Lichtmusterkonzeption und -fertigung von ARRK Engineering

Der Lichtmarkt ist kontinuierlichen Veränderungen unterworfen und gewinnt durch das Trendthema Autonomes Fahren mehr und mehr an Bedeutung.
"Wir benötigen neue Konzepte mit gebündelten Schwerpunkten, die optimal auf die Bedürfnisse moderner Lichttechnik ausgelegt sind", erklärt Carsten Taeuscher, Abteilungsleiter Optische Systeme bei ARRK Engineering.
"Das erfordert nicht nur ein Zusammenspiel von optischer Berechnung, Konstruktion, Prototypenaufbau und der elektrischen Ansteuerung, sondern auch eine Abkehr vom automobilen Einheitslook."

Für Automobilhersteller eröffnen sich dadurch besonders im Bereich der Front- und Rückleuchten variantenreiche Ausdrucksformen und vielfältige Möglichkeiten zur optischen Differenzierung von Mitbewerbern. ARRK Engineering hat bereits zur  ISAL 2019 beispielhaft ein Lichtmusterkonzept umgesetzt: Scheinwerfer, beleuchtetes Logo und Lichtsignalleiste – alles integriert in ein selbstgefertigtes Frontend.

Konzeption des Demonstrators

Das Projektziel des Ingenieurteams war der Aufbau eines Demonstrators mit der Option, seriennahe Scheinwerferprototypen zu produzieren. Dabei galt es, besonderen Anforderungen bei der Auslegung des Lichtmusters gerecht zu werden: Sämtliche Rahmenparameter mussten im Vorfeld vom Projektteam selbst definiert werden. Es gab keine Herstellervorgaben. Das Konzept wurde demnach durch das Engineering festgelegt.

"Das Design, die Technik und die komplette elektrische Ansteuerung wurden mittels lichttechnischer Expertise umgesetzt", erläutert Taeuscher. Der Demonstrator besteht aus einem Scheinwerfer, in dem prototypische Lichtelemente präsentiert werden sollen; das Lichtmuster ist dabei in seiner Erscheinung dem menschlichen Auge nachempfunden. "Die 'Pupille' des Demonstrators ist so geformt, dass es scheint als würde der Scheinwerfer die Person aus jedem beliebigem Blickwinkel beobachten", beschreibt Taeuscher den Aufbau. "Diese subjektive menschliche Wahrnehmung wird durch die Ausnutzung eines optischen Effektes erreicht, es geschieht also nicht mechanisch oder elektronisch."

Die Anforderungen an die Lichtfunktion der beiden Scheinwerfer beinhaltete eine Darstellung von Pupille unten/oben, Augenweiß, Iris und Augenbraue; Letztere wurde als Abbiegelicht mit Wischfunktion umgesetzt. Als weitere Elemente wurden auch die Symbolbeleuchtung in Form des Unternehmensschriftzugs und eine Lichtleiste im Kühlergrill zur Fußgängerkommunikation mittels Licht ins Konzept eingebunden. Die LEDs einer Lichtfunktion sind alle in Reihe geschaltet, weiße und rgb-LED-Streifen weisen eine Breite von 10 mm auf. Jede Lichtfunktion ist mit maximal 21V und maximal 1A anzusteuern.

"Bei der Konzeption war darüber hinaus auf eine ausreichende Entwärmung der Platinen und LED-Streifen zu achten", so Taeuscher.

Konstruktion des Prototypen

Ziel des Entwicklungsteams war es, dass jeder Lichtfunktion des Messemusters – Symbolbeleuchtung, Grillbeleuchtung und Scheinwerfer links sowie rechts – ein autarkes Steuergerät zugeordnet wird, um die Leuchten auch einzeln betreiben zu können. Als ökonomisch günstiger Ansatz wurde hier das modulare BuildRS-System von ARRK Engineering verwendet. Insgesamt sind somit vier voneinander unabhängige Systeme aufgebaut worden.

"Bei den Blinkern wurde außerdem eine Wischfunktion von innen nach außen realisiert, wie sie bereits von anderen Herstellern bekannt ist", beschreibt Taeuscher. Für farbige Show-Effekte sind die Blinker und die Grillbeleuchtung sogar mit rgb-LEDs versehen worden. Die einzelnen Steuergeräte wurden mit einem CAN-Bus untereinander vernetzt und an einen Controller angeschlossen. Dieser verbindet sich mit dem Touch-HMI zur Kontrolle jeder einzelnen Lichtfunktion. Dies ermöglicht auch den Einsatz mehrerer Controller, die sich untereinander synchronisieren. Bei dieser Variante gilt es die Synchronität zu beachten, also das gleichzeitige Einschalten einer spezifischen Lichtfunktion, beispielsweise Abblendlicht, bei beiden Hauptscheinwerfern oder insbesondere das synchrone Wischen beim Warnblinker. Die Zeitdifferenz zwischen beiden Ereignissen, also dem Einschalten der einzelnen Scheinwerfer, muss dabei unter 50 ms liegen. "Der Demonstrator zeigt so die hervorragende Systemkompetenz von ARRK Engineering im Bereich Leuchten auf und verdeutlicht die flexible sowie kostengünstige Verwendbarkeit eines modularen Hardware-Aufbaus zusammen mit einer zeitgemäßen Touchbedienung", erklärt Taeuscher die Kriterien.

Konzeption direkt durch Lichttechnikspezialisten

Die automobile Lichttechnik bietet in vielen Bereichen Potential für innovative Entwicklungen.
"Wir gehen davon aus, dass es in den nächsten Jahren auf Basis neuer Technologien vollkommen neue Lichtkonzepte geben wird, die sowohl in lichttechnischer als auch in fertigungstechnischer Hinsicht große Herausforderungen für uns darstellen werden", so Taeuscher.
"Mit diesem ersten eigenen Lichtprototypen demonstrieren wir unser Potential für lichttechnische Eigenentwicklungen ebenso wie die Fähigkeit, einzelne lichttypische Bauteile zu fertigen und eine seriennahe Endfertigung und Inbetriebnahme inhouse durchzuführen. Dieses Projekt ist für Hard- und Software sowie für neue lichtspezifische Bauteile unser Ausgangspunkt, um eine Vielzahl zukunftsorientierter Lichtfunktionen umzusetzen."

Durch optimale Nutzung von Synergien können Konzeptionen mit zahlreichen Möglichkeiten realisiert werden. Somit ist es möglich, hochkomplexe Bauteile zu entwickeln, ohne serielle Vorgaben im Blick haben zu müssen. "Durch die Konzeption ohne Herstellervorgaben sind wir in der Lage, nicht nur eine geschlossene Wertschöpfungskette, sondern auch einen beschleunigten, kostengünstigeren Entwicklungsprozess zu bieten", so Taeuscher. In jedem Fall lohnt es sich in Zukunft, Automobilen tief in die Augen zu blicken.