Moderne Lichttechnik: Was kann sie?

Halogen, Xenon, LED und Laser-Licht: Erklärung

Xenon, Bi-Xenon, Matrix oder gleich Laser? Beim Thema Scheinwerfer gibt es eine rasante Entwicklung, die noch lange nicht am Ende ist.

  • Sabine Stahl
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  • Veröffentlicht am 04/30/2020, 05:18 PM
Xenon_Kurvenlicht
Quelle: mobile.de Anfang der 1990er Jahre kamen die ersten Serienfahrzeuge mit Xenon-Scheinwerfern auf den Markt

Heller, weiter, präziser: Bei der Entwicklung der Fahrzeugbeleuchtung übertreffen sich Automobilhersteller gerne gegenseitig. Der Sprung von der müden Halogenlampe bis hin zum Laser-Fernlicht und adaptiven LED-Scheinwerfern mit Projektionsfunktion dauerte nur Jahrzehnte. Doch wie sinnvoll sind die teuren Scheinwerferoptionen? Und wie funktionieren die einzelnen Leuchtmittel? Ein Überblick über die Lichttechniken.

Halogen-Scheinwerfer

Halogen-Lampen funktionieren ähnlich wie Glühlampen. Das heißt, sie verfügen über eine Glühwendel, die sich bei Stromzufuhr erhitzt und leuchtet. Die Leistung der Lampen wurde mithilfe von besseren Glühdrähten und Halogengasgemisch im Glaskolben stetig verbessert. Die Basisvariante unter den Fahrzeugscheinwerfern wird bereits seit den 70er-Jahren eingesetzt und heute noch in kleineren oder günstigeren Autos angeboten und gekauft. Dies liegt einzig und allein am Preis.

Eine Halogenleuchte kostet einen Bruchteil von Xenon- oder LED-Lampen. In der Regel kann das Leuchtmittel zudem einfach ausgetauscht werden. Die Lichtausbeute ist bei Standardlampen allerdings gering, die Lichtfarbe ist mit etwa 3.200 Kelvin vergleichsweise dunkel. Halogen-Scheinwerfer haben nach Angaben des Leuchtmittelherstellers Hella eine Lebensdauer von 300 bis 1.500 Stunden. Der Energieverbrauch ist höher als bei modernen Lichtern.

Wer möchte, kann seine Standard-Halogenbirne gegen eine leistungsstärkere Halogenlampe austauschen. Vor dem Wechsel muss jedoch die Zulässigkeit der neuen Lampe geprüft werden. Es darf nicht einfach ein stärkeres Leuchtmittel eingebaut werden. Zudem sind die einzelnen Typen nicht untereinander austauschbar: H4-Lampen haben zwei Glühdrähte und können Abblendlicht und Fernlicht in einem Leuchtmittel erzeugen. H7-Lampen besitzen nur eine Glühwendel und werden in getrennten Scheinwerfern für Fern- und Abblendlicht eingesetzt. Sie können deshalb keinesfalls H4 ersetzen.

  • Lichtfarbe: 3.200 K
  • Lebensdauer: 300 bis 1.500 h
  • Effizienz: ~25 lm/W


Autohaus Markötter GmbH Herford Laserlicht
Autos mit Laserlicht

Mit 600 Metern Reichweite stellt der Laserscheinwerfer die LED-Technik in den Schatten.


Xenon-Licht

In Xenon-Scheinwerfern leuchtet ein Lichtbogen ähnlich wie ein Blitz am Himmel. Dieser wird in einem Glaskolben erzeugt, der das Gas Xenon enthält. Für das Zünden des Gases ist ein Hochspannungsimpuls von bis zu 23.000 Volt notwendig, der in einem Vorschaltgerät entsteht.

