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Linsenscheinwerfer

Denn mit dem Linsenscheinwerfer ist es möglich den Abstrahlwinkel in einem sehr großen Bereich zu verändern. Dies ist sehr vorteilhaft bei Leuchten, denn je nach Erfordernis kann man einen großen Bereich mit Licht abdecken oder einen sehr engen Lichtkegel mit hoher Intensität mit ein und demselben Scheinwerfer erzeugen. Man kann den Linsenscheinwerfer in folgende Gruppierungen unterteilen: Je nach Art der verwendeten Linse in:

a) Stufen- (Fresnel) Linse,

b) Plankonvexe Linse oder Plankonvexe Linse deren Plane Seite streuende

   Eigenschaften aufweist -

c) Pebbel Plankonvex Linse.


Dann kann natürlich das Leuchtmittel zwischen Halogen, LED und Entladungslampe variieren und zu guter letzt können die Ausstattungsmerkmale des Scheinwerfers eine Unterteilung in Studio- und Theater- Linsenscheinwerfer zulassen.

Aufbau

Ein Linsenscheinwerfer besteht in der Regel aus dem Leuchtmittel, einem Kugelspiegel und einer Linse die als Fresnel-, Planconvex- oder Pebbel-Plankonvex ausgeführt ist. Der Kugelspiegel hat die Aufgabe das emittierte Licht der Leuchtquelle, dass von der Linse weg nach hinten abgestrahlt wird, wieder durch Lichtquelle hindurch nach vorne zur Linse hin zu reflektieren. Die Arten der Spiegel, finden Sie hier. Diese Leuchtmittel-Spiegel Anordnung kann nun in unterschiedlichen Abständen zur Linse verfahren werden, wodurch sich ein unterschiedliches Abstrahlverhalten ergibt, wie es im folgenden Bild ersichtlich wird.


Eng bündelnd, hohe Verluste, Heller Lichtkegel

Mittlere Einstellung

Breit abstrahlend, geringe Verluste, geringe Intensität

Gegenüber einer gewöhnlichen Linse bei der beide Seiten gleich gewölbt sind, verwendet man bei Scheinwerferbau in der Regel Linsen deren eine Seite Eben (Plan) ist. Auch hier versucht man jeden Lichtstrahl optimal zu nutzen. Deshalb ist es auch von Bedeutung ob man die Linse mit der Planen Seite zum Leuchtmittel oder umgekehrt einbaut. Totalreflexionen im Randbereich und ungleichmäßigere Strahlaufweitung sind die Folge von verkehrt eingesetzten Linsen.

Einbaurichtung

der Linse

Es wird auch deutlich, das je größer die Linse bei einem Linsenscheinwerfer ist, umso größer ist der Wirkungsgrad bzw. umso mehr Licht strahlt der Scheinwerfer bei gleichem Leuchtmittel ab. Folglich fallen die photometrischen Daten in der Regel bei 1KW Linsenscheinwerfer mit 150mm Linsendurchmesser geringer aus als bei denjenigen die eine 200mm Linse aufweisen. Aber auch die Größe und Beschaffenheit des Spiegels hat Einfluss auf die abgegebenen Lumen. Jedoch ist es Nutzlos wenn der Spiegel größer gehalten wird, jedoch die reflektierten Lichtstrahlen nicht auf der Linse gelangen, sondern nur auf die innere Gehäuselackierung.

Damit das Licht von der Lackierung nicht reflektiert wird und dann als Streulicht durch die Linse nach Außen tritt, sind gute Scheinwerfer in der Innenseite mit einem matten Lack der Licht absorbieren soll ausgestattet. Matte Lacke haben aber den Nachteil, dass Sie sehr Kratzempfindlich sind. Deshalb wird die Gehäuseaußenseite mit einem robusten Kratzfesten Lack versehen, der jedoch glänzt (reflektiert). Diese Konstruktion mit zwei Lackierungen haben natürlich Fertigungstechnisch Ihren Mehrpreis.


