Xenonlicht

Unter Xenonlicht bei Kraftfahrzeugen versteht man den Einsatz einer Gasentladungslampe anstelle einer Halogen-Glühlampe im Abblendlicht oder Fernlicht. Im eigentlichen Sinn handelt es sich dabei um eine Quecksilberdampf-Hochdruck-Plasmalampe, bei der die Xenonfüllung nur als Startgas dient.

Zwischen zwei Wolfram-Elektroden der Xenon-Gasentladungslampe brennt ein konzentrierter Lichtbogen. Der extrem kleine Brennraum, ein Glaskolben aus Quarzglas, enthält eine Gasfüllung von Xenon unter hohem Druck sowie Quecksilber (mit Ausnahme der D4 von Philips) und Metallsalze - insgesamt weniger als 1mg. Beim Einschalten ist ein Hochspannungsimpuls erforderlich, den ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG, engl. ballast) erzeugt. Das EVG sorgt anschließend für eine Strombegrenzung, damit die Lampe nicht durchbrennt.

Seit 1991 wird die Gasentladungslampe im Automobil-Sektor als Xenonlicht angeboten: Erstmals in einem BMW der 7er-Reihe, zuerst ausschließlich als Abblendlicht, seit 2001 aber auch als Fernlicht im sogenannten Bi-Xenon-Scheinwerfer. Dabei wird für das Abblend- und Fernlicht ein und dieselbe Lampe verwendet. Es wird lediglich eine Blende aus dem Strahlengang geklappt und damit auf Fernlicht "umgeschaltet". Bei Doppel-Xenon-Scheinwerfern handelt es sich um eine Technik ohne Klappe, das Abblendlicht und das Fernlicht bestehen jeweils aus einem Brenner sowie separaten Linsen oder Reflektoren. Fahrzeuge mit Doppel-Xenon haben also vier Brenner und demnach auch vier Vorschaltgeräte.

Da Xenonlampen Gasentladungslampen sind, lassen sich defekte Brenner nicht an einem durchgebrannten Glühdraht erkennen. Sofern ein Defekt vorliegt, äußert sich dieser meist durch Durchschmelzen des inneren Kolbens, welcher mit dem Xenongas gefüllt ist.

Defekter D2S-Xenonbrenner

Funktionsweise

Damit die Gasentladungslampe an Kraftfahrzeugen im Straßenverkehr zum Einsatz kommen kann, muss der bekannt langsame Lichtanlauf beschleunigt werden. Der dafür notwendige Ablauf kann in drei Phasen beschrieben werden:

• 1. Zündung: Mit einem Hochspannungsimpuls wird - ähnlich wie bei einer Zündkerze - ein Funke erzeugt, der das ursprünglich elektrisch nicht leitende Gas ionisiert und dadurch einen leitfähigen Tunnel zwischen den Wolfram-Elektroden schafft. Durch diesen Tunnel wird der elektrische Widerstand klein und es fließt Strom zwischen den Elektroden. Der Strom regt das Xenon-Gas zur Lichtemission an. Es werden sofort etwa 15 % des Endlichtstromes abgestrahlt.
• 2. Anlaufphase: Die Lampe wird mit kontrollierter Überlast betrieben. Durch den mit höherer Leistung betriebenen Lichtbogen steigt die Temperatur im Kolben rasch an und die vorhandenen Metallsalze beginnen zu verdampfen, dadurch ändert sich die Lichtfarbe. Der Dampfdruck in der Lampe und die Lichtabgabe nimmt zu. Weiter sinkt der Widerstand zwischen den Elektroden, dieses erkennt das Steuergerät EVG und geht automatisch in den Dauerbetrieb über.
• 3. Dauerbetrieb: Alle Metallsalze sind in der Dampfphase, der Lichtbogen hat seine endgültige Form erreicht und die Lichtausbeute ihren Sollwert. Die zugeführte elektrische Leistung muss jetzt stabilisiert werden, damit der Lichtbogen nicht flackert.

