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Leuchtmittel im Kfz

von kfztech.de - neue Serie Lernfeld 3 | Teil1 Licht Grundlagen |

Die Fahrzeugbeleuchtung - Teil 2

Die Gefahr, nachts bei einem Unfall getötet zu werden, ist um mehr als 130 Prozent höher als am Tag. Und das, obwohl nur 28 Prozent aller Unfälle bei Dunkelheit geschehen. Besonders junge Autofahrer sind davon betroffen.

Ein Blick in die Zeitungen gibt immer wieder traurige Gewissheit über schwere Unfälle am Wochenende, oft mit tödlichen Folgen für junge Menschen. Um die Unfallgefahr bei Dunkelheit zu reduzieren, ist es besonders wichtig, die Beleuchtungsanlage der oft schon älteren Fahrzeuge regelmäßig zu überprüfen. Denn fast ein Drittel aller Fahrzeuge weisen bei den jährlichen Beleuchtungstests Beleuchtungsmängel auf, wie Untersuchungen der Deutschen Verkehrswacht zeigen. Fast 1000 Menschen verunglücken jährlich aufgrund von Beleuchtungsmängeln am Fahrzeug (Bild 1).

Aber es sind nicht nur falsch eingestellte Scheinwerfer sondern auch falsche Leuchtmittel, die zum Blenden führen können. Nachdem wir uns im ersten Teil zur Fahrzeugbeleuchtung die Frage gestellt haben, was eigentlich Licht ist und uns mit lichttechnischen Grundbegriffen sowie dem Grundprinzip der Lichterzeugung auseinandergesetzt haben, wollen wir uns in Teil 2 den Leuchtmitteln zuwenden.

 

Blender Smiley

Bild 1 - Kampagne von Hella, um zum Lichttest zu gehen. - Bild: Hella 

Licht durch Wärmeenergie

Wir hatten bereits festgestellt, dass Lichtquellen Temperaturstrahler sind, die durch Wärmeenergie Licht erzeugen. Das heißt, umso stärker eine Lichtquelle erhitzt wird, umso höher ist auch die Lichtstärke I. Leider, so muss man gleich zu Anfang erwähnen, lässt ihr niedriger Wirkungsgrad mit 8 % Lichtstrahlung gegenüber Gasentladungslampen mit 28 % Lichtstrahlung nur eine relativ geringe Lichtausbeute ŋ zu. Dies ist auch der Grund, warum diese auf dem Rückzug sind und durch Xenonscheinwerfern und LEDs verdrängt werden.

Als Leuchtmittel werden vorne Scheinwerfer eingesetzt und hinten Rückleuchten (Bild 2). Bei Rückleuchten und Signallampen wie z.B. Blinklicht und Bremslicht wurden vor der „LED-Revolution“ Glühlampen eingesetzt.

Glühlampen sind Vakuumlampen und gehören zu den Temperaturstrahlern, denn die Glühwendel wird durch Zufuhr von elektrischer Energie aus Wolfram zum Glühen gebracht wird. Neben der erwähnten mangelhaften Lichtleistung kommt noch ein weiterer Nachteil hinzu. Die Wolframpartikel der Glühwendel verdampfen mit der Zeit. Dies wird dann als Schwärzung am Lampenkolben sichtbar, weshalb sich alle lichttechnischen Werte vermindern und die Lebensdauer herabgesetzt wird.

Rückleuchte

Bild 2 - Bei Rückleuchten werden standardmäßig Glühlampen eingesetzt, inzwischen sind jedoch vermehrt LEDs anzutreffen.  - Bild: Hella

Mehr Leistung durch Halogene

Bei Scheinwerfern setzte man deshalb schon früh auf die Halogenlampe (Bild 3). Mehr dazu auch bei der „Geschichte des Lichts“ tp xx). Durch Hinzufügen geringer Mengen von Halogenatomen, wie z. B. Jod, kann die Schwärzung des Lampenkolbens reduziert werden. Gleichzeitig kann eine Halogenlampe durch den sogenannten „Kreisprozess“ mit höheren Temperaturen betrieben werden (siehe Info 1 am Ende). Ihr Wirkungsgrad ist dementsprechend höher.

Trotz der Regeneration des Wolframs innerhalb des Kreisprozesses verbraucht sich der Wolframdraht mit der Zeit, die Lebensdauer ist somit auch nicht länger als bei herkömmlichen Glühlampen. Sie ist ebenso mechanischen Belastungen wie Stößen und Vibrationen ausgesetzt und muss hohen Temperaturen trotzen. Außerdem setzen Spannungsspitzen bei jedem Einschaltvorgang der Lampe zu.

