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Spielzeug · toniesLichtring der Toniebox 2Story lesen ›
AutomotiveInnenraum-Lichtmodul ohne FleckenStory lesen ›
GebäudetechnikStatuslicht ohne StreulichtStory lesen ›
AutomotiveLadeanzeige: gleichmäßig statt fleckigStory lesen ›
AutomotiveRGB-Farbmischung im LichtleiterStory lesen ›
ConsumerTastensymbol doppelt so hellStory lesen ›
MedizinLichtleiterkopf für ein Dental-HandgerätStory lesen ›
LeuchtenFlächenlicht ohne LED-RasterStory lesen ›
MöbelLED-Band unter Glas: Punkte verschwindenStory lesen ›
GebäudetechnikRaumregler: Korona halbiertStory lesen ›
IndustrieAmbientelicht für ein GehäuseStory lesen ›
Der Lichtring der Toniebox 2
Die Toniebox 2 kommt ohne Bildschirm aus. Was sie gerade tut, zeigt ein leuchtender Ring – für Kinder intuitiv, für Eltern auf einen Blick lesbar. Meine Aufgabe: diesen Ring so auszulegen, dass er als gleichmäßige Lichtlinie erscheint, Farben sauber mischt und vom hellen Kinderzimmer bis zum Nachtlicht überzeugt.
Regler ziehen: vorher Schatten zwischen den LEDs (Perlschnur), nachher eine gleichmäßige Lichtlinie. (Illustration)
Ausgangslage: Licht als Sprache
Der Ring ist die zentrale Rückmeldung der Box. Er zeigt mit Farbe und Animation, in welchem Zustand sie ist:
Jeder Zustand muss sofort erkennbar sein – auch aus dem Augenwinkel, auch für ein dreijähriges Kind.
Die Herausforderung
- Lichtpunkte statt Linie: Ein schmaler Ring, gespeist von einzelnen LEDs – ohne gute Lichtführung sieht man jede LED als hellen Fleck.
- Farbmischung: Für den Regenbogen und die Statusfarben müssen RGB-Anteile gemischt ankommen, ohne Farbsäume.
- Streulicht: Kein Licht darf ins Gehäuse oder durch Fugen entweichen.
- Helligkeitsbereich: Tagsüber gut sichtbar, als Nachtlicht sanft und blendfrei.
- Serie: Das Ergebnis muss mit Bauteil- und LED-Toleranzen in großer Stückzahl funktionieren.
Vorgehen: erst simulieren, dann bauen
Mit Ansys SPEOS habe ich den Ring virtuell aufgebaut – mit LED-Rayfiles, Materialdaten und der echten Gehäusegeometrie. So ließen sich Varianten bewerten, bevor ein Werkzeug existierte:
- Anzahl und Position der LEDs
- Geometrie des Lichtleiters und Auskoppelstrukturen
- Diffusor und Materialwahl
- Abschottung gegen Streulicht
Ergebnis
Der Lichtring ging mit der Toniebox 2 in Serie – als gleichmäßig leuchtende, farbstarke Statusanzeige.
Kundenstimme von tonies folgt in Kürze.
Christian Wilmanns · VP Product Development, tonies
Innenraum-Lichtmodul ohne Flecken
Ein Lichtmodul im Fahrzeug-Innenraum mit geformter Lichtscheibe: Frontal sah es ordentlich aus, in der realen Einbaulage aber fleckig – mit Farbsäumen am Anfang des Lichtfensters.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Die Unterseite der Scheibe war per Laser aufgeraut, um das Licht auszukoppeln – ohne zusätzlichen Diffusor.
Die Herausforderung
- Homogenität frontal nur ca. 40 %
- In Einbaulage ein Helligkeitsverhältnis von 5 : 1
- Sichtbare Farbsäume am Lichtfensteranfang
Vorgehen
Ich habe Oberflächenrauigkeit und Volumendiffusion in Ansys SPEOS gegeneinander simuliert – frontal und in der echten Blickrichtung des Fahrers.
- Laserrauigkeit vs. Volumendiffusor
- Diffusorstärke und Materialdicke
- Bewertung in Einbaulage statt nur frontal
Ergebnis
Ein starker Volumendiffusor (1,5 mm) statt Oberflächenrauigkeit macht das Lichtbild gleichmäßig – ohne Farbprobleme.
