"Die LED überholt das Xenonlicht"

Die Lichttechnik hat in den letzten Jahren durch Xenon und lichtemittierende Dioden (LED) große Schritte getan, die Glühlampe von Thomas Alva Edison abzulösen. Im Interview mit der ATZ erklärt Prof. Dr.-Ing. habil. Tran Quoc Khanh, Fachgebietsleiter Lichttechnik an der Technischen Universität (TU) Darmstadt, welche Trends laufen, wie das LED-Scheinwerferlicht schon bald die Xenonlampe überholen wird und dass die ambiente Interieurbeleuchtung statt schönem Gimmick auch eine Assistenzfunktion übernehmen soll.

Im Innenraum wird zurzeit viel mit ambienter Beleuchtung zum Wohlfühlen experimentiert. Was halten Sie von dieser Entwicklung?
Sehr viel! Wir in Darmstadt sind derzeit eine der wenigen Stellen weltweit, die sich forschungstechnisch damit intensiv beschäftigen. Wir und andere Unis haben die letzten zehn, zwanzig Jahren schon viel zum Thema Licht herausgefunden. Aber ambiente Beleuchtung - da sehen wir noch viel Potenzial, während der Innovationsgrad bei Scheinwerfern und Heckleuchten leicht abnimmt. Der Innenraum wurde viel zu sehr ignoriert. Dank der LED können wir das Interieur nicht nur bunter, sondern auch individueller auf den Autofahrer abstimmen: Ob das ein Mann oder eine Frau, ein alter oder junger Fahrer ist, alle können sich ihre persönliche Lichtstimmung einstellen, um sich wohl zu fühlen.

Neben diesem mehr subjektiven Gefühl gibt es doch sicher noch mehr Vorteile, oder?
Die stark revolutionäre Idee ist, das Licht an die Fahrsituation anzupassen. Das Licht wird zum Assistenzsystem. Wenn man in eine Stadt hineinfährt, wechselt das Innenraumlicht zum Beispiel auf ein schwächeres Rot. Fährt man auf eine Landstraße wird es blau, oder ein gelbes Licht gibt Ihnen auf der Autobahn die Möglichkeit zu entspannen. Diese Entwicklung ist gar nicht so weit weg, denn wir haben schon viele Sensoren dafür im und um das Fahrzeug gesehen. Bei einer drohenden Kollision etwa könnte man sogar auf Orange schalten oder es blinken lassen. Aber auf keinen Fall darf dabei das Licht behindern oder ablenken. Ein Flickern muss vermieden werden.

Tagfahrlicht - warum müssen es derart helle Streifen wie bei Mercedes E-Klasse oder Audi A5 sein, die richtig blenden?
Ja, das ist oft sehr hell. Das Tagfahrlicht hat hier ja keine Beleuchtungsaufgabe der Fahrbahn, sondern eine Signalaufgabe. Es soll sagen, dass ich anwesend bin. Es geht hier um das Kontrastwahrnehmen. Für das Tagfahrlicht gibt es momentan die ECE- und SAE-Normen, die erst einmal eine bestimmte Lichtstärke in Candela vorschreiben. Deshalb hat der OEM zusammen mit dem Zulieferer das Tagfahrlicht so dimensioniert, dass man diese Lichtstärke-Bedingung erfüllt. Das ist die derzeitige Auslegung aktueller Normen! Die Lichtstärke ist für die Wahrnehmung aber nie die dominierende lichttechnische Kenngröße. Die Leuchtdichte - in Candela pro Quadratmeter - wäre das richtige Maß gewesen. Man sollte weiter forschen, um die richtige Helligkeit für das Tagfahrlicht zu bestimmen.

Warum hat man dann die Norm nicht so gestaltet, und besser die Leuchtdichte genommen?
Weil eine Leuchtdichtemessung damals schwierig gewesen war. Wenn man dem Designtrend Rechnung trägt, das Tagfahrlicht von der Fläche her immer kleiner zu machen, dann muss man die Leuchtdichte um so größer machen. Der Mensch ist nun mal das Wesen, das auf die Leuchtdichte, nicht die Lichtstärke anspricht. Der Designer arbeitet hier eigentlich genau dem Lichttechniker entgegen. Er macht den Streifen immer schmaler, aber in der Detektionstheorie gilt: Je größer eine Fläche ist, desto eher wird sie wahrgenommen. Nicht die Lichtstärke, sondern Lichtstärke pro Fläche des Lichts ist hier auschlaggebend. Das ist der Konflikt.

Die Lichtstärken von Brems- und Rücklichtern werden Schritt für Schritt immer größer, so dass sie in den Augen wehtun. Warum erlaubt das KBA diese Blendung des Hintermanns an der Ampel?
Gerade bei Nässe und Dunkelheit. Es gibt hier vier Gründe. Die ECE- und SAE-Normen, also für Europa und die USA, sind erstens leider nicht einheitlich bei den Rückleuchten. Zum zweiten lassen sie einen großen Streubereich der Lichtstärke zu, Sie können sogar zwei Rücklichter zugelassen bekommen: Das eine hat 60 und das andere zirka 180 Candela. Der dritte große Fehler: Ich sehe die Rückleuchten in kleinen und mittleren Abständen zu meinen Augen, wieder ist die Leuchtdichte entscheidend, nicht die Lichtstärke. Und viertens kennen die Normen keine Regentropfen auf der Scheibe, oder nicht die Ampelsituation - sie gehen von normalem gutem Wetter und reichlich Abstand aus. Was lernen wir daraus? Wir müssen das Rücklicht adaptiv machen: Je nach Wetter, Tag oder Nacht und nach Abstand immer dieselben Werte, das geht nicht! Die Umgebungssensoren (Regensensor, Videokamera oder Navi-Daten) dafür hätten wir schon heute. An diesem Thema arbeitet auch unser Lehrstuhl.