Was die Lebensdauer der Halogenlampe besonders beeinträchtigt ist ihre Versorgungsspannung. Generatoren arbeiten mit Spannungen im Bereich von 14,2 V. Bei dieser Spannung hat die Halogenlampe nicht einmal mehr eine Lebensdauer von 50%, gegenüber der optimalen Versorgungsspannung von 13,2 V (Bild 4). Als Faustregel gilt: Erhöht man die Versorgungsspannung einer Lampe um 5 %, so steigt der Lichtstrom um 20 %, aber gleichzeitig wird die Lebensdauer halbiert.

Vorwiderstände zur Spannungsbegrenzung oder die Puls-Weiten-Modulation zur Anpassung der Spannung können hier hilfreich sein. Zu niedrige Spannung wäre aber auch nicht gut. Bei Unterspannung nämlich, z. B. durch einen defekten Generator, hätte das Licht hat einen wesentlich höheren Rotanteil und die Lichtausbeute wäre dementsprechend geringer.
H4 Lampe
Bild 3 - Halogenlampen verdoppeln die Lichtleistung gegenüber herkömmlichen Glühlampen - Bild: Osram

Versorgungsspannung und Lebensdauer von Lampen

Bild 4 - Die Lebensdauer der Halogenlampe wird stark von der Versorgungsspannung beeinflusst. - Bild: Hella 

Halogenlampen für die Scheinwerfer

Gängige Halogenlampen Typen für Scheinwerfer sind H1, H3, H4, H7, H9, H11 und HB3, die je nachdem für Abblendlicht, Fernlicht und Nebellicht Verwendung finden. Die H4 bildet hier eine Ausnahme, da sie als Zweifadenlampe für Fern- und Abblendlicht ausgebildet ist. Die Glühwendel für Abblendlicht ist mit einer Abdeckkappe versehen. Diese hat die Aufgaben, den blendenden Lichtanteil abzudecken und die Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen.

Im Online-Handel gibt es qualitativ hochwertige Halogenlampen, wie z.B. von Osram, auch als „Plusversion“, sie heißen H1+30/50/90 oder H4+30/50/90. Diese sind zusätzlich mit einer Schutzgasfüllung und einem dünneren Glühwendel versehen, weshalb sie mit höheren Temperaturen betrieben werden können. Dies bewirkt eine bis zu 90% höhere Leuchtdichte im Abstand von 50 – 100 m vor dem Auto und eine 20 m längere Ausleuchtung der Fahrbahn. Philips verspricht sogar bis zu 130% helleres Licht mit seiner X-treme Vision Lampe (Bilder 5 und 6). Und im Markt angebotene blaue Halogenlampen liefern ein helleres bläulich-weißes Licht (- 4.000 K) und kommen dem Tageslicht näher, was subjektiv betrachtet, ein ermüdungsfreieres Fahren ermöglichen kann.  

Helles Licht

H1 Extrem Vision
Lampenhersteller wie Hella, Osram oder Philips bieten mittlerweile fast taghelles Halogenlicht an. Bilder 5 und 6 Philips

 

 

Aber nicht nur die Helligkeit wollen die Lampenhersteller verbessern, sondern auch deren Lebensdauer. Glühlampen gehören zu den am häufigsten benötigten Auto-Ersatzteilen, ihre Auswahl ist entsprechend groß. Doch halten die Birnen auch, was die Angaben auf der Packung versprechen?

Dies hatte der ADAC bei H7-Lampen einmal näher untersucht (Bild 7). Das Ergebnis: Sie unterscheiden sich in Qualität und Preis erheblich. Und auch teure „Longlife-Lampen“, die eigentlich wie der Name besagt, länger halten sollten, haben sich teilweise als äußerst kurzlebig herausgestellt. Die Unterschiede lagen zwischen 270 und 1.200 Betriebsstunden, bei Preisen zwischen 7,90 € und 34,50 €. Ein Vergleich lohnt sich somit allemal.

 

Verbotenes Licht

Leider werden von manchen gerade oft jungen Autofahrern verbotene Leuchtmittel in den Scheinwerfer eingesetzt. Der Grund ist relativ einfach. Bei jungen Fahrern, mit ihren oft älteren Autos soll der Anschein erweckt werden, auch Xenon-Scheinwerfer zu besitzen.  

