Fahrzeugbeleuchtung

Die Evolution der Fahrzeugbeleuchtung

Die Lichttechnik im Kraftfahrzeug hat eine lange traditionsreiche Geschichte. Die ersten Autofahrer mussten sich noch mit Karbidlampen, Kerzen und Petroleum begnügen. Mittlerweile zählen auch Designaspekte und die Mensch-Maschine-Kommunikation. Anhand eines deutschen Autoherstellers lässt sich die Geschichte des Fahrzeugscheinwerfers skizzieren.

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Das "Bilux"-Licht kam im Mercedes-Benz W29 (500 K) zum Einsatz. Es vereint Abblend- und Fernlicht in einem Reflektor.

Ohne Licht keine Sicht oder sehen und gesehen werden. Beides trifft auf das Automobil zu, wenn es im Straßenverkehr sicher unterwegs sein will. Einfachste Scheinwerfer waren bereits Teil der ersten Automobile. Gerade in der dunklen Jahreszeit ist Licht einer der wichtigsten Sicherheitsfaktoren, denn noch immer steigt das Unfallrisiko bei Dunkelheit auf das Doppelte an. Doch beim Sicherheitsfaktor endet es nicht: Bei der Fahrzeugbeleuchtung handelt es sich längst um viel mehr als die Lichtquelle eines Fahrzeugs, denn dahinter steckt auch ein Plus an Komfort und Design.

Vor über hundert Jahren wurde die Beleuchtung der Kutschen für die ersten Kraftfahrzeuge übernommen. Wie der technische Vorgänger, die Pferdekutschen, sind die ersten Automobile der Welt mit Kerzen-Laternen ausgestattet, die nur wenige Meter Sichtweite bieten. Dadurch wurde das Fahren im Dunkeln ein echtes Abenteuer. Etwas besser wurde die Situation der Autofahrer mit der Einführung von Petroleum- und Karbidlampen sowie die Einführung der ersten (batterie-) elektrischen Scheinwerfer um 1910, die sich in den 1920er Jahren immer mehr durchsetzen.

Bilux-Licht aus Stuttgart

Die elektrischen Scheinwerfer müssen nicht mehr mühsam angezündet und gelöscht werden, sie lassen sich später sogar auf- und abblenden. Die Abblendung erfolgt anfänglich mittels eines mechanisch betätigten, verschiebbaren Ringes über der Birne. Die Energie kam bereits damals aus der „Lichtmaschine“, einem Generator, der auch heute noch den Strom zur Beleuchtung liefert.  Die Scheinwerfer waren in der Paraboloidbauweise ausgeführt, was bis in die 90er Jahre Standard bleiben sollten.

Im Jahr 1934 präsentierte der Stuttgarter Autobauer Mercedes das „Bilux-Licht“. Erstmals kam es im Mercedes-Benz W29 (500 K) zum Einsatz. Es vereint Abblend- und Fernlicht in einem Reflektor. Die Zweifaden-Glühlampe erzeugt dazu zwei verschieden starke und unterschiedlich geneigte Strahlenbündel. Diese Technik war nun bis in die 1970er Jahre Standard.

Halogen als neuer Standard

Eine Änderung hielt dann mit 1971 Einzug in die Automobilindustrie. Mit dem Mercedes SL (R107) kam die Halogen-Lampe (H4-Birne) auf den Markt. Sie ist die erste Glühbirne mit Halogentechnik für Abblend- und Fernlicht und verdoppelte auf einen Schlag die Sichtweite. Eine echte Revolution.

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Der Mercedes SL (R107) hatte bereits H4-Birnen statt dem Bilux-Licht von Osram. 

Xenon revolutioniert das Licht  

In den frühen 90er Jahren sorgte der Xenon-Scheinwerfer für echte Furore. 1995 bot er eine dynamische Leuchtweitenregulierung in der Limousine E-Klasse (W210). Eine im wahrsten Sinne des Wortes zündende Idee sind die Gasentladungslampen. Sie erhöhen die Lichtausbeute im Vergleich zur Halogenlampe um das Dreifache. Im Gegensatz zum Wolframdraht in der H4-Birne, halten die Xenon-Lampen länger und brauchen weniger Strom.

Ellipsoidbauweise kommt auf den Markt

Zudem sorgt die dynamische Leuchtweitenregelung dafür, dass andere Verkehrsteilnehmer weniger geblendet werden. Erstmals kamen nun auch sogenannte DE-Scheinwerfer in Ellipsoidbauweise auf den Markt. Es ermöglichte Scheinwerfer besonders klein aber mit hoher Lichtleistung zu bauen. Der klassische Xenon wurde durch die Bi-Xenon-Technik im Mercedes CL (C215) im Jahr 1999 abgelöst.

