Autolichter: Ohne mich ist das Auto, egal wie gut es ist, nutzlos

Wenn wir das wichtigste Fortbewegungsmittel der modernen menschlichen Gesellschaft auswählen müssten, stünde das Auto zweifellos ganz oben auf der Liste. Die Bedeutung des Autos als unverzichtbarer und treuer Begleiter für die Fortbewegung der Menschen ist selbstverständlich.

Dadurch hat sich der Aktivitätsradius der Menschen erheblich erweitert, die Lebens- und Arbeitseffizienz verbessert und es den Menschen ermöglicht, weniger Zeit für mehr Raum aufzuwenden. „Morgens in die Congling-Berge aufbrechen und abends im Mingguang ankommen“ ist nicht länger unmöglich. Aus diesem Grund ist die Entwicklung des Automobils eng mit dem Fortschritt der Menschheit als Ganzes verbunden, und die Geschichte der Automobilentwicklung ist auch die Geschichte des technologischen Fortschritts der Menschheit.

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Seit der Deutsche Karl Benz (Mercedes-Benz ist nach ihm benannt) im Jahr 1885 das Automobil erfand, wurden Autolichter als Zusatzgerät an Autos entwickelt. Als Augen eines Autos sind Scheinwerfer seit jeher ein wichtiges „Organ“, um den normalen und sicheren Betrieb des Autos zu gewährleisten.

Das erste Auto der Welt, Mercedes-Benz Nr. 1. Bildquelle: Fotografiert vom Autor

Die Entwicklung erfrischender und einzigartiger Autolichter ist zum letzten Schliff geworden, nach dem Automobilingenieure ständig streben. Manche Scheinwerfer sind bunt und „werfen kokette Blicke“; Einige Scheinwerfer sind leistungsstark und ähneln Streitäxten. Bei manchen Luxusautos sind die markanten Scheinwerfer sogar zu einem wichtigen Verkaufsargument geworden und haben sich nach und nach zu ihrer eigenen Visitenkarte entwickelt.

Einige markante Scheinwerfer, Bildquelle: Vom Autor erstellt

Ausgehend von der ersten tragbaren Petroleumlampe hat die Entwicklung der Autobeleuchtung im Wesentlichen vier Phasen durchlaufen: die erste Generation der Glühlampen, die zweite Generation der Halogenlampen, die dritte Generation der Hochdruck-Gasentladungslampen und die heutige neueste vierte Generation der LED-Lampen (Leuchtdioden).

Teil 1

Antike Glühlampe

Die Glühlampe, die der große Erfinder Edison im Jahr 1879 erfand, sollte die erste Wahl für die Autobeleuchtung werden und die ursprünglichen tragbaren Petroleumlampen ersetzen, die insbesondere in einigen Oldtimern häufig verwendet wurden. Glühlampen haben auf dem heutigen Beleuchtungsmarkt immer noch ihren Platz. Sie werden hergestellt, indem elektrischer Strom durch einen Wolframfaden geleitet wird, um diesen zu erhitzen und in einen Glühzustand zu bringen. Die Temperatur kann 3000 °C erreichen. Der Wolframfaden mit hoher Temperatur leuchtet, indem er Photonen nach außen abstrahlt.

Wenn der Wolframfaden jedoch bei hohen Temperaturen arbeitet, verflüchtigen sich kontinuierlich Wolframatome und kühlen schließlich an der Innenwand der Glasröhre ab, was die Lebensdauer der Glühlampe sehr verkürzt. Um den schnellen Verlust des Wolframfadens zu vermeiden, muss seine Betriebstemperatur gesenkt werden, was wiederum seine Lichthelligkeit begrenzt. Glühlampen strahlen aufgrund ihrer niedrigeren Farbtemperatur einen gelblichen Farbton ab. Glücklicherweise wurden die Einschränkungen der Glühlampen als Fahrzeugbeleuchtung schnell durch Halogenlampen ausgeglichen.

