Technik der neuen TFLs bei Audi???

Quelle: Audi Presseservice

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Ingolstadt, 21.11.2011
Die Lichttechnologien von heute

Audi ist die führende Marke in der Lichttechnologie für den Automobilbereich. Seit vielen Jahren treibt das Unternehmen den Fortschritt entscheidend voran – vom LED-Tagfahrlicht zu den LED-Scheinwerfern, die heute in mehreren Baureihen verfügbar sind. Die Scheinwerfer prägen als wesentliche Design­merkmale das Erscheinungsbild der Audi-Modelle stark mit. Mit ihrer guten Fahrbahn-Ausleuchtung tragen sie in hohem Maße zur aktiven Sicherheit bei. Technologien wie das adaptive light reagieren schon heute auf die Umwelt und auf andere Verkehrsteilnehmer.

Xenon plus-Scheinwerfer
Xenonscheinwerfer sind Gasentladungslampen. In einem dickwandigen, mit Xenongas gefüllten Quarz-Glaskolben, dem so genannten Brenner, sind zwei Wolfram-Elektroden eingeschmolzen, zwischen denen ein konzentrierter Lichtbogen brennt. Die Xenon-Edelgasfüllung, die bis zu 100 bar Druck ausübt, leuchtet eher violett, Metallsalze in der Füllung des Glaskolbens senken seine hohe Farbtemperatur auf den Bereich des Tageslichts ab.

Xenonscheinwerfer liefern ein viel helleres Licht und eine bessere Ausleuchtung als Halogenscheinwerfer mit Glühlampen. Dabei ist ihr Energieverbrauch, den Bedarf des Vorschaltgeräts mitgerechnet, etwa 20 Prozent niedriger und ihre Lebensdauer wesentlich länger. Bei Audi werden nur noch quecksilberfreie Xenonlampen eingesetzt. Audi ist auch hier Vorreiter und hat die umweltfreund­liche Technologie seit 2008 sukzessive in allen Modellen eingeführt. Nicht zuletzt durch diese Initiative werden ab 2012 EU-weit quecksilberhaltige Xenonlampen verboten.

Audi bietet in sämtlichen Modellen seiner Palette so genannte Xenon plus-Scheinwerfer an, optional oder auch serienmäßig. Bei dieser Technologie generiert ein einziger Brenner das Abblend- und Fernlicht, der Wechsel erfolgt über eine schaltbare Blende. Für das adaptive light wird das Xenonmodul auch elektromechanisch geschwenkt.

adaptive light
Das adaptive light ist eine Technologie von Audi für die Xenon plus-Scheinwerfer, es steht in verschiedenen Ausführungen bereit. Bei den Topmodellen A6, A7 Sportback und A8 managt sein Steuergerät die schwenkbaren Xenon plus-Module so, dass sie für Stadt, Landstraße und Autobahn immer das perfekte Licht liefern. Der Fahrer kann seine Arbeitsweise über das Fahrdynamiksystem Audi drive select einstellen. Das Allwetterlicht, in die Hauptscheinwerfer integriert, ersetzt die Nebelscheinwerfer.

Ein besonders attraktiver Bestandteil des adaptive light ist die gleitende Leucht­weitenregulierung. Eine Videokamera vor dem Innenspiegel erkennt voraus­fahrende und entgegenkommende Fahrzeuge an ihrer Beleuchtung. Um ihre Fahrer nicht zu blenden, passt ein Rechner das eigene Licht an – durch einen weichen Übergang, der immer so viel Ausleuchtung wie möglich zulässt.

Ein technologischer Durchbruch von Audi ist die Vernetzung des Scheinwerfer-Steuergeräts mit der optionalen MMI Navigation plus. Das Navigationssystem liest die Streckendaten im Voraus und gibt sie an den Lichtrechner weiter – so wird etwa das Autobahnlicht mit seiner höheren Sichtweite schon auf der Auffahrt zur Schnellstraße aktiv. Vor Kreuzungen schaltet das System selbsttätig die Abbiegeleuchten ein; in Ländern wie England stellt es die Scheinwerfer von Rechts- auf Linksverkehr um.

Für viele Modelle von Audi steht der Fernlichtassistent bereit, der eine kleine Kamera im Innenspiegel nutzt. Er erkennt entgegenkommende Fahrzeuge und Ortschaften an ihrer Beleuchtung und wechselt selbsttätig zwischen Fern- und Abblendlicht.

LED-Tagfahrlicht und LED-Heckleuchten
Das Tagfahrlicht aus weißen Leuchtdioden ist ein Audi-Feature, welches das Design der Autos unterstreicht und zugleich die Sicherheit erhöht. Zum ersten Mal kam es 2004 an der Luxuslimousine Audi A8 W12 zum Einsatz, heute steht es für jedes Modell bereit.

