Auto-Scheinwerfer sind Teil der Fahrzeugbeleuchtung und ein wichtiger Bestandteil der Autosicherheit. Moderne Autos applizieren Halogen-, Xenon- oder Voll-LED-Scheinwerfer. Sie geben Licht immer in Fahrtrichtung ab und werden an fast jedem Fahrzeug verbaut oder verwendet, in vielen Ländern sind sie im öffentlichen Straßenverkehr Pflicht. Doch wie funktionieren einzelne Scheinwerferoptionen? Hier ein Überblick über diese beeindruckenden Lichttechnologien.
Halogenlicht
Im Gegensatz zu Xenon oder LEDs ist Halogen eine alte Technologie. Vereinfacht gesagt handelt es sich um eine Weiterentwicklung einer herkömmlichen Glühbirne. Zum Vergleich: Eine Halogenlampe ist mit Halogengas gefüllt (meist Jod). Der Wolframfaden wird durch die Zufuhr von Strom erhitzt, wodurch Licht emittiert wird. Halogenscheinwerfer sind bei fast allen Basisversionen moderner Autos Standard. Im Gegensatz zu Xenon- oder LED-Strahlern sind Halogenlampen kostengünstig und im Falle einer Störung einfach auszutauschen. Für den Austausch ist selten eine Fachwerkstatt erforderlich.
Das Licht einer Halogenlampe reicht von Weiß bis Gelb. Im Inneren des Moduls sind je nach Scheinwerfertyp ein oder zwei Halogenlampen für Abblend- und Fernlicht verbaut. Ihre Lichtstärke ist gut und sorgt für eine sichere Fahrt. Halogen-Scheinwerfer bietet jedoch eine weniger gute Ausleuchtung als moderne Xenon- oder LED-Scheinwerfer. Oft sind ab Werk nur mittelmäßige Halogenlampen verbaut, deswegen kann es sich lohnen, bessere Scheinwerfer zu installieren, um das Beste aus den Halogenscheinwerfern herauszuholen. H7-Leuchtmittel bieten beispielsweise mit durchschnittlich 1500 Lumen eine höhere Helligkeit.
Xenonlicht
Erstmals im BMW 7er und dort zunächst nur als Abblendlicht wurden 1991 Scheinwerfer mit Gasentladungslampen eingesetzt (Xenon-Scheinwerfer). Xenon-Scheinwerfer haben eine spezielle Xenon-Entladungslampe für Abblend- oder Fernlicht. Die Lampe wird mit Hochspannung (20.000 Volt) gezündet, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Daher sind Xenonscheinwerfer im Vergleich zu Halogenlampen um ein Vielfaches lichtstärker. Xenonlicht liefert mehr als die doppelte Lichtstärke einer H7-Halogenlampe, benötigt allerdings ein Drittel weniger Strom als eine H7-Leuchte. Die Lichtfarbe entspricht dem Tageslicht, dadurch ermüdet der Fahrer weniger.
Sie haben eine geringe Ausfallrate durch die hohe Vibrations- und Schockfestigkeit und bieten deswegen eine längere Lebensdauer als Halogenlampen. Xenon-Systeme verfügen über eine automatische Leuchtweitenregulierung. Das Gewicht des Autos und seine Geschwindigkeit werden von Sensoren überwacht, und die Position der Scheinwerfer ständig angepasst. Dadurch wird unabhängig vom Beladungszustand und der aktuellen Fahrdynamik eine optimale Fahrbahnausleuchtung gewährleistet.
LED Scheinwerfer
Bis 2008 war die Verwendung von LEDs nur für Rücklichter erlaubt. So ging 2008 der Audi R8 dank einer EU-Sondergenehmigung als erstes Auto mit Voll-LED-Scheinwerfern in Serie. Ein Jahr zuvor installierte Lexus beim LS 600 serienmäßig LED-Scheinwerfer. Die neue LED-Technologie verbraucht im Vergleich zu Halogen-Leuchten die Hälfte der Energie. Eine LED-Lebensdauer von 10.000 Stunden kann ein Autoleben lang halten. 2006 führte Mercedes das „intelligente Lichtsystem“ in der Oberklasse ein, das fünf verschiedene Lichtfunktionen anbot. Zu den Vorteilen gehört, dass LED-Autoscheinwerfer aus vielen einzeln ansteuerbaren Mini-Leuchten bestehen und dank automatisierter Softwaresteuerung viel gezielter eingesetzt werden können.
Halogen- und Xenon-Autoscheinwerfer werden früher oder später nicht mehr zum Einsatz kommen, da LED Scheinwerfer viel länger halten und viel mehr Flexibilität bei der Verwendung von Autoscheinwerfern ermöglichen. Bereits in den 1950er-Jahren erhielt der Computerpionier Konrad Zuse ein Patent für LED-Scheinwerfer, die aus vielen einzelnen LEDs bestehen. Doch es war Shuji Nakamura, Physik-Nobelpreisträger 2014, dem es in den 1990er-Jahren erstmals gelang, hellweiße LED-Lampen zu entwickeln. Die flexible Ansteuerbarkeit der einzelnen LEDs im LED-Scheinwerfer reduziert die Blendung entgegenkommender Fahrzeuge, ohne auf ein helles Fernlicht zu verzichten. Allerdings ist diese Entwicklung noch nicht so weit ausgereift, dass Blendeffekte, beispielsweise durch schlechte Straßenverhältnisse, vollständig eliminiert werden können.
