Lichttechnik LED- und Laser-Licht: Leuchtende Konkurrenten

Autor / Redakteur: Wolfgang Pester / Thomas Günnel

Xenon- ist besser als Halogen-Licht und im neuen Audi A4 gibt es optional Voll-LED-Scheinwerfer. Doch selbst die noch frische LED-Technik bekommt bereits Konkurrenz: Licht durch Laser-Strahlen leuchtet erstmals die Fahrbahn aus. Wer setzt auf die Laser-Scheinwerfer und warum?

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Die noch frische LED-Technik bekommt bereits Konkurrenz: Licht durch Laser-Strahlen leuchten dieses Jahr erstmals die Fahrbahn aus. Wer setzt auf die Laser-Scheinwerfer und warum?
Die noch frische LED-Technik bekommt bereits Konkurrenz: Licht durch Laser-Strahlen leuchten dieses Jahr erstmals die Fahrbahn aus. Wer setzt auf die Laser-Scheinwerfer und warum?
(Foto: Audi)

Scheinwerfer mit Halogen-Licht sorgen mehrheitlich in den Neuwagen für die „Weitsicht“. Sie sind längst nicht mehr erste Wahl. Die EU hat beschlossen, den Einsatz der als energieineffizient eingestuften Halogenlampen ursprünglich ab dem Jahr 2016 zu verbieten – Mitte April wurde die Frist auf September 2018 verlängert. Doch schon mehr als 30 Prozent der Autokäufer wählen bei Neuwagen Xenon-Licht, das seit rund 25 Jahren den besseren Job macht. Es ist heller als Halogen-Licht, verbraucht weniger Energie, hat eine größere Leuchtdichte und mit rund 2.000 Betriebsstunden eine weit höhere Lebensdauer. Audi verzichtet nun sukzessive auf Halogen-Licht.

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LED-Scheinwerfer lösen Xenon ab

Mit dem neuen Audi A4, der im Herbst sein Debüt haben wird, gibt es Bi-Xenon-Scheinwerfer in der Serienausstattung, der A3-Facelift wird 2016 folgen. Doch das Bessere ist der Feind des Guten, und beim Xenon-Licht sind das die Leuchtdioden. Die sogenannte „Light ­Emitting Diode“ (LED) soll auch fünf Mal länger leben, erklären Ingenieure. LED reduzieren unter anderem die CO2-Emission. So verbraucht ein LED-Tagfahrlicht nur 14 Watt, statt der 300 Watt einer Fahrzeugbeleuchtung mit Abblend-, Schluss- und Begrenzungslicht etc.. Damit lässt sich die CO2-Emission am Tag vergleichsweise um 7,5 g/km verringern. Darüber hinaus bieten die kleinen und schlanken LEDs den Designer mehr Möglichkeiten bei der Karosserie-Gestaltung.

LED und Laser kombiniert

Voll-LED-Scheinwerfer gab es erstmals 2006 optional beim Audi R8. Heute sind sie meist als Sonderausstattung in Premiumwagen zu finden. Wogegen das LED-Licht etwa in Rückleuchten und deren Funktionen bereits seit dem Jahr 2000 einzog. Im Tagfahrlicht und im Rücklicht haben sich LEDs seit zehn Jahren auch als markenspezifische Signatur beziehungsweise Grafik durchgesetzt – Audi fällt hiermit besonders auf. Vor zwei Jahren machte der „Matrix LED“-Scheinwerfer im Audi A8 Furore. Dort wird durch einzeln ansteuerbare Leuchtdioden die Fahrbahn so exakt ausgeleuchtet, dass weder vorausfahrende noch entgegenkommende Fahrzeuge geblendet werden. Doch schon ein Jahr später, 2014, war erstmals vom Laser-Licht im Scheinwerfer die Rede. Denn die Voll-LED-Scheinwerfer der Sportwagen Audi R8 LMX und BMW i8 erhielten mit dem Laser-Spotlight ein zusätzliches Fernlicht, das mit rund 600 Metern weit über die maximal üblichen 300 Meter hinaus reicht.

Laser-Scheinwerfer geht in Serie

Doch 2015 ist das Jahr, in dem der Laser-Scheinwerfer in Serie geht. BMW wird ihn in der neuen 7er-Baureihe auf der Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) präsentieren. Ebenso folgt Audi mit der vierten Generation des A8 Ende 2016. Dagegen sollen die überarbeitete Mercedes S-Klasse und die neue E-Klasse 2016 Multibeam-LED-Scheinwerfer erhalten. „Wir teilen nicht den Laserhype anderer Hersteller“, wird Mercedes-Designchef Gorden Wagener im Magazin „Auto, Motor und Sport“ zitiert. Mercedes will für das blendfreie Fernlicht bei den Scheinwerfern jeweils eine sehr schnell reagierende Raster-Lichtquelle mit 84 LED-Chips als Leuchtmodul einsetzen.

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Fahrzeuge u-förmig ausblenden

Jeder LED-Chip kann unabhängig von den anderen elektronisch angesteuert werden und u-förmig die vom Fernlichtkegel betroffenen Fahrzeuge „abdunkeln“. Das Kurvenlicht im Abblendlicht verfügt über ein Modul mit vier LEDs, das sich mechanisch bis zwölf Grad nach außen drehen lässt. Eine Kamera hinter der Windschutzscheibe ist der Sensor für den „Adaptiven Fernlicht-Assistenten Plus“, der das Modul schon vor Einschlagen des Lenkrads in die Kurve schwenkt und somit den Straßenverlauf frühzeitig ausleuchtet. Ebenso öffnet es den Lichtkegel situationsgerecht bereits wieder vor Ende der Kurve.

