LED-Scheinwerfer Licht an!

Damit hatte Henry Joseph Round wirklich nicht gerechnet. Der englische Wissenschaftler experimentierte in seinem Labor mit einer negativ geladenen Nadelspitze, Spannung zehn Volt. Er interessierte sich 1907 für die frisch erfundene drahtlose Übertragung von Radiowellen. Als er aber dann mit dem 
Metall einen Siliziumkarbid berührte, glimmte der Kristall grünlich auf: die unspektakuläre Geburtsstunde der lichtemittierenden Diode (LED).

LED-Erfinder wusste mit seiner Erfindung nichts anzufangen

Round hatte keine Ahnung, was er mit dieser Entdeckung anfangen sollte. Etwas ratlos veröffentlichte er immerhin einen Beitrag in der Fachzeitschrift "Electrical World". Danach wandte er sich wieder spannenderen Aufgaben zu. Er war später einer der Erfinder des Sonars, mit dem die britischen Kreuzer im Zweiten Weltkrieg deutsche U-Boote aufspürten.

Die LED geriet in Vergessenheit. Das änderte sich erst durch Fortschritte in der Halbleitertechnik, etwa im Zuge der Entwicklung des Transistors ab 1951. Elf Jahre später leuchtete die erste LED rot auf. 1971 folgten die Farben Grün, Orange und Gelb, 1992 dann Blau. Auf eine weiße Leuchtdiode musste die Welt allerdings bis 1995 warten. Aber spätestens ab diesem Zeitpunkt war 
die rasante Weiterentwicklung nicht mehr 
zu bremsen.

Revolution der Beleuchtungstechnik

Die LED revolutioniert inzwischen die Beleuchtungstechnik auf allen Ebenen, im Wohnbereich und auch im Auto. Die Hauptvorteile sind ein geringer Stromverbrauch, Langlebigkeit, mechanische Robustheit und Schnelligkeit. 1992 erstrahlt sie als dritte Bremsleuchte im Fahrzeugheck. 2000 folgen Blink- und Bremslichter. Und 2003 präsentiert Hella stolz den ersten gesetzlich zugelassenen Voll-LED-Hauptscheinwerfer. Bei dieser Premiere blieb es nicht. Die Lippstädter stellten auf der IAA 2012 den ersten LED-Scheinwerfer für Nutzfahrzeuge vor. Mit diesem optionalen Extra setzt sich der neue DAF XF gekonnt in Szene. Die Besonderheit des Scheinwerfers liegt in der Realisierung des Abblendlichts auf LED-Basis, bei dem zwei Kühlkörper außerhalb des Gehäuses die Wärme ableiten.

Für Hella stand in der Entwicklungsphase vor allem die Forderung nach einem robusten Konzept für den Lkw-Bereich im Vordergrund. Dieses Kriterium erfüllen die langlebigen und erschütterungsfesten LED-Lichtquellen in besonderer Weise. Die Leuchtintensität des Abblendlichts befindet sich auf Xenon-Niveau. Weiterer Vorteil: Durch die tageslichtähnliche Lichtfarbe ist die subjektive Helligkeitswahrnehmung sogar deutlich höher. Die Fahrer sollen Kontraste besser wahrnehmen. Auch ist die Energiebilanz positiv. Durch den Einsatz der LED konnte die Leistungsaufnahme des Abblendlichts auf 21 Watt reduziert werden. Das bedeutet eine Ersparnis von 49 Watt gegenüber einer konventionellen Glühlampenlösung. Energie, die der Lichtmaschine nicht mehr abverlangt werden muss. Der Motor dankt es mit geringerem Verbrauch und weniger CO2-Ausstoß. Hella hat es mal genau ausgerechnet: Würden alle Lichtquellen an einem Auto gegen Leuchtdioden ausgetauscht, würde ein Pkw rund 60 Prozent weniger Strom verbrauchen.

Hitzemanagement ist wichtig

Die Lichttechniker richten ihr Augenmerk auch auf das Hitzemanagement. Leuchtdioden sind zwar Kaltlichtquellen, sie werden aber durch den Lichtentstehungsprozess aufgeheizt. Weiterhin müssen bei einem Fahrzeug auch die Einflüsse von Motorwärme oder Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden. Daher kommen unterschiedliche Kühlkörper und unter Umständen auch elektrische Lüfter zum Einsatz.

LED dienen auch der Sicherheit im Straßenverkehr, weil sie schneller reagieren. Normale Glühlampen brauchen etwa in Bremslichtern 0,2 Sekunden, um aufzuleuchten. Die Diode funktioniert direkt. Der Fahrer kann schneller reagieren.

Experten erwarten, dass sich der LED-Markt für Leuchten und Scheinwerfer dauerhaft in zwei Richtungen entwickeln wird. Zum einen das Premiumsegment, das hohe Funktionalität und exzellente Lichtleistung fordert. Zum anderen Produkte für ökonomisch und ökologisch orientierte Kunden. Das setzt allerdings auch kostengünstige Lösungen voraus. Denn noch sind LED-Scheinwerfer auch aufgrund der hohen Anzahl an Bauteilen eine vergleichsweise teure Anschaffung, die sich jedoch über die Betriebsdauer amortisiert.

