Beleuchtung

Funktionsprinzip einer Glühlampe

Beim Einschalten einer Glühlampe fliesst Strom durch einen Leiter (Leuchtdraht) und bringt diesen zum Glühen. Dabei strahlt dieser elektromagnetische Wellen ab, die größtenteils im nicht sichtbaren Infrarotbereich (Wärme) und zu einem geringeren Teil (max. 5%) im sichbaren Bereich (Licht) liegen. Der Leuchtdraht ist üblicherweise aus Wolfram, da dieses Material einen hohen Schmelzpunkt bei ca. 3.422° Celsius hat und somit den entstehenden und gewünschten Temperaturen standhalten kann. Diese liegen zwischen 1.500° und 3.000° Celsius. Da Wolfram ein Kaltleiter (kalt=geringer Widerstand, warm=hoher Widerstand) ist, fliesst nach dem Einschalten ein hoher Strom, der durchaus das 15-fache des Betriebsstroms sein kann, und der mit steigender Erwärmung abnimmt und die Lampe somit heller werden lässt. Das ist der Grund warum Lampen meistens beim Einschalten kaputt gehen und erst nach kurzer Betriebsdauer die maximale Leuchtkraft entwickeln.

Die Farbtemperatur einer Glühlampe im normalen Betriebsbereich ist ca. 70° Kelvin höher als die des Glühfadens und liegt in der Regel zwischen 2.300° und 2.900° Kelvin. Eine Hochleistungs-Halogenbirne für den KFZ Bereich kann auch deutlich darüber liegen, es finden sich hier Werte bis 3.500° Kelvin. Damit erreichen diese Lampen nicht das Tageslichtniveau welches je nach Sonneneinstrahlung zwischen 5000° - 7000° Kelvin liegt.

Glühlampen im KFZ Bereich sind tatsächlich für eine höhere Spannung als die Nennspannung von 12 V ausgelegt, da die tatsächlich generierte Spannung während des Betriebs knapp über 14 V betragen kann. Die Herstellerangaben zu den Glühlampen sind gemäß der ECE Richtlinie bei 13,2 V erfasst worden.

Halogenlampen

Für das Abblend- und Fernlicht kommen wegen der notwendigen Lichtausbeute oftmals Halogenleuchten zum Einsatz. Ihre Bauform und die Gasfüllung lassen deutlich höhere Temperaturen als bei normalen Glühlampen zu (2.800-3.000 K), bei einer Lebensdauer von immer noch mehreren hundert Stunden. Sie gehen nah an den Schmelzpunt des Wolframs heran. Sie sind also heller als normale Glühbirnen bei gleicher Spannung und können bis zu 10% der eingesetzten Energie in Form von Licht abgegeben. Ihr Glaskörper bleibt klar, sie werden also nicht dunkler wie das bei normalen Glühbirnen der Fall ist. Das Halogen (Jod oder Brom) verbindet sich mit den abgedampften Wolframteilchen und verhindert so die Ablagerung an der im Vergleich zum Glühfaden kälteren Oberfläche des Glaskolbens. Sie zirkulieren so lange bis sie wieder auf den Glühfaden treffen und sich das Wolfram wieder ablagert und das Halogen freigibt. Der Prozess beginnt von neuem. Bei Glühbirnen lagert sich das Wolfram am Glas an und dunkelt sie langsam ab. Um eine möglichst große Fläche zur Ablagerung zu bieten und dadurch die Wirkung der Abdunkelung abzuschwächen, sind deren Glaskolben auch deutlich größer. Die Kolben der Halogenlampen können und müssen klein sein, damit das Glas heisser werden kann als bei Glühlampen, was ebenfalls eine Vorraussetzung dafür ist, dass sich die Halogen/Wolfram-Teilchen nicht ablagern.

Höhere Lichtausbeute und Lebensdauer

Verhältnis Spannung zu Helligkeit/Farbtemperatur

Um eine Lampe nun heller scheinen zu lassen, bzw. die Lichtausbeute zu erhöhen, muss die Temperatur des Glühfadens durch Spannungserhöhung, gesteigert werden. Dadurch wird mehr zugeführte Energie vom langwelligen Infrarotbereich in den kurzwelligeren sichtbaren Bereich verschoben. Die Lichtausbeute wird in Lumen pro Watt (lm/W) gemessen und liegt bei Halogenlampen bei 22-26 lm/W.

Der Temperaturanstieg führt jedoch zu einer drastischen Verkürzung der Lebensdauer. Eine Erhöhung der Spannung um 5% über die Betriebsspannung bringt ca. 25% mehr Helligkeit, reduziert aber die Lebensdauer um ca. 50%. Bei einer Erhöhung der Spannung um 20% erreicht man die doppelte Helligkeit (+100%), die Lebensdauer verkürzt sich jedoch um 95%.
Systeme, die eine höhere Spannung an den Lampen ermöglichen, z.B. durch einen größeren Leitungsquerschnitt, verkürzen also auch immer die Lebensdauer, bei vergleichsweise geringem Lichtzuwachs. Ein Vergleich zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen ist hier immer sehr schwer, da weitere Faktoren eine Rolle spielen, die höchst individuell pro Fahrzeug sind. Dazu zählen z.B. die Einschaltzyklen, Erschütterungen, Temperaturen, Brenndauer und die Sorgfalt beim Einbau. Beispiel:
Die 13,2 V Betriebsspannung der Glühlampen wird auf 14 V erhöht, eine Zunahme um ca. 6 %, was einer Leuchtsteigerung von 25%-30% entspricht. Die Lebensdauer verkürzt sich dann jedoch um 55%-60%,

Osram gibt für einige ihrer Lampen z.B. folgende Werte an:

Model	Leistung in Watt	Kelvin	Ausfall von 3% der Produktionsmenge (B3)	Ausfall von ca. 63,2% der Produktionsmenge (Tc1)
Cool Blue Intense	55	4.200	150 Std.	250 Std
Cool Blue Intense (großer Glaskolben)	60	3.900	110 Std	220 Std.
Night Breaker Plus	55	3.500	150 Std.	250 Std
Original Line	55	3.200	400 Std	650 Std.