In fast allen Fällen ist das LED-Tagfahrlicht in die Scheinwerfer integriert, in ganz unterschiedlichen Ausprägungen. Der A1 etwa nutzt pro Einheit eine einzige Leuchtdiode, die ihr Licht in einen transparenten Kunststoffschlauch, einen so genannten Lichtleiter, schickt – er erzeugt eine homogene Kontur. Beim A7 Sportback erscheint das Tagfahrlicht der optionalen LED-Scheinwerfer ebenfalls linear, doch es wird von 18 einzelnen LEDs und einem vorgelagerten Kunststoffkörper erzeugt.

Licht-emittierende Dioden sind Halbleiter, die elektrische Energie unmittelbar in Licht umwandeln können; sie arbeiten besonders effizient. Das LED-Tagfahrlicht von Audi kommt mit wenigen Watt Leistungsaufnahme aus, es ist extrem langlebig und praktisch wartungsfrei.

Für alle Modelle liefert Audi die Heckleuchten in LED-Technologie, serienmäßig oder optional. Sie erzeugen ein Lichtbild, das unverwechselbar wirkt und in vielen Fällen dreidimensionale Effekte erzielt. Anders als Glühlampen erreichen die Leuchdioden ihre volle Leuchtstärke blitzschnell und verzögerungsfrei – wenn der Fahrer rasch bremsen muss, gewinnt der Hintermann wertvolle Sekundenbruch­teile. Bei 100 km/h Geschwindigkeit verlängert sich die Strecke, auf der er bremsen kann, um fast 6 Meter.

Besonders aufwändig sind die Heckleuchten beim Audi-Flaggschiff A8 gestaltet. Mit Ausnahme des Rückfahrlichts bestehen sie komplett aus Leuchtdioden, in jeder Einheit arbeiten 72 LEDs. In vielen Bereichen sind so genannte Chip-on-board-LEDs im Einsatz, die sich mit hoher Präzision eng nebeneinander packen lassen. Das Schlusslicht, das pro Einheit nur 9 Watt Leistung aufnimmt, bildet eine trapezförmige Kontur, die als gleichmäßig homogenes Band erscheint. Sein oberes Segment besteht aus einem Lichtleiter; eine genarbte reflektierende Freiformfläche dient als unterer Teil.

Im Inneren des Trapezes ist das Bremslicht untergebracht, das aus fünf Segmenten besteht. Wenn der A8 stark verzögert, blinkt es mit hoher Frequenz auf, um den nachfolgenden Verkehr zu warnen; wenn die Limousine zum Stillstand gekommen ist, wird das Warnblinklicht aktiviert.

LED-Scheinwerfer
Die LED-Scheinwerfer sind ein Technikfeld, auf dem Audi weit vor dem Wett­bewerb liegt. Ihre Einführung fand 2008 beim Hochleistungssportwagen R8 statt; seitdem hat die Marke mit den Vier Ringen ihren Vorsprung immer weiter ausge­baut. Die LED-Scheinwerfer fokussieren den Vorsprung durch Technik auf sichtbare und erlebbare Weise.

Mit etwa 5.500 Kelvin Farbtemperatur ähnelt das LED-Licht dem Tageslicht, deswegen lässt es die Augen kaum ermüden. Die Leuchtdioden sind wartungs­frei und auf die Lebensdauer des Fahrzeugs ausgelegt. In puncto Effizienz brillieren sie durch geringe Energieaufnahme – das Abblendlicht etwa beansprucht pro Einheit nur rund 40 Watt, noch weniger als die bereits hocheffizienten Xenon plus-Scheinwerfer.

Die innovative Technologie der LED-Scheinwerfer führt zu einem radikal neuen Design. Beim Audi A8 etwa setzt sich das Abblendlicht aus zehn einzelnen Modulen zusammen; sie ziehen sich unter dem „wing“, der schwingenförmigen Chromkontur, in einem Bogen durch den Scheinwerfer. Gleich unter ihnen liegen in einem zweiten Bogen jeweils 22 weiße und gelbe LEDs für Tagfahrlicht und Blinker. In der so genannten Dickwand-Technik ausgeführt, erscheinen sie für den Betrachter als homogen durchgängige Lichtbänder.

Oberhalb des „wing“ ist das Fernlicht untergebracht. Es wird von zwei starken Vier-Chip-LEDs und einem Freiflächen-Reflexionssystem erzeugt; eine Assistenzfunktion schaltet zwischen Abblend- und Fernlicht um. Weitere Hochleistungs-LEDs generieren das Autobahn- und das Abbiegelicht.

LEDs werden nicht besonders heiß: Rote Leuchtdioden verkraften etwa 120, weiße 150 Grad Celsius – viel weniger als Halogenscheinwerfer, die bis zu 400 Grad Temperatur erzeugen. Die Audi-Konstrukteure müssen deshalb dafür sorgen, dass die LEDs ihre Wärme gezielt an die Scheibe der Scheinwerfer abgeben, um sie im Winter frei von Schnee und Beschlag zu halten.

