Źródła światła w pojazdach samochodowych

Technika oświetleniowa odgrywa ważną rolę w pojazdach, zapewniając bezpieczeństwo wszystkich uczestników ruchu drogowego. Na tej stronie wyjaśniamy podstawy techniki oświetleniowej w pojazdach oraz pokazujemy budowę i sposób działania najczęściej spotykanych źródeł światła. Ponadto znajdziesz tu także informacje o powodach awarii źródeł światła i porady praktyczne w zakresie ich wymiany.

Poniższe informacje i porady praktyczne zostały przygotowane przez firmę HELLA w celu zapewnienia profesjonalnego wsparcia dla warsztatów samochodowych. Informacje udostępnione na tej stronie internetowej powinny być wykorzystywane tylko przez odpowiednio wykwalifikowany personel.

Parametry źródeł światła

Poniżej przedstawiamy przegląd najważniejszych pojęć z zakresu techniki oświetleniowej i odpowiednich jednostek miary służących do oceny właściwości lamp i opraw oświetleniowych:

Strumień świetlny Φ

Jednostka: lumen [lm]

Strumień świetlny F to całkowita energia świetlna emitowana przez źródło światła

Natężenie światła I

Jednostka: kandela [cd]

Natężenie światła to część strumienia świetlnego emitowanego w określonym kierunku.

Natężenie oświetlenia E

Jednostka: luks [lx]

Natężenie oświetlenia E określa stosunek padającego strumienia światła do oświetlonej powierzchni.

Natężenie oświetlenia wynosi 1 lx, gdy strumień światła 1 lm równomiernie oświetla powierzchnię 1 m²

Luminancja L

Jednostka: kandela na metr kwadratowy [cd/m2]

Luminancja L to jaskrawość powierzchni świecącej lub oświetlonej, odbierana subiektywnie przez oko.

Wydajność świetlna ŋ

Jednostka: lumen na wat [lm/W]

Wydajność świetlna ŋ określa ekonomiczność przetwarzania zużytej mocy elektrycznej na światło.

Temperatura barwy K

Jednostka: Kelvin [K]

Kelvin to jednostka temperatury barwy. Im wyższa temperatura barwy danego źródła światła, tym większy udział koloru niebieskiego w spektrum i tym mniejszy udział czerwieni.

Żarówka o ciepłej białej barwie światła ma temperaturę barwową ok. 2 700 K. Lampa wyładowcza (D2S) o temperaturze barwej 4 250 K ma natomiast chłodne białe światło, którego barwa jest jednak bardziej zbliżona do światła dziennego (ok. 5 600 K).

Źródła światła

Źródła światła to promienniki termiczne, które wytwarzają światło z energii cieplnej. Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury źródła światła rośnie natężenie światła.

Niska sprawność promienników termicznych (8% promieniowania widzialnego) pozwala na uzyskiwanie dość niewielkiego strumienia świetlnego w porównaniu z lampami wyładowczymi (28% promieniowania widzialnego). Jako źródło światła w pojazdach stosuje się coraz częściej diody elektroluminescencyjne.

Żarówka

Żarówki (lampy próżniowe) należą do grupy promienników termicznych, ponieważ doprowadzenie energii elektrycznej powoduje w nich rozżarzenie żarnika wolframowego.

Jak już wspomniano, strumień świetlny standardowej żarówki jest stosunkowo niewielki. Ponadto odparowane cząstki wolframu, widoczne jako wyraźne zaczernienie bańki lampy, pogarszają parametry oświetleniowe, a żywotność żarówek jest względnie mała.

Lampa halogenowa

Lampa halogenowa ma znaczne zalety w porównaniu z klasyczną żarówką. Dodanie niewielkich ilości atomów halogenów, np. jodu, zmniejsza zaczernienie bańki lampy.

Dzięki tzw. „procesowi cyklicznemu” przy tej samej żywotności lampy halogenowe mogą być eksploatowane w wyższych temperaturach, dzięki czemu ich sprawność jest odpowiednio wyższa.