Matrix-LED-Licht
Was sich in der Wohnraumbeleuchtung immer deutlicher abzeichnet, zeigt sich nun auch bei den Auto-Scheinwerfern: Der Siegeszug der LED-Leuchten ist unaufhaltsam. Waren es zunächst nur Innenleuchten für das Auto, später vor allem Rück- und Bremslicht, sowie Tagfahrlicht vorn, werden immer mehr Neuwagen komplett mit LED-Scheinwerfern ausgestattet. Die nächste Stufe in der Entwicklung von LED-Scheinwerfern erhöht vor allem den Komfort und damit den Preis. Adaptive Scheinwerfer, sogenannte Matrix-LED-Scheinwerfer, können ihren Lichtkegel an die aktuelle Verkehrssituation anpassen und den Gegenverkehr gezielt ausblenden. Für Autofahrer bedeutet dies, dass sie außerhalb geschlossener Ortschaften mit konstantem Fernlicht fahren können. Hersteller versprechen immer eine optimale Beleuchtung.
Matrix-LED-Scheinwerfer arbeiten mit Kameras und Steuergeräten. Das VW „IQ Light“ im Touareg beispielsweise hat 48 LEDs für Abblendlicht und 27 für Fernlicht, jeder Scheinwerfer hat insgesamt 128 LEDs. Sie alle können einzeln angesteuert werden. Der Aufpreis beträgt ca. 2000 Euro. Bei Mercedes heißt die Technik Multibeam. So kommen in der E-Klasse in den Scheinwerfern 84 statt 24 LEDs wie bei anderen Modellen zum Einsatz. Je mehr LEDs, desto präziser die Lichtverteilung und umso genauer kann der Gegenverkehr ausgeblendet werden.
Laserlicht
Die nächste Steigerung der Helligkeit und Lichtausbeute ist Laserlicht. Der Laserstrahl wird von einem Lasergenerator erzeugt, der durch Phosphorelemente, Spiegel und Linsen geleitet wird. Laserdioden entwickeln einen blauen Laserstrahl, der durch eine Leuchtstoffschicht in tageslichtweißes Licht umgewandelt wird (Fluoreszenz). BMW führte Laserlicht 2014 mit dem i8 ein, Audi etwa zeitgleich im Sondermodell R8. BMW selbst spricht von einer Lichtintensität, die zehnmal höher ist als bei herkömmlichen Leuchtmitteln. Außerdem benötigt das Licht wenig Energie und verwendet einen sehr kleinen Reflektor. Das spart Platz und Gewicht. Der Lichtstrahl kann bis zu 600 Meter weit strahlen. Normales Fernlicht ergibt etwa 300 Meter. Bei guten Bedingungen können Autofahrer mit Fernlicht manchmal kilometerweit sehen.
BMW führte das Laserlicht nach und nach auch in anderen Baureihen ein. Mittlerweile gibt es sogar im 3er ein optionales Laserlicht. Beim BMW X5 kostet das zum Beispiel inklusive adaptivem Fernlichtassistenten 2.000 Euro Aufpreis.
Dass das Fernlicht im BMW i8 bis zu 600 Meter weit reicht, doppelt so viel wie bei LED-Fernlicht, ist maßgeblich den Lasermodulen zu verdanken, die in die Voll-LED-Scheinwerfer integriert sind. Sie werden aktiviert, sobald das Fahrzeug die Geschwindigkeit 70 km/h überschreitet, und die Bordkamera zuverlässig keinen Gegenverkehr erfasst. Die Laserdiode generiert einen nahezu punktgenauen Lichtstrom von wenigen tausendstel Millimetern Größe, sodass die verwendeten Linsen sehr klein sein können. Zudem ermöglicht die extrem hohe Lichtstärke eine große Reichweite.
Blaue Laserdioden basieren auf der Indium-Gallium-Nitrid-Technologie und wurden ursprünglich für professionelle Projektionsgeräte entwickelt. Bei solchen Laserdioden lässt sich die Lichtfarbe durch das Mischungsverhältnis der Elemente Indium und Gallium in weiten Bereichen frei steuern. Allerdings lassen sich Laserdioden nicht so einfach in Autos einbauen: Dort müssen sie in einem weiten Temperaturbereich von minus 40 bis plus 100 Grad Celsius funktionieren. Für die Forscher war nicht einfach, Laserdioden zu entwickeln, die bei Temperaturen über 50 Grad zuverlässig arbeiten, da solche Temperaturen bei intensiver Sonneneinstrahlung schnell erreicht werden.
Fazit
Die Hauptfunktion all dieser Lichtquellen ist das Ausleuchten des Fahrweges. Direkt vor dem Fahrzeug zur eigenen Sicherheit, zum Erkennen von Hindernissen, zum schnellen Fortbewegen sowie zur Sicherheit anderer Verkehrsteilnehmer im Allgemeinen und insbesondere bei schlechten Sichtverhältnissen. Sie geben immer weißes (selten gelbes) Licht ab. Xenonlicht (nur im Automobilbereich üblich) gibt ein leicht bläuliches Licht ab, das als weißes wahrgenommen wird. Bei der Entwicklung der Autobeleuchtung versuchen sich die Autohersteller gegenseitig zu übertrumpfen. Der Übergang von müden Halogenlampen zu Laser-Fernlicht und adaptiven LED-Scheinwerfern mit Projektionsfunktion dauerte nur wenige Jahrzehnte.