Fahrzeugbeleuchtung Lampen Leuchten

Transkript

1 Fahrzeugbeleuchtung Lampen Leuchten Karsten Köth Stand:

2 Inhalt Lampen und Leuchten Sichtbereiche Fernbereich Nahbereich Erkennbarkeit von Signalen Typische Lichtquellen Wirkungsgrade von Lichtquellen Spektren der Lichtquellen Lichtlenkung bei Leuchten Übersicht über aktuelle Leuchten

3 Sichtbereiche Bereiche vor dem Fahrzeug Fernbereich > 100 m Nahbereich < 100 m Primärer Gefahrenbereich m Bremsweg s bei 100 km/h Faustformel s = 100 m [Aus: Fahrschule Lehrbuch, Plewka (km/h / 10) 2 ] Faustformel s = 50 m [Aus: Fahrsicherheitstraining, ,5(km/h / 10) 2 ] Stand der Technik s < 40 m [Aus: Mastertest 2005, AMS Heft 9, 13. April 2005] Reaktionsweg (1 sec) s = 30 m Wechselzeit (0,3 sec) s = 10 m (Wechsel von Gas- zu Bremspedal)

4 Sichtfeld Blindfeld: Abschattung durch Motorhaube Vorfeld: Zone 1 in ECE-R 112 Bei Nässe: Für Blendung Gegenverkehr verantwortlich Nahfeld: eigentlich bis zur Hell-Dunkel Grenze Hell-Dunkel Grenze: ca. 40 bis 80 m, meist 65 m Fernfeld: Anhalteweg bei 100 km/h (plus Sicherheitsbereich)

5 Umfeldleuchtdichten im Verkehr Umfeldleuchtdichten Nacht cd/m 2 Himmel und Umfeld bei städtischer Umgebung 10-1 cd/m 2 Beleuchteter Gehweg 2 cd/m 2 Straße vor Fahrzeug cd/m 2 Tag 10 4 cd/m 2

6 Leuchtdichte Abblendlichtscheinwerfer , ,00 Leuchtdichte [cd/m 2 ] 100,00 10,00 1,00 0, Entfernung vor Fahrzeug [m]

7 Lichtstärken von Signalen im Fernbereich Lichtstärke I = L A Mit: L Leuchtdichte des Lichtsignals A Fläche des Lichtsignals Notwendige Signallichtstärke (nach CIE 48) I S = c d 2 L U Mit: I S Signallichtstärke d Erkennungsentfernung L U Umfeldleuchtdichte c = Konstante nach Boissin, Pages, Cole, Brown

8 Lichtstärken bei verschiedenen Umfeldleuchtdichten Lichtstärken Tag: I S, opt = cd I S = 800 cd I S2Tag = 728 cd Nacht: I S, opt = 0,1 cd I S = 0,08 cd I Schl = 4 cd [Aus: Eckert, Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr]

9 Signale im Nahbereich Im Nahbereich stellt die Leuchtdichte die erkennbarkeitsbestimmende Größe dar. Untersuchungen von Armbruster, Rippberger: [cd/m 2 ] Tag Nacht Schlussleuchte Bremsleuchte

10 Erkennbarkeit von Sehobjekten Schwellenreize - Schwellenkontrast Erkennbarkeit: P = 0,5 In 50% aller Fälle wird das Sehzeichen erkannt. Leuchtdichtekontrast C: C = L t - L u L u L u Umfeldleuchtdichte (hier: 100 cd/m 2 ) L t Sehobjektleuchtdichte (L t > L u ) [Aus: Kokoschka: "Beleuchtung, Bildschirm, Sehen", S. 22]

11 Erkennbarkeit von Signalen Sichere Erkennung von Signalen: Standard-Sehobjekt 30 x 30 cm C = 0,4 Trefferquote > 99% Beispiel: Reflexionsgrad Straße r 5% Reflexionsgrad Sehobjekt r 7% Stark überschwellige Reize für Lichtsignale benutzen, um sichere Erkennung zu gewährleisten.