Erstmals funktioniert auch das Fernlicht per Gasentladung. 2003 wird in der E-Klasse (W211) der Bi-Xenon-Scheinwerfer um das aktive Kurvenlicht ergänzt. Drei Jahre später stellt Mercedes in der E-Klasse sein „Intelligent Light System“ (ILS) vor. Dabei handelt es sich um ein adaptives Scheinwerfersystem mit variabler Lichtverteilung, das sich den Wetter-, Licht- und Fahrbedingungen automatisch anpasst.

Volldynamische LED-Scheinwerfer

Der nächste große Sprung gelang im Jahr 2010. Damals kam der erste volldynamische LED-Scheinwerfer im CLS (C219) auf den Markt. Das neue Lichtsystem bietet wie bei Bi-Xenon-Scheinwerfern das Intelligent Light System, dessen insgesamt fünf Lichtfunktionen - Landstraßenlicht, Autobahnlicht, Erweitertes Nebellicht, Aktives Kurvenlicht sowie Abbiegelicht - auf typische Fahr- oder Wetterbedingungen abgestimmt sind. Die Lichtspezialisten von Mercedes-Benz konnten die LED-Technologie hier zudem erstmals auch mit dem bekannt innovativen Adaptiven Fernlicht-Assistenten verbinden, was zu einem völlig neuen Sicherheitslevel bei Nacht führt.

Rund 100 Jahre nach Einführung der elektrischen Fahrzeugbeleuchtung kam die S-Klasse (W222) als weltweit erstes Fahrzeug ganz ohne Glühlampen aus. Sie setzt als erstes Auto serienmäßig ausschließlich auf LED-Leuchten. Eine Weltpremiere stellt auch die so genannte Mehrpegelfunktionalität der Rückleuchten dar: Rücksichtsvoll gegenüber nachfolgenden Verkehrsteilnehmern werden das Bremslicht und der Blinker bei Nacht oder beim Warten an einer roten Ampel gedimmt.

Multibeam LED mit Pixeln

Im CLS (Baureihe 218) kommen erstmals sogenannte „Multibeam LED“-Scheinwerfer zum Einsatz. Mit der Pixelzahl in LED-Scheinwerfern verhält es sich wie mit der Anzahl der Pixel auf Bildschirmen: Je mehr Bildpunkte, desto höher die Auflösung und umso feiner kann das Bild dargestellt werden. Zugleich ermöglicht eine hohe Pixelzahl eine größere Dynamik in der Darstellung.

In der Wahrnehmung führt dies zu einer deutlichen Steigerung von Präzision und Brillanz. Nun gibt es 24 Hochleistungs-LED pro Scheinwerfer. Vier Steuergeräte pro Fahrzeug berechnen 100 Mal pro Sekunde die jeweils ideale Lichtverteilung und aktivieren jede LED individuell und in 255 Stufen dimmbar. Trotz seiner enormen Leistungsfähigkeit ist das Präzisions-Fernlichtmodul der Multibeam-LED Scheinwerfer kaum handtellergroß und jeder seiner 24 Hochleistungs-LED Chips nicht größer als der Querschnitt eines Reiskorns.

Visuelle Kommunikation

Das Forschungsfahrzeug Mercedes-Benz F 015 „Luxury in Motion“, das einen Ausblick auf die autonome Zukunft des Fahrens gibt, kommuniziert visuell mit seinem Umfeld. Wenn das Auto selber fährt, sollen andere Verkehrsteilnehmer verstehen, was das Fahrzeug vorhat. Displays an Front und Heck verfügen über eine Kommunikationsmatrix aus dreidimensionalen, stabförmigen LED-Modulen sowie zwei Außenblöcken, die aus großen LED-Stäben bestehen.

Ein schmales LED-Leuchtband oberhalb des Heck-Displays zeigt fahrspezifische Funktionen wie Bremsen, Blinken und den Fahrmodus des F 015 an. Beim Start leuchten nacheinander die LED-Blöcke in den beiden Kommunikationsdisplays auf. Über die Farbe seiner Lichter zeigt der F 015 an, in welchem Fahrmodus er sich befindet – Blau steht für autonom, Weiß für manuell.