Linsengröße

Mattierte Lackierung

a) Glänzender Gehäuselack,


b) Lichtabblockkeil, günstig bei große Entfernung des Leuchtmittels zur Linse hin und folglich spitzen Winkel zur Oberfläche für das Streulicht und der damit bestehenden Gefahr der Reflexion die das Streulicht durch die Linse hinauslässt.


c) Matte Lackierung zur Lichtabsorbtion.  

Zurück zum Spiegel. Man kann den Spiegel sehr klein halten und dafür sehr nah an das Leuchtmittel setzen, jedoch sprechen meist die Temperaturen des Leuchtmittels dagegen, da die Hitze den Spiegel leicht ausbleichen lassen, so das man in Qualitätsscheinwerfer doch recht große Spiegel in gebührenden Abstand findet. Je nachdem ob das Leuchtmittel durchsichtig ist wie bei einer Entladungslampe oder Abschattungen verursacht wie bei einem Halogenleuchtmittels die Wendel, bringt der rückwärtige Spiegel zwischen 20 und 30 %. Ein Betrieb ist auch ohne Reflektor durchaus möglich, jedoch wenn man diese ca. 25% Unterschied mit einem  Scheinwerfer mit und einem Scheinwerfer ohne Reflektor nebeneinander im Lichtwurf betrachtet ist der Unterschied sehr deutlich. Nicht zu vernachlässigen ist aber je nach Leuchtmittel mit entsprechender Wendel, das der rückwärtige Spiegel, richtig eingestellt vorausgesetzt, auch dafür sorgt, dass für die nachfolgende Optik das Filament noch dichter erscheint, da das reflektierte Wendelabbild die Lücken der echten Wendel auffüllt und somit das gesammte Lichtbildgleichmäßiger wird. Wie wir an dem Bild „Prinzip der Abstrahlwinkelverstellung“ erkennen können ist bei einem sehr engen Abstrahlwinkel der Verlust von Licht am größten. Wir haben also in der Spotstellung einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Aber das Licht gewinnt aufgrund der engen Bündlung sehr an Intensität, denn die Fläche die es Bestrahlt ist relativ klein.

So hat man in der Spotstellung also bei enger Fokusierung einen sehr Intensiven Lichtstrahl (Beam) der gerne eingesetzt wird um prägnante Objekte oder Schauspieler hervorzuheben. Im Studio spricht man auch von einer Spitze setzen bzw. vom Spitzlicht. Bewegen wir das Leuchtmittel zur Linse hin, wird der Abstrahlwinkel groß (Flood) und der Wirkunggrad nimmt zu. Es wird immer mehr Licht des Leuchtmittels von der Linse erfasst. Dennoch verliert sich die Intensität des Lichtes das auf das Objekt auftrifft an Intensität, da die Flächen die Beleuchtet wird expotential größer wird, was bei weitem nicht mit dem besseren Wirkungsgrad aufgefangen werden kann. Beim Einleuchten im Theater mit eingeschränkter Scheinwerferanzahl wird oft der Intensitätsgewinn beim Fokussieren dazu verwendet um einen Schauspieler noch stärker von dem Grundlicht hervorzuheben, um die Aufmerksamkeit des Publikums zu führen. Der Lichtgestaltende fordert dann lieber einen engen Fokus um nur noch das Gesicht zu erhellen, anstatt dass die gesamte Person im Grundlicht untergeht.


