Autotechnik

Die Autohersteller haben das Licht neu erfunden. In den Scheinwerfern brennen jetzt kleine elektronische Lämpchen von hoher Leuchtkraft und enormer Haltbarkeit: die LEDs. Techniker sind begeistert, und Designer freuen sich über neue Getaltungsfreiheiten. Und was haben die Fahrer vom Pixellicht?

Auf diese Szene möchte kein Horror-Schocker verzichten: Die Helden sind mit dem Auto unterwegs, in unbekannter Gegend, auf kurviger Landstraße, durch stockfinstere Nacht, bei Regen oder Nebel. Die Scheinwerfer können die schwarze Nacht kaum erhellen. Die Kinobesucher schaudern, der Nervenkitzel erzeugt Gänsehaut. Auch im wirklichen Leben graut es selbst dem versierten Fahrer vor solchen Lichtverhältnissen. Für Michael Kleinkes sind sie Alltag. In seinem 140 Meter langen Lichttunnel erzeugt der promovierte Physiker mit Schwerpunkt Lichttechnik auf Knopfdruck jene widrigen Bedingungen, die Autofahrer so fürchten: Dunkelheit in allen Schattierungen.

Bei Kleinkes im Labor des Automobilzulieferers Hella im westfälischen Lippstadt legen seit Jahren die meisten Scheinwerfer ihre Reifeprüfung ab. Ob früher Edisons Lampen, später die mit dem Edelgas Halogen gefüllten Glasstifte oder dann die teuren Xenon-Kolben, ob Glühfaden oder Gasentladung, sie haben dem Fachmann nicht die Begeisterung entlocken können wie jenes neue Pixellicht, das jetzt die Augen der Autos zum Strahlen bringt.

Maßgeblich wurde seine Anwendung für das Automobil bei Hella entwickelt. Jeder einzelne Lichtpunkt ist ein Halbleiter und verschießt Photonen. Treten diese Lichtteilchen in Massen auf, bilden sich Lichtstrahlen. Das dafür notwendige elektrische Bauelement ist eine Diode. Daher der Name Lichtemittierende Diode, kurz LED. Sie hat die Form eines kleinen kugeligen Knopfes aus Silikon, in das die Lumineszenz-Diode samt Reflektor zur Bündelung der Lichtstrahlen eingegossen ist.

Leuchtdioden sind nicht wirklich neu. Man findet sie in vielen elektrischen Geräten, und die LEDs leuchten in allen Farben des Regenbogens. Von der chemischen Beschichtung, der sogenannten Dotierung, hängt es ab, welchen Wellenbereich im bunten Lichtspektrum sie abstrahlen. Karosseriedesigner haben diese Leuchten für ihre Arbeit seit Langem gefordert. Als endlich die Freigabe kam, beschäftigten sie sich zuerst mit den Rückleuchten, den sogenannten Signalfunktionen. Die kleinen, intensiv leuchtenden Lichtpunkte prägen das Heck – mit doppeltem Effekt für die Augen des Betrachters. Neben dem neuen Erscheinungsbild weisen Lichtexperten darauf hin, dass LEDs schneller ansprechen und als blitzschnell aufleuchtendes Bremslicht vom Hinterherfahrenden intensiver wahrgenommen werden. Das spart wertvolle Reaktionszeit.

Etwas später sind auch chemische Dotierungen entwickelt worden, die weißes Licht aus dem Diodenelement schießen lassen. Anfangs waren sie noch teuer, doch die Preise sanken rapide. Mittlerweile kommt keine Taschenlampe mehr ohne die zu einem Strauß gebündelten Dioden aus. Fahrradfahrer schätzen an ihnen den geringen Stromverbrauch sowie das grelle Licht; Abenteurer finden sich mit den LED-Lampen in der Wildnis zurecht.

Und wieder hat die Stunde der Autodesigner geschlagen. Sie setzten fantasiereiche Akzente in die Front der Fahrzeuge. Die kleinen Lichtknöpfe werden zu Balken oder Haken aneinandergereiht und sind überall an Personen- und auch an Lastwagen als Tagfahrlicht zu sehen. Der Zubehörhandel wittert gute Geschäfte und bietet Nachrüstkits an.

Gleichzeitig gelang es den Ingenieuren, stärkere Lichtausbeute bei geringerem Stromverbrauch zu erzielen. Parallel verlaufende Dauerversuche zeigten, dass Diodenlichter eine Haltbarkeit von mehr als 20 000 Stunden aufweisen und damit ein durchschnittliches Autoleben deutlich übertreffen. Auch für den Augenkomfort ist gesorgt. Mit den Weißlicht-LEDs konnte bei 5500 Kelvin eine Farbtemperatur erzielt werden, die sich dem 6000 Kelvin messenden Tageslicht nähert. Es wird im Vergleich zum mit 4000 Kelvin eher bläulichen Xenon-Licht als weiß, klar und angenehm empfunden.

