LED-Scheinwerfer
LED-Scheinwerfer sind Scheinwerfer, bei denen Leuchtdioden (kurz: LEDs, d. h. Licht emittierende Dioden, englisch light emitting diode) als Leuchtmittel eingesetzt werden.
LEDs sind lichtemittierende Halbleiter-Bauelemente. Fließt durch die Diode elektrischer Strom in Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht, Infrarotstrahlung oder auch Ultraviolettstrahlung ab.
Die Wellenlänge des Lichts hängt vom Halbleitermaterial und der Dotierung ab. Elektrische Energie wird, im Vergleich zu Glühlampen, mit relativ geringen Wärmeverlusten in Licht umgewandelt. Dabei wird Licht sehr schmalbandig emittiert, sodass einfarbige LED häufig Rot, Grün und Blau leuchten. Zur Erzeugung von breitbandigem bzw. weißem Licht können entweder unterschiedlich farbige LEDs ihre Farbspektren überlagern oder es werden einfarbige LED mit photolumineszierendem Farbstoff kombiniert. Damit kann kurzwelliges, höherenergetisches Licht wie das blaue Licht der LED in langwelligeres Licht umgewandelt werden. Die Wahl der Leuchtstoffe kann variieren und legt die Farbtemperatur des emittierten Lichtes fest.
Da einzelne, kleinere LEDs im Vergleich zu Glüh- oder Xenon-Gasentladungslampen einen geringen Lichtstrom besitzen, werden meist mehrere LEDs flächig gebündelt in sogenannten LED-Modulen zusammengeschaltet. Dabei kann jede LED mit einer eigenen Bündelungsoptik versehen oder eine gemeinsame Optik für das gesamte Modul verwendet werden. Zur Bündelung können Linsen, Parabolspiegel oder verschiedene Kombinationen daraus für jede einzelne LED oder auch für ganze Module verwendet werden. Die einzelnen Abstrahlcharakteristiken mitteln sich mit ihren Fehlern (Ausrichtung und Abstrahlwinkel) zur Gesamt-Richtwirkung, die bisher jedoch noch weit geringer ist als die mit Glühlampen oder Gasentladungslampen (Hochdruck-Kurzbogenlampen) erreichbare. Bei größeren LED-Scheinwerfern ist ein Thermomanagement notwendig, da LEDs aufbaubedingt temperaturempfindlich sind. Häufig werden einfache Kühlkörper verwendet, um eine ausreichende Kühlung sicherzustellen. Auch kann das Gehäuse bzw. der Geräteträger als Kühlkörper genutzt werden. Die LEDs werden in kleineren Gruppen in Reihe und diese wiederum parallel zu einer Matrix (array) zusammengeschaltet und aus einer Konstantstromquelle mit Schutzschaltungen versorgt. Bei Gleichstrom besteht die Stromquelle im einfachsten Fall aus einem Widerstand, bei größeren Scheinwerfern einer elektronischen Schaltung oder einem Schaltregler. Wird Wechselstrom verwendet, sind elektronische Vorschaltgeräte notwendig, welche im einfachsten Fall aus Kleinsttransformator, Vorschalt-Kondensator, einem Gleichrichter und einem Glättungskondensator bestehen.
Bei höherwertigen Scheinwerfern ermöglicht die Elektronik viele Funktionen, wie etwa eine Lichtstromnachführung zur Vorbeugung der Degradation der LED, eine Helligkeitsregelung und bei mehrfarbigen Scheinwerfern die kontinuierliche Änderung der Lichtfarbe durch additive Farbmischung von LEDs der Grundfarben Rot, Grün und Blau.
LED-Scheinwerfer ersetzen zunehmend andere Scheinwerfer, weil sie langsamer altern, weniger Wärmeverluste haben und gegenüber Glühlampen weniger Energie für den gleichen Lichtstrom benötigen. LED-Scheinwerfer werden in Effektbeleuchtungen, Lichtshows, Bühne und Diskotheken in Kombination mit Lichtsteuerungen verwendet. Es sind keine Farbwechselmechanik oder Farbfilter mehr notwendig. Auch Operationsleuchten verwenden LED. Die Lichtmikroskopie nutzt kleine LED-Strahler. Kleine LED-Scheinwerfer ersetzen zunehmend Halogen-Kaltlichtspiegellampen für Netzbetrieb und für Betrieb an einem 12-Volt-Netztransformator, wie er auch für Halogen-Niedervolt-Systeme verwendet wird. Ringförmige Leuchten aus vielen selbstbündelnden weißen oder einfarbigen LEDs werden bei der Objekterkennung in der Automatisierungstechnik eingesetzt.
Infrarot-LED-Scheinwerfer werden zum Objektschutz mittels Überwachungskameras eingesetzt.
Bei der Fahrzeugbeleuchtung sind LED-Scheinwerfer technisch möglich und finden immer weitere Verbreitung. Lange Zeit waren die LED zu schwach und die Geometrie des Lichtkegels (Abblendlicht) bereitete Schwierigkeiten. Inzwischen sind besonders bei Personenkraftwagen auch adaptive LED-Scheinwerfer in Gebrauch, die gegenüber konventionellen Scheinwerfern Vorteile bieten.
Die Leuchtgeometrie und die Funktionen werden mit Spiegeln oder Linsen realisiert. Aufgrund der schnellen Steuerbarkeit vieler einzelner LED kann oft auf bewegte Teile verzichtet werden.
Eine Kfz-Halogenglühlampe mit 55 W erzeugt einen Lichtstrom von ca. 1.200 bis 1.500 Lumen, eine LED-Lampe erreicht bis zu 3.000 Lumen.
Trotz der neuen Möglichkeiten im Bereich der LED-Technik – beispielsweise im Design – hatten das 1991 eingeführte Xenonlicht (mit 38 %) und Halogen-Scheinwerfer 2016 weiterhin einen hohen Anteil an den Neuzulassungen. Neben der Verringerung der thermischen Verlustleistung der Hochleistungs-LEDs wird von Herstellern an Lösungen ohne aktive Kühlung gearbeitet.
Der Austausch der weit verbreiteten Halogenlampen in Autoscheinwerfern durch LED-Retrofits ist in Europa verboten. 2017 zeigte eine ADAC-Studie viele Vorteile – besonders für die Verkehrssicherheit. Geprüft wurden LED-Modelle von Osram, Philips, Nighteye und Ring in H4-/H7-Scheinwerfern.
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