 

Glühlampentest
Bild 7 Glühlampentest (Peter Heck, ADAC) Der Glühlampentest des ADAC mit H7- Lampen zeigte große Unterschiede bei Preis und Lebensdauer
So werden dann z.B. über die Halogenlampen blaue Kappen übergestreift (Bild 8), um blaues Licht, ähnlich dem Xenon zu erhalten. Durch das Überstreifen dieser so genannten "Blue Caps" oder „Xenon-Kappen“ reduziert sich jedoch der zu nutzende Lichtstrom beim Abblendlicht um etwa 50 Prozent und schränkt die Sichtweite des Fahrers bei Nacht deutlich ein. Das Fernlicht wird durch die verbotene blaue Kappe fast ganz vernichtet, da der "Blue Cap"-Metallsockel die Fernlichtwendel der H4-Halogenlampe abdeckt. "Blue Caps" sind natürlich verboten! Ihre Verwendung kann zur Stilllegung des Fahrzeugs führen!

Manche Autofahrer überkleben auch einfach ihren Scheinwerfer mit einer grauen Folie. Die Farbfolie reduziert den zu nutzenden Lichtstrom um etwa 70 Prozent und schränkt die Sichtweite des Fahrers bei Nacht deutlich ein. Die Verwendung von Scheinwerferfolien ist ebenso verboten! Auch diese Nutzung kann zur Stilllegung des Fahrzeugs führen!

Grundsätzlich sollten Lampen dubioser Herkunft, mit eingefärbten oder verspiegelten Glasflächen, nicht in Scheinwerfern eingesetzt werden. Sie bringen ein schillernd buntes Lichtbild auf die Straße, das die eigene Sichtweite reduziert und den Gegenverkehr blendet. Dies liegt zum einen an der Farbbeschichtung des Glaskolbens, mit der die zulässige Lichtfarbe des Halogenlichts verändert wird. Zum anderen sind die Glühwendeln aufgrund der extrem hohen Fertigungstoleranzen nicht exakt im Glaskolben der Lampe positioniert. Selbst der beste Scheinwerfer-Reflektor kann das Licht dann nicht mehr gemäß den Vorschriften auf die Straße bringen.

Auch im Bereich der Heckleuchten folgen junge Fahrer dem Trend, ihr Fahrzeug zu verändern, indem sie etwa die Serienheckleuchten mit Hilfe von verbotenem Lack schwarz einfärben. Dadurch werden die sicherheitsrelevanten Rücklichtfunktionen fast unkenntlich gemacht, das Fahrzeugheck ist bei Dunkelheit kaum zu erkennen. Lediglich typgeprüfte schwarze, rote, grüne oder blaue Heckleuchten erfüllen die vorgeschriebenen Lichtwerte und sind zur Nachrüstung zugelassen.

In der Info 2 am Ende findet der Leser die Aufschriften, die auf Lampen für gewöhnlich zu finden sind und sein sollten.
blue cap vergleich
Bild 8 Blue Caps (Hella) Vergleich zwischen typgeprüfter und verbotener Halogenlampe (Blue Cap) in 10 m Entfernung zur Wand)

Lampenwechsel

Halogenlampen werden sehr heiß! Fett, wie z. B. von Fingerabdrücken, sorgt dafür, dass die Lampen sehr schnell verschleißen, weil sich das Fett in den Glaskolben einbrennt und Trübungen auf der Lampe hinterlassen können. Kfz-Mechatroniker wissen das, und fassen den Glaskörper deshalb nie mit blanken Händen an. Es ist ratsam, die zweite noch gute Lampe gleich mitauszutauschen, da diese erfahrungsgemäß auch bald altersbedingt durchbrennt, und die Kombination aus alt und neu nicht die gleiche Leuchtkraft besitzt, wie die Kombination neu / neu. Laut StVZO müssen beide Lampen aber die gleiche Leuchtkraft besitzen. Eine Schutzbrille und Schutzhandschuhe sind beim Wechsel sinnvoll, da Halogenlampen unter Druck stehen.

Für den geübten Kfz-Mechatroniker ist der Glühlampentausch bei Rückleuchten meist noch relativ einfach zu bewerkstelligen, aber es gibt durchaus knifflige Fälle bei Scheinwerferlampen, bei denen man durchaus eine Werkstattanleitung benötigt. Der Ausbau der alten Lampe und der Einbau der neuen, sind oftmals nicht so einfach, weil der Zugang zum Scheinwerfer in modernen Autos regelrecht verbaut ist, bzw. erst möglich wird, wenn man mit reichlich Knowhow und evtl. mit Spezialwerkzeug herangeht. Eine schöne und seltene Ausnahme bildet hier Volvo. Weil hier lassen sich bei einigen Modellen die Scheinwerfer mit wenigen Handgriffen und ohne Werkzeug zum Lampentausch innerhalb einer Minute ausbauen (Bild 9). Es müssen nur zwei Steckbleche herausgezogen werden. Für den Autofahrer, der seine Glühlampen gerne selber wechseln möchte, aber nicht mehr weiter weiß, bietet evtl. die Glühlampenaustausch-Broschüre eine hilfreiche Anleitung.