12 Lichtquellen Lichtquellen Festkörperlampen Entladungslampen LumineszenzTemperaturstrahlung Glimmentladung Bogenentladung Elektrolumineszenz chemisch elektrisch Glimmlampen mit Kolben frei Laser LEDs OLEDs EL-Folien Flammen Glühlampen Halogenglühlampen Glimmlampen Hochdruckentladung Niederdruckentladung Kohlebogenlampen

13 Glühlampen-Kategorien für KFZ - Anwendungen

14 Glühlampen Fachgebiet Lichttechnik Kohlenstoff-Faden-Glühlampen 1854: Conrad Goebel baut aus verkohlten Bambusfasern und einer luftleer gepumpten Glasampulle eine Glühlampe, die 200 Stunden leuchtet. 1879: Thomas Alva Edison baut aus verkohlten Bambusfasern, die er mit Kohlenwasserstoff elastisch und haltbar macht, eine Glühlampe, die bis zu Stunden leuchtet.

15 Glühlampen - Lichterzeugung durch glühenden Wolframdraht (2.800 K) - Abdampfen der Wolframatome wird verhindert durch: Stickstoff-Argon-Gemisch - Wärmeverluste werden verringert durch Wendelung (Wendelung verringert den Wärmeübergang aufgrund von Konvektion) [Quelle: Hentschel, Licht und Beleuchtung]

16 Temperaturstrahler Fachgebiet Lichttechnik Schwarzer Körper Spektrale Strahldichte [rel.] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1000K 2000K 3000K 4000K 5000K Maximum 0, Wellenlänge [nm]

17 Halogenglühlampen Halogenkreisprozess Längere Lebensdauer Höhere Lichtausbeute Kleinere Bauform Wendeltemperatur ca K Glastemperatur ca. 470 K [Quelle: Handbuch für Beleuchtung]

18 Halogenglühlampen mit IR-Reflexschicht IR-Reflexschicht Höhere Wendeltemperatur Geringere Temperaturabstrahlung Größerer Wirkungsgrad [Quelle: Handbuch für Beleuchtung]

19 Wirkungsgrad CO 2 W

20 Theoretische Wirkungsgrade Fachgebiet Lichttechnik Temperaturstrahler Theoretische Obergrenze: Plankscher Strahler mit 7000 K Verlustlose Erzeugung der Temperaturstrahlung 95 lm/w Praktische Obergrenze: Wolfram Strahler bei 3650 K (Schmelzpunkt) 54 lm/w Linienstrahler Wellenlänge 555 nm Spektral schmal 683 lm/w Optimaler Strahler Weißes Licht 200 lm/w

21 Wirkungsgrade Glühlampen Glühlampe KFZ WR21/5W 5W rot 1,6 lm/w Glühlampe KFZ WR21/5W 5W weiß 7,0 lm/w Glühlampe Classic 40W Glühlampe Classic 100W Niedervolt Halogen Glühlampe 10W matt Niedervolt Halogen Glühlampe 50W klar 10,5 lm/w 13,6 lm/w 13,0 lm/w 18,2 lm/w Hochvolt Halogen Glühlampe 150W 17,0 lm/w Hochvolt Halogen Stab 2.000W 22,0 lm/w Hochvolt Halogen Stab 250W IR-Reflex 22,0 lm/w Hochvolt Halogen Stab 400W IR-Reflex 23,8 lm/w