Die Designer und Entwickler haben ihre Hausaufgaben gemacht, und seit der Zulassung durch die Europäische Behörde 2008 dürfen nun auch Fahr- und Fernlicht mit LEDs im Straßenverkehr benutzt werden. Weil die amerikanischen Gesetze mehr Freiheiten erlauben, konnte der SUV Cadillac Escalade als Erster in den USA mit LED-Scheinwerfern die Blicke von Fachwelt und Publikum auf sich ziehen. Auch Audi setzt auf die strahlenden Lichtkugeln. Im Supersportwagen R8 unterstützen als Weltpremiere 54 Leuchtdioden die beiden Xenonstrahler, während sein naher Verwandter, der Lamborghini Nuvolari Quattro, auf die herkömmliche Xenon-Lichttechnik gänzlich verzichtet. Vereinzelt ist schon
der neue Audi A8 mit seinem LED-Licht auf den Straßen zu sehen. Auch der Luxus-SUV, der Lexus LS 600 Hybrid, schmückt sich mit LED-Scheinwerfern. Die Lichtrevolution ist spätestens mit dem neuen Toyota Prius bei den Serienautos angekommen.

Die Kunden sind begeistert. Es heißt, jeder zweite Autofahrer wünsche sich ein solches LED-Pixellicht. Laut einer repräsentativen Umfrage des Lichttechnischen Instituts der Universität Karlsruhe (TH) sehnen sich die Fahrer aller Altersklassen nach einem »Volllicht, welches den Gegenverkehr nicht mehr blendet«.

Das gleißende Licht der Xenon-Scheinwerfer werde oft wegen der Blendwirkung und der damit verbundenen kurzfristigen »Blindheit« kritisiert. Institutsleiter Dieter Kooß betont aber, »dass dieses Blendempfinden nicht an den Xenon-Lampen an sich, sondern an den Eigenschaften der oft verwendeten Linsen-Technologie liegt«.

Die frei formbaren Leuchtpunkte lassen die Autos nicht nur markanter aussehen, ihre messerscharfe Trennung von Hell und Dunkel kennt darüber hinaus kein störendes Streulicht, das auf die Netzhaut trifft und den Seheindruck verschlechtert. Hier setzen jetzt die Sicherheitsexperten an. Sie arbeiten an einem Lichtsystem, bei dem Elektronik mithilfe einer Infrarotkamera den Gegenverkehr erkennt und automatisch den störenden Bereich ausblenden kann.

Im neuesten Forschungsfahrzeug von Mercedes, dem »ESF 2009«, besteht jeder der beiden Scheinwerfer aus 100 Lichtdioden, von denen jede einzelne aus- und eingeschaltet werden kann. Was früher nur mit sogenannten Blenden erreicht wurde, die einen Teil des Lichtkegels abdeckten, schafft nun das kontinuierliche Schalten der Dioden. Das Lichtbild wird ein Muster aus Hell und Dunkel. Seine Steuerung reagiert wesentlich schneller als die von Elektromotoren betätigten Blenden und Walzen im Lichtkegel der Scheinwerfer. Mit der LED-Technologie kann der Bereich um die Augenlinie eines entgegenkommenden Verkehrsteilnehmers gezielt ausgeblendet werden.

Zum Einschalten der LEDs hat Professor Rodolfo Schöneburg, Leiter der Sicherheitsentwicklung bei Mercedes, eine Spotlight-Funktion integriert. »Dabei werden Hindernisse oder Objekte, die von der Nightvision-Infrarotkamera erkannt werden, punktgenau angeleuchtet«, sagt er. Wie bei einem Suchscheinwerfer erkennt der Fahrer über den Bereich seines Fernlichts hinaus eventuelle Gefahren wie beispielsweise Fußgänger oder Wildtiere.

Dank der Kombination aus Hunderten kleinen Lichtquellen, einer sehenden Infrarotkamera und blitzschneller Softwareauswertung sind die Tage der herkömmlichen Beleuchtung vermutlich gezählt. Die Halogen-Birnchen funzeln nur noch trübe, den Xenon-Strahlern mangelt es an Intelligenz.

Auch wenn sich bewegliche Scheinwerfer in die Kurve drehen, um sie auszuleuchten oder aufwendig zu steuernde Blenden den Lichtkegel formen, um die Blendgefahr zu reduzieren – sie bleiben doch mechanische Hilfen. Die Möglichkeiten der Elektronik, bei nächtlichen Fahrten ein Lichtbild zu malen, das alle notwendigen Einzelheiten anstrahlt, erreichen sie bei weitem nicht: LED-Scheinwerfer machen Nachtfahrten zum stressfreien Ausflug, hell wie am lichten Tag.