ISELED creates new lighting options for vehicle interiors

Tipp 1: Konformität ist nicht erreichbar, wenn die Norm erst am Ende der Entwicklung berücksichtigt wird.

Es ist häufig zu beobachten, dass Unternehmen die Einhaltung der Normen als Teil des Verifizierungsprozesses einplanen und diese zuvor keine Rolle spielen. Das ist ein grundlegender Fehler: Die Erfüllung der IEC 60601-Norm ist eine komplexe und vielschichtige Aufgabe. Es handelt sich nicht nur um eine Liste von Tests, die dem Verifizierungsplan hinzugefügt werden. Die IEC 60601-Normenfamilie bietet eine Anleitung für die ordnungsgemässe Konstruktion eines medizinischen elektrischen Geräts. Wird dies nicht früh genug berücksichtigt, könnten eine ganze Reihe von Anforderungen übersehen werden, was im Nachhinein schwer zu korrigieren ist.

Je früher die Normen bei der Entwicklung berücksichtigt werden, desto grösser sind die Chancen, dass die Entwicklungsschleifen reduziert werden und sich die Zeit bis zur Markteinführung verkürzt.

Tipp 2: Gebrauchstauglichkeit, Dokumentation und Risikomanagement sind entscheidend.

Neben den Tests gehört zur Einhaltung der Normen auch die Überprüfung der wichtigsten Design-Dokumente, wobei Gebrauchstauglichkeit und Risikomanagement besonders wichtig sind.

Eine frühzeitige Risikoanalyse hilft bei der Definition der Essential Performance des Produkts. Dabei handelt es sich um andere klinische Funktionen als die der Basic Safety, deren Verlust oder Beeinträchtigung zu einem inakzeptablen Risiko führt.

Die implementierte Funktionalität realisiert die grundlegende Funktionsweise einer intelligenten Lichtsteuerung mittels ISELED. Der Demonstrator verdeutlicht ausserdem, wie mit einem einfachen Rapid-Prototyping-Verfahren das Licht weniger LEDs durch Lichtstreuung homogenisiert und dabei effizient und gezielt verteilt werden kann. Die angewendete Technologie ist vielfältig einsetzbar und hinsichtlich Schnittstellen, Mechanik und optischem Design an das jeweilige Umfeld und die Zielanwendung anpassbar.

Kostengünstige Prototypenoptik ermöglicht homogene Lichtflächen

Der im Demonstrator hinterleuchtete Lichtstreifen kann homogen in beliebigen Farben und Intensitäten ausgeleuchtet werden. Die Homogenität ist zudem blickwinkelunabhängig: Sie bleibt also auch dann erhalten, wenn der Betrachter den Leuchtstreifen nicht senkrecht, sondern von einem beliebigen Blickwinkel aus betrachtet. Für ein Serienprodukt würde man hierzu in der Regel einen Lichtleiter zur gleichmässigen Verteilung des Lichts entwickeln und anschliessend einen Diffusor zur Homogenisierung und für die Blickwinkelunabhängigkeit verwenden. Einen entsprechenden Lichtleiter kann man in der Grossserie kostengünstig per Spritzguss herstellen – im Falle des Demonstrators waren nur wenige Aufbauten erforderlich, womit sich der Aufwand für ein Spritzgusswerkzeug aus Kostengründen nicht lohnte. Daher wählten die Optik-Spezialisten von Helbling ein optisches Konzept, das auf dem Prinzip der Lichtstreuung beruht. Dieses Prinzip kann in kleiner Stückzahl sehr kostengünstig hergestellt werden.

Hierzu wurden in einem ersten Schritt die winkelabhängigen optischen Streueigenschaften der angedachten Prototyping-Materialien mit einem Goniometer im Optik-Labor vermessen. Neben der winkelabhängigen Lichtstreuung (Bidirectional scattering distribution function) war insbesondere der sogenannte TIS-Wert (Total Integrated Scatter) von Interesse. Der TIS-Wert beschreibt den Anteil des Lichts, der beim Auftreffen auf eine Oberfläche im Halbraum gestreut wird.

In einem zweiten Schritt wurden im Simulationsprogramm „LightTools“ die Geometrie, Anzahl und die Verteilung der Streuelemente berechnet und simuliert. Dank der Vermessung des Materials und der ausgeklügelten Berechnung konnte am Ende die Anzahl der verwendeten LEDs um Faktor zwei gegenüber einem Konzept ohne Streuelemente reduziert werden. Im Falle einer Serienfertigung würde das optische Element zur Streuung weniger kosten als eine doppelte Anzahl an LED. Damit können insbesondere bei hohen Stückzahlen die Kosten deutlich reduziert werden.

ISELED-Demonstrators besitzt bewährte Steuerelektronik

In der Anwendung werden die Funktionen des Demonstrators entweder über den integrierten Touch-Button oder über eine PC-basierte grafische Benutzeroberfläche gesteuert. Die Elektronik- und Softwareentwicklung führte Helbling nach bewährten Prozessen und mit dementsprechenden Werkzeugen durch: Schaltung und Layout wurden mit Altium Designer erstellt. Dabei werden die LEDs (OSIRE E4633i) über den ISELED-Baustein INLC100Q6 von Inova gesteuert. Die Firma Inova stellt dazu eine Software-Bibliothek zur Verfügung, die in die Firmware der NXP-MCU integriert wurde. Abhängig von den über das CAN-Protokoll empfangenen Signalen lassen sich so über Funktionsaufrufe der API das ISELED-Protokoll und damit die einzelnen LEDs ansprechen.

Zusammenfassung: Helbling zeigt ISELED-Optionen über Automotive-Sektor hinaus auf

Helbling Technik verfügt über ein breites Erfahrungsspektrum mit der Entwicklung von eingebetteten Systemen im Optik-Bereich. Helbling-Ingenieure realisieren die elektronische und softwaretechnische Integration eines ISELED-Systems. Zudem beherrschen sie das mechanische Design sowie die professionelle Berechnung, Simulation und Realisierung optischer Beleuchtungssysteme. Dabei ist die Automotive-Industrie in der Anwendung nur eine von vielen möglichen Bereichen. Dynamische Farbszenarien zur Signalisierung von Gerätezuständen, die eine Vielzahl von einzeln anzusprechenden LEDs erfordern, finden auch in anderen Sektoren Verwendung. Ein Beispiel ist die Konsumgüter-Industrie. Insbesondere ausgedehnte Lichtleisten oder -flächen erfordern teilweise viele LEDs und gleichzeitig eine gute optische Homogenität. Genau diese lassen sich mit ISELED und Helblings Unterstützung effizient entwickeln und flexibel anpassen.

Autoren: Johannes Eckstein, Ramon Flammer, Ralf Hediger

Hauptbild: Shutterstock