Optimales Licht für Industrie- und Gewerbehallen

Betriebsbedarf

Optimales Licht für Industrie- und Gewerbehallen

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Mit moderner LED-Technik lassen sich gewerbliche Hallen gleichermaßen adäquat und effizient ausleuchten. Trotzdem gibt es in vielen Unternehmen noch jede Menge Verbesserungspotenzial hinsichtlich Energieeinsparpotenziale und gute Sehbedingungen.

Große Flächen, hohe Decken, wenig Tageslicht – die Ausleuchtung von gewerblichen Hallen stellt oft hohe Anforderungen an die Beleuchtungslösung. Die Technik muss stimmen, damit gute Lichtverhältnisse für die anstehenden Aufgaben gegeben sind. Die Verantwortlichen müssen zudem optimale Sehbedingungen und hohe Energieeffizienz unter einen Hut bringen. Schließlich verbessert sich die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens, wenn die Energiekosten gedrückt werden. Der Beitrag einer energieeffizienten Beleuchtung ist dabei nicht unerheblich, denn glaubt man einer Studie im Auftrag des Umweltbundesamts (Energieeffizienz: Potenziale, volkswirtschaftliche Effekte und innovative Handlungs- und Förderfelder für die nationale Klimaschutzinitiative), dann bietet eine effiziente Beleuchtung neben energieoptimierten Antrieben, Pumpen sowie Lüftungs- und Druckluftsystemen die größten Einsparpotenziale in den Sektoren Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen.

Eine zeitgemäße Hallenbeleuchtung mit moderner LED-Technik erfüllt die hohen Anforderungen an Ausleuchtung und Energieeffizienz. Unternehmen können damit teilweise mehr als die Hälfte der Energiekosten einsparen und zugleich die Lichtqualität in der Regel deutlich steigern. Bei der Ausstattung einer neuen Gewerbehalle stellt sich die Frage nach LEDs daher immer seltener, denn ein Großteil der Unternehmen setzt auf die effizienten Leuchtdioden. Vor der Umrüstung bestehender Beleuchtungslösungen hingegen schrecken einige wegen der vermeintlich hohen Investitionskosten zurück. Mittlerweile liegen die Anschaffungskosten für LEDs aber auf einem vergleichbaren Preisniveau zu anderen Leuchtmitteln. Außerdem haben sich die Investitionskosten bei der betrieblichen Nutzung relativ schnell amortisiert. Wie schnell, hängt von der Arbeitsdauer ab. Im Drei-Schicht-Betrieb rechnet sich die Anschaffung im Schnitt schon nach ein bis zwei Jahren und im Zwei-Schicht-Betrieb sind es etwa drei Jahre. Und selbst bei einem Ein-Schicht-Betrieb dauert es auch nur vier, maximal fünf Jahre, bis sich die Investition gelohnt hat.

Wer die Umrüstung auf die neue Technik lange vor sich her schiebt, der verbrennt mehr Geld als er ahnt, denn eine veraltete Beleuchtungslösung hat oft in doppelter Hinsicht ihren Preis. Sie treibt nicht nur die Energiekosten, sondern auch den Wartungsaufwand in die Höhe. Mit einer Lebensdauer von mehr als 60 000 Stunden liegen moderne LEDs auch in diesem Bereich klar vorne. Damit die Vorteile der LED-Technik zum Tragen kommen, sollte der Verantwortliche bei der Auswahl der Lösung auf robuste Leuchten setzen. Das ist wichtig gerade für die Anwendung in Hallen mit erschwerten Betriebsbedingungen wie Staubbelastung, ölhaltige Luft, Schweißrauch, hohe Umgebungstemperaturen oder hohe Luftfeuchtigkeit. Möglich wird eine zuverlässige Beleuchtung unter schweren Bedingungen durch robuste Lösungen mit schmutzabweisenden Oberflächen und durchdachtem Thermomanagement. Der Hersteller Waldmann mit Sitz in Villingen-Schwenningen hat für diesen Fall industrielle Leuchten im Programm, die zum Beispiel einen intelligenten Überhitzungsschutz bieten. Wird es für die hitzebeständigen Leuchten doch einmal zu heiß, wird das Licht automatisch gedimmt, damit die Temperatur sinkt und die LEDs keinen Schaden nehmen. Das in den Leuchten verbaute Material sorgt zudem dafür, dass die Modelle resistent sind gegen Schweißdämpfe sowie Kühl- und Schmiermittel.

