Entwicklungen in der Fahrzeugbeleuchtung und ihre Auswirkung auf die Fahrsicherheit


Hausarbeit, 2013

26 Seiten, Note: 1,7


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Historische Entwicklung in der Fahrzeugbeleuchtung

3. Aktuelle Fahrzeugbeleuchtungstechnologie
3.1 Halogenlampen – Das bewährte System
3.2 Xenonlampen – Der aktuell höhere Standard
3.3 Scheinwerferarten in Kraftfahrzeugen
3.4 LED-Lampen – Die neuste Generation der Scheinwerfer
3.5 Vergleich der verschiedenen Lampenarten

4. Lichtassistenzsysteme
4.1 Adaptive Frontlighting System
4.2 Adaptive Hell-Dunkel-Grenze
4.3 Blendfreies Fernlicht

5. Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 – Aufbau einer Halogenlampe

Abbildung 2 – Xenon-Gasentladungslampe

Abbildung 3 – Schema einer Gasentladungslampe

Abbildung 4 – Parabolscheinwerfer

Abbildung 5 – Frei-Flächen-Scheinwerfer

Abbildung 6 – Ellipsoid-Scheinwerfer

Abbildung 7 – Super DE Scheinwerfer

Abbildung 8 – LED-Lampe

Abbildung 9 – Voll-LED-Scheinwerfer

Abbildung 10 – Vergleich von Halogen-, Xenon- und LED-Scheinwerfer

Abbildung 11 – Dynamisches Kurvenlicht

Abbildung 12 - VarioX Modul der Firma HELLA

Abbildung 13 – Verschiedene Modi des AFS

Abbildung 14 – Adaptive Hell-Dunkel-Grenze

Abbildung 15 – Blendfreies Fernlicht

Abbildung 16 – LED-Matrixlicht

1. Einleitung

Die Erfindung des Kraftfahrzeuges stellt ohne Zweifel eine der wichtigsten Errungenschaften zu Beginn des letzten Jahrhunderts dar. Sie sichert den Drang des Menschen nach Mobilität und Bewegungsfreiheit bei gleichzeitig geringem Kraftaufwand im Vergleich zur Reise in einer Kutsche. Durch das Kraftfahrtzeug werden neben dem Nutzen im Privatsektor auch beispielsweise Zugtiere in allen anderen Lebensbereichen aufgrund der höheren Leistung abgelöst. Dennoch schwingen im Zuge dieser Entwicklung Probleme mit, die vorher nicht bekannt waren. Weit über einhundert Jahre nach seiner Entwicklung, ist es besonders im Bereich der Fahrsicherheit noch nicht vollkommen ausgereift. Immer wieder werden im Bereich der Fahrgastsicherheit und der Fahrassistenzsysteme neue Komponenten entwickelt und somit die Sicherheit der Fahrzeuginsassen und der Fahrkomfort verbessert. Allerdings zeigt die Unfallbilanz aus dem Jahr 2011, dass es noch erhebliche Defizite im Bereich der Lichttechnologie gibt. Es wird aufgezeigt, dass 72% aller außerhalb geschlossener Ortschaften geschehenen Unfälle mit tödlichem Ausgang für Fußgänger bei Dunkelheit geschehen.[1] Dies kann zum einen auf eine eventuelle Übermüdung der Fahrer zurückgeführt werden, ist jedoch aber auch durch Defizite in der Fahrzeugbeleuchtung bedingt.

Ziel dieser Arbeit soll es sein einen Überblick über die Entwicklung im Bereich der Fahrzeugbeleuchtung zu geben. Dabei wird zunächst auf die historische Entwicklung näher eingegangen, bevor gängige Scheinwerfer- und Beleuchtungstypen vorgestellt und erklärt werden. Anschließend wird der Blick auf verschiedene Lichtassistenzsysteme gerichtet, die eine optimalere Ausleuchtung der Straße ermöglichen sollen. Dabei soll untersucht werden, welche Vorteile mit der Einführung dieser Systeme einhergehen und ob dadurch tatsächlich eine Erhöhung der Sicherheit gewährleistet werden kann. Weiterhin wird der Unterschied zwischen den verschiedenen Lampentypen herausgearbeitet und kritisch bewertet.

