklärt, dass in jeder Kachel auf einer Platine sich 288 LEDs befinden. Damit die Leuchtpunkte nicht einzeln wahrgenommen werden, sondern als eine homogene Fläche, ist eine mattweiße Folie unter den LEDs vorhanden, die dafür sorgt. Weiße, grüne, blaue und rote LEDs verwenden die Forscher, um das benötigte Lichtspektrum zu erhalten. Es lassen sich über 16 Millionen Farben darstellen durch die Kombination. Da die weißen Leuchtdioden stromsparender sind als die bunten, sorgen diese noch für mehr Energieeffizienz.

Die richtigen Lichtverhältnisse an einem bewölkten Tag nachzubilden, war bei der Entwicklung des virtuellen Himmels die größte Schwierigkeit für die Forscher. Wie sich die Lichtverhältnisse verändern, wenn Wolken vorbeiziehen, musste zunächst von den Wissenschaftlern analysiert werden. Nachgeahmt wird diese Dynamik mithilfe der LEDs. Bues meinte dazu, damit von der Arbeit der Nutzer nicht abgelenkt wird, soll dieser die Änderungen nicht direkt wahrnehmen. Offenbar als sehr angenehm empfinden die Anwender diese dynamische Lichtführung. Dazu wurde eine Studie durchgeführt, bei der unter einer 30 mal 60 Zentimeter großen Leuchte zehn Testpersonen gearbeitet haben. Gleichbleibend leuchtete das Licht am ersten Tag, langsam veränderte es sich am zweiten Tag und schnell am dritten Tag. Eine Beleuchtungsart aussuchen konnten sich dann die Probanden am vierten Tag und für die schnelle Dynamik haben sich 80 Prozent entschieden.

Es gibt bereits zu der neuartigen Beleuchtung die ersten Anfragen – für Konferenzräume hauptsächlich. Die Kosten für einen Quadratmeter „Virtual Sky“ liegen im Moment bei etwa 1.000 Euro, dabei ist die Tendenz fallend. Die einzelnen Lichtdecken werden kostengünstiger, je größer die Nachfrage ist und mehr Stückzahlen produziert werden.

Seinen 80. Geburtstag feiert der Erfinder der weißen LED

Als Geburtsjahr der weißen LED gilt das Jahr 1995. Professor Dr. Jürgen Schneider, der Abteilungsleiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (Fraunhofer IAF) hat sie erfunden. Auf ein langes erfülltes Leben kann der Erfinder zurückblicken, denn einen runden Geburtstag feiert er in diesem Monat.

Es ist nicht immer leicht mit neuen Erfindungen, das bekam auch Professor Dr. Schneider zu spüren. Als merkwürdige Büroklammer hat ein Kunde die erste Lumineszenzkonversions-LED entsorgt, die er von dem Erfinder präsentiert bekam. Als Erfinder der weißen LED, gilt dabei der langjährige Abteilungsleiter des Fraunhofer IAF. Seinen 80.Geburtstag feiert er am heutigen 25. November 2011.

In Freiburg studierte der in Berlin geborene Dr. Schneider Physik. Nach zwei Forschungsaufenthalten in den USA habilitierte er dann 1967 in Freiburg. Dem Fraunhofer IAF blieb der Professor treu, trotz mehrerer Angebote an verschiedenen Lehrstühlen. Die Abteilung Materialforschung leitete er hier bis zu seiner Pensionierung im Jahre 1996. Die weiße lichtemittierende Diode, die aus einem einzigen Halbleiter besteht, entwickelte er 1995 – die weiße LED hatte somit ihre Geburtsstunde. Eine energieeffiziente und langlebige Zukunft auf dem Markt wird dieser kleinen Lichtquelle zugesichert. Auf die Vorteile der LED-Technologie im Fern- und Abblendlicht setzt besonders die Automobilindustrie, neben den einfacheren Anwendungen in Schreibtischleuchten, Taschenlampen oder in vielen anderen praktischen Lichtquellen. Geschätzt (Strategies Unlimited) wird für das Jahr 2014 der weltweite Markt für LED-Beleuchtung auf etwa 8,3 Milliarden US-Dollar. Noch lange nicht ausgeschöpft ist das Potenzial der weißen LED. Um weitere Verbesserungen in der Effizienz, Farbqualität und Lichtintensität zu erzielen, forscht auch heute noch sehr intensiv das Fraunhofer IAF.

LED-Leuchten werden sicherer durch eine Schutzschaltung

Immer wieder ändert sich der Beleuchtungsmarkt, 60-Watt Glühbirnen werden verboten, farbige LEDs und Energiesparlampen sind auf dem Vormarsch. Doch was sind zum Beispiel bei einer LED die wichtigsten Punkte? Kosten, Energie und Lichtqualität stehen für den Verbraucher an erster Stelle. Nicht zu kurz kommen sollte aber auch die Sicherheit. Eine neuartige Sicherheitsschaltung für LED-Leuchten entwickelt hat das Fraunhofer Institut. Mit allen bisherigen konventionell betriebenen Leuchtstoffröhren sind dadurch die LED-Leuchten kompatibel, die vor allem dann beim Einsetzen stromschlagsicher sind.

In Verkaufsräumen oder auch Büros werden besonders Leuchtstoffröhren eingesetzt. Sie haben eine höhere Lebensdauer als Glühbirnen und verbrauchen weniger Energie, das zu ihren Vorteilen zählt. Viel weniger Wärme entwickelt die LED-Variante, die Retrofit-Lampe, die sogar noch länger hält. Diese weisen allerdings eine Sicherheitslücke auf, im Gegensatz zur normalen Leuchtstoffröhre. Beim Einsetzen der LED-Leuchte kann es zu einem Stromschlag kommen, sobald ein Ende in der Fassung ist, und bei der Montage das andere Ende der Röhre berührt wird. Eine elektronische Sicherheitsschaltung hat das Fraunhofer Institut entwickelt, die schützt nun genau davor. Ein Gas, das im nicht geschalteten Zustand isolierend wirkt, ist in den bisherigen Leuchtstoffröhren enthalten, und deshalb gab es bei diesen die Sicherheitslücke nicht. Einen elektrischen Verbraucher, der leitet, haben hingegen die LEDs. Problemlos austauschen kann nun der Laie die LED-Lampe mit Sicherheitsschaltung mit der praktischen Plug-and-Play-Technologie. Sie ist völlig kompatibel zu einer konventionellen Leuchtstoffröhre, neben der Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten der beiden Enden. Um die Sicherheitslücke zu schließen, musste die Leuchte umverdrahtet oder der Starter ausgetauscht werden bei den meisten LED-Röhren. Zum Einsatz kommen soll die LED-Lampe als Ersatz von zweiseitig gesockelten T8-Leuchtstoffröhren.

Weitere zahlreiche Vorteile weisen die LED-Lampen auf, neben dem einfachen und sichern Einbau. Mehr als 50 Prozent Energie kann im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffröhren eingespart werden. Kosten für den Austausch fallen weg, weil LED-Leuchten eine längere Lebensdauer haben. Außerdem sind sie umweltfreundlicher, sie enthalten kein Quecksilber und durch möglichen Glasbruch entsteht keine Gefahr. Eine geringere Temperatur als herkömmliche Leuchten entwickeln darüber hinaus LEDs. Interessant ist dies besonders bei großflächigen Anwendungen, denn für Raumklimatisierung können beispielsweise in Verkaufsräumen Energie und Kosten eingespart werden. Über eine lange Betriebsdauer amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten der LEDs.