Bei einem Hallenneubau oder der Umrüstung einer veralteten Beleuchtungslösung sind Verantwortliche im Unternehmen gut beraten, wenn sie auf eine professionelle Beleuchtungsplanung setzen. Erfahrene Fachplaner wissen, wie sich maximale Energieeffizienz mit einer optimalen Anpassung an die Rahmenbedingungen kombinieren lässt. Für eine genaue Analyse der Anforderungen berücksichtigen sie unter anderem die Maße der Halle, insbesondere die Höhe, den Tageslichteinfall, eventuell auftretende Emissionen, die Ausstattung und die Arbeiten, die in der Halle verrichtet werden müssen. Auf dieser Basis wird ein Beleuchtungskonzept für die spezifischen Rahmenbedingungen entwickelt. Dieses Konzept ist die Grundlage, um im nächsten Schritt einzelne Beleuchtungskomponenten auszuwählen und auszurechnen, wie viele Lichtpunkte oder Lichtbänder nötig sind.

Hinsichtlich Lichtbedarf gibt es eine einfache Regel: Je anspruchsvoller die Sehaufgaben sind, desto höher muss die Beleuchtungsstärke sein. Für eine Lagerhalle ist in der Regel eine Beleuchtungsstärke zwischen 150 und 200 lx ausreichend. In Produktions- und Montagehallen sind im Schnitt 500 lx erforderlich. Je nach Komplexität der Aufgaben sind auch mehr als 750 lx notwendig. Die Mindestanforderungen an die Beleuchtung hat der Arbeitsstättenausschuss des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales in den „Technischen Regeln für Arbeitsstätten (ASR A3.4)“ zusammengefasst. Für optimale Arbeitsbedingungen lohnt es sich aber, über diese Anforderungen hinaus zu gehen, denn gutes Licht steigert die Sicherheit und die Produktivität. Mit anderen Worten: Licht gut, alles gut. Das belegen auch wissenschaftliche Untersuchungen der Technischen Universität Ilmenau.

Für gute Sehbedingungen ist neben der Beleuchtungsstärke auch eine homogene Lichtverteilung wichtig. Gerade im Produktionsumfeld sorgt eine blendfreie Hallenbeleuchtung mit gleichbleibender Lichtstärke nachweislich dafür, dass weniger Fehler und weniger Unfälle passieren. Aufschluss über die Blendung gibt der sogenannte UGR-Wert (Unified Glare Rating). Um den komplexen Lichtanforderungen in hohen Hallen bis 30 m gerecht zu werden, haben die Spezialisten der Hersteller Waldmann und Hella gemeinsam den LED-Hallentiefstrahler „Acaneo“ entwickelt. Gerade für schwierige Umgebungsbedingungen ist das Modell mit einem robusten Aluminiumdruckgussgehäuse und einem intelligenten Thermomanagement ausgestattet. Dank einer speziellen Optik bietet die Leuchte eine hohe Lichtleistung und bleibt selbst dann nahezu blendfrei, wenn man direkt in die Leuchtmittel blickt.

Wenn es darum geht, Effizienz und Lichtqualität zu verbinden, hat sich in der Praxis eine bedarfsgerechte Kombination aus raum- und arbeitsbezogenen Beleuchtungslösungen bewährt. Die sogenannte Zwei-Komponenten-Beleuchtung eignet sich gerade für Produktions-, Werkstatt- oder Montagehallen, in denen unterschiedliche Aufgaben erledigt werden müssen. Die Beleuchtungsspezialisten aus dem Schwarzwald setzen dabei auf ihre Twin-C-Philosophie (Concepts und Components), sprich Konzepte und Komponenten. Gemäß dieser Philosophie wird Licht gezielt dort eingesetzt, wo es gebraucht wird.