Audi hat ein Simulationsprogramm entwickelt, dass die Luftströme dreidimensional zeigt; der Ingenieur sieht sie mit einer 3D-Brille auf einem entsprechenden Monitor.

LED-Scheinwerfer im Audi R 18 TDI
Audi betrachtet den Motorsport als ideales Testlabor für seine Technologien, das gilt auch für die Fahrzeugbeleuchtung. Der Audi R 18 TDI, der siegreiche Le Mans-Rennwagen des Jahres 2011, führt vor, welch großes Potenzial die LED-Technik besitzt – seine Scheinwerfer sind extrem hell, sehr leicht und perfekt gekühlt. Sie entstanden in enger Zusammenarbeit zwischen den Spezialisten von Audi Sport und den Ingenieuren der Serienentwicklung.

Das Reglement des 24 Stunden-Rennens in Le Mans gewährt große Freiheiten, die es auf der Straße nicht gibt – Audi hat sie voll genutzt. Die beiden LED-Frontscheinwerfer des R 18 TDI leisten mehr als jeweils 100 Watt, etwa dreimal so viel wie im Straßen-Pkw. Ihr Licht zeichnet einen Kegel, der die ganze Fahrhbahn hell und gleichmäßig ausleuchtet, und reicht weiter als einen Kilometer. Ähnlich wie bei der Beleuchtungsstärke von über 1.000 Lux gilt hier etwa Faktor fünf bis sieben gegenüber den Serienautos.

Die Rennwagen-Scheinwerfer kommt ohne elektrische Kühlung aus. Der Fahrt­wind tritt durch einen unten platzierten Einlass ein und durchströmt einen Luft­kanal, um dann oben im Scheinwerfer wieder auszutreten. Unterwegs nimmt der kühle Luftstrom die Wärme der LEDs auf, die von kleinen Kühlelementen aus Graphitschaum abgeführt wird – sie haben nur einen Quadratzentimeter Größe, arbeiten jedoch hochwirksam. Der Unterbau der Reflektoren und weite Teile des Gehäuses bestehen aus Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff, jeder Scheinwerfer wiegt nur etwa zwei Kilogramm.

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Ingolstadt, 11.08.2010
Licht: Gestalten

Charakterstärke: LED-Tagfahrlicht macht Audi unverwechselbar
Natur als Vorbild für Lichttechnik der Zukunft
Effiziente LED-Technologie spart Kraftstoff

Effizient, zuverlässig, prägnant – als erster Automobilhersteller hat Audi das Potenzial der revolutionären LED-Lichttechnologie erkannt und in die Fahrzeugentwicklung einfließen lassen. Die Marke mit den Vier Ringen besitzt inzwischen einen mehrjährigen Technologievorsprung und ist wichtiger Treiber dieser Innovation. Entscheidend für das Exterieur-Design: Nicht nur bei Tag, auch bei Nacht sind alle Audi-Modelle dank LED-Tagfahrlicht eindeutig zu identifizieren – mit ganz individuellen Charaktereigenschaften: Entschlossenheit strahlt das geschwungene Lichtband des Audi A1 aus. Eleganz und Dominanz jenes des neuen Audi A8, dessen Scheinwerferkonstruktion komplett auf der energiesparenden und umweltfreundlichen LED-Technik basiert.

Ein kleiner Punkt auf dem Finger, winzig wie ein Sandkorn. Mehr nicht. Was eine unbedarfte Hand womöglich achtlos hinwegwischen würde, elektrisiert den Experten: Denn dieser Hauch von Materie kann mehr weißes Licht aus elektrischem Strom erzeugen, als alle anderen herkömmlichen Lichtquellen dieser Welt. Licht emittierende Dioden – kurz LEDs genannt – sind einen Quadratmillimeter kleine Halbleiter, die eine besondere physikalische Eigenschaft besitzen: Sie können elektrische Energie direkt in Licht umwandeln und sind unschlagbar effizient, wenn es um den Energieverbrauch geht. Bereits heute haben Xenon- und LED-Scheinwerfer eine vierfach höhere Energieeffizienz als Halogenschweinwerfer. Bis in das Jahr 2018 wird die LED-Technologie die Effizienz von Halogenlicht um rund das Achtfache übertreffen. Zudem glänzen LEDs durch eine fast unbegrenzte Lebensdauer und reagieren bis zu zehnmal schneller als eine klassische Glühlampe.

Die Erfolgsstory begann vor sieben Jahren in Detroit. Audi präsentierte auf der North American International Auto Show die Konzeptstudie Pikes Peak quattro. Das elegante SUV, Vorbild für den späteren Audi Q7, beeindruckte mit den ersten Nebelscheinwerfern der Welt, die mit Hochleistungs-Leuchtdioden bestückt waren. Als markante Leuchtstreifen in den breiten Stoßfänger integriert, waren sie nicht nur technisch eine Sensation. Auch ästhetisch überzeugte das streifenförmige Licht und fand beim Publikum großen Zuspruch.

