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Principi base della tecnologia di illuminazione per auto

Qui troverete informazioni di base utili e suggerimenti preziosi sul tema della tecnologia di illuminazione e delle sorgenti luminose nei veicoli.

La tecnologia di illuminazione riveste un ruolo molto importante nell'autoveicolo per quanto riguarda la propria sicurezza e quella degli altri utenti della strada. Questa pagina vi fornisce chiarimenti sui principi di base della tecnologia di illuminazione automotive illustrando la struttura e il funzionamento delle più comuni sorgenti luminose. Infine troverete le cause dei guasti delle sorgenti luminose e suggerimenti pratici per la loro sostituzione.

Importante avviso di sicurezza
Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per fornire un supporto professionale alle attività svolte dalle autofficine. I dati forniti su questo sito Web devono essere utilizzati esclusivamente da personale tecnico specializzato.

 

GRANDEZZE ILLUMINOTECNICHE: PRINCIPI DI BASE

Di seguito troverete una panoramica sui più importanti termini basilari di illuminotecnica e sulle relative unità di misura per la valutazione delle caratteristiche delle lampade e luci:

Flusso luminoso Φ

Unità: lumen [lm]

 

Per flusso luminoso F si intende la potenza luminosa complessiva emanata da una sorgente luminosa

Intensità luminosa I

Unità: candela [cd]

 

L'intensità luminosa è la parte del flusso luminoso che si irradia in una determinata direzione.

Illuminamento E

Unità: lux [lx]

 

L'illuminamento E indica il rapporto tra il flusso luminoso che colpisce la superficie e la superficie illuminata.

 

L'illuminamento è pari a 1 lx quando un flusso luminoso di 1 lm colpisce uniformemente una superficie di 1 m².

Luminanza L

Unità: candela per metro quadrato [cd/m2]

 

La luminanza L è l'impressione di luminosità che l'occhio percepisce da una superficie luminosa o illuminata.

Efficienza luminosa ŋ

Unità: lumen per Watt [lm/W]

 

L'efficienza luminosa h indica il rendimento con cui la potenza elettrica assorbita viene trasformata in luce.

Temperatura di colore K

Unità: Kelvin [K]

 

Kelvin è l'unità della temperatura di colore. Maggiore è la temperatura di una sorgente luminosa, più è ampia la zona blu nello spettro cromatico, mentre quella rossa diminuisce.

 

Una lampadina con luce bianca calda ha una temperatura di colore di circa 2700 K. Una lampadina a scarica in gas (D2S), al contrario, genera una luce bianca fredda pari a 4250 K, il cui colore, tuttavia, è molto simile alla luce del giorno (circa 5600 K).

SORGENTI LUMINOSE: PANORAMICA

Le sorgenti luminose sono corpi radianti che generano la luce attraverso l'energia termica. Questo significa che più una sorgente luminosa diventa calda, maggiore è l'intensità luminosa.

 

Il basso rendimento dei corpi radianti (8% di radiazione luminosa), tuttavia, offre un'efficienza luminosa relativamente scarsa rispetto alle lampadine a scarica in gas (28% di radiazione luminosa). Negli ultimi tempi, i LED vengono sempre più utilizzati come sorgente luminosa nell'autoveicolo.

Lampadina

Le lampadine (lampadine a vuoto) sono dei corpi radianti, in quanto l'apporto di energia elettrica rende il filamento in tungsteno incandescente.

 

Come detto, la potenza luminosa di una lampadina standard è in confronto scarsa. Inoltre, a causa delle particelle di tungsteno evaporate, riconoscibili come annerimento sul bulbo della lampadina, diminuiscono tutti i valori illuminotecnici e la vita utile è relativamente breve.

Lampadine alogene

La lampadina alogena offre vantaggi significativi rispetto a quella classica a incandescenza. Introducendo piccole quantità di atomi alogeni, ad es. iodio, si può ridurre l'annerimento del bulbo della lampadina.