Die Hallenbeleuchtung sorgt beispielsweise für eine effiziente Ausleuchtung der Fläche, während die Arbeitsplatz- oder Maschinenleuchte besonders hohe Beleuchtungsstärken in bestimmten Bereichen sicherstellt. So stehen den Mitarbeitern an Prüfarbeitsplätzen etwa Beleuchtungsstärken bis zu 1000 lx zur Verfügung, ohne dass dabei Energie für eine unnötig starke Ausleuchtung der gesamten Halle verschwendet wird.

Für Mitarbeiter ist eine Zwei-Komponenten-Beleuchtung angenehm, da sie die arbeitsplatzbezogene Beleuchtung nach ihren jeweiligen Bedürfnissen einstellen und dimmen können. Dieser Aspekt spielt auch für die altersgerechte Arbeitsplatzgestaltung eine große Rolle. Denn ältere Mitarbeiter brauchen oft eine höhere Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz als jüngere, da sich die Sehfähigkeit mit zunehmendem Alter verschlechtert.

Die Anforderungen in Unternehmen variieren von einer Basis-Lichtlösung mit simpler Ein-Aus-Funktionalität bis hin zu ausgefeilten Lichtmanagementsystemen mit Anschluss an die Gebäudeautomation. Mit zusätzlicher Technik wie Tageslicht- und Präsenzsensoren, die das Licht automatisch regeln, können Unternehmen zusätzliche Energiesparpotenziale ausschöpfen. Präsenzsensoren, die oft sogar bei Basis-Lösungen nachgefragt werden, sorgen dafür, dass wenig genutzte Bereiche nicht ständig komplett ausgeleuchtet werden. Und über Tageslichtsensoren wird die Beleuchtung so gesteuert, dass das einfallende Tageslicht sozusagen in Echtzeit genau im erforderlichen Maß unterstützt wird. Nicht zuletzt können ausgefeilte Lichtsteuerungssysteme über Schnittstellenmodule in das übergeordnete Gebäudemanagement eingebunden werden. Außerdem lassen sich weitere Stromverbraucher wie die Heizung oder die Belüftungsanlage an die Beleuchtung koppeln und ebenfalls automatisch steuern. (ub)


Messwerte aus dem Dunkel

Die Qualität der Beleuchtungslösungen von Waldmann kommt nicht von ungefähr. Das Unternehmen mit Sitz in Villingen-Schwenningen investiert dafür regelmäßig in die eigene Entwicklung. Im Zuge dessen wurde 2016 das hauseigene Lichtlabor mit einem sogenannten Robo-Goniophotometer ausgestattet, einem pechschwarzen Roboter, der die Leuchten in unterschiedlichen Winkeln mit hoher Wiederholgenauigkeit zu Testzwecken positioniert. So werden die von der EU geforderten Kenngrößen der Produkte gemessen. Hierzu gehören unter anderem der Lichtstrom und die Lichtstärkeverteilungskurve, kurz LVK.

Mit dem flexiblen Roboter kann Jochen Glaß, der als Techniker im Lichtlabor arbeitet, die verschiedenen Messgeräte wie Spektroradiometer oder Leuchtdichtekamera in die Abläufe einbinden. „Nach einer einmaligen Montage und Ausrichtung dreht der Roboter die Leuchte millimetergenau in Richtung des jeweiligen Messsystems“, erzählt Glaß. „Zusätzliche Messaufbauten werden dadurch vermieden, das spart viel Zeit in der Entwicklung und vermeidet Fehlerquellen.“ In den Messprotokollen werden neben dem Lichtstrom und der LVK auch spektrale Größen wie Farbtemperatur, Farbwiedergabe oder Farbmaßzahlen ausgewiesen. Hinzu kommen energetische Angaben wie Leistung, Lichtausbeute und der elektrische Anschluss. Im Labor wird der Lichtstrom aus der Leuchte in Lumen gemessen. Dabei sind thermische und optische Verluste berücksichtigt. Eine Effizienzaussage liefert die sogenannte Lichtausbeute, die den Lichtstrom ins Verhältnis zur aufgenommenen elektrischen Leistung der Leuchte setzt. Dazu wird die Strom- und Spannungsversorgung der Messobjekte über eigenständige, computergesteuerte Stromquellen zusätzlich überwacht und dokumentiert.