Ein Jahr später ging der Audi A8 Zwölfzylinder als erstes Fahrzeug der Welt mit LED-Tagfahrlicht in Serie. Hochleistungsleuchtdioden als Lichtquelle für Scheinwerfer? So etwas gab es bis dahin nicht. „Mit der LED-Technologie hat Audi Pionierarbeit geleistet. Und obwohl wir dem direkten Wettbewerb um Jahre voraus sind, hat das Thema auch für uns noch großes Potenzial: Unsere Forschung zahlt auf den für Audi typischen ‚Vorsprung durch Technik’ ein und ist im Design nicht mehr wegzudenken“, sagt Dr. Wolfgang Huhn, Leiter der Abteilung „Licht und Sicht“ bei Audi.

Ungeahnte Freiheiten für das Fahrzeugdesign
Die winzigen Lichtspender eröffnen spektakuläre Chancen für das Design. Stefan Sielaff, Audi Designchef: „Sie erlauben uns bisher nicht gekannte Gestaltungsmöglichkeiten, sowohl was das Exterieurdesign betrifft als auch für die Innenräume.“ So lassen sich mehrere Leuchtdioden zu vielfältigen Formen kombinieren und letztlich zu markanten Erscheinungsbildern bündeln. Die Audi Modelle A8 und A1 sind Beispiele für eine neue Generation des LED-Tagfahrlicht. Ein elegant gezeichnetes Lichtband ziert Heck und Front beider Modelle.

Durch intelligentes Lichtdesign lassen sich Funktionen zusammenfassen: Beim A8 ist der Blinker in das Lichtband integriert, gelbe und weiße LEDs sind übereinander angeordnet. Andere Lichtfunktionen, wie zum Beispiel das Abblendlicht, erhalten dadurch mehr Platz.

Für das Lichtdesign eines Fahrzeugs spielen Scheinwerfer naturgemäß eine besonders große Rolle. Ein gutes Frontbild mit markanten Leuchten macht das Auto, seinen Charakter und die Marke auf den ersten Blick unverwechselbar. Sielaff: „Bestes Beispiel ist das LED-Tagfahrlicht. Jedes Lichtdesign ist anders, doch jedes einzelne steht auch unverkennbar für Audi. Das Tagfahrlicht hat das Erscheinungsbild der Audi-Modelle auf der Straße etabliert und schärft unser progressives, sportliches Design.“

Auch bislang konnte jeder Fahrer von weitem erkennen, wenn sich ihm ein Audi näherte. Nun aber lassen die unterschiedlichen Formen des LED-Tagfahrlichts auch eine Unterscheidung der einzelnen Modelle zu – und das sogar bei Nacht. Die Gestaltung des Tagfahrlichtstreifens unterstreicht dabei den Charakter der Fahrzeuge wie der Lidstrich bei einem Auge. „Früher wirkte das Lichtschema, also der Kühlergrill in Kombination mit den runden Leuchten, eher wie das Gesicht eines freundlichen Bären“, sagt André Georgi, Senior Designer Lichtsysteme. Heute: „Das LED-Tagfahrlicht des A8 wirkt erfahren, souverän und mutig. Das Licht des A1 hingegen erinnert an Adlerflügel, die sich zum Flug auffächern: elegant, stabil und stolz. Und das LED-Tagfahrlicht beim R8 zeichnet die Hörner eines Stiers, der stark und voller Stolz nach vorne drängt.“

Stichwort Audi A8: Die Limousine markiert die Speerspitze der Audi-Lichtstrategie und lässt sich auf Wunsch mit einem Voll-LED-Scheinwerfer ausstatten. Neben dem Tagfahrlicht sind auch Blinker, Abblendlicht und Fernlicht mittels Licht emittierender Dioden realisiert. Der erste Voll-LED-Scheinwerfer ist für Audi der Sieg einer Idee. Huhn: „Viele haben diese Entwicklung zunächst für einen Marketing-Gag gehalten. Aber jeder, der das Licht in der Praxis erlebt hat, staunt über die hohe Leistung und ist begeistert von der homogenen Lichtverteilung und der angenehmen, tageslichtähnlichen Lichtfarbe.“ Mit dem A7 ist ein weiteres Modell mit Voll-LED--Scheinwerfern bestellbar. „Dies ist der nächste Schritt auf dem Weg zum Einsatz in Großserie“ sagt Wolfgang Huhn.

