A fényszórók egyedfejlődése

A ma személygépkocsijának alapvető tulajdonságait hajlamosak vagyunk természetesnek venni, pedig sok esetben rendkívüli innovációk sorozatán esett át az adott alkatrész vagy funkció. Ezek közé tartozik a járművek világítástechnikája is. Ebben a cikkben bemutatjuk a teljes fejlődéstörténetet, valamint hogy mire számíthatunk a jövőben ettől az elemtől.

A kezdetek

Elsőként fontos tisztáznunk, hogy előbb létezett az autó, mint a hozzá tartozó világítás. Ugyanakkor túl sokat nem kellett várni rá. 1908-ban már megjelent az első elektromos fényszóró, mely kifejezetten azt a célt szolgálta, hogy az az utat megvilágítsa a vezető számára.

Ahogy létrejött a sorozatgyártás a Fordnak köszönhetően, és egyre sokasodtak az autók az utakon, felvetődött egy korábban nem ismert probléma: egymás látásának korlátozása.

Így aztán 1915-ben megjelent a tompított fényszóró – ezt az elnevezést a mai napig használjuk.

Ez a fényszóró attól tompított, hogy a tükör gyújtópontja előtt elhelyezett izzószál alulról árnyékolt, hogy a fénykéve lapos legyen.

Ahogy az igényekre egyre inkább fény derült, annál több új funkciót kellett ellátnia a fényszóróknak. Ezt eleinte a gyártók úgy oldották meg, hogy minden egyes igényt külön lámpatesttel fedtek le. A 20-as évekre már megszülettek az első egyesített fényszórók, melyek magukban foglalták az ún. országúti és a korábban említett tompított fényszórókat.

A közlekedés tempója egyre növekedett, így mindinkább előrébb szerettek volna látni sötétben is a sofőrök. A teljesítménynövekedés mellett a fejlesztők elkezdtek hangsúlyt fektetni a megfelelő irányítottságra is.

Figyelembe véve azt a tényt, hogy legyen az bal- vagy jobboldali közlekedés, a szemből érkező sosem pont szemből érkezik, hanem valamelyik oldalról, így az sem szükségszerű, hogy a két első fényszórónk ugyanolyan tartományt világítson be. Az út közepétől messzebb lévő lámpánk távolabbra világíthat, anélkül, hogy a szemből jövőt vakítanánk vele. Ez pedig hatalmas előny számunkra, hiszen a sokszor lassabb egy nyomon haladó járművek (segédmotorkerékpár, kerékpár), de akár a gyalogosok, vagy az út széléről felbukkanó állatok is jóval hamarabb észlelhetők ezáltal.

Így jött létre 1957-ben az első aszimmetrikus vetítésű tompított fényszóró.

Ezt az ún. aszimmetrikus megvilágítást úgy érik el, hogy egyrészt maga az izzószál alatti ernyő aszimmetrikus, másrészt a burkolóüveg különleges fénytörő bordázatot kap.

Szabványok, új technológiák

A gépjármű világítóberendezéseit két csoportba sorolhatjuk, attól függően, hogy útmegvilágítás, vagy belső világítás a feladatuk. Mi most alapvetően inkább a belsőre koncentrálunk.

A tompított mellett megemlítendő a távolsági fényszóró, mely szintén az első lámpatestekben foglal helyet.

Ebben az esetben az izzószál a paraboloid tükör gyújtópontjában van, a fénykéve enyhén szétterülő, fényereje 100 méter távolságból mérve egy luxnál több.

A fényforrások az idő előrehaladtával igen változatos módon töltötték be ezeket a szerepeket.

A gépjárművekben is alkalmazott legősibb, és napjainkban is még elterjedtnek számító fényforrások termikus elven működnek, vagyis a foton emisszió egy adott volfram izzószál elektromos árammal történő hevítésének következtében jön létre.

Geometriája és felépítése alapján felhasználása széleskörű lehet. Ezen fényforrások működési elvüket tekintve – a burában található töltőgázok minőségének függvényében – kettő diszkrét csoportba oszthatók: léteznek hagyományos és úgynevezett halogén változatok. A halogén típusok megjelenése óta a fényszórókban a hagyományos izzók „kihaltak”, amit a kisebb fényáram és fényhasznosítás, rövidebb élettartam, a nagyobb méret valamint a rosszabb kezelhetőség eredményezett.

Azonban belső téri kiszolgáló világítás vagy indexlámpák esetén még találkozhatunk kisméretű hagyományos izzókkal is.