 

Grazie al cosiddetto "processo a ciclo chiuso", per una vita utile di uguale durata, le lampadine alogene possono lavorare a temperature superiori e offrire, di conseguenza, un rendimento superiore.

PROCESSO A CICLO CHIUSO IN UNA LAMPADINA ALOGENA

L'apporto di energia elettrica rende il filamento in tungsteno incandescente. La conseguenza è l'evaporazione del metallo del filamento. Grazie all'aggiunta degli alogeni (iodio o bromo) le temperature del filamento nella lampadina aumentano quasi fino al punto di fusione del tungsteno (circa 3400 °C),

 

generando così un'elevata potenza luminosa. Il tungsteno evaporato si unisce, nelle immediate vicinanze del filamento incandescente, con il gas di riempimento formando un gas, l'alogenuro di tungsteno, che permette il passaggio della luce. Tuttavia, quando il gas torna nei pressi del filamento si scompone a causa dell'elevata temperatura di quest'ultimo creando uno strato uniforme di tungsteno.

 

Per poter arrestare il processo a ciclo chiuso, la temperatura esterna del bulbo della lampadina deve essere di 300 °C. Per questo il bulbo in vetro di quarzo deve avvolgere il filamento.
Un ulteriore vantaggio è che si può lavorare con una pressione di riempimento maggiore contrastando in tal modo l'evaporazione del tungsteno.

 

Anche la composizione del gas nel bulbo ha un ruolo determinante per l'efficienza luminosa. Introducendo piccole quantità di gas nobili, ad es. xeno, la dissipazione di calore viene ridotta dal filamento.

Esistono due tipi di lampadine alogene. Le H1, H3, H7, H9, H11, HB3 hanno un solo filamento incandescente. Vengono impiegate per la luce anabbagliante e abbagliante. La lampadina H4 è dotata di due filamenti incandescenti, uno per la luce anabbagliante e uno per quella abbagliante.

 

Il filamento della luce anabbagliante è dotato di una calotta di copertura che ha il compito di oscurare il filamento abbagliante e di generare il limite chiaro-scuro.

 

I tipi H1+30/50/90% e H4+30/50/90% sono sviluppi successivi delle convenzionali lampadine H1 e H4 con aggiunta di gas protettivo.

Vantaggi e differenze delle lampadine alogene rispetto alle lampadine standard

  • Filamento più sottile
  • Può funzionare a temperature superiori
  • Luminosità superiore: fino al 30/50/90% in più tra
  • 50 e 100 metri davanti al veicolo e illuminazione della sede stradale allungata fino a 20 metri
  • Maggiore sicurezza di guida nelle ore notturne e con brutto tempo

 

Rispetto alle H1, le lampadine H7 possiedono una luminosità superiore, una potenza assorbita inferiore e una qualità luminosa migliore. Queste ultime sono disponibili anche come H7+30/50/90.

Lampadine alogene di colore blu

Da qualche tempo anche le lampadine alogene sono disponibili in colore blu. Rispetto alle lampadine alogene tradizionali, queste lampadine hanno una luce bianca bluastra (fino a 4000 K) risultando così più simili alla luce diurna. L'occhio percepisce la luce più chiara e più a contrasto. Tale condizione contribuisce a poter guidare più a lungo senza affaticarsi. Tale impressione è tuttavia soggettiva.

 

Coloro, che desiderano ottenere il massimo dalla potenza luminosa, fanno meglio affidamento sulla lampadine +30/50/90.

Indicatori di direzione

Negli indicatori di direzione sono stati utilizzate finora lampadine con un bulbo in vetro con vernice gialla. Per gli automobilisti orientati al design sono disponibili anche le lampadine intermittenti Magic-Star. Se spente, sono a malapena riconoscibili nel riflettore argentato. Solo accendendole, trasmettono la caratteristica luce gialla nella solita luminosità.

