Leuchtdioden kommen in immer mehr Bereichen des Lebens zum Einsatz. Kein Wunder, denn LEDs sind innovativ und gleichzeitig alltagstauglich – LED Technik fasziniert! Das Automobil hat ebenfalls schon längst die LED entdeckt. Bei hoch gesetzten Bremsleuchten und im Schluss- und Bremslichtbereich kommen schon seit 1992 rote LED zum Einsatz. Als Lichtquellen werden sie heute am Fahrzeugheck, zunehmend aber auch vorn am Fahrzeug für Signalfunktionen eingesetzt. Dieser Trend wird in den kommenden Jahren erheblich zunehmen. Erste Voll-LED-Scheinwerfer, die auch Abblend- und Fernlicht erzeugen, kamen 2007 und 2008 auf den Markt. Die Beleuchtung ist heute ein wichtiges Designmerkmal mit dem man Fahrzeugfamilien äußerlich erst häufig erkennt. Standardisierte LED-Module ermöglichen neue Designmöglichkeiten bei Signallampen am Auto.

Hella hat bereits 2003 die weltweit erste Serienanwendung von weißen Leuchtdioden als kombiniertes Positions- und Tagfahrlicht im Scheinwerfer des Audi A8 W12 verwirklicht. Seitenmarkierungsleuchten und Positionslichter werden mit einer Kombination aus LED und Lichtleitstäben realisiert. Bei Blinkleuchten können wahlweise Freiform- oder facettierte Flächen eingesetzt werden.

 

In vielen europäischen Ländern wie Italien, Dänemark, Finnland, Estland und Schweden müssen bereits heute alle Autos am Tage mit eingeschaltetem Licht fahren. Tagfahrlicht, das immer mehr Länder einführen (ab 2011 in ganz Europa Pflicht) und das nach zahlreichen Studien die Verkehrssicherheit erhöht, ist ideal für LED. Autos sollten serienmäßig mit speziellen Tagfahrleuchten ausgestattet sein - das fordert nicht nur der ADAC. Denn klassisches Abblendlicht, Rückleuchten und Kennzeichenbeleuchtung verbrauchen rund 200 Watt Leistung, welche die Lichtmaschine ständig erzeugen muss. Zum Vergleich: Das moderne LED-Tagfahrlicht des neuen Audi A4 braucht nur 15 Watt Leistung – und das bei einer gleichzeitig viel besseren Wahrnehmung durch andere Verkehrsteilnehmer. Unter dem Strich entspricht das einer Ersparnis von rund 0,2 Liter Benzin pro 100 Kilometer und somit rund 4 Gramm weniger CO2-Emission pro Kilometer. Audi setzte als erster Hersteller 2004 weiße LED im Außenbereich als Tagfahrlicht ein, und zwar im Audi A8 W12 und ab 2006 im Audi S6, im Audi R8 und im Audi A5/S5

In den neuen Frontscheinwerfern des Audi A4, wie schon beim Audi R8, sorgen LED von OSRAM für auffälliges Tagfahrlicht. Sie erzeugen ein homogenes weißes Licht mit einer Helligkeit von 18 Lumen. Trotz dieser hohen Leistung benötigt die LED gerade einmal einen Betriebsstrom von 140 mA und hat so kaum Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch.

Die rasante Entwicklung der Leistungsfähigkeit der LED macht sie jetzt auch für das Abblend- und Fernlicht nutzbar. Dabei nähert sich die Lichtfarbe der weißen LED mit einer Farbtemperatur von ca. 5.500 Kelvin dem Tageslicht (ca. 6.000 Kelvin) noch wesentlich weiter an als das Xenonlicht mit ca. 4.000 Kelvin. Das kommt den Sehgewohnheiten des Menschen entgegen. Der Autofahrer ermüdet nicht so schnell und fährt entspannter. Darüber hinaus überzeugen auch die weißen LED durch schnelle Ansprechzeit und man kann zwei Funktionen (etwa Positions- und Tagfahrlicht) mit einer Lichtquelle abdecken. Ihre Lichtausbeute steigt rapide: Liegt sie heute bei über 40 lm/W, so gibt es in den Forschungslabors bereits Prototypen mit zirka 130 lm/W. (im Vergleich dazu Xenonlicht: zirka 90 lm/W, Halogenlicht 20 lm/W).

Lexus brachte 2007 als erstes Serienfahrzeug der Welt im LS 600h Hauptscheinwerfer mit LED-Technologie auf den Markt. LED überzeugen durch ihr schnelleres Ansprechverhalten, in nur 0,1 Sekunden steht die komplette Lichtintensität zur Verfügung, außerdem weisen sie eine bessere Lichtausbeute als konventionelle Scheinwerfer auf. Der Energiebedarf der Leuchtdioden fällt geringer aus als bei Halogen- oder Xenontechnik, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch und den CO2-Ausstoß auswirkt.