Der Vorteil von Xenonscheinwerfern gegenüber Halogenlampen ist nach Angaben des ADAC, dass ein Lichtbogen nicht empfindlich gegenüber Erschütterungen ist. Zudem leuchten die Gasentladungslampen etwa fünfmal heller als Halogenlampen. Da die Lichtfarbe mit 4.000 Kelvin deutlich zudem näher am Tageslicht (~5.500 Kelvin) ist, ermüden Fahrer nicht so schnell. Zu den weiteren Vorteilen von Xenonlichtern gehört, dass sie nach Angaben von Hella ein Viertel weniger Energie verbrauchen als Halogenscheinwerfer und deutlich länger leben.

Für den Betrieb der Lampen sind ab einer gewissen Helligkeit eine Scheinwerferreinigungsanlage und eine automatische Leuchtweitenregulierung vorgeschrieben. Der Nachteil von Xenon ist, dass die Scheinwerfer vergleichsweise teuer sind und der Wechsel zum Teil kompliziert ist – oft lohnt sich die Fahrt in die Werkstatt. Das erste Serienfahrzeug mit Xenon war Anfang der 90er-Jahre der BMW 7er. In Neuwagen spielen Xenonscheinwerfer mittlerweile kaum noch eine Rolle. Sie werden nach und nach von LED-Lampen abgelöst.

  • Lichtfarbe:  4.000 Kelvin
  • Lebensdauer: 2.500 h
  • Effizienz: 90 lm/W



LED-Licht

Die Abkürzung LED steht für Licht emittierende Dioden. Diese enthalten einen Halbleiterkristall, das bei Stromzufuhr Licht erzeugt. LED-Lichter gab es im Automobilbereich zunächst nur für kleine Lichter im Innenraum, an der Kennzeichenbeleuchtung, als Brems- oder Rücklicht. Doch die Techniker konnten die Effizienz von LED-Leichtmitteln stetig steigern. Hierfür wurden viele LED zu großen Modulen gebündelt. Dadurch stieg die Lichtintensität so weit, dass es nun auch Voll-LED-Scheinwerfer gibt, bei denen selbst die Fernlichtfunktion von LEDs übernommen wird.

Moderne Lichtsysteme_Basis-LED
Quelle: mobile.de Im Vergleich zu Xenonlampen leuchten LED-Scheinwerfer bis zu zehn Mal so hell je Watt

LED-Scheinwerfer haben im Vergleich zur Xenon-Technik viele Vorteile. Der Grund: LEDs sind klein und extrem robust. Nach Angaben des ADAC überleben sie sowohl Autounfälle wie auch Raketenstarts. Zudem ist weder Hochspannung notwendig noch eine Zündung. Und sie leuchten je Watt bis zu zehn Mal so hell wie Halogen – und das bei einem deutlich niedrigeren Energieverbrauch. Laut Hella sparen LEDs rund 40 Prozent Energie im Vergleich zu Halogen. Die Hersteller versprechen darüber hinaus, das LEDs ein Autoleben lang halten. Tun sie das nicht, muss allerdings der gesamte Scheinwerfer getauscht werden, was entsprechend teuer ist.

Bei modernen Voll-LED-Scheinwerfern sitzen alle Funktionen in einem Scheinwerfer. Reflektoren sind ebenfalls nicht notwendig, da LEDs ohnehin nur in eine Richtung leuchten. Die ersten Fahrzeuge mit Voll-LED-Scheinwerfern waren der Audi R8 sowie der Lexus LS600h in den Jahren 2007 und 2008. Mittlerweile gibt es selbst für den Opel Corsa LED-Scheinwerfer (ab 500 Euro). Beim Mazda3 oder beim VW Golf 8 gehören sie sogar zur Serienausstattung.

Nach und nach werden LED-Scheinwerfer in allen Fahrzeugklassen Einzug halten. Und das ist auch gut so. Nach Ansicht des ADAC erhöht die LED-Technik vor allem bei nächtlichen Fahrten außerorts die Verkehrssicherheit, da Hindernisse dank der besseren Ausleuchtung viel schneller erkannt werden. Zudem ermüden die Augen des Fahrers aufgrund der Lichtfarbe deutlich langsamer.