Technische Einzelheiten

• Die Zündung der Lampe geschieht mit einem Hochspannungsimpuls mit bis zu 25.000 Volt (25 kV) .
• Bis zum Erreichen der vollen Lichtausbeute vergehen ca. 5 Sekunden.
• Bis sich die endgültige Lichtfarbe eingestellt hat, können bis zu 10 Sekunden vergehen.
• Im Dauerbetrieb wird die Lampe mit etwa 85 Volt häufig bei 400 Hertz Rechteckspannung betrieben. Neuere quecksilberfreie Lampen arbeiten bei etwa 40 Volt.
• Die elektrischen Parameter sind von der Gesamtbrenndauer und Zustand der Lampe (kalt, warm, heiß) abhängig.
• Der Farbort der Lampe im Brennbetrieb verändert sich mit der Gesamtbrenndauer der Lampe.
• Bei einer Gasentladungslampe handelt es sich um einen Linienstrahler, der nur ganz bestimmte Wellenlängen emittiert. Die Linien liegen alle im sichtbaren Bereich. Die Mischung der Linien ergibt dann die Farbe der Lichtquelle. Dem gegenüber strahlt eine Glühlampe ein kontinuierliches Spektrum ab. Das reicht weit in den nicht sichtbaren, Infrarot-Bereich hinein, d. h. eine Glühlampe gibt ca. 70-80% ihrer Leistung als nicht sichtbare Wärmestrahlung ab. Die restlichen 20-30 % sind die eigentliche Lichtabgabe. (Siehe auch Abschnitt "Lichtausbeute und Lebensdauer" unter Glühlampe.) Daher ist das abgestrahlte Licht einer Gasentladungslampe kälter als das einer Glühlampe.
• Normbezeichnungen der Lampe (Beispiele): D1S bzw. D2S oder D1R bzw. D2R.
• Als Weiterentwicklung der D2- und D1-Lampen werden seit einiger Zeit, zunächst in Japan, D4- bzw. D3 Lampen eingesetzt. Diese Typen kommen für eine bessere Umweltverträglichkeit ganz ohne Quecksilber aus. Daher werden sie auch „grüne Lampen“ genannt. Sie können nicht mit den Steuergeräten für D1- oder D2-Lampen betrieben werden, da die elektrischen Parameter innerhalb des Xenon-Systems unterschiedlich sind.

Unterschiede der Typen

Die Lampen, auch Brenner genannt, werden in die Bauformen D1S, D1R, D2S, D2R, D3S, D3R, D4S, D4R und D-H4R eingeteilt.

• Die D1, D3 Brenner verfügen über Hochspannungsanschlüsse (ursprüngliche Bauform) oder ein integriertes Zündteil (zur Zeit üblich).
• Die D2, D4 Brenner bestehen nur aus dem gesockeltem Brenner selbst.
• Brenner mit der Spezifikation DxS werden in DE- bzw. Linsenscheinwerfern verwendet. Sie verfügen über einen klaren Glaskolben.
• Brenner mit der Spezifikation DxR werden in Reflektorscheinwerfern verwendet. Sie haben einen lichtundurchlässigen Aufdruck (Pinstrip) auf dem Glaskolben. Er dient dazu, die gesetzlich vorgeschriebene Lichtverteilung zu erreichen.
• Brenner mit der Spezifikation D-H4R werden in Reflektorscheinwerfern mit P43t-Sockel (H4-Sockel) verwendet. Diese sind jedoch nur auf dem australischen Markt verfügbar und auch nur dort zugelassen.

Im Vergleich zu den R-Typen leuchten die S-Typen die Fahrbahn besser aus und sind daher weiter verbreitet. Grund hierfür ist der o. g. Pinstrip der R-Typen, der einen Lichtstromverlust von etwa 300 Lumen gegenüber den S-Typen verursacht. In den ECE-Mitgliedsländern (u.a. Deutschland und Österreich) besitzen nur die Typen D1S, D1R, D2S, D2R, D3S, D3R, D4S und D4R eine Zulassung.

Vorteile

• Die mittlere Lebensdauer beträgt 2000 Stunden. Zum Vergleich: bei einer H7-Halogenlampe liegt die mittlere Lebensdauer bei 450 Stunden.
• Geringe Leistungsaufnahme (35 Watt gegenüber 55 Watt bei den herkömmlichen Halogenlampen, z.B. H4 oder H7), d. h. mehr Licht bei geringerer Leistungsaufnahme.
• Doppelte Lichtausbeute gegenüber einer herkömmlichen Halogenlampe - dadurch kann der gesetzlich vorgeschriebene Bereich vor dem Fahrzeug besser ausgeleuchtet werden.
• Höhere Farbtemperatur (ca. 6000 Kelvin, bläulich-weiß), dadurch bessere Farbwiedergabe. Diese Farbtemperatur ist in Deutschland allerdings nicht mehr zulässig. Sie wurde auf etwa 4000 bis 5000 K begrenzt um die blaue Lichtfarbe zu entschärfen (eher grün). Dadurch wird das Licht allerdings auch etwas heller.
• In Verbindung mit der Ellipsoidtechnik ist eine kleinere bzw. niedrigere Scheinwerferbauweise möglich. Der Grund liegt in der geringeren Abgabe von Wärmestrahlung der Lampe (siehe Technische Einzelheiten) und des kleinen Leuchtkörpers im Zusammenhang mit dem Strahlengang eines Ellipsoidsystems.