Die beiden Frontscheinwerfermodule des Lexus LS 600h bestehen aus jeweils drei LED-Linsen für das Abblendlicht, zwei LED für die intensive Ausleuchtung des Nahbereichs und einem Xenon-Scheinwerfer für das Fernlicht, ergänzt durch Blinker und Positionslicht. Jede der fünf Leuchtdioden pro Scheinwerfereinheit deckt einen eigenen Fahrbahnbereich ab. Die drei LED-Projektionslinsen für das Abblendlicht sind im oberen Teil des Scheinwerfers auf gleicher Höhe nebeneinander angeordnet. Eine der LED leuchtet besonders weit nach vorne, die zweite deckt den Bereich links vor dem Fahrzeug ab, die dritte erfasst den rechten Bereich. Darüber hinaus decken zwei Parabol-LED im unteren Teil des Scheinwerfers einen besonders breiten Nahbereich vor dem Fahrzeug ab. Gemeinsam stellen die fünf Dioden eine für Abblendlicht außergewöhnlich hohe Lichtausbeute nach vorne und zu beiden Seiten sicher; die Intensität des Scheinwerferlichts ist dort am höchsten, wo sich die Lichtfelder der Dioden überschneiden.

Übrigens: Wären alle in Deutschland zugelassenen PKW mit Xenon-Scheinwerfern und LED-Heckleuchten ausgerüstet, würde die CO₂-Bilanz jährlich um etwa 2,6 Millionen Tonnen entlastet.

Audi stellte Ende 2009 den A8 vor, der als erster Hersteller der Welt die komplette Fahrzeugbeleuchtung mit LEDs in einem klasse Design realisierte.

Unter dem Gesichtspunkt des Stylings lässt sich so ein völlig neues Erscheinungsbild des Scheinwerfers für zukünftige Fahrzeuggenerationen realisieren. Insbesondere aus der Entwicklung der weißen Leuchtdioden ergeben sich heute Anwendungsmöglichkeiten, die vor Jahren noch undenkbar waren. Der Hauptgrund für die Entwicklung dieser neuen Scheinwerfer-Technik ist neben den Designaspekten die Wartungsfreiheit des Scheinwerfers. Ziel ist es einen Scheinwerfer zu entwickeln, der ein Fahrzeugleben lang ausfallsicher funktioniert.

Schon heute erreicht der LED-Scheinwerfer-Prototyp im Abblendlicht etwa 1.000 Lumen Lichtstrom und liegt damit auf dem Niveau eines Xenon-Scheinwerfers. Die für ein gutes Fernlicht erforderlichen Lichtstärken lassen sich zurzeit aufgrund der niedrigeren Leuchtdichte der LEDs noch nicht erreichen. Die Lichtspezialisten bei Hella und Osram sind jedoch überzeugt, dass dies im Zuge der Weiterentwicklung der LEDs in Kürze erreicht wird. Die bis dahin zu lösenden technischen Herausforderungen sind besonders das Thermomanagement sowie die Entwicklung von neuen Fertigungsprozessen und Optiken, die mit der LED-Technik einhergehen.

Vergleich Halogen/ Xenon/ LED

 Leuchtdioden werden in verschiedenen, dem Einsatzzweck angepassten Bauformen angeboten. Neben speziellen Metall-/Glas-Gehäusen werden hauptsächlich Plastikbauformen eingesetzt.  Je nach Verlötungsverfahren werden bei LED und anderen elektronischen Bauteilen zwischen den auf der Rückseite der Platine verlöteten, bedrahteten und den SMD (Surface Mounted Device) Bauformen unterschieden. Industriell werden hauptsächlich SMD LED eingesetzt, bedrahtete LED lassen sich auch von Hand verlöten. Eine weitere Bauform ist die COB (Chip on Board) Technologie. Hier werden die Halbleiterchips direkt auf der Platine kontaktiert.

Aufbau einer Leuchtdiode am Beispiel der Golden Dragon - LED

Fazit: Laut Audi wird die nächste Generation weißer Hochleistungs-LED (kommt 2010 auf den Markt) wird mit gigantischen 100 Lumen pro Watt aufwarten und erstmals die Effizienz des Xenonlichts schlagen. Dahinter verbirgt sich eine rasante Entwicklung. Leuchtdioden sind vergleichbar mit Computerchips. Alle zwei Jahre gibt es in etwa eine Leistungssteigerung von rund 30 Prozent. Dies lässt auf viele weitere Anwendungen hoffen.

Quellen: Hella, Osram,  Audi, Lexus,

Johannes Wiesinger

26.08.2010