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Teil 2

Erweiterte Version der Halogenlampe

Halogenlampen entstanden in den 1970er Jahren. Tatsächlich handelt es sich dabei um eine verbesserte Version der oben genannten Glühlampen. Durch die Zugabe von Halogenelementen (Jod oder Brom usw.) zu Glühlampen kann die Helligkeit von Glühlampen um das 1,5-fache und die Lebensdauer um das 3-4-fache erhöht werden. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Die vom Glühfaden bei hoher Temperatur erzeugten Wolframatome verdampfen und bewegen sich in Richtung der Glasrohrwand. Beim Annähern an die Glasrohrwand kühlt der Wolframdampf auf etwa 800 °C ab und verbindet sich mit Halogenatomen zu Wolframhalogenid (Wolframiodid oder Wolframbromid). Das Wolframhalogenid biegt sich zurück zur Mitte der Glasröhre und bewegt sich weiter zurück zum oxidierten Glühfaden.

Da Wolframhalogenid eine sehr instabile Verbindung ist, zersetzt es sich beim Erhitzen in Halogendampf und Wolfram. Das Wolfram wird dann auf dem Glühfaden abgelagert, um den verdampften Teil auszugleichen. Durch diesen Regenerationszyklus kann die kumulative Lebensdauer des Glühfadens 400–500 Stunden erreichen, was etwa 4–6 Betriebsjahren in einem Auto entspricht.

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Da der Glühfaden bei einer höheren Temperatur arbeiten kann, können gleichzeitig auch eine höhere Helligkeit, eine höhere Farbtemperatur und eine höhere Lichtausbeute erreicht werden. Da es sich immer noch um eine Weiterentwicklung von Glühlampen handelt, ähnelt die Lichtfarbe von Halogenlampen der von Glühlampen. Beide sind gelblich-bernsteinfarben und haben eine bessere Durchdringungswirkung in regnerischen und nebligen Umgebungen. Da Halogenlampen günstig sind, werden sie auch heute noch in den meisten Familienautos eingesetzt.

Teil 3

Hochdruck-Gasentladungslampe klingt cool

Eine Hochdruckgasentladungslampe ist eine Lampe, die anstelle eines Wolframfadens Hochdruckgas verwendet, um es in einer Quarzglasröhre einzukapseln, und Hochspannungsstrom verwendet, um das Hochdruckgas zu aktivieren und eine Lichtbogenentladung zu erzeugen. Zu den gängigen Hochdruck-Gasentladungslampen zählen Quecksilberlampen, Natriumlampen und Xenonlampen. Xenonlampen werden im Allgemeinen in Autoscheinwerfern verwendet. In den 1990er Jahren brachte der Fahrzeugbeleuchtungshersteller HELLA die technologisch ausgereifte Xenon-Fahrzeugbeleuchtung auf den Markt. Da der Wolframfaden nicht auf hohe Temperaturen erhitzt werden muss, können Xenonlampen eine stabilere Lichtleistung liefern als Halogenlampen. Die Lichtintensität von Xenonlampen ist dreimal höher als die von Halogenlampen, der Energieverbrauch beträgt jedoch nur zwei Drittel davon, nämlich nur etwa 35 W.

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Darüber hinaus ist die Lichtfarbe der Xenonlampen nahezu identisch mit der des Sonnenlichts, nämlich einem blendend hellen Weiß, was dem Fahrer ein besseres Seherlebnis bietet. Diese Vorteile und Eigenschaften von Xenonlampen verbessern die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort erheblich. Noch wichtiger ist, dass die theoretische Lebensdauer von Xenonlampen 3.000 Stunden erreichen kann, was im Vergleich zu Halogenlampen eine deutliche Verbesserung darstellt. Aufgrund der oben genannten Vorteile werden Xenonlampen immer häufiger eingesetzt und sind insbesondere in Fahrzeugen der mittleren bis oberen Preisklasse zu einem häufig verwendeten Lampentyp geworden.