Nachteile

• Schlechteres Durchdringungsvermögen bei Nebel aufgrund des hohen Blauanteiles - dieser wird an Nebel und Dunst stärker gestreut als langwelligeres Licht, dadurch sinkt der Kontrast.
• Erschütterungsempfindlicher als Halogenlicht (leichtes Flackern bei schlechten Straßenverhältnissen).
• Zum Betrieb der Lampe an einem Fahrzeugbordnetz wird ein Steuergerät (EVG = elektronisches Vorschaltgerät) benötigt.
• Die Wartung kann meist nur in der Fachwerkstatt erfolgen.
• Höherer Anschaffungspreis im Vergleich zu herkömmlichen Halogenscheinwerfern.
• Höherer Austauschpreis der Leuchtmittel (ca. 100 € pro Leuchtmittel). Oftmals sind auch die Steuergeräte für fehlendes Licht verantwortlich.
• Stärkere Blendwirkung des Verkehrs
  • bei falsch eingestellter Leuchtweite,
  • beim Überfahren einer Kuppe,
  • in Rechtskurven, wenn der Lichtkegel auf die Gegenfahrbahn kommt.
• Wegen der deutlich geringeren Wärmestrahlung gegenüber Glühlampen müssen bei Fahrten während starkem Schneefall die Scheinwerfer oft von Schnee und Eis befreit werden.
• Lichtfarbe ändert sich nach einiger Zeit, beschleunigt durch sehr häufiges Zünden (z. B. bei Verwendung als Tagfahrlicht).
• Lichtstärke nimmt mit steigender Betriebsdauer (Alterung) ab. Während sich die Lichtstärke bei Glühlampen bis auf 80 % reduzieren kann, bevor sie "durchbrennt", kann bei Xenonbrennern die Lichtstärke bis auf 60 % absinken.

Diskussion um Xenonlicht

Xenonlicht ist umstritten. Die höhere Lichtausbeute, die größere bestrahlte Fläche und die kontrastverstärkende Wirkung bei guten Sichtverhältnissen sind zweifelsohne die Verkehrssicherheit steigernde Vorzüge, die jedoch zuerst einmal nur dem Fahrer zu gute kommen. Nach neuesten Erkenntnissen würden sich bei einem flächendeckenden Einsatz von Xenonlicht 50% der schweren Unfälle bei Nacht auf Landstraßen und 30% der schweren Unfälle auf Autobahnen (und damit 18% der Todesopfer) vermeiden.

Bei korrekt eingestellter Beleuchtung blendet Xenonlicht nicht stärker als konventionelles Halogen-Licht. Bei fehlerhaft eingestellten Systemen, in bestimmten Fahrsituationen (Fahrt über eine Kuppe oder eine Bodenwelle, sowie bei versehentlich eingeschaltetem XE-Fernlicht bei Gegenverkehr) liegt die Blendwirkung deutlich höher als bei klassischen Scheinwerfern, was für einen entgegenkommenden Fahrer definitiv unangenehmer ist. Es gibt auch Fahrer, die Xenonlicht grundsätzlich als aggressiv empfinden. Mit zunehmender Verbreitung modernerer Systeme reduzierte sich jedoch die Blendwirkung.

Bei Nebel und schlechter Sicht wirkt sich der hohe Blauanteil negativ auf den Kontrast und die Sichtweite aus, da kurzwelliges Licht an Nebel und Dunst stärker gestreut wird als das langwelligere Glühlicht. Die Eigenblendung bei Nebel und starkem Schneefall ist deutlich höher.

Vorschriften für den Einbau in Kraftfahrzeugen

• Die Gasentladungslampe muss ECE-Regelung 99 entsprechen.
• Der Scheinwerfer muss ECE-Regelung 98 entsprechen.
• Der Anbau des Scheinwerfers am Kraftfahrzeug muss ECE-Regelung 48 entsprechen. Dabei wird eine automatische Leuchtweitenregulierung und eine Scheinwerferreinigungsanlage gefordert.
• Die Scheinwerferreinigungsanlage muss ECE-Regelung 45 entsprechen.

Spektrum der Xenonlampe

Spektrum D2

Wichtige Hinweise zur Nachrüstung

Für alle lichttechnischen Einrichtungen an Kraftfahrzeugen gilt: Die Art der Lichtquelle (z.B. Glühlampe, Halogenlampe, Xenonlampe, LEDs) ist immer Bestandteil der Zulassung. Daraus folgt:

• Die Gasentladungslampen dürfen nur in dafür zugelassenen Scheinwerfern eingesetzt werden.
• Das Bestücken eines Halogen-Scheinwerfers mit Gasentladungslampen (z.B. D2S, D2R) ist unzulässig und führt zum Erlöschen der Allgemeinen Betriebserlaubnis des gesamten Fahrzeugs.
• Aus den oben genannten Gründen ist nur die Nachrüstung von bauartgenehmigten Scheinwerfern zulässig, die nach ECE-Regelung 98 genehmigt wurden. Zusätzlich sind die oben aufgeführten "Vorschriften für den Einbau in Kraftfahrzeugen" zu beachten.

Verbraucher-Warnung des KBA:

• "Das Kraftfahrt-Bundesamt möchte die Verbraucher über die geltenden Vorschriften informieren und darauf hinweisen, dass nachträgliche Veränderungen an bauartgenehmigten Lichtquellen (dazu zählt auch der Sockel) oder nachträgliche Veränderungen an bauartgenehmigten Scheinwerfern (einschließlich der mit der Genehmigung für den Scheinwerfer festgelegten Lichtquellen) zum Erlöschen der Bauartgenehmigungen der Lichtquellen bzw. Scheinwerfer und somit zum Erlöschen der Betriebserlaubnis für das Fahrzeug führen."
  (Quelle: [1])

Weblinks

• Xenonlicht FAQ
• über Xenonlicht auf kfztech.de