A különböző típusú fényszórók működési elve

Az autóipari világítástechnikai trendek középpontjába egyre inkább a moduláris koncepciók kerülnek. Ennek célja a fejlesztési kockázatok csökkentése és a mennyiségi hatásokon keresztüli szinergiák kihasználása. Másrészt a fényszórók mechanikai alkatrészeinek csökkentése azért is fontos, hogy a gyártók minimalizálják a teljes tömeget és a fejlesztéssel járó erőfeszítéseket. Például a legújabb LED-es fényszórók még mindig több reflektor modulból állnak, és egy vetítési rendszerrel a szükséges fényeloszlást additív módon, az egyes reflektor szegmensek be- és kikapcsolásával érik el. De a fejlesztés során, nem csak a fényeloszlás megvalósíthatósága a meghatározó, hanem a fényerő minősége, a leendő járműbe való integráció, a fejlesztés ideje és annak költségei is.

Mitől világít egy halogén fényszóró?

Napjainkban az autógyártók a járművek fényszóróiban halogén lámpákat, xenonlámpákat és fénykibocsátó diódákat, vagy röviden LED-eket használnak. A gépjárművekben alkalmazott halogén fényforrások termikus elven működnek, vagyis a foton emisszió egy adott volfrám izzószál elektromos árammal történő hevítésének következtében jön létre. De mennyi energiára van szükség ahhoz, hogy a fényszórók megfelelően világítsanak? Ezt a Planck sugárzási törvény mondj meg számunkra! Eszerint minél magasabb a fényforrást biztosító izzószál hőmérséklete, annál nagyobb a rövidhullámú és így a látható sugárzás aránya. A fény spektrális eloszlása 3500 K színhőmérsékletet biztosít, amit meleg fehérnek érzékelünk.

Azt szinte mindenki tudja, hogy a halogén lámpák volfrám izzószállal rendelkeznek, amelyek áram hatására világítanak. Ez az izzószál általában spirál vagy dupla spirál alakúra húzott volfrámszál, amelyet a gyártók üveg- vagy kvarc búrában helyeznek el. A volfrámszál méretei pedig az izzó teljesítményét határozzák meg. A halogén izzókban gáz késlelteti a volfrámhuzal bomlását, ami a termikus igénybevétel miatt jön létre. Most biztos felmerül a kérdés, hogy ha nagyobb az áramerősség, akkor nagyobb a fénykéve is, miért nem növeljük a feszültséget? A fényerősség jelentősen növelhető, viszont akkor az élettartam ugrásszerűen csökken. A termikus fényforrások legnagyobb hátránya a gazdaságtalan üzemeltetés, vagyis a rossz fényhasznosítás, ami megközelítőleg 10-15 lm/W, és a rövid élettartam, amely körülbelül 1000-2000 óra között mozog.

Mely lámpákat nevezünk rövidívű fémhalogén fényszóróknak?

A fémhalogén fényszórók a nagy intenzitású gázkisüléses fényforrások családjához tartozik. Működési elvét tekintve a fény emissziót ívkisüléses gerjesztés hozza létre egy nagynyomású gázokkal és fémsókkal töltött kerámia vagy kvarcüvegben. A nagy teljesítményű xenon fényszórókban kvarcüveget alkalmaznak. A kisülő térben xenon töltőgáz mellett különböző halogének, amely lehet jód vagy ritkább esetben bróm és fémsók vagy ritka földfémek vegyületei, azaz fémhalogének találhatók. Innen a xenon jelző, amely ezeknek a fényszóróknak a gyűjtőneve. A xenonnal töltött fémhalogén lámpa begyújtásához a két elektróda között körülbelül 23 kV-os indítófeszültség szükséges.

A xenonlámpákhoz és a LED-fényszórók működtetéséhez vezérlőelektronikára van szükség. A xenonlámpáknak 10 kV és 20 kV közötti feszültségre van szükségük a gáz ionizálásához és az elektródák közötti ív meggyújtásához. A fényszóró bekapcsolása után a fényforrás 85 V-on és 400 Hz-en működik. Ezeknél a fényszóróknál a végső fénykéve csak 3 másodperc után érhető el. Az áramfelvétel kezdetben 75 W, folyamatos üzemben pedig 35 W-ra csökken és az elektronika gondoskodik a folyamatos tápellátásról.