Teil 4

Leistungsstarkes LED-Licht

LED-Leuchten verwenden Leuchtdioden als Lichtquellen. Nachdem Strom durch den Halbleiter fließt, rekombinieren Elektronen und Löcher und emittieren Licht. Aus Kostengründen ist es nur bei höherwertigen Modellen verfügbar. Im Vergleich zu allen oben genannten Lampentypen hat die LED den niedrigsten Energieverbrauch und die längste Lebensdauer mit einer allgemeinen Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden.

Die Farbe des von LEDs ausgestrahlten Lichts entspricht in etwa der von Xenonlampen, nämlich hellweiß wie Tageslicht. Im Gegensatz zu Xenonlampen, die eine Verzögerung von 3–4 Sekunden zum Einschalten benötigen, können LEDs jedoch sofort aufleuchten. Wenn LEDs in Blinkern und hoch angebrachten Bremslichtern eingesetzt werden, können sie daher den Notfallreaktionsbedarf des Fahrzeugs während der Fahrt erfüllen. Darüber hinaus kann die Lichtquelle in jede beliebige Form gebracht werden, mit den Vorteilen eines großen Gestaltungsspielraums und eines ausgeprägten Gespürs für Technologie.

Obwohl LED-Scheinwerfer von den drei Autoscheinwerfertypen die beste Gesamtleistung aufweisen, sind sie auch die teuersten. Daher werden sie neben der Verwendung als Scheinwerfer bei einigen High-End-Modellen hauptsächlich als Tagfahrlicht eingesetzt.

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Welchen speziellen Scheinwerfertyp Sie für Ihr Auto auswählen, sollte auf Grundlage Ihrer individuellen Fahrzeugnutzung bestimmt werden. Wenn Sie überwiegend in der Stadt unterwegs sind, reichen herkömmliche Halogenscheinwerfer völlig aus und bieten aufgrund ihrer gelblichen Lichtfarbe eine bessere Durchdringung und Erkennbarkeit bei Regen und Nebel. Wenn Sie häufig in Vororten oder auf Straßen mit schlechter Straßenbeleuchtung fahren, können Xenonlampen aufgrund ihrer höheren Helligkeit und ihres relativ günstigen Preises die Mängel von Glasfaserkabeln und Straßenverhältnissen ausgleichen.

Vergleich verschiedener Autolichter Bildquelle: vom Autor erstellt

Für Autobesitzer, die Wert auf Fahrerfahrung legen und deren Bedingungen es erlauben, sind LED-Leuchten eine gute Wahl. Allerdings gilt: Je heller die Scheinwerfer des Autos sind, desto besser, denn bei Begegnungen mit anderen Autos in der Nacht beeinträchtigen sie die Sicht der anderen Fahrer und stellen somit ein Sicherheitsrisiko dar.

Quellen:

[1] Yang Lijun, Zhao Yu. Eine kurze Analyse der Entwicklung der Automobilbeleuchtungstechnologie und des Automobildesigns[J]. Automobil-Praxistechnik, 2019(24):3.

[2] Guan Weili. Recherche zur Entwicklung der Automobilbeleuchtungstechnik auf Basis von Patentanalysen[D]. Nordchinesische Universität für Luft- und Raumfahrttechnik.

[3] Yang Zhengbo. Die „Vergangenheit“, „Gegenwart“ und „Zukunft“ des Automobils[J]. Mathematik, Physik und Chemie für Mittelschüler: in Anlehnung an die Lehrbücher von People’s Education Press, 2015 (Z1).

[4] Chen Yan. Der aktuelle Stand und die Entwicklungsperspektiven der Fahrzeugbeleuchtung [J]. Beleuchtung und Beleuchtung, 1989(3):3.

[5] Cheng Bo. Eine kurze Diskussion über den aktuellen Stand und Entwicklungstrend der Fahrzeugbeleuchtung[J]. Times Auto, 2017(01X):2.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: XY Team

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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