Die Audi-Lichtstrategie profitiert auch von einem anderen Effekt, einem psychologischen Phänomen: „Das menschliche Auge empfindet helles Licht aus kleinen, komprimierten Lichtquellen als unangenehm. Die Kombination aus Scheinwerfer und LED-Tagfahrlicht vergrößert optisch die Lichtquelle und wird somit nicht als Störfaktor wahrgenommen“, sagt Georgi.

Ideen und Visionen aus Technik und Design
Die wahre Formel für den Erfolg der Ingolstädter ist jedoch der Mut, Neuland zu betreten und ihr enges Teamwork. „Wie bei Audi die Zusammenarbeit zwischen Design und Technik gepflegt wird, ist sicher einzigartig in der Automobilbranche“, sagt Georgi. Der Designprozess beginnt damit, den Charakter des Fahrzeugs zu entwickeln und festzulegen. Die Lichtdesigner und Ingenieure aus der Technischen Entwicklung sind bei diesem Prozess von Anfang an mit eingebunden. So hat zum Beispiel einer der Ingenieure – den seine Kollegen treffender Weise „die Brücke“ nennen – sein Büro mitten in der Designabteilung. Umgekehrt werden viele der technisch relevanten Scheinwerferkomponenten in der Entwicklung gestaltet. Durch diese enge Verzahnung ist der tägliche Austausch zwischen den Abteilungen gewährleistet.

Mit der Entstehung der äußeren Form des Fahrzeugs werden auch die Proportionen der Scheinwerfer und Heckleuchten festgelegt. Georgi: „Die Entwicklung eines neuen Scheinwerfers ist für uns ein sehr intensiver Prozess, bei dem alle Ideen und Visionen aus der Technischen Entwicklung und dem Design zusammenfließen.“

Ihre Anregungen und Inspirationen für neue Ideen holen sich die Audi-Lichtdesigner aus Industriedesign und Architektur. Auch immer mehr Architekten setzen bei ihrer Lichtplanung für neue Gebäude auf das neue Hightech-Licht der LED und folgen damit dem globalen Wandel hin zu energieeffizientem Licht. Experten prophezeien der energiesparenden und wartungsfreien Lichtquelle LED auf Dauer auch für die Raumbeleuchtung einen Siegeszug.

Doch zurück zum Fahrzeuglicht. Eine weitere, sehr wichtige Quelle der Inspirationen ist für die Audi Lichtdesigner die Natur. „Die Natur gibt uns sehr viel vor, dadurch können wir lernen wie einfach und effektiv Prozesse ablaufen können“, erklärt Lichtdesigner Georgi. Ein Beispiel dafür ist die Entwicklung der Heckleuchten für den Audi A1 Sportback concept, der 2008 in Paris seine Weltpremiere feierte. Dabei ließen sich die Audi-Designer von der Gitterstruktur eines Libellenflügels leiten. Die Konstruktion beweist eindruckvoll, wie man eine sehr große, stabile und leichte Fläche relativ simpel aufbauen kann. Georgi: „Dieses Konstruktionsprinzip haben wir mit unserem Bionik-Design auf die Heckleuchte der Audi A1-Studie übertragen, weil diese in die Heckklappe integriert ist und deshalb Leichtigkeit gefragt war.“ Ein weiteres Beispiel, wie die Natur das Audi-Design durchdringt, sind die Scheinwerfer des Audi Shooting Brake Concept, das 2005 auf der Tokyo Motor Show präsentiert wurde. Ähnlich einem geöffneten Pinienzapfen bündeln konzentrisch hintereinander angeordnete Reflektorschalen das Licht je einer Diode zu einem leuchtkräftigen und gleichmäßigen Fahrlicht. Die Scheinwerfer im Zentrum sind dagegen wie Blüten geformt.

Neben Inspirationen aus der Natur beeinflusst auch die Technik die Arbeit der Designer. Ein Beispiel ist der Audi e-tron, der 2009 in Frankfurt am Main auf der IAA präsentiert wurde. Sämtliche Scheinwerferfunktionen wurden zu einer einzigen Funktion - dem MatrixBeam - zusammengefasst. Georgi: „Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Design, wir müssen keinen Platz mehr für Abblend-, Fernlicht und andere Scheinwerferfunktionen einplanen. Die Scheinwerfer verschmelzen mit der Karosserie. Gleichzeitig bietet sich ein haptisches Erlebnis: Man kann in den Scheinwerfer hinein fassen und die "kalte Lichtquelle LED" berühren."

