LED-Systeme für Frontscheinwerfer Strahlend hell

LED-Systeme und LED-Technik fügt über großes Entwicklungspotenzial.
LED-Technik: hell und kompakt.

Mehr Pixel und eine höhere Leuchtdichte bei gleichzeitig kompakteren Bauformen und einem verbesserten Wärmemanagement – die Zielvorgaben für LED-Systeme sind ambitioniert. Doch die LED-Technik verfügt über ein großes Entwicklungspotenzial.

Das Thema Licht gewinnt für Automobilhersteller immer mehr an Bedeutung: Zum einen werden Scheinwerfer und die gesamte Lichtausstattung zunehmend als Kernelemente des Designs begriffen. Zum anderen ermöglichen die technischen Fortschritte in der LED-Entwicklung neben größerer Flexibilität im Design auch neue Lichtkonzepte für mehr Sicherheit.

Die Grundlage für die neuen Möglichkeiten beim Licht-Design bilden innovative LED-Bauformen mit extrem kompakten Abmessungen, hoher Leuchtdichte und einzeln ansteuerbaren Chips, die somit eine flexible Lichtgestaltung erlauben.

Von der Halogenlampe zur LED

Die bisher am weitesten verbreitete Lichtquellenvariante bei Frontscheinwerfern ist die Halogenlampe. Sie punktet vor allem durch günstige Kosten und gilt als technisch robuste Lösung. Ihr Manko der überschaubaren Lebensdauer macht sie durch einfache Austauschbarkeit wieder wett. Allerdings hat sie einen relativ hohen Energieverbrauch und mit durchschnittlich 26 Lumen pro Watt eine nur geringe Effizienz. Zudem sorgt die Abstrahlung in alle Raumrichtungen für eine insgesamt geringere Licht-Performance als bei den inzwischen verfügbaren Alternativen. Die Lichtfarbe liegt mit unter 3000 Kelvin immer im Spektrum des warmen Lichts. Für die Nachtsicht gilt jedoch Kaltlicht als vorteilhafter.

Die als Xenon bekannten HID-Leuchten (High Intensity Discharge) haben mit Werten von üblicherweise 90 Lumen pro Watt eine deutlich höhere Effizienz als Halogenlampen. Allerdings erzeugen verunreinigte Abdeckscheiben bei Xenon-Scheinwerfer eine durch Streuung verursachte Blendwirkung. Daher ist ein Reinigungssystem, beispielsweise eigene Wischer am Scheinwerfer, vorgeschrieben. Nicht nur dadurch ist die Xenon-Variante aufwändig und teuer. Leuchtdioden (LEDs) bieten viele Vorteile gegenüber diesen konventionellen Lichtquellen und verdrängen im Automobilbau zunehmend Glühlampen bei Signalleuchten wie Bremslicht oder Blinker. Mit zunehmender Helligkeit empfehlen sie sich selbst für Frontscheinwerfer. Sie bieten mit heute bereits ca. 100 Lumen pro Watt eine hohe Effizienz, sorgen für eine hohe Lichtleistung, sind äußerst robust, vibrationsfest und beständig gegen viele Umwelteinflüsse. Zudem sind sie so langlebig, dass selbst bei einer angenommenen Betriebsdauer über die Fahrzeuglebensdauer von 10.000 h die Lichtabnahme kaum wahrnehmbar ist. Diese Langlebigkeit geht einher mit dem geringen Energieverbrauch, der gerade bei Elektrofahrzeugen eine große Rolle spielt. In heutigen LED-Scheinwerfern finden sich Leuchtdioden wie die Osram Ostar Headlamp Pro (Bild 1), die mit ihren Fixierbohrungen und der Keramikkonversions-Technologie einen Quasi-Standard in der Industrie für Hauptscheinwerferfunktionen gesetzt hat

LEDs decken zudem mit bis zu 6000 Kelvin den vollen Umfang möglicher Lichtfarben ab. Studien bewerten die durch den Fahrer wahrgenommene Helligkeit des LED-Spektrums mit einem Faktor von 1,3 bis 1,5 höher als die von anderen Lichtquellen. Inzwischen werden LEDs als Alternative zum Xenon-Licht serienmäßig in einigen Sportwagen und Oberklasse-Fahrzeugen verwendet. Die Weiterentwicklungen zielen nun darauf ab, die Lösungen noch effizienter und kostengünstiger zu gestalten, um sie für den Einsatz in einem breiten Feld nutzbar zu machen. Dazu können beispielsweise vereinfachte Montagemethoden oder kostenoptimierte SMT-Konzepte (Surface Mount Technology) beitragen. Gleichzeitig ermöglichen zunehmend kleinere LED-Lösungen neue Design-Optionen und intelligente Scheinwerfersysteme, die für mehr Sicherheit sorgen.

Adaptive Frontscheinwerfer auf LED-Basis

Bereits heute setzen Multi-Chip-LEDs neue Standards für die Umsetzung von Scheinwerferfunktionen. Adaptive Frontscheinwerfersysteme, sogenannte Adaptive-Front-Lighting-Systeme (AFS), die beispielsweise bei Kurvenfahrt ihre Leuchtrichtung dem Kurvenverlauf anpassen, bieten Autofahrern auch im Randbereich der Straße oder bei entgegenkommenden Fahrzeugen mit dem blendfreien Fernlicht (Adaptive Driving Beam, ADB) bessere Sicht und schützen so besser vor Unfällen. Mit LED-Technologie können Automobilhersteller diese intelligenten Scheinwerfersysteme wesentlich einfacher umsetzen als mit den bisherigen mechanischen Systemen zum Schwenken der Scheinwerferlichtverteilung.

Bei Leuchtdioden wie der Multichip-Variante der Osram Ostar Headlamp Pro, die als erste LED-Lösung speziell für den ADB-Einsatz entwickelt wurde, müssen nur die einzelnen Chips mit einer intelligenten Steuerung gezielt an- und ausgeschaltet werden. Diese nutzt mehrere Sensoren, um beispielsweise blendfreies Fernlicht zu realisieren, indem sie flexibel Bereiche im Lichtkegel des Scheinwerfers ausblendet – je nach Fahrsituation und mit dynamischer Anpassung an die Position der anderen Verkehrsteilnehmer. Aber auch dynamisches Kurven- und Abbiegelicht oder Marker-Licht, um mögliche Hindernisse am Fahrbahnrand auszuleuchten, sind so unkompliziert realisierbar. Kommen mehrere Leuchtdioden mit je fünf individuell ansteuerbaren Chips zur Anwendung, kann auch mehr als ein Verkehrsteilnehmer ausgeblendet und der Zwischenbereich trotzdem noch voll ausgeleuchtet werden.