Hinweis: Bei den Halogenlampen mit 4.200° Kelvin konnte bis jetzt nicht geklärt werden, wie diese hohe Farbtemperatur zustande kommt, liegt sie doch deutlich über dem Schmelzptunkt von Wolfram. Die Vermutung ist eine andere Glühfadenlegierung, eine anderes Gasgemisch und/oder erhöhter Druck im Glaskolben oder weitere technische Maßnahmen, die die Differenz zwischen der Fadentemperatur und der Farbtemperatur vergrößern.

Funktionsprinizip einer Xenon Lampe

Xenon Lampen zählen nicht zu den Glühlampen sondern zu den Gasentladungslampen, denn sie haben keinen Glühdraht. In einem Glaskolben befinden sich zwei Wolfram-Elektroden, zwischen denen ein Lichtbogen entsteht, wenn eine Spannung angelegt wird. Dieser Lichtbogen brennt in einem eigenen, sehr kleinen und mit Xenon sowie anderen Stoffen (früher u.a. Quecksilber) unter hohem Druck (20 bar) gefüllten Brennraum aus Quarzglas. Während des Betriebs kann dieser Durck auf bis zu 100 bar ansteigen. Das Brennraumglas erreicht an seiner Oberfläche ca. 900° Celsius. Die Zündung der Lampe erfolgt über Vorschaltgeräte mit ca. 25.000 Volt. Bei einer kalten Lampe wird die volle Helligkeit nach ca. 15 Sekunden, die endgültige Lichtfarbe nach ca. 30 Sekunden erreicht. Die Xenon Lampen erreichen eine Farbtemperatur von 5.000° - 6.000° Kelvin, was Tageslichtniveu bedeutet.

Abblendlicht

Das Abblendlicht ist die nach vorn gerichtete Beleuchtung zur Ausleuchtung der Straße. Die Entwicklung der Hell-Dunkel-Grenze ermöglichte die heute übliche starke Ausleuchtung der Straße und die Begrenzung der Blendung des Gegenverkehrs.

Das Abblendlicht muss für zweispurige Fahrzeuge entweder über

• zwei Scheinwerfer mit Abblend- und Fernlichtfunktion
• zwei Scheinwerfern mit Abblendlicht und zwei oder vier Schweinwerfer mit Fernlicht
• zwei Scheinwerfer mit Abblend- und Nebellicht und zwei Scheinwerfer mit Fernlicht

in weisser Lichtfarbe realisiert sein. Bei Scheinwerfern die Abblend- und Fernlicht in einer Lampe kombinieren, werden Halogenlampen mit zwei Glühfäden verwendet.

Lampentypen Frontscheinwerfer 12 V

Einsatz	Kategorie	Nennleistung in Watt	Lumen	Sockel
Abblend/Fern/Nebel (4 Scheinwerfer)	H1	55	1.550	P 14,5 e
Fern/Nebel	H3	55	1.450	PK 22s
Abblend/Fern	H4	60/55	1.650/1.000	P 43t - 38
Abblend/Fern/Nebel (4 Scheinwerfer)	H7	55	1.500	PX 26 d
Nebel/stat. Kurvenlicht	H8	35	800	PGJ 19-1
Fern	H9	65	2.100	PGJ 19-5
Abblend/Nebel	H11	55	1.350	PGJ 19-2
Nebel	H10	42	850	PY 20 d
Fern/Tagfahr	H15	55/15	1.350/260	PGJ 23t-1
Abblend (4 Scheinwerfer)	HB4	51	1.095	P 22 d
Fern (4 Scheinwerfer)	HB3	60	1.860	P 20 d

ECE Vorschriften

Die europäischem Vorschriften zur Genehmigung von Leuchtmitteln (Glühlampen), Scheinwerfern und den Beleuchtungseinrichtungen in KFZ und Anhängern innerhalb der EU finden sich in den ECE Regelungen

• Scheinwerfer R1
• Rückstrahler R3
• Hintere Kennzeichenleuchte R4
• Sealed Beam Scheinwerfer R5
• Blinker R6
• Begrenzungslampen R7
• Halogen Scheinwerfer R8
• Nebelscheinwerfer R19
• H4 Halogen Scheinwerfer R20
• Rückfahrscheinwerfer R23
• SB Halogen Scheinwerfer R31
• Glühlampen R37
• Nebelschlussleuchten R38
• Scheinwerferreinigung R45
• Anbau von Beleuchtungs- und Signaleinrichtungen R48
• Parkleuchten R77
• Tagfahrlicht R87
• Seitenmarkierungsleuchten R91
• Gasentladungsscheinwerfer R98
• Gasentladungslampen R99
• Asymmetriches Frontlicht R112
• Symmetrisches Frontlicht R113
• Abbiegelicht R119
• Adaptives Frontlicht R123

Dort werden die Maße, elektrischen und photometrischen Größen usw. festgelegt, die ein Leuchtmittel oder ein Lichtsystem erbringen bzw. einhalten muss, um in der EU zugelassen werden zu können.

¹Tc gibt den charakteristischen Weibull Wert an, d.h. Ausfall von 63,2% einer in gleichbleibender Qualität gerfertigen Menge an.