Labor Technische Optik

Konzeption, Konstruktion eines Prüfstandes für Fahrradscheinwerfer

Semesterarbeit

Martin Wulf und Thomas Müller

WS 2007/08

Aufgabenstellung

Bei dieser Semesterarbeit wurde auf eine bereits bestehende Semesterarbeit aufgebaut. Die Aufgabe war es einen Prüfstand für Fahrradscheinwerfer zu konzipieren, konstruieren und vollautomatisch anzusteuern. Die Ansteuerung für den Prüfstand wurde mit der Software Matlab realisiert.

Messmethode

Zum besseren Verständnis kann man sich vorstellen, der Scheinwerfer befindet sich im Mittelpunkt M der Kugel (siehe Bild 1). Das Luxmeter wird fest an der Kugeloberfläche angebracht. Durch drehen des Scheinwerfers um die Achsen des Kugelkoordinatensystems wird die Kugeloberfläche ausgeleuchtet und damit die Leuchte vermessen.

Das Bild 2 stellt die Messpunkte auf der Kugeloberfläche dar. Dabei ist zu erkennen, dass die Messpunkte auf einer Ellipse angeordnet sind.

Bild 1: Strahl zum Luxmeter

Der Vektor zum Punkt P zeigt beispielhaft Strahlen die vom Scheinwerfer (Mittelpunkt M) zum Luxmeter (Punkt P) scheinen.

Bild 2: Messpunkte auf der Kugeloberfläche

 

Die roten Punkte stellen die Messpunkte auf der Kugeloberfläche dar. Dabei ist zu erkennen, dass die Messpunkte auf einer Ellipse angeordnet sind.

Aufbau Goniometer:

Grundsätzlich ist zu sagen, dass sich der Scheinwerfer immer im Zentrum der optischen Achsen befinden muss. Da es viele verschiedene Typen von Scheinwerfern gibt, muss diese Verstellungen für alle Fahrradlampen gewährleistet sein. Ebenso ist die Verbindung vom Goniometer zu den Schrittmotoren über Zahnräder verwirklicht, da diese keinen Schlupf aufweisen und nur so eine genaue Messung durchgeführt werden kann. Um eine gute Wiederholgenauigkeit der Messungen zu erreichen ist zusätzlich noch ein Laser am Goniometer angebracht.

Bild 3: Goniometer

Messdurchführung und Auswertung:

Die Ansteuerung des Goniometers wird mit Hilfe der Software Matlab realisiert. In das Messprogramm können verschiedene Parameter wie Schrittlänge, Geschwindigkeit, Anzahl der Messpunkte und Abstrahlwinkel eingegeben werden. Die Messung erfolgt vollautomatisch und dauert je nach Einstellung etwa 15-30 Minuten, danach werden die Messwerte ebenso über Matlab ausgewertet. Zwei sehr interessante Graphen die erzeugt werden, ist die Abstrahlcharakteristik mit der Helligkeitsverteilung auf der Kugeloberfläche (siehe Bild 4) und die Bestrahlungsstärke des Scheinwerfers auf der Straße (siehe Bild 5). Diese Einstellungen können je nach Lenkerhöhe des Fahrrads und Neigungswinkel des Scheinwerfers mit der Software simuliert werden.

Bild 4: Abstrahlcharakteristik eines Fahrradscheinwerfers

 

Bild 5: Beleuchtungstärke auf der Straße in Lux

 

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Semesterarbeit konnte ein schöner Prüfstand aufgebaut werden, mit dem alle gebräuchlichen Fahrradlampen, mit oder ohne Akku, vermessen werden können.

Ebenso können mit diesem Prüfstand sinnvolle Werte der Fahrradlampen ermittelt werden, denn die Vorgaben der StVZO sind sehr spärlich. Da muss eine Fahrradlampe nur an einem Punkt in 10m Abstand eine Beleuchtungsstärke von 10 Lux besitzen, d.h. es wird nicht der  gesamte Abstrahlwinkel betrachtet sondern nur ein Punkt. Daher können mit diesem Prüfstand Fahrradscheinwerfer einheitlich verglichen werden.