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Bringing light to life
Faszination Licht
Licht ist Lebensquell und Inspiration, allgegenw�rtig und doch mysteri�s. Seit Menschen in der Lage sind, ihren Platz in der Welt zu hinterfragen, wird die Sonne als Spender von W�rme und Licht verehrt. Selbst wenn wir unseren Stern heute nicht mehr als Gott anbeten, so besch�ftigt Licht immer noch die kl�gsten K�pfe unserer Zeit, denn �ber allem schwebt die Frage nach dem Wesen des Lichts.
Quelle: Horst Frank @wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Was ist Licht?
Elektromagnetische Wellen mit einer Wellenl�nge zwischen 380 nm und 780 nm bezeichnet man als Licht bzw. Farbspektrum, denn nur diesen Bereich elektromagnetischer Strahlung k�nnen Menschen mit ihren Augen wahrnehmen. Licht kann man aber auch als Quantenobjekt auffassen, dass sich aus vielen Elementarteilchen zusammensetzt, die eine Masse von 0 besitzen und sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Energiequanten werden als Photonen bezeichnet, die je nach Betrachtungsweise sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften aufweisen. Der "Welle-Teilchen-Dualismus" des Lichts und seine Erforschung haben u.a. zur Quantenfeldtheorie gef�hrt, mit der sich die beobachteten Ph�nomene erkl�ren lassen. Licht besch�ftigt aber nicht nur theoretische Physiker sondern vor allem auch clevere Erfinder.
Geschichte der Gl�hlampe
Belege f�r erste Gl�hlampen finden sich bereits Anfang des 19. Jahrhundert, wobei schon 1801 nachgewiesen werden konnte, dass mit Strom zur Glut gebrachte Metalldr�hte, Licht emittieren. Packt man den Draht in ein Vakuum, kommt es mangels Sauerstoff nicht zur Verbrennung. Allerdings vergingen von der ersten Idee bis zur weltweiten Revolution noch viele weitere Jahrzehnte. Dabei galt es zum einen, das Vakuum zu verbessern und zum anderen auch neue Metalle mit h�herem Schmelzpunkt zu finden. Die Lebensdauer erster Gl�hlampen war n�mlich alles andere als �berzeugend. Thomas Alva Edison hat mit zahlreichen Verbesserungen seinen Beitrag geleistet, Gl�hlampen als Massenprodukt zu fertigen und OSRAM war in Person von Carl Auer von Welsbach ganz fr�h mit von der Partie. Von Welsbach gelang es n�mlich, das spr�de Wolfram und das schwierig zu verarbeitende Osmium so zu verbinden, dass Gl�hdr�hte mit bis dato ungekannter Haltbarkeit m�glich waren. Der Name OSRAM weist noch heute auf diesen entscheidenden Schritt in der Lichtentwicklung hin.
Gl�hlampen sind so genial, das sich am prinzipiellen Aufbau auch heute wenig ge�ndert hat. Noch immer findet man die teilweise als Gl�hbirnen bezeichneten Leuchtmittel z.B. in Signallampen f�r die Blinker sowie als Lampen f�r Kofferraum oder Handschuhfach sowie in fast jedem Haushalt. Energiesparlampen und vor allem moderne LED-Technologie l�st die kleinen Heizk�rper aber derzeit ab, denn trotz aller Verbesserungen gelten Gl�hlampen zurecht als ineffizient. Ein Gro�teil der ausgestrahlten Energie wird n�mlich nicht als Licht emittiert, sondern als W�rmestrahlung im Infrarotbereich abgegeben. Nur ca. 5% des eingespeisten Stroms stehen damit als Lichtausbeute zur Verf�gung.
Vorteile von Halogengl�hlampen?
Um den Wirkungsgrad normaler Gl�hlampen zu verbessern, kann man die Gl�htemperatur erh�hen, allerdings geht dies zulasten der Haltbarkeit. Um auch bei Betriebstemperaturen von bis zu 3100 Kelvin eine Lebensdauer zwischen 2.000 und 5.000 Stunden zu erreichen, wird bei Halogengl�hlampen der Glaskolben durch Quarzglas ersetzt und das Halogen Iod eingef�llt. Das Iod reagiert mit den durch die Hitze verdampften Wolfram-Atomen und verhindert, dass sich diese an dem Glaskolben niederschlagen. Die kompakte Bauform erlaubt zudem einen h�heren Betriebsdruck, wodurch das Abdampfen der Gl�hwendel reduziert wird. In der Konsequenz ist die Halogengl�hlampe effizienter, strahlt wei�eres Licht ab und ist zudem noch langlebiger als andere Gl�hlampen. Halogenlampen sollte man jedoch nie am Glaskolben anfassen, da sich durch das Fett im Betrieb lokale Temperaturunterschiede ergeben k�nnen, die die Lebensdauer beeintr�chtigen. Defekte Halogengl�hlampen weisen meist einen geru�ten Glaskolben und eine geschmolzene Gl�hwendel auf.