 

L'applicazione di diversi strati interferenziali sul bulbo consente di estinguere determinate zone dello spettro luminoso emanate dal filamento. Solo la zona gialla penetra gli strati diventando visibile.

Lampadine a scarica di gas

Le lampadine a scarica in gas generano la luce secondo il principio fisico della scarica elettrica. Grazie alla tensione di accensione applicata dal ballast (fino a 23 kV nella 3ª generazione), il gas tra gli elettrodi della lampadina (riempimento con gas nobile xeno e miscela di metalli e alogenuri di metallo) viene ionizzato e indotto alla scintilla per mezzo di un arco voltaico.

 

Durante l'apporto controllato di corrente alternata (circa 400 Hz), le sostanze solide e liquide evaporano a causa delle elevate temperature. La lampadina raggiunge la piena luminosità solo dopo alcuni secondi, quando tutti i componenti sono ionizzati.

 

Per impedire la rottura della lampadina a causa di un aumento non controllato della corrente, quest'ultima viene regolata da un ballast. Quando la potenza luminosa raggiunge il massimo, è ancora necessaria una tensione di esercizio (non di accensione) di 85 V per mantenere il processo fisico. Flusso luminoso, efficienza luminosa, luminanza e vita utile sono sensibilmente migliori di quelle delle lampadine alogene.

 

Le lampadine a scarica in gas vengono classificate in base alla loro versione di sviluppo: D1, D2, D3 e D4. La "D" sta per la parola inglese "Discharge", scarica. Le generazioni si differenziano in modo parzialmente sensibile. Le lampadine D1, le prime lampadine allo xeno, sono dotate di un accenditore. Le lampadine D2 sono invece costituite solo da una lampadina con attacco e, rispetto a tutti gli altri livelli di sviluppo delle lampadine a scarica in gas automotive, non dispongono di un bulbo protettivo esterno in vetro intorno al tubo di scarica. Tutte le versioni successive dispongono di un bulbo protettivo UV e sono essenzialmente più stabili nella struttura.

 

La vecchia lampadina D1 viene spesso confusa con l'attuale lampadina D1-S/R con modulo di accensione integrato. Gli attuali sviluppi successivi delle lampadine D1, D2, D3 e D4 offrono un miglior rispetto dell'ambiente senza l'utilizzo di mercurio. A causa delle differenze nei parametri elettrici (42 V anziché 85 V di tensione a pari potenza), le lampadine D3 o D4 non possono funzionare con le centraline delle lampadine D1 o D2.

Confronto filamento (alogeno) / arco voltaico lampadina a scarica in gas (xeno)

  Lampadina alogena (H7) Lampadina a scarica di gas
Sorgente luminosa Filamento Arco voltaico
Luminanza 1450 cd/m2 3000 cd/m2
Potenza 55 W 35 W
Bilancio energetico 8% di radiazione luminosa
92% di irradiazione di calore
28% di radiazione luminosa
58 % di irradiazione di calore
14% radiazioni UV
Vita utile ca. 500 h 2500 h
Resistenza alle vibrazioni Condizionata
Tensione di accensione No Sì 23.000 V (3ª generazione)
Elettronica di regolazione No

 

