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Grenzenlose Möglichkeiten: LED & OLED im Fahrzeug

| Autor / Redakteur: Bettina Gehbauer-Schumacher * / Hendrik Härter

Multibeam-System: In der E-Klasse von Mercedes-Benz kommt eine Matrix aus 84 LEDs zum Einsatz, die durch eine Linse in drei Zeilen abgebildet wird.
Multibeam-System: In der E-Klasse von Mercedes-Benz kommt eine Matrix aus 84 LEDs zum Einsatz, die durch eine Linse in drei Zeilen abgebildet wird. (Bild: Daimler AG)

Dank LED und OLED bieten sich Kfz-Designern völlig neue gestalterische Möglichkeiten. Doch auch die Sicherheit im Fahrzeug lässt sich mit Hilfe von LEDs und OLEDs meistern. Die Hersteller setzen dabei auf unterschiedliche Techniken. Ein Überblick.

Eine Straßenausleuchtung mit lichtemittierenden Dioden (LED) sorgt für eine differenzierte Beleuchtung und leistet damit einen Beitrag zur Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer. Darüber hinaus verfügen LEDs über eine Lebensdauer von bis zu 10.000 Stunden, eine hohe Ausfallsicherheit, schnelles Einschalt- und Ansprechverhalten, beanspruchen wenig Platz und haben je nach Einsatzgebiet einen bis zu 80 Prozent niedrigeren Energieverbrauch als herkömmliche Halogen-Leuchtmittel.

Die LED im Fahrzeug und welche Vorteile sie bietet

Alle erwähnten Vorteile werden in modernen Fahrzeugen zunehmend genutzt. Denn die LED- und die organische LED-Technik (OLED) bieten neben sehr hohen Lichtausbeuten von 80 bis 120 lm/W auch völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Außen- und Innenbeleuchtung. Welche aktuellen Entwicklungen und Trends gibt es heute bereits?

Die Lichttechnik im Automobil hat in den letzten Jahrzehnten rasante Fortschritte gemacht. Seit den 2000er Jahren sind LEDs und aktuell auch OLEDs gefragt. Da einzelne LEDs im Vergleich zu Glüh-, Halogen- oder Xenon-Gasentladungslampen einen geringen Lichtstrom erzeugen, werden meist mehrere LEDs über ein LED-Modul oder eine -Matrix zusammengeschaltet. Dabei kann entweder jede LED mit einer eigenen Bündelungsoptik versehen oder eine gemeinsame Optik für das gesamte Modul verwendet werden. So lassen sich unterschiedliche Hell-Dunkel-Geometrien und Intensitäten der Lichtverteilung modellieren – bei wartungsfreiem Betrieb.

Ständige Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug

Das Lichttechnische Institut (LTI) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht zu LEDs und ihrem Einsatz in Fahrzeugen. Der Leiter, Professor Dr. Cornelius Neumann, erklärt: „Während sich LEDs für Signalfunktionen und Innenbeleuchtung schon länger etablieren, stehen momentan vor allem Applikationen für Scheinwerfer an. Hier stehen inzwischen auch hochauflösende Systeme - Stichwort: digitales Licht – mehr und mehr im Fokus. Für die Praxis ist stets ihre Wirkung auf den Menschen und seine Wahrnehmung zu beachten.“

Im Auto findet eine ständige Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug statt. Der Fahrer wird im einfachsten Fall über Messinstrumente über den Ist-Zustand informiert. Nachts verbessern die neuen Techniken und Assistenzsysteme die Sicht. Die Lichtfarbe der weißen LEDs nähert sich mit einer Farbtemperatur von rund 5500 K dem Tageslicht mit etwa 6000 K weiter an als das Xenonlicht mit rund 4000 K. Das kommt den Sehgewohnheiten des Menschen entgegen: Der Fahrer ermüdet nicht so schnell und fährt entspannter.

Im Fahrzeug bunt, außen festgelegte Farborte

Elektroantriebe legen ein größeres Augenmerk auf das Energiemanagement und damit auf die Effizienz von lichttechnischen Systemen. Hier sind Quellen mit hohem Wirkungsgrad, effizienten optischen Systemen und einem ansprechenden Design gefragt. Durch modularen Aufbau sowie eine große Auswahl unterschiedlicher Optiken erlauben LEDs neue Scheinwerferformen und -anordnungen.

Sie sind heute ein wichtiges markenspezifisches Charakteristikum der Hersteller. Dabei ermöglicht die Elektronik grundsätzlich nicht nur eine Helligkeitsregelung, sondern bei gemischter Bestückung mit LEDs der Grundfarben rot, grün, blau auch die Änderung der Lichtfarbe durch additive Farbmischung. Das ist allerdings nur im Innenraum erlaubt. Außen gelten die in den Regelungen der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (UNECE) festgelegten Farborte.

Moderne Scheinwerfer unterstützen den Fahrer

Die aufgrund des UNECE-Übereinkommens festgesetzten und ihm angeschlossenen Regelungen enthalten technische Vorschriften, Prüfverfahren sowie Bedingungen für die Erteilung von Typgenehmigungen, Genehmigungszeichen und Bedingungen für die Gewährleistung der Übereinstimmung der Produktion. Diese Normen müssen die gesetzlichen Anforderungen in Deutschland erfüllen. Dementsprechend kann die Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung nur nationale Zusatzregelungen enthalten.

Moderne Scheinwerfer sind in der Lage, über Abblend- und Fernlicht hinaus mit vielfältigen situativen und dynamischen Lichtverteilungen dem Fahrer zu assistieren. Die lichtbasierte Fahrerassistenz nutzt die Sensorik der Automobile für alle Formen der adaptiven Beleuchtung. Es gilt, die Straße für den Fahrer je nach Situation und Witterung optimal auszuleuchten und gleichzeitig für den Verkehr blendfrei zu halten. Kompakte LED-Einheiten bieten hierzu flexible Funktionalitäten, beispielsweise Positions- und Tagfahrlicht mit einer Quelle.

Wie sich LEDs als Fahrzeugscheinwerfer einsetzen lassen:

  • Scheinwerfer, bei denen nur Zusatzfunktionen in LED-Technik ausgeführt sind, wie Stand-/Positionslicht (Tagfahrlicht), Blinker, Bremsleuchten, Nebelschlusslicht, Rückfahrlicht, Kennzeichenbeleuchtung oder Rückleuchten.
  • Scheinwerfer mit Abblendlicht in LED-Technik.
  • Voll-LED-Scheinwerfer, bei denen alle vorher genannten Funktionen sowie das Fernlicht in LED-Technik ausgeführt sind.

Die Funktionen werden in der Regel als Reflexionssystem, Projektionssystem oder als Lichtbänder realisiert. In Voll-LED-Scheinwerfer können zusätzlich intelligente Funktionen integriert werden. So helfen Markierungslichter, die Sicht des Fahrers nachts zu erweitern und damit ein schnelles Reagieren zu ermöglichen. Sie beleuchten gezielt Objekte jenseits der Hell-Dunkel-Grenze (HDG). Blendfreies Fernlicht erlaubt das Fahren mit Dauerfernlicht.

Eine entsprechende LED-Matrix war Gegenstand des Forschungsprojekts „NanoLux - weiße Leuchtdioden für die Beleuchtung“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Im Mittelpunkt stand ein optimiertes, kameragestütztes Fernlichtmodell, das Länge und Verteilung des Lichtkegels automatisch und kontinuierlich jeder Verkehrssituation anpasst. Diese Technik ist inzwischen auch als Matrixlicht oder Adaptive Driving Beam in der Serie zu finden.

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