Deformatie en veroudering van LED-lensen: gevolgen voor straatverlichting

Hoe de deformatie het lichtpatroon beïnvloedt

Een lens is een machinaal vervaardigd optisch oppervlak. De prismen en refractievlakken zijn zo ontworpen dat het licht op een specifiek doelgebied wordt gericht. De berekeningen gaan er van uit dat het oppervlak zich niet verplaatst tijdens het gebruik. Als de lens vervormt, verandert de lichtbundelingswijze; het licht dat op een bepaalde afstand zou moeten komen, komt niet meer aan. Dit leidt tot ongelijkmatige verlichting en tot gebieden op de straat die in duisternis zijn gehuld.

Er zijn drie typische problemen met vervormde LED-lensen die we regelmatig zien bij teruggekeerde lichtarmaturen:

• Lokale buigingen of uitbollingen door de hitte, meestal op de LED-plaat. Dit leidt tot een gericht lichtbundel en een donkere zone aan de tegenoverliggende kant.
• Verkromde lensoppervlakken : Hierdoor wordt het lichtpatroon verstoord, waardoor het licht over de rand van de lens of naar binnen in de ramen valt.
• Deformaties veroorzaakt door de montage : Te hoge aanspanning van de dempingselementen of een vervormd lensgehuis kan de lens in een vorm brengen die door thermische berekeningen niet was voorspeld.

De afwijkingen van het oorspronkelijke lichtpatroon nemen toe naarmate de deformatie groter wordt. De positie van de afwijking is belangrijk: een deformatie in het midden van de lens verplaatst de maximale lichtintensiteit, terwijl eenzelfde deformatie dichter bij de rand vooral de grens van het lichtbereik beïnvloedt.

Wat een beschadigd lichtpatroon op echte straten doet…

Op grote stedelijke wegen, waar het verkeer druk is en het ontwerp een gelijke verlichting overal voorziet, komt het tot verschillen in de lichtintensiteit tussen de verschillende rijbanen: één rijbaan is helder verlicht, de naastliggende rijbaan donkerder. Bestuurders zien deze verschillen als een gevaar dat ze niet kunnen herkennen, waardoor hun concentratie afneemt naarmate ze langer rijden. Op woonwegen, waar voetgangers en fietsers samen op de weg zijn, verbergen de donkere gebieden gaten en stenen in de weg. Beide situaties zijn het gevolg van dezelfde oorzaak: de gelijkmatigheid die het ontwerp oorspronkelijk was bedoeld, is niet meer aanwezig.

Hoe het verouderen van het materiaal de lichtopgave beïnvloedt

PMMA (polymethyl methacrylate) van optische kwaliteit heeft aanvankelijk een lichtdoorlaatbaarheid van circa 92% in het zichtbare gebied. Na langdurige blootstelling aan ultraviolette straling, thermische schommelingen en vocht, veranderen de moleculaire structuren van het materiaal, waardoor de lichtdoorlaatbaarheid afneemt. Er gebeuren twee dingen tegelijkertijd: het materiaal absorbeert meer van het licht van de LED-lampen, en microkloven en oppervlakteschade verspreiden een deel van het overgebleven licht. Beide effecten zijn permanent, en ze hebben allebei negatieve gevolgen voor de lichtopgave op de weg.

PC (polycarbonaat) is een andere veel voorkomende lensmaterial, die wordt gekozen wanneer het belangrijk is dat de lens bestand is tegen schade en niet zo veel afhankelijk is van de helderheid. Polycarbonaat veroudert anders dan andere materialen: het verkleurt sneller onder UV-straling, maar behoudt zijn schadebestendigheid langer. Geen van beide materialen kan onveranderd overleven in een onverlucht, zonnig omhoudingsysteem. Daarom moet de keuze van het lensmateriaal worden besproken tijdens het ontwerp van het systeem, en niet pas tijdens de aankoop. Onze lensreferentie en gids voor materiaalkeuze voor lichtarmatuuren leggen uit hoe we deze twee factoren afwegen.

Een gevolg van het verouderen van de lens is dat de gepubliceerde IES-file (een standaard voor fotometrische gegevens) niet langer accuraat is; de metingen werden namelijk gedaan met een nieuwe lens. Als je deze file gebruikt in een simulatie, wordt de prestatie van het verouderde lichtarmatuur onderschat. De werkstroom voor lichtsimulaties is alleen zo nauwkeurig als de fotometrische gegevens die worden gebruikt.