Das Xenonlicht hat sich nicht so in den Massenmodellen durchgesetzt wie erwartet. Warum?
Das ist eine politisch hochsensible Frage! Xenon hat sich nicht so durchgesetzt, weil es zum Teil "nur" als Option angeboten wird, weil es teurer als Halogenglühlampen angeboten wird, da die Systemkosten insgesamt höher sind, und weil es normalen Bevölkerungsschichten als Entladungslampe etwas fremd geblieben ist. Nun mit LED ist das anders - das kennt fast jeder von seiner Zimmerbeleuchtung oder Taschenlampe. Zur Technik selbst: Die Xenonlampe hat 3200 Lumen und wird eingebaut in einen Scheinwerfer, der einen optischen Wirkungsgrad von etwa 33 Prozent hat. Es ergeben sich also rund 1100 Lumen auf der Fahrbahn. Die LED-Lampe dagegen hat zwar derzeit nur 65 bis 70 Lumen pro Watt, aber der optische Wirkungsgrad ihres Scheinwerfers liegt heute schon bei über 50 Prozent, bald sind 60 bis 65 Prozent denkbar. Somit kommt man schon heute auf 1100 Lumen auf der Fahrbahn - also ungefähr den Wert der Xenontechnik, die allerdings ihre Sättigungs-Technikreife erreicht hat, während in der LED-Technik noch sehr viel Potenzial steckt. LED ermöglichen intelligentere Lösungen mit der Tendenz, dass die LED-Technik das Xenonlicht 2016/2017 möglicherweise markttechnisch überholen wird. Einräumen muss ich aber, dass im Weltmarkt zurzeit nur etwa 0,5 Prozent LED und zirka zehn Prozent Xenon sind, aber mehr als 89 Prozent Halogenglühlampenanteil herrschen. H7-Lampen werden in den aufstrebenden Märkten Südamerikas oder Asiens sehr preisgünstig bleiben und daher marktbeherrschend. Denn auch die Halogenglühlampe hat noch viel Potenzial.

Was kommt nach dem LED-Vollscheinwerfer?
Man müsste das Wort "Voll" noch einmal genau definieren. Der Audi R8 wurde im Jahr 2007 mit Abblendlicht, Fernlicht, Tagfahrlicht und Positionslicht vorgestellt. Der Audi A8 wurde ja in 2009 damit vorgestellt. Man hat beim A8 ein Abblendlicht, das aus zehn Linsengruppen mit separaten LED besteht. Hinzu kommen eine Allwetterlichtfunktion, ein Autobahnlicht, ein Stadtlicht, eine Fernlichtfunktion, eine Positions-, Signal- und Tagfahrlichtfunktion. Es wird alles einzeln benutzt. Der A8 hat somit einen AFS-Scheinwerfer. Die ultimative Lösung der Zukunft ist aber eine LED-Matrix oder -Array aus 100 oder 120 LED, woran eine deutsche Technische Universität sowie Daimler oder Audi schon arbeiten: Hier wird jede einzelne LED immer nur gerade dann an- oder ausgeschaltet oder gedimmt, wenn man sie benötigt. Man fährt immer mit Fernlicht. Eine Blendung wird ausgeschlossen, weil die Bildsensorkamera entgegenkommende Autos oder Radfahrer, sobald sie Licht anhaben, erkennt und die Steuerung einzelne LED in diesem Sektor ausschaltet oder dimmt.

Sind LED-Scheinwerfer wirklich so energiesparend und wartungsfrei?
Ja, die sind wirklich ökonomisch. Der Lexus LS 600h war im Jahr 2006 das erste Auto mit LED-Abblendlicht der Welt; der Scheinwerfer von Koito und die LED von Nichia sind also seit vier Jahren im Feld. Bis heute sind viele Autos auch anderer OEMs wie der R8 von Audi hinzugekommen, wo bis heute keine Ausfälle bekannt sind. Die halten ein Autoleben lang. Beim Abblendlicht reichen 21 bis 22 Watt für einen LED-Scheinwerfer mit der Leistung eines bisherigen H7-Scheinwerfers. Da man zwei am Auto benötigt, werden es zusammen etwa 42 bis 44 Watt. Bei Halogen- Glühlampen brauche ich aber 110 Watt, also deutlich mehr. Und die LED-Technik ist keine stillstehende Technik, sie geht mit großen Schritten weiter, Quantensprünge sind durchaus möglich. Heutige LED für die Straßenbeleuchtung haben 120 Lumen pro Watt, Kfz-LED sind erst bei 65 oder 70 Lumen pro Watt; in den nächsten drei Jahren werden schon 90 bis 100 Lumen pro Watt oder etwas mehr im Pkw möglich sein.

Lieber Professor Khanh, ich bedanke mich für das interessante Gespräch.

(Bild: Alexandra Lechner)


Autor(en): Michael Reichenbach

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