Jellemző típusok: H1, H3, H4, H7, H8, H9, H11, HB3, HB4

Az idő előrehaladtával igény mutatkozott a különböző forgalmi helyzetek világítással való felruházására – ilyen volt a fent említett index, és említhetnénk még a tolatólámpát, az első- és hátsó ködlámpákat, a féklámpát, a helyzetjelzőket, a rendszámtábla megvilágítását, vagy a nemrég bevezetett nappali menetfényt is.

A front fényszórók azonban nem álltak meg a termikus sugárzóknál.

A fémhalogén lámpa (MH – Metal Halide) a HID (High Intensity Discharge) magyarul nagy intenzitású gázkisüléses (GDL – Gas-Discharge-Lamp) fényforrások családjához tartozik. Működési elvét tekintve a fény emissziót (a higanylámpákhoz hasonlóan) ívkisüléses gerjesztés hozza létre egy nagynyomású gázokkal és fémsókkal töltött kerámia vagy kvarcüveg kisülő csőben.

A kerámia cső előnyösebb, hiszen magasabb hőmérsékletet képes elviselni, amely a fényhasznosítás javulását eredményezi. A nagy teljesítményű (>150 W) lámpákban azonban kvarc csövet alkalmaznak. A kisülő térben a higany és az argon (Ar) vagy xenon (Xe) töltőgáz mellett különböző halogének (jód vagy ritkábban bróm) és fémsók vagy ritka földfémek vegyületei, azaz fémhalogének találhatók.

A leggyakoribb alkalmazott fémek a nátrium (Na), az indium (In), a tallium (Tl), ón (Sn) és lítium (Li), ritka földfémek a szkandium (Sc), diszprózium (Dy) és a holmium (Ho). Ez azért fontos, mert inertgázok és a fémhalogén vegyületek összetétele határozza meg az emittált spektrum összetevőit, vagyis közvetlen hatással van a fényforrás színére és korrelált színhőmérsékletére valamint a fényerősségre egyaránt.

A fémhalogén lámpák előnyös tulajdonságaik miatt széles körben elterjedtek, de alkalmazásuk ott célszerű, ahol a jó színvisszaadás és a nagy fényáram fontos követelmény, például közvilágítási és mennyezeti lámpatestek, gépjármű fényszórók (xenon változat), csarnokvilágítás, fényvetők, színpad és stúdióvilágítás. Beltéri szobavilágításhoz – ahol a gyors felfutási és újragyújtási idő alapvető igény – nem alkalmasak.

Jellemző típusok: D1S, D2S, D2R, D3S, D4S

A LED, ami mindent megváltoztatott

2022-ben már szinte elképzelhetetlen egy új személygépkocsi fényemittáló dióda nélkül a külső világításai legalább valamelyikében.

Noha a technológia viszonylag régóta ismert, Az első LED-es féklámpát 2000-ben a Cadillac mutatta be a DeVille-ben, az első teljes LED külső világítással rendelkező autó pedig az Audi R8 volt 2009-ből.

A világító diódák működési elvét tekintve viszonylag egyszerű. Nyitóirányú előfeszítés hatására áram folyik az anódtól (p réteg) a katód felé (n réteg), 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 találkozáskor kiszámítható valószínűsséggel rekombinálódnak, és alacsonyabb energia szintre kerülnek vissza. Ez az energia felszabadulás adott százalékban foton emisszió formájában megy végbe.

Alkalmazási területük elképesztően nagy, a velük lefedhető színspektrum legalább akkora, ráadásul energiafelhasználás tekintetében is rendkívül hatékony – sokszorosa a halogén izzókénak.

Jellemző típusok: TMD, SMD, HPLED, COB

A jövő világítástechnikája

A mostanság forgalomban lévő LED-mátrix fényszórók még nagyobb térnyerése várható a jövőben. Az intelligens projektoros technika lehetővé teszi, hogy az autó felismerje a szembejövőt, és valós időben reagálva kitakarja azt minden egyes pillanatban. Ezáltal mi sokkal kevesebbet veszítünk a szembejövő miatt a látóterünkből, gyakorlatilag eltűntetjük a határvonalat a tompított és a távolsági fényszóró között.

Hogy mit lehet ma kihozni egy ilyen fényforrásból, arra tökéletes példa a Mercedes-Benz MultiBeamje:

A jelenlegi politikai és ipari trendek mellett a fejlődés iránya ezen a területen előre definiáltnak tűnik a következő évtizedekre. Ez a technológia várhatóan egyre lejjebb költözik majd a kategóriákban, miközben a felső szegmensben ezek még újabb és még fejlettebb változataival találkozunk majd.