Veroudering en kleurweergave

Het verouderen van de lens heeft ook invloed op de kleurweergave van het licht.

De kleurweergaveindex (CRI) meet hoe nauwkeurig een lichtbron de kleuren van objecten weergeeft. Een ouder geworden lens verzwakt niet alleen het lichtspektrum, maar verandert ook de structuur ervan: het verslechte materiaal absorbeert het licht ongelijkmatig op verschillende golflengten, waardoor het licht dat de straat bereikt niet meer overeenkomt met het lichtspektrum dat de LED-lamp uitstoot. Hierdoor vermindert de mogelijkheid om kleuren goed te onderscheiden, met negatieve gevolgen voor objecten die met kleuren worden gemarkeerd – van verkeersborden tot andere kleurcodeerende objecten. Een bestuurder die een situatie waarnam onder een veranderd lichtspektrum krijgt dezelfde lichtfotonen, maar in een andere verhouding; hierdoor wordt de marge voor fouten kleiner.

Glans: beide problemen zorgen voor meer glans

Een goede lens reguleert de lichtbundel en beschermt de LED-lamp tegen direct zicht onder hoge hoeken. De vervaging van de lens breekt deze regelmatige lichtverdeling op, waardoor lichtstralen onder grote hoeken recht in de ogen van bestuurders en voetgangers komen. Oudere lenzen worden ook op materiaalgebied beschadigd: een ruwere, troebelere lensoppervlak verspreidt het licht diffusiever, en dit verspreide licht wordt per definitie als glans beschouwd.

Glare (glans)

is de foutsoort die het snelst tot problemen leidt. Het is niet nodig dat de lichtbron iemand verblindt; het is voldoende als de visuele scherpteniveaus zelfs maar voor een seconde afnemen, waardoor een voetganger op de voetgangersoversteek niet wordt opgemerkt. Van alle mogelijke fouten bij lenzen behandelen we dit als het meest urgente probleem, omdat de lichtbron zelfs nog steeds als ‘helder’ wordt gemeten met een luxmeter, ondanks de glans.

Wat we controleren en wanneer we de lens vervangen:

Op onze eigen lichtarmaturen is de controle eenvoudig te uitvoeren met een zaklamp en wat daglicht:

1. Vervaging of geelverkleuring op het oppervlak van de lens: zichtbare geelverkleuring is een reden om de lens te vervangen; dit heeft niets te maken met esthetische aspecten.
2. Platheid van het lensoppervlak : als er een rechte linie over het lensoppervlak wordt getrokken, moet deze recht zijn; een gebogen lensoppervlak blijft onopgemerkt door het oog.
3. Kraken en scheuren , vooral die vanuit de bevestigingspunten van de lens.
4. De toestand van de dempingsring : een samengeperste dempingsring kan zowel lekken als vervormen.

Door deze controles te uitvoeren, kunnen we eventuele problemen met de lens op tijd opsporen en de lichtarmatuur opnieuw in orde brengen.

Vervang alleen de lens, niet het hele armatuur, als het behuizel en de LED-board nog in orde zijn. Er bestaan speciale lens-replacement-kits voor deze situatie, en onze retrofit-lenslijn omvat de meest voorkomende armatuurtypen. Als de LED-board ook is beschadigd, is het beste optie om het hele armatuur te vervangen. We geven hiervoor een prijsopgave, in plaats van te suggereren dat een nieuwe lens de prestaties van een tien jaar oude armatuur kan herstellen.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat alleen over de slijtage van de lens zelf. Ze behandelt niet de afname van het lichtvermogen van de LED-lampen (de zogeheten ‘lumen-degradatie’), die een apart proces is dat zich samen met de slijtage van de lens versterkt. Bovendien wordt er geen vervangingsinterval opgegeven dat is aangepast aan uw specifieke omstandigheden (UV-belasting, temperatuur van het behuizel en kwaliteit van de materialen). Voor meer informatie over de materialenkeuze voor armaturen, kunt u kijken bij onze all-in-one-zonnelichtarmaturen, waar u de verschillende combinaties van lens en behuizel vindt.