Als Grundlage für die Ausarbeitung dieses Themas werden vorrangig Informationen genutzt, die die Firma HELLA KGaA Heck & Co[2] zur Verfügung stellt. Bei der Firma HELLA handelt es sich um den europäischen Marktführer im Bereich Beleuchtungstechnologie für Kraftfahrzeuge aller Art und somit den Vorreiter für die Entwicklung neuer Systeme. Dabei greift das Unterne

hmen nicht nur auf modernste Technologie zurück, sondern kann aus der über einhundertjährigen Geschichte ein hohes Maß an Erfahrung einfließen lassen.

2. Historische Entwicklung in der Fahrzeugbeleuchtung

Die historische Entwicklung der Fahrzeugbeleuchtung verläuft nahezu parallel zur Entwicklung des Automobils. In diesem Kapitel soll diese kurz dargestellt werden, um so die technischen Errungenschaften herauszustellen und gleichzeitig die Grundlage für den heutigen Stand der Technik zu verdeutlichen.

Fahrzeugbeleuchtung war bereits von Beginn an ein wichtiges Thema im Automobilbau. Dennoch war es trotz aller technischen Errungenschaften nicht möglich die frühen Kraftfahrzeugmodelle mit einer entsprechenden Lichtquelle auszustatten. Dadurch wurde das Fahren bei Dunkelheit quasi unmöglich. Um 1905 wurde die Nachtfahrt durch die Mitführung eines Karbid-Gaserzeugers ermöglicht, der eine erste Scheinwerferkonstruktion darstellte. Das verbrennende Acethylengas erzeugte allerdings eine sehr grelle Flamme, was von einigen Personen zu grell empfunden wurde.[3] Allerdings kann vom Beginn der Evolution der Fahrzeugbeleuchtung erst im Jahr 1913 gesprochen werden. Die Firma BOSCH stellte in diesem Jahr das erste vollständige Lichtsystem vor. Dieses bestand neben den Scheinwerfern auch aus einem Regelschalter und einer Lichtmaschine, wie sie auch heute noch unersetzlich ist.[4] Mit dieser Erfindung gelang es die Technologie des elektrischen Lichtes transportabel zu machen und für den Automobilbau zu nutzen. Allerdings sorgten die Kriegswirren in Europa in den Folgejahren für eine eher gebremste Entwicklung, da der wirtschaftliche Schwerpunkt anderweitig gesehen wurde. Erst mit Ende des ersten Weltkrieges setzte sich die elektrische Beleuchtung weiter durch und profitierte dabei auch von dem 1915 entwickelten Abblendlicht.[5]

Im Jahr 1924 kam dann die Bilux-Glühlampe auf den Markt und im gleichen Jahr wurde von der Firma Hella ein Scheinwerfer vorgestellt, der Abblendlicht und Fernlicht projizieren konnte.[6] Eine weitere Errungenschaft in der Evolution der Fahrzeugbeleuchtung, war die Konzeption des asymmetrischen Abblendlichtes. Dadurch wurde gewährleistet, dass der eigene Fahrbahnrand besser ausgeleuchtet wird, ohne dabei den Gegenverkehr zu blenden. Diese Form der Lichtverteilung ist auch heute Standard bei allen Kraftfahrzeugen.[7] Wichtig für den Erfolg dieser Technologie war das damals leistungsstarke Halogenlicht, welches durch die Einführung der Halogen-H4-Lampe 1971 weiter verbessert wurde.[8]

In der Folgezeit wurde vor allem die Technik rund um die Scheinwerfer ständig verbessert. Es folgten elektromotorische Leuchtweitenregelung und neue Scheinwerferformen, wie die Polyellipsoiden oder die DE-Scheinwerfer, auf die beide im weiteren Verlauf noch eingegangen wird. Einen massiven Sprung in der Entwicklung gab es dann erst 1991/92 wieder, als die erste Generation der Xenon-Scheinwerfer in die Serienproduktion ging und damit die Grundlage Bi-Xenon-Scheinwerfer im Jahr 1998/99 legte.[9] Im weiteren Verlauf ging die Entwicklung durch immer kleiner werdende Komponenten und neue technische Errungenschaften, wie kleinere und zugleich leistungsfähigere Computer, rasant voran. Bereits 2006 wurden neue Maßstäbe im Bereich der Lichtprojektion durch die Entwicklung des VarioX-Moduls geschaffen und kurz darauf folgten die ersten Voll-LED-Scheinwerfer im Kraftfahrzeugsektor. Seit vergangenem Jahr lässt sich diese Technologie auch im Bereich der Lastkraftwagen verwenden und ermöglicht eine ganzheitliche Ausstattung aller Fahrzeugtypen mit LED-basierten Scheinwerfern.[10]