Mehr Sicherheit, weniger Verbrauch
Doch LEDs vermögen noch mehr. Sie können auch den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs reduzieren. Wenn im Mai 2011 in ganz Europa die Tagfahrlichtpflicht eingeführt wird, haben Audi-Modelle mit LED-Technologie an Bord die Nase vorn. In vielen europäischen Ländern wie Italien, Dänemark, Finnland, Estland und Schweden müssen bereits heute alle Autos am Tage mit eingeschaltetem Licht fahren. Dabei verbrauchen klassisches Abblendlicht, Rückleuchten und Kennzeichenbeleuchtung rund 200 Watt Leistung, welche die Lichtmaschine ständig erzeugen muss. Zum Vergleich: Das moderne LED-Tagfahrlicht des neuen Audi A4 braucht nur 15 Watt Leistung – und das bei einer gleichzeitig viel besseren Wahrnehmung durch andere Verkehrsteilnehmer. Unter dem Strich entspricht das einer Ersparnis von rund 0,2 Liter Benzin pro 100 Kilometer und somit rund 4 Gramm weniger CO2-Emission pro Kilometer.

Ein Rechenbeispiel anhand von Statistiken macht die Bedeutung dieser Werte deutlich: Allein die von Audi im Jahr 2008 verkauften Autos mit LED-Tagfahrlicht verbrauchen im ersten Jahr ihrer Nutzung dank der neuen Technologie rund 10 Millionen Liter weniger Kraftstoff und stoßen rund 25.000 Tonnen weniger CO2 aus.

Das überzeugt immer mehr Käufer. Neben dem markanten Design ist die Energieeffizienz ein weiterer Grund sich für das Hightech-Licht zu entscheiden. So ordern inzwischen mehr als die Hälfte aller Käufer eines Audi A3 oder A4 das Tagfahrlicht mit LED-Technik. Ein Erfolg, der die beteiligten Techniker, Konstrukteure und Lichtdesigner in Ingolstadt bestätigt, aber auch an einen steinigen Weg erinnert. „Wir mussten sehr viel lernen, um mit dem Medium LED die Lichtfunktionen eines Scheinwerfers zu erzeugen“, berichtet Stephan Berlitz, Leiter Innovationen und Lichtelektronik in Ingolstadt

Die Entdeckung des digitalen Lichts
Berlitz erinnert sich: „Ich bekam damals einen Anruf von einem Lieferanten, der erzählte mir, dass weiße LEDs mit 18 Lumen pro Watt auf den Markt kommen. Das hat mich natürlich sofort interessiert.“ Lumen pro Watt sind die Pferdestärken des Lichts und erzeugen in den Augen der Lichtentwickler ein ähnliches Leuchten wie das Wort Drehmoment oder Leistung in den Augen von Motorenexperten. Zum Vergleich: Eine normale Haushaltsglühlampe erreicht etwa 20 bis 25 Lumen pro Watt. Ein moderner Xenonscheinwerfer im Pkw ist bereits hocheffizient und liegt bei rund 80 Lumen pro Watt.

Die 18 Lumen der ersten LED im Pikes Peak sind natürlich längst Geschichte, waren aber seinerzeit einen Sensation. Die nächste Generation weißer Hochleistungs-LED, die im kommenden Jahr auf den Markt kommt, wird mit gigantischen 100 Lumen pro Watt aufwarten und erstmals die Effizienz des Xenonlichts schlagen. Dahinter verbirgt sich eine rasante Entwicklung. „Leuchtdioden sind vergleichbar mit Computerchips. Alle zwei Jahre gibt es eine Leistungssteigerung von rund 30 Prozent“, sagt Berlitz „und schon bald werden wir mit LEDs soviel Licht erzeugen können, dass völlig neue Anwendungen möglich sind.“

Digitales Licht, wie Berlitz die neue Lichttechnologie nennt, lässt sich mit Hilfe der Elektronik in seiner Helligkeit flexibel verändern und exakt an die Bedürfnisse des Autofahrers anpassen. Künftige Scheinwerfergenerationen, da sind sich die Audi-Entwickler sicher, werden auf Witterungsbedingungen, die gefahrene Geschwindigkeit, den Abstand zum nächsten Fahrzeug und mögliche Gefahrenobjekte reagieren.

Intelligentes Licht für jede Fahrsituation
Um neue Ideen umzusetzen und die Lichtleistung zu erhöhen, nutzen die Entwickler die Winzigkeit der LEDs. Sie packen mehrere Leuchtdioden eng zusammen zu Modulen, sogenannten LED-Arrays. Diese sind äußerst flach, sehr kompakt und benötigen viel weniger Platz als herkömmliche Leuchtmittel wie Halogenlampen oder Xenonbrenner. Dadurch lassen sich mit Hilfe von Reflektoren oder Linsen und einer ausgeklügelten Steuerungselektronik sehr komplexe Lichtfunktionen auf engstem Raum umsetzen. Zum Beispiel Kurvenlicht, das bisher noch durch eine aufwändige Mechanik im Scheinwerfer gesteuert wird.