PROCES CYKLICZNY W LAMPIE HALOGENOWEJ

Doprowadzana energia elektrycznej rozżarza żarnik wolframowy. Powoduje to parowanie metalu z żarnika. Dzięki ładunkowi halogenów (jodu lub bromu) w lampie temperatura żarnika wzrasta prawie do temperatury topnienia wolframu (ok. 3400 °C).

Zapewnia to wysoką wydajność świetlną. W bezpośrednim sąsiedztwie gorącej ścianki bańki lampy wyparowany wolfram reaguje z gazem wypełniającym, tworząc gaz przepuszczający światło (halogenek wolframu). Gdy gaz ten dostanie się w pobliże żarnika, wskutek jego wysokiej temperatury ulega on ponownemu rozkładowi, tworząc równomierną powłokę wolframową.

Aby proces cykliczny mógł się utrzymywać, temperatura zewnętrzna bańki lampy musi wynosić 300°C. Bańka wykonana ze szkła kwarcowego musi się więc znajdować blisko żarnika.
Kolejna zaleta polega na możliwości stosowania wyższego ciśnienia wypełnienia, przeciwdziałając w ten sposób odparowywaniu wolframu.

Również skład gazu w bańce ma bezpośredni wpływ na wydajność świetlną. Przez dodanie niewielkiej ilości gazów szlachetnych, takich jak np. ksenon redukowana jest ilość ciepła odprowadzana.

Istnieją dwa różne typy lamp halogenowych. Lampy H1, H3, H7, H9, H11, HB3 mają tylko jeden żarnik. Są one stosowane w światłach mijania i światłach drogowych. Lampa H4 ma dwa żarniki, jeden dla świateł mijania i drugi dla świateł drogowych.

Żarnik światła mijania jest wyposażony w kapturek. Jego zadaniem jest zasłanianie powodującej olśnienie części strumienia światła i wytwarzanie granicy światło-cienia.

Lampy H1+30/50/90 i H4+30/50/90 stanowią udoskonalone wersje konwencjonalnych lamp H1 lub H4 i są wypełniane gazem ochronnym.

Zalety / różnice lampy halogenowej w stosunku do żarówki standardowej

Cieńszy żarnik
Możliwość pracy w wyższych temperaturach
Wyższa luminancja, do 30/50/90% więcej w zakresie
od 50 do 100 metrów przed samochodem i dłuższe nawet o 20 metrów oświetlenie drogi
Większe bezpieczeństwo jazdy w nocy lub przy złej pogodzie

W porównaniu z lampami H1 lampy H7 mają wyższą luminancję, mniejszy pobór mocy i lepszą jakość światła. Są one dostępne także jako lampy H7+30/50/90.

Lampy halogenowe o niebieskim świetle

Od pewnego czasu dostępne są także lampy halogenowe o niebieskim świetle. W przeciwieństwie do konwencjonalnych lamp halogenowych, lampy te odznaczają się światłem o kolorze biało-niebieskawym (do 4 000 K), bardziej zbliżonym do światła dziennego. Dla oka światło to jest jaśniejsze i zapewnia większy kontrast. Ma to pozwalać na dłuższą jazdę bez zmęczenia. To wrażenie jest jednak subiektywne.

Chcąc uzyskać maksymalny strumień świetlny, należy raczej użyć lamp +30/50/90.

Kierunkowskazy

W przypadku kierunkowskazów stosowane były do tej pory żarówki z lakierowanymi na żółto bańkami szklanymi. Dla kierowców zwracających uwagę na wygląd dostępne były żarówki kierunkowskazów Magic Star. Gdy są one wyłączone, stają ledwo widoczne na tle srebrnego odbłyśnika. Po włączeniu wysyłają charakterystyczne żółte światło o odpowiedniej jasności.

Przez naniesienie kilku warstw interferencyjnych, na bańce lampy filtrowane są określone pasma spektrum światła emitowanego przez żarnik. Tylko światło żółte przechodzi przez te warstwy i staje się widoczne.

Lampy wyładowcze

Lampy wyładowcze wytwarzają światło w oparciu o fizyczną zasadę wyładowania elektrycznego. Przez przyłożenie napięcia zapłonowego ze statecznika (do 23 KV w trzeciej generacji stateczników HELLA) gaz jest jonizowany między elektrodami lampy (wypełnionej gazem szlachetnym, ksenonem i mieszaniną par metali i halogenków metali) i pobudzany do świecenia przez łuk elektryczny.