Die Entwicklung zeigt, dass es gerade in den letzten 20 Jahren eine Vielzahl an Neuerungen gegeben hat, die nicht nur Aspekte des Designs erfüllen, sondern gleichzeitig das Ziel verfolgen die Lichtqualität zu verbessern und somit mehr Sicherheit zu generieren.

3. Aktuelle Fahrzeugbeleuchtungstechnologie

Im nun folgenden Hauptkapitel soll ein Überblick über die verschiedenen Scheinwerfertechnologien bei Kraftfahrzeugen gegeben werden mit besonderer Betrachtung der unterschiedlichen Lichtquellen. Dazu werden die einzelnen Systeme genauer vorgestellt, in ihrer Funktionsweise erläutert und anschließend kritisch miteinander verglichen. Gleichzeitig sollen die unterschiedlichen Scheinwerferarten in ihren gängigen Bauweisen Erwähnung finden.

3.1 Halogenlampen – Das bewährte System

Zunächst soll der Blick auf das bewährte System der Halogenlampen fallen, die zur Gruppe der Festkörperlampen gezählt werden. Wie bereits beschrieben, dominiert in diesem Bereich seit 1971 die Halogen-H4-Lampe. Sie bildet dabei das letzte Glied einer vierstufigen Einteilung der Lampenarten. H1-Lampen können jeweils für Abblendlicht, Nebellicht oder Fernlicht genutzt werden. Die H2-Lampen wurden vorrangig für Zusatzscheinwerfer verwendet, was in Zukunft jedoch obsolet ist. Vorzugsweise für Nebelscheinwerfer wurde die H3-Lampe eingesetzt, wohingegen die H4-Technologie sich dadurch auszeichnet, dass sie Abblend- und Fernlicht aus einem Reflektor produzieren kann.[11]

Die Halogenlampe unterliegt einem eher simplen Aufbau, ist dennoch in ihrer Wirkungsweise sehr effektiv. Grundlegend ist sie in zwei Bereiche eingeteilt, wie aus Abbildung 1 entnommen werden kann. Der untere Teil wird als Sockel bezeichnet. Dazu zählen die Anschlussfahnen und eine Gewindevorrichtung (nicht explizit dargestellt), mit der die Lampe in der Fassung verschraubt wird. Die Anschlussfahnen dienen dabei zur Aufnahme und Übertragung der elektrischen Energie.[12]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 – Aufbau einer Halogenlampe

Quelle: Lorek 2011 [online].

Der obere Teil der Lampe besteht aus mehreren Komponenten und wird Kolben genannt. Dieser besteht aufgrund der hohen Temperaturen im Brenner meist aus Hartglas oder Quarzglas.[13] Im inneren des Brenners befinden sich Verbindungsdrähte als Molybdän, und ein Gasgemisch aus verschiedenen Halogenen, wie Brom oder Jod.[14] Das Licht entsteht durch den Wolfram-Glühwendel, der durch das Anlegen eines elektrischen Stroms zum Glühen gebracht wird und sich zwischen den beiden Enden der Molybdändrähte befindet. Dabei werden sehr hohe Temperaturen freigesetzt, die zum einen das Material des Kolbens beeinflussen, aber auch voraussetzen, dass die Verbindungsdrähte, die direkten Kontakt zum glühenden Wendel haben, sehr hitzeresistent sind. Daher wird hier auf Molybdän zurückgegriffen, weil es mit 2610°C[15] einen sehr hohen Schmelzpunkt hat und somit der Hitzeentwicklung im Bereich des Brenners standhält, die in direkter Wendelnähe 1400°C erreichen kann.[16]