Statuslicht ohne Streulicht
Ein Wandschalter mit hinterleuchteter Fläche und Status-LED: Das Backlight strahlte in den Statusbereich – der Status war bei Tag kaum noch zu erkennen.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Das Statuslicht soll 100–300 cd/m² erreichen. Im Statusbereich kamen aber schon 116 cd/m² Streulicht vom Backlight an.
Die Herausforderung
- Kontrast zwischen Status an und aus zu gering
- Licht wandert durch Lichtleiter und Gehäuse
- Lösung darf das Backlight nicht verdunkeln
Vorgehen
In der Simulation habe ich acht Varianten verglichen – von Beschichtung bis Materialwahl im Gehäuse.
- Schwarze Lackierung am Lichtleiter
- Diffusor- und Oberflächenwahl im Gehäuse
- Bewertung der Streulicht-Leuchtdichte je Variante
Ergebnis
Die Kombination aus Lackierung und angepasstem Gehäuse senkt das Streulicht deutlich – der Status ist wieder klar lesbar.
Ladeanzeige: gleichmäßig statt fleckig
Eine Ladeanzeige im Fahrzeug-Innenraum (RGB und Weiß): Der erste Datenstand leuchtete fleckig und körnig.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Min/Max-Leuchtdichte im ersten Stand: 185 zu 496 cd/m² – eine Gleichmäßigkeit von nur 37 %.
Die Herausforderung
- Sichtbare Helligkeitsflecken
- Mehrere Farben im selben Lichtleiter
- Realistische Material- und Oberflächendaten nötig
Vorgehen
Ich habe den inneren Lichtleiter neu ausgelegt und mit gemessenen Materialdaten gerechnet, damit die Simulation dem späteren Bauteil entspricht.
- Optimierter innerer Lichtleiter
- Gemessene BRDF-Materialdaten
- VDI-Rauigkeiten der Oberflächen
Ergebnis
Das Lichtbild ist gleichmäßig – zwei Lichtberichte in zehn Tagen bis zur Lösung.
RGB-Farbmischung im Lichtleiter
Eine RGB-LED speist einen Lichtleiter im Fahrzeug-Innenraum. Ohne Maßnahme sah man rote, grüne und blaue Flecken statt einer Mischfarbe.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Die drei LED-Chips sitzen nebeneinander – direkt dahinter trennen sich die Farben räumlich.
Die Herausforderung
- Farbflecken direkt sichtbar
- Wenig Bauraum für eine Mischstrecke
- Effizienz soll erhalten bleiben
Vorgehen
Ich habe Länge und Querschnitt einer Mischstrecke simuliert und den Farbort entlang des Lichtleiters ausgewertet.
- Mischstein mit Polygon-Querschnitt
- Länge der Mischstrecke
- Farbort- und Effizienz-Auswertung
Ergebnis
Nach 20 mm ist die Farbe örtlich gut gemischt – weißes Licht ohne Farbsäume, bei hoher Effizienz.
Tastensymbol doppelt so hell
Ein beleuchtetes Tastensymbol an einem Consumer-Produkt: Im Worst Case war es in heller Umgebung schlecht zu sehen.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Mit der kleinsten LED-Helligkeit (1 lm je LED) erreichte das Symbol nur ca. 300 cd/m².
Die Herausforderung
- Sichtbarkeit auch in heller Umgebung
- Homogenität des Symbols erhalten
- Keine stärkeren LEDs gewünscht
Vorgehen
Ich habe Diffusordicke, -länge und Material variiert und jeweils Helligkeit und Gleichmäßigkeit verglichen.
- Dünnerer, kürzerer Diffusor
- Alternatives, leichteres Diffusormaterial
- Worst-Case mit LED-Toleranzen
Ergebnis
Mit dünnerem Diffusor ist das Symbol doppelt so hell und auch bei Tageslicht gut sichtbar.
Lichtleiterkopf für ein Dental-Handgerät
Ein Dental-Handgerät mit wechselbarem Lichtleiterkopf soll blaues Licht gezielt auf eine Fläche bringen.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Der gerade Kopf ohne Spiegel lieferte nur einen schmalen Spot mit max. ca. 120 mW/cm² in 7 mm Abstand.
Die Herausforderung
- Licht effizient in den Kopf einkoppeln
- Große, gleichmäßige Lichtfläche
- Hohe Bestrahlungsstärke bei kleinem Bauraum
Vorgehen
Über mehrere Entwicklungsphasen habe ich Einkopplung, Kopfgeometrie und Auskoppelfläche simuliert und als STEP-Daten übergeben.
