Gemeinsam für eine zukunftsfähige Beleuchtung

Drei wichtige Forschungserfolge sind den Partnerunternehmen des auf deutscher Seite vom BMBF geförderten Projekts „Solutions for Energy Efficient Lighting (SEEL)“ bei Hochdruckentladungslampen (HID) und LED gelungen: Sie haben Xenon-Lampen für Autoscheinwerfer mit einer geringeren Zündspannung als bisher entwickelt, höhere Temperaturfestigkeiten an Demonstrations-Modulen für LED-Scheinwerfer nachgewiesen und dimmbare HID-Lampen für die Allgemeinbeleuchtung verbessert.

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Dank verbesserter Zündeigenschaften können HID-Lampen nun ähnlich schnell geschaltet werden wie Energiesparlampen und zum Beispiel Verkaufsräume in modernem Licht erstrahlen lassen [Bild: OSRAM AG]

Dank verbesserter Zündeigenschaften können HID-Lampen nun ähnlich schnell geschaltet werden wie Energiesparlampen und zum Beispiel Verkaufsräume in modernem Licht erstrahlen lassen [Bild: OSRAM AG]

Xenon-Lampen mit nur 25 Watt Leistung sind bereits auf dem Markt. Mit den SEEL-Forschungserfolgen können Xenon-Scheinwerfersysteme auch bald zum Standard in Mittelklasse- und Kleinwagen werden [Bild: OSRAM AG]

Das Ziel von SEEL, energieeffizientere und dynamische Lösungen für die Allgemeinbeleuchtung und Auto-Anwendungen voranzutreiben, ist somit in greifbare Nähe gerückt.

HID-Lampen und LED sind die Zukunft in der Allgemein- und Automobilbeleuchtung: Sie besitzen nicht nur eine gute Lichtqualität, sondern benötigen auch wenig Energie. Jedoch erfüllen sie noch nicht alle typischen Anforderungen für diese Bereiche. So sind HID-Lampen für die Allgemeinbeleuchtung nur bedingt dimmbar, haben kein Sofortlicht, und das Gesamtsystem mit Betriebsgerät ist nicht kompakt genug; LED und ihre Betriebselektronik haben mit den hohen Temperaturen im Fahrzeug zu kämpfen. Zudem sind die Anschaffungskosten vergleichsweise hoch. Um HID und LED in der Breite marktfähig zu machen, engagiert sich seit 2010 ein Konsortium aus ganz Europa im europäischen, auf drei Jahre angelegten SEEL-Projekt. Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Deutschland wie die AUDI AG, BAG electronics, Bender + Wirth, Elmos Semiconductor, Infineon Technologies, das Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration Berlin, NXP Semiconductors, OSRAM AG, Philips Technologie GmbH (Aachen) und die Ruhr-Universität Bochum (Lehrstuhl für Allgemeine Elektrotechnik und Plasmatechnik) arbeiten gemeinsam an neuen effizienten Lichttechnologien.

Das auf der europäischen Ebene im Rahmen des Forschungsprogramms CATRENE (Cluster for Application and Technology Research in Europe on Nano Electronics) durchgeführte Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Programmes IKT 2020 (Informations- und Kommunikationstechnologie) mit insgesamt rund 6,7 Millionen Euro gefördert. Die BMBF-Förderung erfolgt dabei auch vor dem Hintergrund, weitere Beiträge zur Energieeinsparung zu ermöglichen.

Drei Meilensteine für mehr Energieeffizienz haben die SEEL-Partner nun erreicht:

1. Entwicklung von Xenon-Lampen mit geringerer Zündspannung für Auto-Scheinwerfer
Xenon-Lampen sind leistungsfähig und energieeffizient – mit ihnen kann über die Hälfte der elektrischen Energie in Frontscheinwerfern eingespart werden. In Oberklassewagen gefragt, sind sie für einen breiten Einsatz zurzeit noch zu teuer. Mit den SEEL-Forschungserfolgen haben Xenon-Scheinwerfersysteme jedoch das Potential, auch zum Standard in Mittelklasse- und Kleinwagen zu werden. Bereits erhältlich sind Xenon-Lampen mit nur noch 25 Watt Leistung. Die SEEL-Partner optimieren nun den Stromübergang zwischen Elektroden und Lichtbogen und verringern die benötigte Zündspannung, so dass die Ansteuerelektronik vereinfacht werden kann. Xenon-Scheinwerfer mit diesen Eigenschaften können in die breite Anwendung gehen und erhöhen gleichzeitig die Verkehrssicherheit: Mehr Autos werden mit besserem und hellerem Licht auf den Straßen fahren.

2. Neue temperaturfeste LED-Autoscheinwerfer
Gut sichtbares Licht und modernes Design bei geringem Energieverbrauch und langer Lebensdauer – die Nachfrage nach LED-Scheinwerfern steigt. Da sich LED und ihre Betriebselektronik in einer kühlen Umgebung am wohlsten fühlen, haben die SEEL-Partner ihr Augenmerk auf die Temperaturfestigkeit von LED-Scheinwerfer-Modulen gelegt, um mit weniger aufwändigen Kühlkonzepten auszukommen. Das Ergebnis sind LED-Demonstrationsmodule mit verbesserter Wärmeabfuhr sowie optimierten Elektronik-Komponenten und Verbindungsmaterialien, die aufwändige Temperaturwechseltests bestanden haben. Die Scheinwerfer-Demonstratoren werden im nächsten Schritt im Fahrbetrieb getestet werden.

3. Entwicklung von dimmbaren HID-Lampen für die Allgemeinbeleuchtung
Entscheidend verbessert wurde das Anlauf- und Dimmverhalten von HID-Lampen, indem neue elektronische Ansteuermethoden und eine spezielle Füllmischung eingesetzt wurden. Der Farbeindruck bleibt dabei konstant. Die verbesserten Zündeigenschaften sorgen zudem dafür, dass die neuen HID-Lampen ähnlich schnell geschaltet werden können wie etwa Energiesparlampen. Trotz der Änderungen sind die Gehäusemaße kompakt, so dass HID-Lampen flexibel und wenig aufwändig in unterschiedliche Anwendungen integriert werden können und alltagstauglich werden. Der nächste Schritt ist, die Abmessungen noch weiter zu reduzieren.

Alle erfolgreichen Versuchsergebnisse bei HID und LED werden im kommenden SEEL-Projektablauf aus dem Labor in die Demonstrations-Phase überführt, um eine noch bessere Anpassung an die realen Betriebsbedingungen zu erzielen. In naher Zukunft können diese Technologien so zu neuen Produkten in der Allgemein- und Automobilbeleuchtung führen.