W czasie kontrolowanego zasilania prądem przemiennym (ok. 400 Hz) płynne i stałe substancje odparowują pod wpływem wysokiej temperatury. Lampa osiąga pełną jasność dopiero po kilku sekundach, gdy wszystkie składniki ulegną jonizacji.

Aby zapobiec zniszczeniu lampy przez niekontrolowany wzrost prądu, jego natężenie jest ograniczane przez statecznik. Po osiągnięciu pełnej wydajności świetlnej do utrzymania tego procesu fizycznego wymagane jest tylko napięcie robocze (nie napięcie zapłonowe) wynoszące 85 V. Strumień światła, moc świetlna, luminancja i żywotność są tutaj znacznie wyższe niż w przypadku żarówek halogenowych.

Lampy wyładowcze są kategoryzowane w oparciu o ich wersję rozwojową: D1, D2, D3 i D4. Litera „D” odpowiada przy tym angielskiemu pojęciu „Discharge”, oznaczającemu wyładowanie. Różnice pomiędzy generacjami są znaczne. Pierwsze lampy ksenonowe typu D1 są wyposażone w zintegrowany zapłonnik. Natomiast lampy D2 składają się tylko z palnika w cokole, w przeciwieństwie do wszystkich innych wersji rozwojowych lamp wyładowczych stosowanych w pojazdach nie są one wyposażone w zewnętrzną szklaną bańkę ochronną wokół rurki wyładowczej. Wszystkie dalsze wersje rozwojowe posiadają bańkę chroniącą przed promieniowaniem ultrafioletowym, a ich konstrukcja jest znacznie bardziej stabilna.

Stare lampy D1 są często mylone z aktualnymi lampami D1-S/R ze zintegrowanym modułem zapłonnika. Aby zredukować zagrożenie dla środowiska przez rezygnację ze stosowania rtęci, używa się dzisiaj nowszych wersji lamp D1 i D2, czyli lamp D3 bądź D4. Ze względu na różne parametry elektryczne (napięcie palnika 42 V zamiast 85 V przy tej samej mocy), lampy D3 bądź D4 nie mogą współpracować ze sterownikami lamp D1 lub D2.

Porównanie lampy żarnikowej (halogenowej) z łukową lampą wyładowczą (ksenonową)

	Żarówka halogenowa (H7)	Lampa wyładowcza
Źródło światła	Żarnik	Łuk świetlny
Luminancja	1450 cd/m2	3000 cd/m2
Moc	55 W	35 W
Bilans energetyczny	8% promieniowania świetlnego 92% promieniowania cieplnego	28% promieniowania świetlnego 58% promieniowania cieplnego 14% promieniowania ultrafioletowego
Trwałość	ok. 500 h	2500 h
Odporność na wstrząsy	warunkowa	tak
Napięcie zapłonowe	nie	tak 23 000 V (3. generacja)
Regulacja elektroniczna	nie	tak

Na lampach można znaleźć następujące informacje

Nazwa producenta
Wartość 6 lub 6 V, 12 albo 12 V, 24 lub 24 V oznacza napięcie znamionowe wg regulaminu ECE 37.
H1, H4, H7, P21 W to międzynarodowe oznaczenie kategorii lamp znormalizowanych według regulaminów ECE, np. 55 W.
E1 informuje, w jakim kraju źródło światła było badane i uzyskało homologację. 1 oznacza Niemcy.
„DOT” oznacza, że lampa jest dopuszczona także na rynek amerykański.
„U” oznacza lampy ze zredukowanym poziomem promieniowania ultrafioletowego zgodnie z regulaminem ECE. Lampy te są stosowane np. w reflektorach z szybami rozpraszającymi z tworzywa sztucznego.
Przyznany przez właściwy urząd znak homologacyjny, np. E1 (Kraftfahrtbundesamt we Flensburgu), jest także umieszczony na żarówce i jest to albo znak 37 R (E1) + pięciocyfrowy numer lub tylko (E1) + trzycyfrowy numer (także znaki alfanumeryczne, patrz ilustracja).
Większość lamp jest znakowana kodowanym znakiem producenta. Umożliwia to ustalenie jej producenta.
Ponieważ nie na każdej żarówce jest dość miejsca na oznaczenia, ustawodawca wymaga tylko następujących informacji: producent, moc, znak kontrolny i znak homologacyjny.