Wird nun ein Strom angelegt, beginnt der Wendel aus Wolfram zu glühen und gibt dabei Wolframdampf frei. Auf lange Sicht, würde er nun verdampfen und die Lampe wäre defekt. Durch den Einsatz des Gasgemisches wird jedoch ein sogenannter Kreisprozess initiiert. Dieser verhindert eine Schwärzung des Kolbens durch Ablagerungen und verlängert gleichzeitig die Lebensdauer des Glühwendels.[17] Sobald der Wendel zu glühen beginnt, werden Wolframatome freigesetzt, die mit den Bestandteilen des Gasgemisches im Inneren des Brenners ein Halogenid bilden. Dieses ist gasförmig und bewegt sich im Brennraum. Sobald es abkühlt, zerfällt es wieder und die Wolframatome setzen sich an Stellen des Glühwendels ab, die kälter als 1400°C sind. Dieser Prozess verhindert, dass der Wendel innerhalb kurzer Zeit komplett verdampft. Sobald er mit dem Glühen anfängt, wird ein sehr weißes Licht freigesetzt, welches durch die hohen Temperaturen entsteht und somit die Lichtausbeute deutlich gegenüber herkömmlichen Lampen ohne Halogengasgemisch deutlich steigert.[18] Gleichzeitig wird eine sehr hohe Lichtausbeute bei relativ kleinen Abmessungen erzielt, was besonders im Fahrzeugbau von Nutzen ist. Damit das erzeugte Licht auch die entsprechend gewünschte Wirkung erzielt und den Gegenverkehr nicht unkontrolliert blenden kann, befindet sich an der oberen Spitze des Kolbens die Blendschutzkappe. Mit ihr wird gewährleistet, dass die Lichtstrahlen ausschließlich auf den Reflektor treffen und durch diesen auf die Straße reflektiert werden. Auf die Funktionsweise der Reflektoren wird im Punkt 3.3 Scheinwerferarten genauer eingegangen.

Die Halogenlampe hat eine lange Entwicklung hinter sich und wird neben dem Fahrzeugbau auch im privaten Bereich intensiv genutzt. Wie jedoch bereits beschrieben, gab es zu Beginn der 1990er Jahre eine lichttechnische Revolution durch die Einführung des Xenonlichtes, welches eine weitere Verbesserung der Halogentechnik für die Fahrzeugbeleuchtung erst einmal ausbremste. Dennoch ist sie auch heute noch ein wesentliches und vor allem kostengünstiger Bestandteil der Beleuchtungsanlagen vieler Automobile.

3.2 Xenonlampen – Der aktuell höhere Standard

Als nächstes werden hier die Xenonlampen genauer vorgestellt. Sie stellen eine in den 90er Jahren eingeführte neue Form der Lichtquelle dar und sorgen für ein besseres Lichtergebnis gegenüber der Halogenlampe. Der Begriff Xenonlampe ist dabei jedoch fachlich gesehen falsch, da das Xenon nur ein Bestandteil im Aufbau der Lampen ist. Der korrekte Begriff Gasentladungslampe ist jedoch im allgemeinen Sprachgebrauch kaum bekannt.[19]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 – Xenon-Gasentladungslampe

Quelle: Lorek 2011 [online].

In Abbildung 2 ist eine Xenon-Gasentladungslampe zu sehen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie Verwendung findet. Hierbei handelt es sich aufgrund des kurzen Lichtbogens zwischen den beiden Elektroden um eine sogenannte Kurzbogenlampe, wie sie auch bei Mikroskopen, Mikrobildprojektoren oder Signalfeuern genutzt werden.[20] Wie in Abbildung 3 zu sehen, ist der Aufbau ähnlich dem der Halogenlampe. Grundlegend wird in eine Art Brenner, also den oberen Teil der Lampe in dem das Licht entsteht, und einen Sockel unterteilt, wobei auch hier der Sockel lediglich zur Verankerung im Gehäuse und zum Anschluss an die Stromquelle dient. Der obere Teil beinhaltet eine Art dünnes Glasrohr mit einer rundlichen und zu Enden abgetrennten Auswölbung in der Mitte. In diesem Entladungsraum befindet sich ein Gemisch aus Xenon und verschiedenen Metallhalogenen, sowie zwei Elektroden.[21] Im Gegensatz zu Halogenlampen, benötigen Xenon-Gasentladungslampen eine sogenannte Ansteuerungselektronik, um den Betrieb im bordinternen Stromnetz eines Kraftfahrzeuges zu gewährleisten. Diese Elektronik besteht aus einem Vorschaltgerät und einem Zündgerät. Das Vorschaltgerät liefert dabei die erforderliche Zündspannung von 18000 bis 28000 Volt, welche dann durch das Zündgerät bei Einschalten des Lichtes an die Lampe weitergeben wird, und wandelt den Strom in den für die Lampe erforderlichen Gleichstrom um.[22]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 – Schema einer Gasentladungslampe

