UK1

Im April 2001 ist der Bedarf für eine UK so groß, daß eine erste Kugel (UK1) selbst gebaut wird. Ich habe keine Lust mehrere kDM oder Kilo-Euro zu investieren, ist ja schließlich Hobby, und nicht beruflich. Ein Sitzball mit einem Durchmesser von 58cm wird mit GFK überlaminiert. Außen wird ein normaler, schwarzer Buntlack in drei Schichten gestrichen. Nach mehreren, vergeblichen, Versuchen Farben mit Magnesiumoxid oder Barytweiß zu erhalten am Ende von einem UK-Hersteller sinngemäß mit ,,Wenn Sie nicht kallibrieren wollen, dann reicht 'ne Dispersionsfarbe. ...Wir beschichten nicht selber, da die Farbe nur schwer homogen aufzubringen ist; wir haben da unser Lehrgeld bezahlt...`` ergab, wird als Innenanstrich eine normale Dispersionfarbe (Alpina Universalweiß (AUW)) verwendet. Innen wird mit einer schmalen Schaumstoffrolle gemalt. Fellrollen ergeben eine zu grobe, Pinsel eine gerichtete Oberfläche. Als Schatter wird eine 2mm dicke Blende, mit drei 2mm GFK-Stäben am Rand an der Kugelwand befestigt, verwendet. Der Trennspalt zwischen den Halbschalen wird mit schwarzem Baumwollsamt (einseitig aufgeklebt) abgedichtet. Die Kugel ist nicht ganz lichtdicht: Außenlicht wirkt sich mit ca. $1,18\cdot 10^{-5}$lx/lx aus.<sup>G.2</sup> Die Eintrittsöffnung ist dabei abgedeckt. Ursache sind meist nicht komplett zulackbare Löcher im Laminat (180g/m$^2$ Leinwand), zu groß für die Oberflächenspannung, zu klein die Höhlen darunter, als daß dort Lack einzubringen ist. Bei einer Bestrahlung mit ,,Schwarzlicht``-Neonröhren werden keine sichtbaren Floureszenseigenschaften festgestellt. Bilder aus der Bauphase sind auf http://www.enhydralutris.de/Fahrrad/HPV-Bilder/OlafSchultz/Elektronik/ zu finden.

Den folgenden Textstellen vorweggreifend: Mit drei, von Busch&Müller freundlicherweise vermessenen und zur Verfügung gestellten, HS3 Halogenlampen (OSRAM) ergibt sich ein bis Ende 2008 genutztes $C_{\mbox{\footnotesize K}}$ von 0,176lm/lx mit AUW. Eine Rekallibration im November 2008 mit drei neuen, ebenfalls wieder freundlicherweise von bumm zur Verfügung gestellter Birnen ergibt einen neuen $C_{\mbox{\footnotesize K}}$. Nach dieser Kallibration wird ein Neuanstrich mit OPD97 von Gigahertz-Optik durchgeführt.^G.3

Grob überschlägig sollten bei zu erwartenden Lichtströmen von ca. 0,5lm (NSPW500) ...36lm (HS3) ...450lm (10W Solarc), Reflexionsgraden von $\varrho=0,8$ sowie einer Innenfläche von ca. 1,1m$^2$ Beleuchtungsstärken von

$${\overline E}_{\mbox{\footnotesize ind}}=\frac{\varrho}{A_{\mbox{\footnotesize H}}(1-\varrho)}\Phi_{\mbox{\footnotesize L}}$$ (G.6)

1,8lx...129lx...1614lx meßbar sein. Je besser der Anstrich reflektiert, desto besser. Kleine Kugeln würden bei kleinen Lichtströmen besser sein, aber dann machen sich Oberflächenfehler^G.4 stärker bemerkbar. Allererste Gehversuche ergeben bei Betrieb mit einer neuen HS3 bei 2,504W eine Beleuchtungsstärke 160lx an den Rändern und 176lx im Zentrum. Als Umrechnungsfaktor $C_{\mbox{\footnotesize K}}$ wird 0,176 verwendet.

Tabelle G.1: Erste Gehversuche mit der UK1

Lichtquelle	$U$ [V]	$P$ [W]	$E$ [lx]	[lx/W]	$\Phi$ [lm]	[lm/W]	$\Phi_{\mbox{\footnotesize Nenn}}$ [lm]
HS3	6	2,526	185	72,3	32,6	12,9	36
HS4	13,5	5,521	580	105,1	102,1	18,5	90
HPR64	6	2,964	274	92,4	48,2	16,3	46
Halotone 5W	12	4,848	297	61,3	52,3	10,8	60
Halotone 10W	12	10,536	733	69,6	129	12,2	140
Halotone 35W	12	35,46	3150	88,8	554,4	15,6	600
Halolux BT 150W	228,9	153,45	15100	98,4	2657,6	17,3	2100
Solarc 10W	12	13,164	2260	171,7	397,8	30,2	450
	11	11,374	1730	152,1	304,5	26,8
	10	9,81	1380	140,7	242,9	24,8
Solarc nackt	12	13,056	3034	232,4	534	40,9	500
NSPW500 20 mA	3,418	0,068	9,04	132,2	1,6	23,4
5 mA	3,104	0,016	2,67	172	0,47	29,4