Spiegel

Spitze

Kondensor-Linsen-scheinwerfer

Um den Umstand entgegenzutreten das der Wirkungsgrad sich mit ändern des Abstrahlwinkels verändert, bzw. damit man noch mehr Licht zur Verfügung hat wenn man den Scheinwerfer sehr eng zieht, wird eine weitere Linse sehr nah man Leuchtmittel platziert. Diese Linse wird aufgrund Ihrer Funktion das Licht in einer Richtung hin zu konzentrieren Kondensorlinse genannt. Die Kondensorlinse und Ihre Eigenschaften werden wir später bei den Profilscheinwerfern noch genauer kennenlernen. Hier gehen wir nur in soweit auf die Kondensorlinse ein, wie es für die Wirkunggradverbesserung eines Linsenscheinwerfers nötig ist. Kurz, Die Kondensorlinse ist dicht am Leuchtmittel platziert, um alles Licht des Leuchtmittels aufzufangen und auch bei sehr kleinen Abstrahlwinkel alles Licht auf die Vordere Linse zu richten und nicht auf die Gehäuseinnenwand.

Moderner Linsenscheinwerfer mit angefrosteter Kondensorlinse für gleichmäßigstes Lichtverteilung

Historischer Linsenscheinwerfer mit klarer Kondensorlinse

Eine Kondensorlinse kann weiterhin neben dem konstanten Wirkungsgrad auch eine noch besserer Lichtverteilung ermöglichen. Gerade bei Linsen mit starker Wölbung wie meist bei Kondensorlinsen der Fall ist, werden die Lichtstrahlen zum Rand hin stärker gebrochen, so das Ihr der Brennpunkt scheinbar zur Linse hin wandert je näher die Lichtstrahlen zum Linsenrand eintreffen. Mann nennt diesen Effekt Kaustik und er bewirkt, das die aufprojezierte Lichtfläche zum Rand hin mehr Licht, also einen hellen Rand macht, während die Mitte durchschnittlich beleuchtet ist, aber für uns wie ein Loch erscheint. Diesen Randfehler kann man entgegenwirken, indem man die Linse zum Rand hin anders formt. Da diese Linse nicht mehr sphärish geformt also unterschiedliche Radien aufweist, wird Sie Asphährische Linse genannt. Die Herstellung von Asphärischen Linsen hat wiederum Ihren Preis. In der Regel werden Linsen für Scheinwerfer aus Borosilikatglas hergestellt. Jedoch für Linsenpositionen sehr nah am Leuchtmittel können auch noch höhere Temperaturfestigkeiten benötigt werden. Dann verwendet man z.B. Linsen aus Duran bis hin zum Quarzglas.

Kaustik

Radial geformte Linsen bilden einen Kaustikfehler, Asphärische Linsen kompensieren das, sind aber schwerer herzustellen

Symbole

Die DIN 15560-1:2003-08 definiert einen Linsenscheinwerfer unter 3.2.6 als Beleuchtungsgerät mit gerichteter Lichtführung bei dem das Licht der Leuchtquelle auf direktem Wege einer Linse oder indirekten Weg über einen Holspiegel einer Linse zugefügt wird. Diese Linse bündelt und richtet das Licht. Durch verändern des Abstandes der Lichtquelle-Spiegelkombination zur Linse kann der Abstrahlwinkel verändert werden. Weiterhin definiert diese DIN unter 3.2.5 Den Stufenlinsenscheinwerfer. Der Unterschied im Text ist nur das statt von Linse nun von Stufenlinse gesprochen wird. Aber aus dem bereits behandelten Grundlagen wissen wir das die Stufenlinse zur Familie der Linsen gehört. Also ist Linse der Oberbegriff für Fresnellinsen (Stufenlinsen), Plankonvexe (PC) Linsen und Plankonvexe Pebbel-Linsen PPC), wobei wir nun die Konkaven Linsen unterschlagen, da Sie kaum eine Anwendung in der Beleuchtungstechnik haben. Folglich müsste unter 3.2.6 der PC-Linsenscheinwerfer definiert sein wenn man den PPC zu PC-Gattung dazuzählen will. So verwundert es auch nicht, das in der Din 15560 Teil 6 der Planconvexe Scheinwerfertyp nicht als Symbol aufführt ist, was wiederum die Studiolastigkeit dieser DIN erkennen lässt. Im Theater haben sich dennoch  folgende Symbole herausgebildet.


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