Im Jahr 2016 feierte der Multibeam-LED-Scheinwerfer mit 84 Pixeln in der E-Klasse (W213) Premiere. Statt 24 strahlen nun 84 einzeln ansteuerbare Hochleistungs-LED pro Scheinwerfer. So kann die Fahrbahn mit bislang nicht erreichter, exakt gesteuerter Lichtverteilung außergewöhnlich hell und präzise ausgeleuchtet werden, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden.

Digital Light auf dem Vormarsch

Im selben Jahr zeigt Mercedes-Benz, wie die Zukunft der Fahrzeugscheinwerfer dank "Digital Light" aussehen wird. Blendfreies Dauerfernlicht in HD-Qualität mit höchster Performance ermöglicht wegweisende Fahrerassistenz und Kommunikation mit anderen Verkehrsteilnehmern. Pro Scheinwerfer arbeiten Chips mit über einer Million Mikrospiegeln, also über zwei Millionen insgesamt pro Fahrzeug.

Auf die Fahrbahn projizierte Führungslinien, erweiterte Fußgänger- und Abstandsmarkierung helfen beim Navigieren durch schwierigere Fahrsituationen wie zum Beispiel Baustellen, wenn Fußgänger nahen oder der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug nicht mehr regelkonform ist. 2018 schaffte es der Multibeam-LED mit 18 individuell steuerbaren LEDs auch in die A-Klasse und damit in alle Fahrzeugsegmente des Herstellers aus Stuttgart.

Mensch-Maschine-Kommunikation

Eine 360-Grad-Lichtsignalisation wird an einer „kooperativen S-Klasse“ vor zwei Jahren vorgestellt. Als automatisiertes Fahrzeug gibt es über entsprechende Lichtsignale Auskunft darüber, was als nächstes passiert. Permanent leuchtendes Licht zeigt: Das Fahrzeug ist im automatisierten Fahrmodus, unabhängig davon, ob es fährt oder steht. Langsames Blinken bedeutet, das Fahrzeug bremst ab. Schnelles Blinken kündigt an, das Fahrzeug fährt in Kürze los.

Auch das Sicherheits-Forschungsfahrzeug ESF 2019 kommuniziert per Lichtsignal mit anderen Verkehrsteilnehmern, denn auch verantwortungsvolle Autofahrer geben ständig Signale wie „Ich habe Dich gesehen“, „Ich bleibe stehen“, „Vorsicht Stauende“ oder „Ich lasse Dir Platz“ an andere Verkehrsteilnehmer. Mit deutlichen türkisfarbenen Lichtzeichen kann dies auch das ESF 2019.

Mercedes-Benz Cars, Fahrzeugstudien, Designstudien, Daimler Global MediaSite, EQ, 09 - 2019, Mercedes-Benz Pkw, Pressemappen nach Jahren, 2019, Showcar Mercedes-Benz VISION EQS: Schönheit, die nachhaltig bew, Marken & Produkte © Daimler AG

Vision EQS: Insgesamt 940 Einzel-LEDs im dreidimensionalen Raum erhalten die Lichtsignale, mit denen das Fahrzeug mit seiner Umgebung interagiert. 

So schafft das Fahrzeug Vertrauen durch Information. Die Kommunikation erfolgt über das große Frontpanel, LEDs in der Sensoreinheit auf dem Dach, in den Blinkern der Außenspiegel und der dritten Bremsleuchte und über Projektionen auf die Heckscheibe. Mit Animationen und Symbolen werden Warnungen und Nachrichten übermittelt.

Im letzten Jahr wurde auf der deutschen Automobilmesse IAA „Vision EQS“ vorgestellt. Der digitale Frontgrill ermöglicht ein neues Level an präziser Signalisation. Durch die insgesamt 940 Einzel-LEDs im dreidimensionalen Raum erhalten die Lichtsignale, mit denen das Fahrzeug mit seiner Umgebung interagiert, eine faszinierende Tiefenwirkung. Weiteres Highlight des Vision EQS sind die neuen Digital-Light-Scheinwerfer mit je zwei Holographic-Lens-Modulen.

Dadurch entsteht eine beinahe unbegrenzte Anzahl an Darstellungsmöglichkeiten, welche einen Ausblick auf die zukünftigen Lichtinszenierungen von Mercedes-Benz gibt. Sie zeigt auch, dass Licht in Zukunft auch für die Mensch-Maschine-Kommunikation von Bedeutung und damit auch weiterhin ein Kernelement für Sicherheit, Ästhetik und Design sein wird.