Doch die Visionen der Audi Entwickler für künftige Scheinwerfergenerationen reichen viel weiter. Ihr Credo: In jeder Fahrsituation das richtige Licht. Huhn: „Unser Ziel sind intelligente Scheinwerfer und Rückleuchten, die mitdenken, um die Sicherheit und den Komfort für den Autofahrer zu erhöhen.“ So befindet sich bereits ein Fernlicht in der Vorserienentwicklung, das Autofahrer blendfrei über nächtliche Straßen führen soll. Es funktioniert über eine variable Lichtverteilung: Die Elektronik erkennt den Abstand zum entgegenkommenden Fahrzeug und sorgt dafür, dass die Fläche davor permanent optimal ausgeleuchtet ist.

Die auf der IAA 2009 präsentierte e-tron Studie ist mit einem vollautomatischen Lichtassistenzsystem ausgestattet, dass entsprechende Lichtfunktionen bereits beherrscht. Die neue Technologie erkennt die Witterungsbedingungen und passt die Ausleuchtung an Regen oder Nebel an. Bei Gegenverkehr beispielsweise wird das Fernlicht im entsprechenden Teilbereich gezielt ausgeblendet. Das Kurvenlicht wertet Daten aus der Navigation aus und leuchtet die Kurven bereits aus, bevor der Fahrer in sie hineinlenkt.

Unabhängig von den Erfolgen im Bereich der LED-Technologie bemüht sich Audi auch um die Weiterentwicklung bestehender Technologien. So ist die Marke mit den vier Ringen der einzige europäische Hersteller, der Xenonlicht konsequent auf eine neue quecksilberfreie Version umgestellt hat. „Unsere Ingenieure setzen sich, wo immer möglich, für umweltfreundliche Ideen ein. Wir haben beispielsweise als einziger europäischer Hersteller quecksilberfreies Xenonlicht eingeführt. Das galt bisher als technisch eher schwierig. Nach unserem Erfolg hat die EU jüngst quecksilberhaltiges Xenon ab Januar 2012 verboten“, sagt Huhn. LEDs beispielsweise enthalten grundsätzlich kein Quecksilber und lassen sich somit generell umweltfreundlich entsorgen.

Trend zum individuellen Licht
Auch für die Innenraumbeleuchtung eröffnen LEDs neue Möglichkeiten. Wie in der Architektur lassen sich Lichtszenarien entwickeln, welche die Bedienung des Fahrzeugs bei Nacht sicherer machen, das Raumgefühl eindrucksvoll verstärken oder eine ganz bestimmte Stimmung erzeugen.

Hier setzt das optionale Innenlichtpaket mit Ambientebeleuchtung des Audi A8 neue Maßstäbe. Der Clou der Ambientbeleuchtung des A8 sind hier die Möglichkeiten zur Individualisierung des Innenraumlichts: Über das MMI kann der Fahrer das Licht dimmen und verschiedene Beleuchtungsprofile konfigurieren. Diese können dann auf bestimmte Fahrsituationen – etwa mit der Aufhellung des Innenraums auf hellen innerörtlichen Straßen bzw. der Reduzierung der Lichtquellen auf der unbeleuchteten Autobahn angepasst werden.

Gerade was die Beleuchtung des Fahrzeuginnenraums betrifft, sind den Entwicklern kaum Grenzen gesetzt. Sicherheit und Wohlbehagen stehen ganz oben auf der Aufgabenliste. Berlitz: „Denken Sie an eine nächtliche Berghütte. Sie kommen über die Almwiese und entdecken das warme Licht, wie es durch die Fenster der Hütte strahlt. Das Licht erzeugt das wohlige Gefühl, das man hat, wenn man nach Hause kommt.“ Genau dieses Gefühl sollen auch künftige Audi-Modelle erzeugen. Berlitz: „Der Fahrer drückt auf die Fernbedienung, Leben durchfließt das ganze Fahrzeug, die ‚Scheinwerfer-Augen’ erwachen und im Fahrzeug breitet sich ein einladendes Licht aus, das ihm sagt: Willkommen zu Hause!“

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Ingolstadt, 29.02.2012
OLED-Technologie

Der Lichtkanal im Untergeschoss des Audi-Elektronikcenters in Ingolstadt ist ein dunkler Ort der Erleuchtung. Grauer Boden, schwarz verhängte Wände, in der Mitte drei Exponate mit strahlenden Lichtern in Gelb- und Rottönen. Der Raum erinnert ein wenig an eine Bühne, und Stephan Berlitz, Leiter Innovation Lichttechnik und Lichtelektronik bei Audi, ist der Regisseur.

Berlitz ist einer jener Entwickler, die dazu beigetragen haben, dass Audi heute die führende Marke in der automobilen Lichttechnik ist. Das LED-Tagfahrlicht und die LED-Scheinwerfer haben Meilensteine gesetzt – der nächste Schritt werden die OLEDs sein. In der Elektronikindustrie ziehen Displays in dieser Technik bereits in die Serienfertigung ein; Berlitz und sein Team arbeiten in enger Kooperation mit dem Audi-Design daran, OLEDs als Leuchtmittel am Exterieur des Autos zu nutzen.