Wie funktionieren Xenon-Lampen?
Leuchten mit Halogengl�hampen sind immer noch weit verbreitet, doch ein nicht unerheblicher Teil der Neuzulassungen in Deutschland rollt mit Xenon-Scheinwerfern auf die Stra�e. Im Unterschied zu Gl�hlampen besitzen Xenon-Lampen keinen Gl�hdraht mehr. Stattdessen wird zwischen den Wolfram-Elektroden ein Gemisch aus dem Edelgas Xenon sowie unterschiedlichen Metallhalogeniden erhitzt und ionisiert. Je nach Zusammensetzung kommen dabei u.a. Quecksilber, Natrium sowie seltene Erden zum Einsatz, die bei Zimmertemperatur sowohl fest, fl�ssig als auch gasf�rmig vorliegen k�nnen. Xenon-Lampen sind deutlich heller als Halogengl�hlampen, dabei besitzen sie eine geringere Leistungsaufnahme und h�here Lebensdauer. Zudem kommt das Licht dem Tageslicht mit seiner hohen Farbtemperatur sehr nahe und die kontrastverst�rkende Wirkung hilft, Gefahren im Stra�enverkehr besser wahrzunehmen.
OSRAM XENARC Night Breaker Laser f�r Autos mit Xenonlicht.
Andererseits wird auch ein Z�ndger�t ben�tigt, dass den Lichtbogen zwischen den Wolfram-Elektroden durch Hochspannung erzeugen muss. Um die Z�ndspannung der Lampen zu reduzieren, wird das Gemisch idealerweise vorher ionisiert. Dies kann u.a. durch radioaktive Elemente wie Thorium oder Krypton erfolgen. Die Strahlenbelastung ist dabei aber �u�erst gering. Nach dem Z�nden der Lampe, erw�rmt sich der Xenon-Brenner und alle Bestandteile des Gemisches verdampfen. Durch die unterschiedlichen Schmelztemperaturen der Elemente kann es nun zu einem Farbumschlag kommen. Moderne Xenon-Brenner erreichen ihre Betriebstemperatur aber bereits nach wenigen Augenblicken. Die XENARC NIGHT BREAKER LASER von OSRAM geh�rt zu diesen Performance-Lampen und bietet einen bis zu 250 Meter weit reichenden Lichtkegel.
In Zukunft LED-Scheinwerfer?
Kurz gesagt: Ja! Licht emittierenden Dioden geh�rt nicht nur die Zukunft sondern bereits die Gegenwart. Scheinwerfer mit den Halbleiter-Bauelementen gibt es aktuell in Ausf�hrungen, bei denen entweder nur die Zusatzfunktionen wie z.B. die Blinker oder das Tagfahrlicht mittels LEDs realisiert werden oder nur das Abblendlicht. Auch Voll-LED-Scheinwerfer sind bereits auf dem Markt und �berzeugen durch eine extrem lange Lebensdauer der Leuchtmittel. Die Leuchtdioden selbst verbrauchen zudem nur einen Bruchteil der Energie einer Gl�hlampe. Ein gro�er Teil steht direkt als sichtbares Licht zur Verf�gung und die Verluste durch Infrarotstrahlung oder ultraviolettes Licht sind gering. Die einzelne Diode emittiert in einem sehr schmalen Frequenzbereich so dass Rot, Blau und Gr�n kombiniert werden m�ssen, um wei�es Licht zu erzeugen. Teilweise kommt auch photolumineszierender Farbstoff zum Einsatz.
Neue OSRAM LEDriving-Scheinwerfer im Vergleich zu den alten Halogen-Leuchten.
Die kleinen LED sind aber nicht nur sparsamer, effizienter und l�nger haltbar. Sie k�nnen auch durch Linsen und Parabolspiegel jeweils einzeln in ihrer Abstrahlcharakteristik und Ausrichtung ver�ndert werden. Dadurch sind theoretisch Scheinwerfer realisierbar, die adaptiv auf die Verkehrssituation reagieren und z.B. die eigene Spur vollwertig ausleuchten und die Spur des Gegenverkehrs abblenden. Auch die Projektion von Geschwindigkeitshinweisen und Warnschildern auf die Fahrbahn ist mit dieser Technik m�glich. Die komplexe Steuerung macht LED-Scheinwerfer aktuell aber noch relativ teuer. Auch alte gesetzliche Normen stehen teilweise der Einf�hrung im Weg. Wollen Sie Ihr Fahrzeug mit LED-Scheinwerfern nachr�sten, dann achten Sie darauf, dass die Zulassung vorliegt und die Scheinwerfer ECE-konform sind.