- Verchromte Auskoppelfläche
- Optimierte Kopfgeometrie
- Direkte Einkopplung ohne Vorsatzlinse (> 90 %)
Ergebnis
Ein Lichtfeld von 1,5 × 3 cm statt eines schmalen Spots – deutlich effizienter als der Stand der Technik.
Flächenlicht ohne LED-Raster
Eine LED-Matrix hinter einer Streuplatte sollte eine homogene Leuchtfläche ergeben – stattdessen war jede LED als Punkt sichtbar.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Mit 60°-LEDs zeichnete sich das LED-Raster deutlich auf der Fläche ab.
Die Herausforderung
- Homogene Fläche ohne Punktmuster
- Bauraum darf nicht wachsen
- Einfache, serientaugliche Lösung
Vorgehen
Ich habe Abstand (8, 10 und 12 cm) und Abstrahlwinkel der LEDs systematisch variiert.
- Abstand LED zu Streuplatte
- Abstrahlwinkel 60° vs. 120°
- Bewertung im Falschfarbenbild
Ergebnis
Der Wechsel auf 120°-LEDs ergibt eine homogene Fläche – bei gleichem Bauraum.
LED-Band unter Glas: Punkte verschwinden
Ein LED-Band unter einer Glasplatte in einem Möbel: Die einzelnen LEDs waren als grelle Punkte sichtbar.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Leuchtdichtespitzen über 150.000 cd/m² – das Licht war weder homogen noch angenehm.
Die Herausforderung
- LED-Punkte unsichtbar machen
- Blendung vermeiden
- Genug Helligkeit erhalten
Vorgehen
In sechs Simulationsständen habe ich Diffusordicke und Einbautiefe des LED-Bands variiert.
- Dickerer Diffusor (3–5 mm)
- LED-Band 5 mm tiefer gesetzt
- Homogene Variante mit ca. 300 cd/m²
Ergebnis
Die LED-Punkte sind nicht mehr sichtbar, und der Strom kann sogar reduziert werden.
Raumregler: Korona halbiert
Ein Raumregler mit hinterleuchteten Anzeigefeldern: Um jedes Symbol lag eine Streulicht-Korona über das ganze Feld.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Die Korona reichte von 140 bis 1.400 cd/m² und deckte das gesamte 20 × 20 mm große Feld ab.
Die Herausforderung
- Symbole sollen scharf wirken
- Kein Licht in Nachbarfelder
- Kleine Bauteile, wenig Spielraum
Vorgehen
Ich habe Scheibendicke, LED-Position und die Oberfläche des Drucks simuliert und verglichen.
- Dünnere Scheibe
- LED um 1 mm versetzt
- Glänzend weißer statt matter Druck
Ergebnis
Die Korona ist deutlich schwächer und nur noch halb so groß – die Anzeige wirkt klar.
Ambientelicht für ein Gehäuse
Ein Industriegehäuse sollte ein dezentes Ambientelicht bekommen – der erste unstrukturierte Lichtleiter war praktisch unsichtbar.
Regler ziehen: vorher und nachher (Illustration).
Ausgangslage
Ohne Struktur kam am Lichtleiter maximal 1 cd/m² an – als Ambientelicht nicht wahrnehmbar.
Die Herausforderung
- Ziel: 40–100 cd/m², dimmbar
- Klar begrenztes Lichtbild
- Einfache Fertigung im Spritzguss
Vorgehen
Ich habe sechs Lichtleitervarianten mit Prismen, Schrägen und VDI-Rauigkeiten simuliert.
- Prismen- und Schrägen-Varianten
- Schräge mit VDI-21-Fläche
- Lichtbild-Größe und Leuchtdichte bewertet
Ergebnis
Mit Schräge und VDI-21-Fläche ist das Ambientelicht deutlich sichtbar – das Ziel wird sicher erreicht.
Das sagen Kunden
„Die Expertise in der Licht- und Optikentwicklung ist bemerkenswert. Jede technische Frage wurde mit profundem Wissen und klar verständlichen Erklärungen beantwortet. […] Ich kann diese Zusammenarbeit uneingeschränkt weiterempfehlen.“
Reinhard Neudecker · Google-Bewertung, 5 ★
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