A xenon fényszórók előnyei és hátrányai

Gazdaságossági szempontból vizsgálva a xenon fényforrás esetén a fényhasznosítási arány 90 lm/W körüli érték a jellemző, amely sokkal kedvezőbb a halogén izzónál, amely által felvett teljesítmény körülbelül 90 százaléka nem hasznosul, és javarészt hővé alakul. Xenon lámpák esetén ez az arány jelentősen javul, a nem hasznosuló energia aránya nagyjából 70 százalék körül alakul.

Sokszor említjük, hogy a fényszórók kialakításánál mennyire fontos a szembejövő forgalom elvakításának kizárása. A xenonlámpák esetén gyakran felléphet a vakítás jelensége. Mert a nagyobb fényerejű, apró kisülőcső sokkal jobban vakít, ami 3000 cd/m2 fényerősséget takar. Például egy hagyományos halogén izzó esetén, annak ellenére, hogy a kisülőtér nagyjából ugyanakkora, ami körülbelül 4 mm, a fénysűrűség megközelítőleg az előző érték fele.

A LED-es fényszórók működési elve röviden

A szintén nem hőkibocsátó LED-ek esetében félvezető anyagot kapcsolnak össze a világítás érdekében. A világító diódák esetében a nyitóirányú feszültség hatására áram folyik az anódtól, amelyet p rétegnek is neveznek, a katód felé, amelynek n réteg a hivatalos megnevezése, ezért az n adalékolású rétegből gerjesztett elektronok lépnek át a p rétegbe, miközben a p adalékolású rétegben lyukak haladnak az n réteg felé. Az egymás felé mozgó töltéshordozók találkozásakor kiszámítható valószínűséggel rekombinálódnak, és alacsonyabb energiaszintre kerülnek vissza, vagyis egy előremenő feszültség alkalmazásával a kialakult elektron-lyuk párok újrarendeződnek és fényt bocsátanak ki. A fényszóróhoz szükséges fehér fényt a nagyobb energiájú kék színű fény lumineszcencia-konverziója egy sárga fény poron keresztül hozza létre. Ezt a folyamatot Stokes-eltolásnak nevezzük, amely megnyújtja a fény spektrumot, ami 5500 K színhőmérsékletet eredményez.

Mi is az a lumineszcencia?

A lumineszcencia a fény keletkezésének egyik formája, amely kifejezést Eilhard Wiedemann vezette be a köztudatba még 1888-ban és nagyon sok fajtáját különböztetjük meg. Világítási célból lényegében az ilyen eszközöket elektrolumineszcens porból állítják elő. De, hogy ennek a használata nem egy újkeletű dolog, az azt is jelzi, hogy például a gépjárművek műszereinek a háttérvilágítását 1960 óta elektrolumineszcens anyagokkal oldották meg bizonyos autógyártók. Az első ilyen műszerek a Chrysler Imperial járművekben jelent meg.

A LED-fényszórók állandó vezérlő áramot igényelnek

Ezt egy áramszabályozóval tudják a szakemberek megvalósítani, és ez a LED-fényszórók tompítását impulzusszélesség modulációval teszi lehetővé. Fontos tudni, hogy az az idő, amennyi intervallum alatt a LED-fényszóró teljes fényerősségét eléri, az kevesebb, mint 1 másodperc. Összehasonlításképp ez lényegesen rövidebb idő, mint a hagyományos izzóké, amelyeknek 200 másodpercre van szükség mindehhez. A LED-es fényszórókban a hatékony fényeloszlás érdekében többcsipes LED-eket építenek be. A kiegészítő lézeres távolsági fénykévéhez a gyártók kék dióda lézert használnak, amely fehér fényt állít elő a fent említett elektrolumineszcencia konverzión keresztül.