22 Vergleich der Glühlampen 13 x 40W = 520W (5.460lm) 4 x 100W = 400W (5.440lm) 1 x 250W = 250W (5.500lm) Halogen

23 Wirkungsgrade Entladungslampen Kompaktleuchtstofflampe 23W 65,2 lm/w Leuchtstofflampe T8 de luxe 58W 64,7 lm/w Leuchtstofflampe T8 Plus ECO 58W 89,7 lm/w Leuchtstofflampe T5 HE 35/840 35W 104,3 lm/w Halogen-Metalldampflampe lm/w PowerBall HCI-T 35/ lm/w PowerBall HCI-T 35/ lm/w PowerBall HCI-T 35/ lm/w Natriumdampf-Hochdrucklampe Natriumdampf-Niederdrucklampe HID Lampe D2S ( Xenon -Lampe) 35W lm/w lm/w 91,0 lm/w

24 Vergleich der Entladungslampen Systeme: Lampe: System: Lichtstrom: 58W mit KVG 58 W 71 W lm 90 lm/w 73 lm/w 58W mit EVG 51 W 55,5 W lm 98 lm/w 90 lm/w KVG / EVG System Lampe

25 Kosten-Nutzen Vergleich - Energiesparlampe Einzeldaten: Glühlampe 100 W lm h 0,50 EUR Energiesparlampe 23 W lm h 11,20 EUR Strom 1kWh 0,20 EUR Systeme mit fast gleichem Lichtstrom: 15 Glühlampen 100 W h 7,50 EUR 1 Energiesparlampe 23 W h 11,20 EUR System- und Stromkosten: Glühlampe 7,50 EUR EUR = 307,50 EUR Energiesparlampe 11,20 EUR + 69 EUR = 80,20 EUR Kosten-Faktor: 3,8

26 Wirkungsgrade LEDs Luxeon kaltweis 5W 25,0 lm/w Luxeon kaltweiss 3W bei 700mA 25,0 lm/w Luxeon kaltweiss 1W 20,1 lm/w Luxeon warmweiss 1W 16,7 lm/w Cree Xlamp 1W 75,0 lm/w DRAGON-X DX1-W ,2W 37,5 lm/w Nichia weiss 180mW ca. 30,0 lm/w Nichia warmweiss 100mW ca. 10,0 lm/w Osram weiss TOPLED 86mW 7,0 lm/w GELcore weiss TL 60mW 24,6 lm/w

27 Vergleich der LEDs R Luxeon kaltweiss 1W mit Widerstand 4,3 lm/w EVG Luxeon kaltweiss 1W mit EVG 16,7 lm/w

28 Kosten-Nutzen Vergleich - LED 2003 Einzeldaten: Glühlampe 40 W 420 lm h 0,50 EUR LED 1 W 25 lm h 10,00 EUR EVG 4 W h 10,00 EUR Strom 1KWh 0,20 EUR Systeme mit gleichem Lichtstrom: 50 Glühlampen 40 W 420 lm h 25 EUR 16 LED + 2 EVG 24 W 400 lm h 180 EUR System- und Stromkosten: Glühlampe 25 EUR EUR = 425 EUR LED + EVG 180 EUR EUR = 420 EUR Kosten-Faktor: 1,0

29 Kosten-Nutzen Vergleich - LED 2007 Einzeldaten: Glühlampe 40 W 420,0 lm h 0,50 EUR LED 1,1 W 82,5 lm h 6,20 EUR EVG 4 W h 10,00 EUR Strom 1kWh 0,20 EUR Systeme mit gleichem Lichtstrom: 650 Glühlampen 520 W lm h 325 EUR 64 LED, 8 EVG 103 W lm h 477 EUR System- und Stromkosten: Glühlampe 325 EUR EUR = EUR LED + EVG 477 EUR EUR = EUR Kosten-Faktor: 3,7

30 Aktuelle Leuchten

31 LED-Anordnung

32 Aktuelle Leuchten

33 Fremdlichteinfluss

34 Leuchten an Ralley-Fahrzeugen

35 Designfehler [Aus:

36 Frontleuchten

37 Tagfahrlicht - Daytime Running Lamp DRL Lichtstärke: cd

38 DRL und PO als eine Leuchte

39 Scheinwerfer-Design mit LEDs

40 Erscheinungsbild