Flimmern von Lichtquellen

Flimmern von Leuchten und Leuchtmitteln

Der von den Stromversorgern in Europa zur Verfügung gestellte Wechselstrom hat eine Amplitude von 50Hz (Hertz). Dieser Wechselstrom wird im Netzteil der Leuchte oder LED-Lampe in Gleichstrom “gewandelt”. Das heißt, die nach unten ausschlagende Amplitude wird nach oben verlegt und der Wechselstrom wird gleichgerichtet. Der gleichgerichtete Wechselstrom weist dann eine Frequenz der doppelten Netzspannung auf 100Hz.

Wechselstrom, gleichgerichteter Strom

100Hz Flimmern

Bewusst wahrnehmen kann der Mensch Frequenzen bis 60Hz – ein unangenehmes Flimmern stört die Sehaufgabe. Unbewusst wahrgenommen werden aber weit höhere Frequenzen. Das 100Hz Flimmern von Leuchtstoffröhren zum Beispiel verursacht bei einigen Menschen Unwohlsein und Kopfschmerzen.

Stroboskopeffekt

Flimmert die Beleuchtung, hat dies direkte Auswirkungen auf die Arbeitssicherheit zum Beispiel bei Maschinen mit schnell drehenden Teilen.
Durch das schnelle, getaktete Ein- und Ausschalten der Beleuchtung entsteht ein Effekt wie bei einem Film. Die Drehung wird nur in Einzelbildern wahrgenommen und diese im Gehirn wieder zu einer Bewegung zusammengesetzt. Je nach Geschwindigkeit der Drehung scheint das sich drehende Teil still zu stehen oder sich sogar in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.
Eine fatale Eigenschaft – besonders im Hinblick auf die Arbeitssicherheit.

Gleichgerichtete Netzteile

Um ein Flimmern zu verringern, werden die Wellen im Netzteil gleichgerichtet. Das heißt, die Schwingungen werden mittels Kondensatoren abgeflacht.
Je nachdem, wie stark die Wellen ausschlagen, schwankt die Helligkeit der Lichtquellen mehr oder weniger. Einige Netzteile sind in der Lage, die Wellen so weit abzuflachen, dass das erzeugte Licht idealerweise kaum mehr Schwankungen unterliegt.

High Speed Kameras (Hochgeschwindigkeitskameras)

Für High-Speed Filme verwendet man Kameras, die mit extrem kurzen Verschlusszeiten arbeiten können. Auch hier ist die Helligkeitsschwankung der Lichtquellen äußerst störend.
Einzelbilder werden unterschiedlich belichtet, was das Ergebnis unbrauchbar macht.

Versuchsaufbau: Test MH Strahler mit Highspeed-Kamera

Beispiel: Forschung am Flugverhalten von Vögeln

Das Institut für Strömungsmechanik und Aerodynamik, Fakultät für Luft-und Raumfahrttechnik der Universität der Bundeswehr München zeichnet mit Hochgeschwindigkeitskameras das Flugverhalten von Vögeln im Windkanal auf.
Da es sich um lebende Tiere handelt, darf die Beleuchtung keine starke Wärmeentwicklung aufweisen. Ebenso müssen die Lichtquellen flimmerfrei sein, damit die Qualität des Filmmaterials möglichst hoch ist.

Ersatz von laserbasierten Lichtquellen durch hochwertige LEDs

Bisher werden vom Institut Laser eingesetzt, die wegen ihrer Größe, der aufwendigen Kühlung und Versorgung durch Hochspannung kompliziert und teuer im Praxiseinsatz sind. Des Weiteren erwiesen sich die Laser als äußerst sensibel gegenüber verschiedenen Umgebungsfaktoren, welche die Ergebnisse beeinflussten.

Auf der Suche nach einer Alternative kamen schnell LED Strahler ins Gespräch.

Die Hochleistungs-LEDs ermöglichen eine geringere Größe des Versuchsaufbaus, weisen einen deutlich geringeren Energieverbrauch auf und sind unempfindlicher gegenüber Umgebungsfaktoren.

Im Zusammenhang mit dem Versuchsaufbau erwiesen sich die LED Hallenstrahler MH Plus als sehr gut geeignet, da sie im Vergleich zu Halogenscheinwerfern und anderen getesteten Leuchten keine störenden Helligkeitsschwankungen erzeugen.
Die hochwertigen Netzteile der MH+ Strahler weisen eine Schwingung auf, deren
Schwankung so gering ist, dass diese kaum messbar ist und man von konstanter
Ausleuchtung der Bilder zu jeder Zeit ausgehen kann.
Für die Darstellung sich extrem schnell bewegender Objekte bedarf es sehr kurzer Verschlusszeiten. In diesem Fall ist eine leistungsstarke gepulste Lichtquelle erforderlich, um eine hohe Bildqualität zu gewährleisten.
Die LED Hallenstrahler Serie MH Plus wird in den Versuchen des Instituts für Strömungsmechanik und Aerodynamik in Zukunft als Beleuchtung eingesetzt.