Die Solarc ist mit der Originalvorschaltelektronik vermessen, die Betriebsdauer beträgt ca. 9h. Bei der ,,nackten``^G.5 Messung mehrere 10Stunden. Die UK1 reagiert relativ empfindlich auf die Lage der stark gerichteten Strahler. So werden diese hier in der Mitte, mittig auf den Schatter strahlend, ausgerichtet. Die neuen Halotones werden mit einer Lebensdauer von 2000h in der 5W und 3000h in der 10W und 35W-Ausführung angegeben. Zieht man Nennlichtströme^G.6 heran, so ergibt sich $C_{\mbox{\footnotesize K}}\approx0,189$lm/lx. Lediglich die HS4 und die NSPW500 weichen stark ab. Dem wird noch nachgegangen.

Ein Durchmusterung von über 40 Kleinleistungshalogenlampen (teilweise neu, teilweise gebraucht) ergibt mit einem $C_{\mbox{\footnotesize K}}\approx0,176$lm/lx Bild G.1. Dieser Wert wurde auch durch drei, von Busch&Müller ausgemessene und freundlicherweise zur Verfügung gestellte, HS3-Lampen bestätigt.

Bild G.1: Durchmusterung von Glühlampen in der UK1

Nebenbei sei bemerkt, daß einige Lampen schon gealtert sind (z.B. die beiden ,,Ausreißer`` bei den HPR64). Generell interessant ist das Streufenster der Lampen, die HPR64 soll eigentlich eine 6V/3W-Lampe sein. An 6V ist sie hier aber eher eine 2,8W-Lampe. Zusammen mit einem DToplight (mir sind bisher meist nur Versionen mit $<$0,3W in die Hände gefallen) also eine gute, wenn auch nicht zugelassene, Wahl, gerade an starken Dynamos! Frapierend ist die hohe Streubreite der unbenutzten B2-Lampen.

Und eine weitere Anmerkung ergibt sich aus der Zwickmühle der TA 23 (s. S. ff.), die für die ,,einfachen`` Anfordungen von 6V-Systeme bzw. unter 42lm bei $U_{\mbox{\footnotesize Nenn}}$ ausgeht: Lampen in 6V-Systemen dürfen nicht mehr als 17,5lm/W haben. Die HPR60 dürfte nach bisherigen Messungen mit anderen Worten keine Zulassung erhalten haben bzw. nicht für 6V-Scheinwerfer zugelassen sein. Also mal wieder ein Zwickmühle im Zulassungsdickicht.

Die UK1 reagiert auf die Position und Strahlcharakteritik der Lichtquelle. Für Lichtquellen mit einer kugelähnlichen Abstrahlung liefert die übliche Postition nahe der Kugelmitte stabile Meßwerte. Stark gerichtete Strahler, wie z.B. die Solarc, weisen größere Abweichungen auf. Für eine Auswahl an Luxeon-LEDs, eine HS3 und einen Solarc-Brenner siehe Bild G.2. Die Lichtströme sind auf den Lichtstrom in der Mitte normiert. Die Eintauchtiefe ist ebenfalls normiert: Peripherie=1, Zentrum=0. Es werden folgende Achsendefinitionen verwendet: $x$-Achse=Achse des Sensors (pos. auf den Sensor zeigend), $z$-Achse senkrecht (Teilungsebene, pos nach oben ($x$ liegt horizontal)), $y$-Achse normal auf $x$ und $y$. Die einzelnen Kurven werden mit ,,Lichtquelle Achse,Strahlrichtung`` benannt.

Bild G.2: Abhängigkeit des Meßwertes von der Strahlausbreitung und Position (normiert)

Damit ist die Abhängigkeit der Ulbrichtkugel auf Fehlpositionierungen einigermaßen beleuchtet.

Die Abhängigkeit der UK auf die Ausrichtung der Lichtquelle werden mit einem Lambertstrahler und einem Sidemitter in der Kugelmitte ausgetestet (vgl. Bild G.3).^G.7

Laut AB08 (Stand 04/2006) mißt Luxeon von der Peripherie ($x=-1$ in Bild G.2).

Bild G.3: Abhängigkeit der Meßergebnisse von der Ausrichtung in der Ulbrichtkugel

Der starke Abfall zwischen 135 und 180 Grad kann zum Teil durch die halbseitige Abschattung der LEDs durch die Halterung (8mm breites Messingprofil) erklärt werden.

Für die Messung gerichteter Strahler ist es zumindet bei L.O.T üblich, den Strahler am Kugelrand zu plazieren, den Sensor quer dazu anzuordnen und diesen vor direkter Strahlung mit einem, dazwischen platzierten und bis an die Wand reichenden Schatter zu schützen (vgl. Bild 3.1). Bei einer Anstrahlung der Wand gegenüber dem Schatter reagiert die hier benutzte Bauversion relativ gering auf die Position der Strahlers, jedoch werden ca. 15% geringere Lichtströme als bei der Anstrahlung des Schatters gemessen.