Individuelle Anpassung der Lichtfunktion

Neben den beschriebenen Vorteilen punktet die Technik auch bei der Variabilität. Beispiel: Audi A8, der wahlweise mit einem Voll-LED-Scheinwerfer erhältlich ist. Dort kümmern sich zehn Projektionslinsen um das Abblendlicht. Dabei ist eine individuelle Anpassung der Lichtfunktionen an die jeweiligen Bedingungen möglich. Die LED können jeweils einzeln an- und abgeschaltet werden. Der sogenannte Reisemodus erlaubt auf diese Weise eine flexible Anpassung, etwa bei Fahrten in Ländern mit Linksverkehr, um sicher auszuschließen, dass das entgegenkommende Fahrzeug geblendet wird.

Apropos: Lichtintensive Scheinwerfer sind durch Schmutz stärker anfällig für Blendung. Außerdem wird die Fahrbahn nur noch unzureichend ausgeleuchtet. Daher ist bei Schmuddelwetter häufiges Reinigen unbedingt Pflicht.

Adaptive Frontlightning System leuchtet Fahrbahn akkurat aus

In Zukunft werden LED-Scheinwerfer weitere Funktionen übernehmen. So ist bei Premium-Autos das Adaptive Frontlighting System (AFS) ein bekanntes Feature: ein dynamisches System, das je nach Geschwindigkeit und Lenkwinkeleinschlag die bestmögliche Ausleuchtung der Fahrbahn ermöglicht. Dazu benötigt ein konventioneller Scheinwerfer ein Projektionsmodul und eine an den Seiten unterschiedlich konturierte Walze, die sich dreht und unterschiedliche Lichtprofile erlaubt. So lassen sich Stadt-, Landstraßen-, Autobahn-, Fern-, Kurven- oder auch Schlechtwetterlicht realisieren.

Der LED-Scheinwerfer besitzt jedoch eine Vielzahl an Projektionslinsen. Mechatronische Lösungen sind deshalb technisch anspruchsvoll. Andererseits können LED auch gedimmt werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Kurven- und Kreuzungsbereiche "weich" auszuleuchten. Mit dieser Funktion wäre ein separates Abbiegelicht überflüssig und so auch wieder etwas Strom gespart.

Hätte Henry Joseph Round, der wegen seiner militärischen Meriten später zum Captain aufstieg, diese Hightech-Entwicklung seiner Erfindung geahnt, wäre er sicher am Thema geblieben.

Grundlagen der LED

Eine Leuchtdiode (kurz LED von "lichtemittierende Diode") ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Fließt elektrischer Strom in Durchlassrichtung, strahlt Licht. Leuchtdioden gibt es je nach Bedarf in den unterschiedlichsten Größen, Bauformen und Farben. Die klassische Variante (Standard-LED) hat eine zylinderähnliche Form und ist an der Stelle, wo das Licht austritt, durch eine Halbkugel geschlossen. Einfache Leuchtdioden bestehen aus folgenden Bauteilen: LED-Chip, Reflektorwanne (mit Kontakt zur Kathode), Golddraht (Kontakt zur Anode), Kunststofflinse (vereint und fixiert die Bauteile). Während Standard-LED bis zu 100.000 Stunden halten, sind Hochleistungs-Lichtquellen maximal halb so lange einsetzbar.

Frühwarnung durch LED

LED sind nicht nur "wartungsfrei", sie haben auch eine kürzere Ansprechzeit. Dadurch sehen Autofahrer den Bremsvorgang eines technisch entsprechend ausgerüsteten, vorausfahrenden Fahrzeugs früher: bei einer Geschwindigkeit von 90 km/h immerhin vier Meter. So lassen sich Kollisionsschäden reduzieren oder Unfälle sogar vermeiden.

Drei Fragen an Thomas Schelle, Vorsitzender von "Pro Lkw-Beleuchtung"

Thomas Schnelle, Lkw-Fahrer und Vorsitzender des Vereins „Pro Lkw-Beleuchtung“ in Lahstedt, der unter dem Motto „mehr Licht, mehr Sicht, mehr Sicherheit“ die gesetzlichen Vorschriften für die Beleuchtung am Lastwagen ändern möchte.

Wie sind Sie auf das Thema des Vereins gekommen?

Schnelle: Es kam in letzter Zeit vermehrt zu Kontrollen mit drakonischen Strafen und Punkten in Flensburg, nur weil jemand beispielsweise zwei Zusatzscheinwerfer zu viel an seinem Lastwagen montiert hatte.

Und das können Sie nicht nachvollziehen?

Schnelle: Nein, denn die Behörden bedenken nicht die Weiterentwicklung der Beleuchtungstechnik. Wir leben im LED-Zeitalter. Moderne, richtig eingestellte Scheinwerfer blenden andere Verkehrsteilnehmer überhaupt nicht mehr. Aber das ist genau der Vorwurf der kontrollierenden Beamten, auch dass die Signalwirkung verfälscht werde.

Was möchten Sie erreichen?

Schnelle: Dass etwa statt zwei Fernscheinwerfern bis zu sechs erlaubt sein sollten. Dann sehe ich das Reh, bevor es vom Acker auf die Straße springt. Ein anderer Punkt ist die Anhängerbeleuchtung. Retroreflektierende Folien in Rot sind gesetzlich vorgeschrieben und strahlen stark zurück. Umlaufende LED sind dagegen verboten, obwohl sie bei Regen mit heraufspritzender Gischt deutlich besser wahrzunehmen sind. Es gibt viele Ungereimtheiten und Widersprüche. Wir wollen, dass die Politiker sich mit dem Thema auseinandersetzen.