Nach dem Lampenwechsel sollte auch immer gleich die Scheinwerfereinstellung überprüft werden. Herkömmliche Glühlampen und Halogenlampen enthalten keine umweltrelevanten Stoffe und können in den normalen Hausmüll bzw. Werkstattmüll gegeben werden. Dies gilt allerdings nicht für Xenonlampen und LED-Leuchten. 

 

Volvo Scheinwerfer
Bild 9 Volvo Scheinwerfer (kfztech.de) Bei diesem Volvo werden einfach nur die beiden Steckbleche herausgezogen und schon hat man den Scheinwerfer in der Hand.

Ausblick

In den folgenden Teilen der Reihe werden die Gasentladungslampen (Xenonlampen) beschrieben. Außerdem sollen die Scheinwerfer nicht zu kurz kommen.

Info 1 Kreisprozess

Durch Zufuhr elektrischer Energie wird die Wolframwendel zum Glühen gebracht. Dadurch kommt es zum Abdampfen von Metall von der Wendel. Durch eine Halogenfüllung (Jod oder Brom) in der Lampe steigen die Wendeltemperaturen bis nahe an den Schmelzpunkt des Wolframs (ca. 3400 °C).

Hierdurch entsteht die hohe Lichtleistung. Das verdampfte Wolfram verbindet sich in unmittelbarer Nähe der heißen Kolbenwand mit dem Füllgas zu einem Gas (Wolframhalogenid), das lichtdurchlässig ist. Gelangt das Gas aber wieder in die Nähe der Wendel, zersetzt es sich aufgrund der hohen Wendeltemperatur und bildet eine gleichmäßige Wolframschicht.  
Kreisprozess Halogen
Bild Info 1 Kreisprozess (Hella) der chemische Kreisprozess einer Halogenlampe

Damit der Kreisprozess anhalten kann, muss die Außentemperatur des Lampenkolbens 300 °C betragen. Der aus Quarzglas bestehende Kolben muss dafür die Wendel eng umschließen. Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass man mit einem höheren Fülldruck arbeiten kann und damit der Verdampfung des Wolframs entgegenwirkt. Auch die Gaszusammensetzung im Kolben ist maßgeblich für die Lichtausbeute verantwortlich. Durch Einbringen geringer Mengen von Edelgasen, z. B. Xenon, wird die Wärmeabfuhr von der Wendel reduziert.
Quelle: Hella

Info 2 Lampenaufschriften

Folgende Aufschriften sind auf Lampen zu finden:

  • Name des Herstellers
  • 6 oder 6 V, 12 oder 12 V, 24 oder 24 V steht für die Nennspannung gemäß der ECE-Regelung 37.
  • H1, H4, H7, P21 W steht für die internationale Kategoriebezeichnung der ECE-genormten Lampen, z. B. 55 W.
  • E1 gibt an, in welchem Land die Lichtquelle geprüft und zugelassen wurde. Die 1 steht für Deutschland.
  • „DOT“ bedeutet: auch für den amerikanischen Markt zugelassen.
  • „U“ steht für UV-reduzierte Lampen laut ECE. Diese Lampen kommen z. B. in Scheinwerfern mit Kunststoffabschlussscheibe zum Einsatz.  
  • Das von der Zulassungsbehörde erteilte Genehmigungszeichen, z. B. E1 (Kraftfahrtbundesamt in Flensburg), steht auch auf der Lampe und lautet entweder 37 R (E1) + eine fünfstellige Nummer oder auch nur (E1) + eine dreistellige Nummer (auch alphanumerische Zeichen, s. Abb.).
  • Die meisten Lampen haben ein verschlüsseltes Herstellerzeichen. Das ermöglicht eine Rückverfolgung zum Hersteller.
  • Da nicht alle Lampen genügend Platz für die Kennzeichnung haben, werden vom Gesetzgeber nur folgende Informationen verlangt: Hersteller, Leistung, Prüfzeichen und Genehmigungszeichen.


Lampenaufschrift H4

Quellen: Statistisches Bundesamt, Hella, Osram, Philips, ADAC


Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 14.05.2020












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