Czynniki wpływające na źródło światła

Mimo regeneracji odbywającej się w żarówce drut wolframowy zużywa się stopniowo, co ogranicza żywotność żarówki.

Czynniki negatywne

Obciążenia mechaniczne przez uderzenia i drgania
Wysokie temperatury
Proces włączania
Szczyty napięcia
Zbyt wysokie napięcie instalacji elektrycznej pojazdu
Wysoka luminancja wynikająca ze skrajnej gęstości żarnika

Czynniki pozytywne

Ciśnienie wypełnienia
Gaz wypełniający

Żywotność i wydajność świetlna zależą m.in. w znacznym stopniu od napięcia zasilającego.

Obowiązuje następująca zasada: zwiększenie napięcia zasilającego lampę o 5% powoduje wzrost strumienia światła o 20%, jednocześnie jednak spadek żywotności o połowę.

Czynniki wpływające na źródło światła: wykres zależności żywotności od podwyższenia napięcia

Z tego powodu w niektórych pojazdach stosowane były rezystory wstępne, uniemożliwiające przekroczenie napięcia zasilania wynoszącego 13,2 V. W nowoczesnych pojazdach adaptację napięcia uzyskuje się przez modulację szerokością impulsu.

Przy zbyt niskim napięciu, np. wskutek uszkodzenia alternatora, sytuacja jest dokładnie odwrotna. Światło ma znacznie większy udział barwy czerwonej, a wydajność świetlna jest odpowiednio mniejsza.

Porady w zakresie techniki oświetleniowej – źródła światła

Wskazówki dotyczące technologii źródeł światła

Reflektory ksenonowe wymagają wysokiego napięcia zapłonowego, przed przystąpieniem do prac przy reflektorach należy więc zawsze odłączać wtyk układu zasilania napięciem od statecznika.
Zakładając nową lampę nie wolno chwytać za bańkę szklaną, ponieważ odciski palców wypalają się i pozostawiają zmętnienia.
Jeżeli lampa wyładowcza (ksenonowa) pęknie w zamkniętym pomieszczeniu (warsztat), pomieszczenie to należy przewietrzyć, aby wykluczyć zagrożenie zdrowia przez toksyczne gazy. Lampy ksenonowe D3 i D4 nie zawierają już rtęci i są dzięki temu szkodliwe dla środowiska.
Standardowe żarówki i lampy halogenowe nie zawierają żadnych materiałów szkodliwych dla środowiska i mogą być wyrzucane razem z normalnymi odpadami domowymi.
Lampy ksenonowe stanowią odpady o charakterze specjalnym. Jeżeli lampa jest już uszkodzona, a bańka szklana jeszcze nie, lampa wymaga utylizacji jako odpad specjalny, ponieważ mieszanina gazu i oparów metalu zawiera rtęć i jest bardzo trująca w przypadku wdychania. W przypadku zniszczenia bańki szklanej, np. wskutek wypadku, można wyrzucić lampę ksenonową z normalnymi odpadami, ponieważ w takiej sytuacji rtęć już się ulotniła.
W lampach ksenonowych D3 i D4 rtęć została zastąpiona nietoksycznym jodkiem cynku. Lampy te można wyrzucać razem z normalnymi odpadami domowymi.
Kod odpadu na potrzeby utylizacji: 060404.
Nie podajemy żadnych szczególnych porad dotyczących lamp diodowych, ponieważ są one z reguły niewymienne.

Nie, w niczym mi nie pomógł

Tak, okazał się pomocny

Wyszukiwarka części zamiennych

Ręczna identyfikacja pojazdu Nr OE Części uniwersalne

Główny producent

Inni producenci

Wyszukiwarka części zamiennych

Prosta identyfikacja pojazdu za pomocą numeru KBA Określ części zamienne za pomocą numerów OE Szczegółowe informacje o produkcie Znajdź najbliższego dystrybutora