Das Kürzel OLED steht für „organic light emitting diode”. Im Gegensatz zu LEDs, die aus Halbleiter-Kristallen bestehen, handelt es sich hier um organische Polymere mit Halbleiter-Eigenschaften. Das pastöse Material liegt Nanometer-dünn zwischen einer Kathode und einer Anode. Beide tragen leitende Beschichtungen; alle Materialien sind wegen ihrer geringen Schichtdicke, die nur wenige Mikrometer beträgt, auch transparent ausführbar.

Zwei plan polierte Glasplatten umschließen den Aufbau luft- und wasserdicht; ein Metallrahmen umschließt das Sandwich, das nur etwas mehr als einen Millimeter stark ist. Wenn man eine geringe Spannung anlegt, werden im elektrischen Feld Photonen emittiert – die Fläche leuchtet auf. Je dünner die Schicht, desto höher die Helligkeit; verschiedene Polymere erzeugen unterschiedliche Farben.

Aufgrund ihrer Transparenz kann man einzelne OLEDs hintereinander setzen, um die Farben zu mischen; weißes Licht entsteht durch Addition der Farben.

Stephan Berlitz weist auf eine Heckleuchte, die sein Team für den Audi Q7 aufgebaut hat. In ihrem Inneren leuchten vier kleine, rote OLED-Platten; wie Schuppen nebeneinander liegend, erzeugen sie das Schlusslicht. Acht flache Segmente bilden den geschwungenen gelben Blinklicht-Streifen.

„Mit den LEDs von heute wäre diese homogene Erscheinung nicht möglich“, erklärt Berlitz. „Sie sind punktförmige Lichtquellen, die eine zusätzliche Optik brauchen – Reflektoren, Lichtleiter oder Streuoptiken. Bei der OLED-Technik leuchten die Flächen selbst, und die dünnen Platten sehen einfach gut aus. Sie sind leicht, sprechen blitzschnell an, entwickeln wenig Wärme, halten mehrere zehntausend Stunden und benötigen nicht mehr Energie als herkömmliche Leuchtdioden. OLEDs passen perfekt zu Audi, weil sie Highend-Technik, maximale Präzision und ein tolles Design zusammenbringen.“

Die Roadmap von Audi für den Serieneinsatz der OLEDs erstreckt sich über mehrere Jahre. Auf dem heutigen Stand vertragen die neuen Dioden nur geringe Ströme, das geeignete Temperaturfenster endet bei 80 Grad Celsius. Beim Schlusslicht werden die OLEDs in relativ naher Zukunft zum Zug kommen, beim Bremslicht, das etwa fünfmal heller sein muss, einige Jahre später. Für Tagfahrlicht und Standlicht kann sich Berlitz weiße OLEDs vorstellen.

Das größte Ziel – vor allem für die Audi-Designer – aber sind dreidimensionale OLEDs. Im Rahmen eines öffentlich geförderten Projekts entstehen gerade die ersten Prototypen – faszinierend leichte, filigrane Leuchtkörper in Ringform, auf verschiedenen Ebenen in die Rücklichter eines Audi TT eingesetzt.

Der Weg zur freien Form könnte über eine Zwischenlösung führen – die dreidimensionale Anordnung von kleinen Platten. Diese Cluster können auf der ganzen Karosserie liegen, wie ein Modell vom künftigen Audi R8 OLED concept zeigt. Es trägt an den Flanken, am Rücken und im Innenraum Streifen, die aus Hunderten dreieckiger OLEDs bestehen. „Der Kollege aus dem Design hat das ganze Auto zum Leuchtmittel gemacht“, sagt Berlitz. „Auf diese Weise werden ganz neue Fahrzeugsignaturen möglich, die sich immer wieder verändern lassen.“

Ein weiteres Zukunftsszenario ist der „swarm”, das dritte Exponat im Lichtkanal. Hier ist das Heck eines Fahrzeugs in eine große Lichtfläche verwandelt, auf der zahllose kleine Lichtpunkte fluktuieren wie Fische in einem Schwarm. Ihre Manöver folgen der Bewegung des Autos. Wenn es nach rechts abbiegt, fließen sie nach rechts, beim Bremsen strömen sie rasch nach vorne; je schneller das Auto fährt, desto fixer bewegen sie sich. So signalisieren die OLEDs dem Hinterherfahrenden stets das aktuelle Bewegungsprofil des Wagens vor ihm.

Beim „swarm“ sind die OLEDs in Display-Technik angeordnet – als Matrix aus zahllosen Einheiten in Pixel-Größe, die einzeln angesteuert werden. Auch der OLED-Schwarm vereint das Schöne mit dem Sinnvollen, wie Berlitz erklärt: „Er sieht sensationell gut aus und ist zugleich ein konkretes Sicherheits-Feature.“

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