Durch das Lichtlabor wird die Zuarbeit bei der Entwicklung neuer Leuchten maßgeblich beschleunigt. Konzepte, Prototypen und kundenspezifische Lösungen lassen sich zeitnah messen und bewerten. Die Ergebnisse stehen bei Bedarf kurzfristig der Entwicklung, dem Produktmanagement und der Lichtplanung zur weiteren Entscheidung und Bearbeitung zur Verfügung. Das Lichtlabor ist vollklimatisiert. So lassen sich die Umgebungsbedingungen normgerecht auf konstanten 25 °C Raumtemperatur bei einer Luftfeuchte von 40 % halten.

Das Lichtlabor ist klimatisiert und während der Messungen komplett abgedunkelt.

„Der LED-Umstieg hat zehn Jahre gedauert“

Herr Rapp, herkömmliche Leuchtmittel wurden in den letzten Jahren fast vollständig durch die LED-Technik ersetzt. Welche Auswirkungen hatte dieser technische Wandel für Waldmann?

Eigentlich waren die letzten zehn Jahre vom LED-Umstieg geprägt. Das hat nicht nur uns, sondern die ganze Lichtbranche nachhaltig beschäftigt. In dieser Dekade hat sich Waldmann vom Elektrogeräte- zum Elektronik-Hersteller gewandelt. Früher haben wir Gehäuse entwickelt, aber die Leuchtmittel zugekauft.

Der Fokus lag auf dem Gehäuse?

Kann man so sagen. Natürlich haben wir mit unserem lichttechnischen Know-how auch die optimale Lichtwirkung aus dem Bauteil herausgeholt, aber das war es dann auch schon. Das war auch eine Herausforderung, keine Frage, aber heute haben wir eine eigene Elektronikfertigung und bauen das Leuchtmittel selbst.

Bis auf die LEDs, versteht sich.

Sicher, wir sind kein LED-Hersteller. Diese Technik gibt es günstiger in Asien, wo mittlerweile alle LEDs herkommen. Aber wir stellen die Elektronik her und bestücken dann die Leiterplatten mit den LEDs. Insofern mussten wir uns in den letzten zehn Jahren einem gehörigen Wandel unterziehen.

Eine lange Zeit. Gab es dabei verschiedene Phasen?

Die ersten drei bis vier Jahre waren eine Findungsphase. Eigentlich war in dieser Zeit der ganze Markt damit beschäftigt, sich zu finden. Da sind viele neue Wettbewerber auch aus dem Elektronikbereich dazu gekommen. Die suchten sich einen Gehäusehersteller, damit sie ihre Elektronik verbauen konnten. Inzwischen haben wir den Umstieg vollständig vollzogen, wobei wir zusätzlich die komplette, alte Welt im Rucksack haben. Schließlich müssen wir die Lieferbarkeit für die alten Produkte sicherstellen und wir haben zum Teil Ersatzteilvereinbarungen über 20 Jahre. Andererseits profitieren wir im Vergleich zu jüngeren Wettbewerbern von unserem Erfahrungsschatz in der Lichttechnik.

Wird es jetzt nach dieser Zeit des Wandels wieder etwas ruhiger?

Von wegen, mit der Digitalisierung steht das nächste große Thema bereits an. Der Anwender wird von unseren Produkten in Zukunft mehr erwarten als Dimm-Funktion, Präsenz- oder Tageslichtsensor. Gefragt sind intelligente, vernetzbare Leuchten mit Zusatzfunktionen. Integrierte Sensoren werden Daten liefern über die Leuchte und das Umfeld, wo sie eingesetzt ist. Die Informationen wandern ins Internet der Dinge, werden ausgewertet und zu neuen Geschäftsmodellen führen, etwa im Servicebereich. Die Leuchte meldet sich und sagt: „Du hast mich zu heiß betrieben, ich gehe bald kaputt, bestell schon mal eine neue.“ Das ist ein einfaches Beispiel, aber in diesem Umfeld werden sich Ideen auftun und die werden wir verfolgen und umsetzen. (ub)

Jürgen Rapp, Produktmanager bei Herbert Waldmann: „Wir haben uns vom Elektrogeräte- zum Elektronik-Hersteller gewandelt.“
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Titelbild Industrieanzeiger 26
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