Mechanik kann entfallen

Was den Laser-Scheinwerfer auszeichnet, ist der Verzicht auf jegliche mechanische Einstellung. Fernlicht, Abblendlicht, Kurvenlicht – alles ist elektronisch generiert. Und in jeder Situation lässt sich die ideale Lichtverteilung einstellen. Darin übertreffe der Matrix-Laser-Scheinwerfer sein LED-Pendant, erklärte Stephan Berlitz, Leiter Entwicklung Innovationen Licht und Sicht bei Audi. Als weiteres Plus gilt, dass der Laser-Generator für jeden Scheinwerfer außerhalb des jeweiligen Gehäuses etwa im Motorraum sitzt. „Das bietet hinsichtlich Effizienz, Reichweite und Gestaltung großes Potenzial“, sagt Berlitz. Das Herzstück der Matrix-Laser-Scheinwerfer kommt aus einer neuen Dimension der Mikro-Mechatronik, das sogenannte „Digital Micromirror Device“ (DMD) vom US-Technologie-Konzern Texas Instruments. Der DMD-Chip als mikroelektromechanisches Hardware-Element ist kleiner als die Deckfläche einer üblichen Streichholzschachtel und weniger als zehn Millimeter dick. Auf ihm glänzt eine kleine Spiegelfläche, auf die es ankommt – doch ist fast nicht größer als eine Kaffeebohne.

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420.000 verstellbare Mikrospiegel

Aber was glänzt, ist keine Einzelfläche, sondern sie besteht aus 420.000 einzeln verstellbaren Mikrospiegeln, deren Kantenlängen einige hunderttausendstel Millimeter betragen, etwa nur ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares. Die Winzlinge werden durch elektrostatische Felder gekippt, einzeln und zwischen zwei stabilen Endzuständen pro Sekunde bis 5.000 Mal. Je nach Positionen der einzelnen Spiegel innerhalb der hunderttausenden wird das Laser-Licht so auf die Fahrbahn projiziert, dass die Ausleuchtung für den Fahrer optimal an die Umgebungsbedingungen angepasst ist. Audi setzt auf die Positionierung des Laser-Generators im Motorraum. Dieses Prinzip bietet laut Berlitz Vorteile beim Packaging und Design der Scheinwerfer, darüber hinaus erleichtert es das Thermomanagement. Beim Matrix Laser-Licht von Audi werden Fernlicht und Abblendlicht durch Laser erzeugt. Wobei über separate Glasfaserbündel die Laserstrahlen in den Scheinwerfer geleitet werden.

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Auf 300 Metern hochauflösend ausleuchten

Für das Fernlicht fließt der gebündelte Strahl durch einen Konverter, der den blauen „Laserbeam“ in tagweißes Licht umwandelt und ihn durch eine Linse direkt auf den DMD-Chip lenkt und dessen 420.000 Mikrospiegel. Dort wird das Licht des Lasers durch die Mikrospiegel in kleine Pixel zerlegt und über eine „Pupille“, eine Linse, so auf die Straße projiziert, dass diese bis 300 Meter hochauflösend und fein geregelt ausgeleuchtet wird. Beim Abblendlicht kommt der Laserstrahl nicht auf die Mikrospiegel-Fläche des DMD-Chip, sondern fließt durch fünf Kunststofflinsen, die den Strahl erweitern, und anschließen durch die Projektionslinse des Scheinwerfers auf die Fahrbahn. Kamerasensoren hinter der Windschutzscheibe liefern die Informationen vom Vorfeld des Autos an die elektronische Steuerungseinheit, welche die exakte Funktion der Matrix-Laser-Scheinwerfer gewährleisten.

„Fast unendlich viele Lichtverteilungen“

„Mit der DMD-Technologie können wir fast unendlich viele Lichtverteilungen realisieren und für jede Fahrsituation des Autos das ideale Licht generieren“, sagte Entwicklungsleiter Berlitz. Und: „Wir bringen Hollywood auf die Straße, denn die technischen Möglichkeiten sind praktisch unbegrenzt, da DMD-Chips auch in Video-Beamern zu finden sind.“ Das Plus an Sicherheit sieht Berlitz etwa darin, wenn gezieltes Licht dem Fahrer beim Spurhalten in Baustellen hilft oder in Abbiege- und Kreuzungssituationen den richtigen Weg weist – wenn gewünscht und vom Gesetzgeber gestattet mit auf die Straße projizierten Pfeilen oder ähnlichen Grafiken. Das hochauflösende Licht kann auch Verkehrszeichen hervorheben und vermeidet dabei die Blendung anderer Verkehrsteilnehmer mit höchster Präzision.

Berlitz ist davon überzeugt, dass „wir in den nächsten zehn bis 15 Jahren Innovationen erleben werden, die wir uns heute noch kaum vorstellen können. Vor zehn Jahren waren Laserlicht oder Matrix-LED-Scheinwerfer auch noch Science-Fiction“. Ebenso erhöhten Licht-Innovationen die Sicherheit im Straßenverkehr noch einmal entscheidend.

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