  • Lichtfarbe: ~6.000 Kelvin
  • Lebensdauer: 10.000 bis 20.000 h
  • Effizienz: 30-40 lm/W

Matrix-LED-Licht

Bei der nächsten Entwicklungsstufe der Scheinwerfer steigt in erster Linie der Komfort und mit ihm der Preis. Adaptive Scheinwerfer, sogenannte Matrix-LED-Scheinwerfer, können ihren Lichtstrahl an die aktuelle Fahrsituation anpassen und Gegenverkehr gezielt ausblenden. Für Autofahrer bedeutet das, dass sie außerhalb geschlossener Ortschaften mit Dauer-Fernlicht fahren können. Die Hersteller versprechen eine zu jeder Zeit optimale Ausleuchtung.

Matrix-LED-Scheinwerfer arbeiten mit Kameras und Steuergeräten. In VWs „IQ Light“ im Touareg beispielsweise sind 48 LEDs für das Abblendlicht verantwortlich, 27 für das Fernlicht. Insgesamt verfügt jede Scheinwerfereinheit über 128 LED. Sie sind einzeln steuerbar. Der Aufpreis beträgt rund 1.800 Euro. Bei Mercedes heißt die Technologie Multibeam. In der E-Klasse etwa leuchten die Scheinwerfer mit 84 statt wie in anderen Modellen mit 24 LEDs. Je mehr LEDs, desto präziser die Lichtverteilung und desto exakter kann der Gegenverkehr ausgespart werden.

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Quelle: mobile.de Matrix-LED-Scheinwerfer blenden gezielt den Gegenverkehr aus

Bei BMW heißt der blendfreie Fernlicht-Assistent Selective Beam und wird bereits seit 2011 angeboten. Das kamerabasierte System arbeitet mit Linsen und Reflektoren, um mithilfe einer „Maskierung“ gezielt das Blenden anderer Verkehrsteilnehmer zu verhindern. Schwenkmotoren für die Bewegung des Fernlichts sorgen für einen gezielten Lichtstrahl. Bei Audi heißt die Technologie ebenfalls schlicht Matrix-LED-Scheinwerfer. Die modernere Version mit schnellerer Reaktion heißt HD-Matrix-LED. Eine ähnliche Funktion gab es bereits für einige Xenon-Lampen. Mit LED arbeitet die Technik aber präziser.

Eine Million Spiegel pro Scheinwerfer

Eine ganz neue Technik namens „Digital Micro-mirror Device“ hat Audi im e-tron Sportback vorgestellt. In den adaptiven Scheinwerfern sitzt ein Chip mit rund einer Million Spiegeln, die den Lichtstrahl präzise steuern können.  Jeder Spiegel hat eine Kantenlänge von einigen Hundertstel Millimetern. Pro Sekunde kann er dank elektrostatischer Felder bis zu 5.000-mal kippen. Das Licht selbst wird von drei LED erzeugt und von den Spiegeln durch ein Linsensystem geschickt. Der Rest landet in einem Absorber.

Eine Funktion der Scheinwerfer ist das Spur- und Orientierungslicht. Es leuchtet die eigene Spur aus und zeigt mit dunkleren Bereichen am Rand, wo in der Fahrspur sich das Auto befindet. Zudem können die Scheinwerfer Animationen projizieren. Eine nette Spielerei und ein Ausblick auf das, was noch kommen wird: die Kommunikation von Fahrzeugen über Licht. Im e-tron Sportback kosten die Matrix-Scheinwerfer 1.450 Euro Aufpreis. Inklusive dynamischer Lichtinszenierung und dynamischen Blinkern sind es 2.450 Euro.