Sulle lampadine devono esserci le seguenti scritte

  • Nome del costruttore
  • 6 o 6 V, 12 o 12 V, 24 o 24 V indicano la tensione nominale secondo la normativa CEE 37.
  • H1, H4, H7, P21 W indicano la denominazione internazionale della categoria delle lampadine a norma ECE, ad es. 55 W.
  • E1 indica il Paese in cui la sorgente luminosa è stata controllata e omologata. 1 indica la Germania.
  • "DOT" indica che l'omologazione è valida anche per il mercato americano.
  • "U" significa lampadina con radiazioni UV ridotte, a norma ECE. Queste lampadine vengono utilizzate ad esempio nei proiettori con trasparente frontale in plastica.
  • La sigla di omologazione attribuita dalle autorità preposte, ad es. E1 (Ufficio federale per la motorizzazione di Flensburg), è presente anche sulla lampadina riportando 37 R (E1) + un numero a cinque cifre o anche solo (E1) + un numero a tre cifre (anche caratteri alfanumerici, vedere la figura).
  • Sulla maggior parte delle lampadine il marchio del costruttore è indicato con un codice, il che permette la tracciabilità fino al costruttore.
  • Poiché non tutte le lampadine dispongono di spazio sufficiente per la marcatura, la legislazione richiede solo le seguenti informazioni: costruttore, potenza, marchio di controllo e sigla di omologazione.

COSA INFLUENZA UNA SORGENTE LUMINOSA: CONFRONTO

Nonostante la rigenerazione all'interno della lampadina, il filo in tungsteno si consuma gradualmente, limitandone la vita utile.

Fattori di influenza negativi

  • Sollecitazioni meccaniche dovute a urti e vibrazioni
  • Alte temperature
  • Accensione
  • Picchi di tensione
  • Aumento della tensione di bordo
  • Alta luminanza dovuta al ridotto spessore
  • del filamento a fine vita

Fattori di influenza positivi

  • Pressione di gonfiaggio
  • Gas di riempimento

Tra le altre cose, la vita utile e l'efficienza luminosa dipendono fortemente dalla tensione di alimentazione presente.

 

Vale come regola generale: se la tensione di alimentazione di una lampadina aumenta del 5%, anche il flusso luminoso aumenta del 20%, ma al contempo la vita utile viene dimezzata.

Per questo motivo, in alcuni modelli di veicolo sono state introdotte preresistenze per non superare la tensione di alimentazione di 13,2 V. Nei veicoli moderni, la tensione viene adattata con la modulazione ad ampiezza d'impulsi.

 

In caso di bassa tensione, ad es. dovuta a un alternatore difettoso, la questione è esattamente inversa. La luce ha una zona rossa essenzialmente maggiore e l'efficienza luminosa è quindi inferiore.

SUGGERIMENTI SULLA TECNOLOGIA DI ILLUMINAZIONE PER AUTO - SORGENTI LUMINOSE: CONSIGLI PRATICI

  • Per accendersi, i proiettori allo xeno necessitano di un'alta tensione, di conseguenza prima di effettuare dei lavori sui proiettori staccare sempre dal ballast il connettore dell'alimentazione di tensione.
  • Durante il montaggio di una lampadina nuova, non toccare il bulbo in vetro con le dita; le eventuali impronte rimaste impresse lasciano dei depositi opachi sulla superficie del bulbo.
  • Se si rompe una lampadina allo xeno all'interno di uno spazio chiuso (officina), areare il locale per impedire danni alla salute a causa del gas tossico sprigionato. Le lampadine allo xeno D3 e D4 non contengono più mercurio e sono quindi più ecologiche.
  • Le normali lampadine alogene e a incandescenza non contengono materiali inquinanti e possono essere smaltite come rifiuti normali.
  • Le lampadine allo xeno sono considerate rifiuti speciali. Se la lampadina è difettosa e il bulbo in vetro è ancora intatto, smaltirla come rifiuto speciale, in quanto la miscela ioduri metallici/gas contiene mercurio ed è quindi molto tossica in caso di inalazione. Se il bulbo in vetro si è rotto, ad es. in un incidente, la lampadina allo xeno può essere smaltita come rifiuto normale in quanto il mercurio si è già volatilizzato.
  • Sulle lampadine allo xeno D3 e D4 il mercurio è stato sostituito dall'innocuo ioduro di zinco. Queste lampadine possono essere smaltite come rifiuti normali.
  • Il codice di classificazione dei rifiuti per lo smaltimento è: 060404.
  • Sui LED non ci sono particolari consigli da elargire, poiché generalmente non sono sostituibili.

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