Quelle: Eigene Darstellung

Beim Einschalten des Lichts und Zündung der Lampe, bildet sich im Gasgemisch zwischen beiden Elektroden ein ionisierter Gasschlauch. Durch diesen fließt der Gleichstrom und regt dadurch das umliegende Gas zum Leuchten an.[23] Der dabei entstehende Lichtbogen ist üblicherweise nur zwischen 2mm und 8mm groß.[24] Nach erfolgreicher Zündung der Lampe kann der konstante Betrieb mit nur 35W Leistungsaufnahme aufrechterhalten werden und ist damit deutlich effizienter als eine 60W Halogenlampe. Allerdings ist die volle Lichtausbeute bei einer Kaltzündung erst nach drei bis fünf Sekunden erreicht, was auf den komplizierten Startvorgang zurückzuführen ist.[25] Dagegen kann selbst nach einer Stromunterbrechung die Zündung im warmen Betriebszustand sofort erneut erfolgen. Bei Zündung der Lampe ändern sich dabei die Druckverhältnisse im Entladungsraum. Der Innendruck beträgt im Ruhezustand in etwa 6 Bar und kann sich jedoch bei Inbetriebnahme verfünffachen. Daher wird auch hier, ähnlich wie bei den Halogenlampen, im Schwerpunkt Hart- oder Quarzglas verbaut.[26] Obwohl die Belastungen für die Lampe sehr hoch sind, besitzen Xenon-Gasentladungslampen eine sehr hohe Lebensdauer, die normalerweise weiter über der des Kraftfahrzeugs liegt, in dem sie verbaut sind.[27]

[...]


[1] Vgl. Brieter 2013, S. 41.

[2] Im weiteren Verlauf kurz: HELLA

[3] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 528.

[4] Vgl. Brieter 2013, S. 40.

[5] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 528.

[6] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 529.

[7] Vgl. Brieter 2013, S. 40.

[8] Vgl. Hella 2013a [online].

[9] Vgl. Brieter 2013, S. 41.

[10] Vgl. Hella 2013a [online].

[11] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 533.

[12] Vgl. Lorek 2011 [online].

[13] Vgl. Hentschel 2002, S. 145.

[14] Vgl. Nienhaus / Thaele 1998, S. 94.

[15] Vgl. Lenntech 2012 [online].

[16] Vgl. Nienhaus / Thaele 1998, S. 94.

[17] Vgl. Hentschel 2002, S. 145.

[18] Vgl. Nienhaus / Thaele 1998, S. 94.

[19] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 534.

[20] Vgl. Hentschel 2002, S. 162.

[21] Vgl. Müller 2004, S. 147.

[22] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 534f.

[23] Vgl. Wiesinger 2013a [online].

[24] Vgl. Müller 2004, S. 147.

[25] Vgl. Braess / Seiffert 2000, S. 535.

[26] Vgl. Müller 2004, S. 147.

[27] Vgl. Braess / Seiffer 2000, S. 535.

Ende der Leseprobe aus 26 Seiten

Details

Titel
Entwicklungen in der Fahrzeugbeleuchtung und ihre Auswirkung auf die Fahrsicherheit
Hochschule
Helmut-Schmidt-Universität - Universität der Bundeswehr Hamburg
Veranstaltung
Aufbau und Produktion von Kraftfahrzeugen
Note
1,7
Autor
Jahr
2013
Seiten
26
Katalognummer
V215174
ISBN (eBook)
9783656431992
ISBN (Buch)
9783656434665
Dateigröße
2029 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Lichtsysteme, Xenon, LED-Licht, Halogenlampe, Halogen, Kraftfahrzeuge, Aufbau, Produktion, Fahrsicherheit, Fahrzeugbeleuchtung, Entwicklungen, Lichtassistenzsysteme, HELLA
Arbeit zitieren
Bachelor of Arts Martin Schulze (Autor), 2013, Entwicklungen in der Fahrzeugbeleuchtung und ihre Auswirkung auf die Fahrsicherheit, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/215174

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