Mercedes-Benz nennt seine modernste Lichttechnik „Digital Light“. Auch hier sitzen in jedem der beiden LED-Scheinwerfer mehr als eine Million Mikrospiegel, von denen jeder einzelne gesteuert werden kann. Damit soll etwa ein Verkehrsschild auf der Autobahn weit vorne angeleuchtet werden können, ohne dass andere Autofahrer vor dem Fahrer geblendet werden. Zudem soll sich das Licht viel homogener verteilen als bei bisherigen Scheinwerfern.

Bei einer Testfahrt des ADAC hat das System bei Nacht auf einer Landstraße einen Fußgänger am Straßenrand erkannt. Dieser wird nicht nur angeleuchtet, damit er besser gesehen wird, die Scheinwerfer projizierten zudem einen Pfeil auf den Boden in Richtung des Passanten. Sein Kopf wird beim Anleuchten ausgespart, um ihn nicht zu blenden. Ein echtes Plus an Sicherheit, da nach Angaben des Statistischen Bundesamts die Hälfte aller getöteten Fußgänger im Straßenverkehr bei Nacht oder in der Dämmerung verunglückt. Digital Light startet zunächst in einer Maybach-Kleinserie und wird an ausgewählte Kunden geliefert. Nach und nach wird es in weiteren Modellen zu finden sein.


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Laserlicht

Die nächste Steigerung in Sachen Helligkeit und Lichtausbeute ist Laserlicht. Hierbei wird von einem Lasergenerator ein Laserstrahl erzeugt, der über Spiegel, Phosphorelemente und Linsen geführt wird. BMW führte das Laserlicht mit dem i8 im Jahr 2014 ein, Audi etwa zeitgleich in einem Sondermodell des R8.

BMW selbst spricht von einer zehnfachen Leuchtintensität gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln. Zudem benötigt das Licht wenig Energie und kommt mit einem sehr kleinen Reflektor aus. Das spart Platz und Gewicht. Der Lichtstrahl kann bis zu 600 Meter weit leuchten. Ein normaler Fernlichtkegel schafft etwa 300 Meter. Bei Tageslicht und guten Bedingungen können Autofahrer mitunter kilometerweit sehen. BMW hat das Laserlicht nach und nach in anderen Baureihen eingeführt. Mittlerweile gibt es selbst im 3er optionales Laserlicht. Im BMW X5 etwa kostet es 2.000 Euro Aufpreis, inklusive des adaptiven Fernlichtassistenten.

Das Laserlicht von Audi verdoppelt ebenfalls die Reichweite des Fernlichts auf 600 Meter. Im Audi R8 kosten Laser-Scheinwerfer rund 3.500 Euro Aufpreis. Für den Audi A7 gibt es die „HD-LED-Matrix-Scheinwerfer mit Audi Laserlicht“ für rund 2.800 Euro. Hier schaltet sich das Laser-Fernlicht ab einer Geschwindigkeit von 70 km/h zu und sorgt für deutlich bessere Sicht.

Mercedes hat sich zunächst vom Laserlicht verabschiedet. So fragte der verantwortliche Daimler-Entwickler Gunter Fischer „Focus Online“: „Wo hat man bei uns schon einmal ein solch langes gerades Straßenstück ohne Vordermann oder Gegenverkehr?“ Seiner Meinung nach sei die richtige Verteilung des Lichts wichtiger und die sei mit LEDs besser als mit Laser.



Fazit

Die Entwicklung beim Thema Licht läuft rasant. Scheinwerfer werden besser, heller, präziser und noch dazu intelligenter. Sie haben eine so hohe Auflösung, dass sie Signale auf die Fahrbahn projizieren können. Der ADAC schreibt hierzu sehr treffend: „In Zukunft sind nur die Ideen begrenzt, die Technik nicht“. Doch all das kostet sehr viel Geld – und das im Verhältnis zu einem möglicherweise recht seltenen Einsatz auf einer geraden Landstraße ohne Gegenverkehr bei Nacht. Doch beim Thema Automobil geht es häufig nicht um Rationales. Es geht um Image. Und genau hier hat die Industrie das Potenzial von Lichtspielen und deren Wirkung erkannt.