Besseres Licht, bessere Sicht – OBF x
Dank höherer Helligkeit und Effizienz sind LEDs nun auch für das Fahrlicht im Mittelklassesegment erschwinglich.
Im Premiumsegment des Automobilmarktes sind LEDs bereits seit vielen Jahren eine beliebte Lösung für das Fahrlicht. Im Vergleich zu traditionellen Halogenlampen, die den Scheinwerfermarkt bis in das 21. Jahrhundert hinein beherrschten, bieten LEDs die folgenden Vorteile:
- Höhere Effizienz, wodurch der Kraftstoff- bzw. Stromverbrauch des Fahrzeugs sinkt
- Wesentlich längere, nahezu unbegrenzte Lebensdauer, wodurch ein regelmäßige Lampenwechsel entfällt und die Gefahr des Fahrens mit defektem Scheinwerfer abnimmt
- Mehr Flexibilität bei der Gestaltung der Scheinwerfer; Automobilhersteller können mit LED-Scheinwerfern ein unverwechselbares Design kreieren, das den Charakter des Fahrzeugs und der Marke widerspiegelt (siehe Abbildung 1).
- Präzisere Steuerung des Lichtstrahls bei Scheinwerfern mit Projektionslinsen
Abb. 1: Forward lighting
Die Vorteile von Effizienz, Leistung und Gestaltungsfreiheit gelten für Mittelklasse- und Kleinwagen ebenso wie für Premiumfahrzeuge. Allerdings erwiesen sich die Systemkosten als Hürde für die Einführung: Traditionelle halogenbasierte Scheinwerfer sind durch langjährige Skaleneffekte und niedrige Stückkosten sehr viel günstiger. Mit Einführung der OSLON® Black Flat X von ams OSRAM – einer Serie neuer, hocheffizienter LEDs für den Automobilbereich – beginnt nun jedoch ein neues Zeitalter im Preis-Leistungs-Verhältnis. Diese neuartigen LEDs erreichen eine enorm hohe Lichtausbeute und Effizienz, die den bisherigen OSLON Black Flat-Produkten nochmals überlegen ist. Dadurch können Automobilhersteller die Materialmenge und Komponentenanzahl eines Fahrlichtsystems so stark reduzieren, dass LED-Scheinwerfer preislich mit konventionellen Halogenscheinwerfern konkurrieren können, während sie gleichzeitig aber die überlegenen Eigenschaften, die Zuverlässigkeit und die Leistung bieten, für die die LED-Technologie bekannt ist.
Bahnbrechende Fortschritte bei Leistung und Effizienz
Das neue Zeitalter für LED-Fahrlicht, das mit der Einführung von OSLON Black Flat X anbricht, baut auf dem erfolgreichen Fundament der OSLON Black Flat-Produktfamilie auf. OSLON Black Flat-LEDs sind bekannt als die ersten oberflächenmontierten LED-Leuchten, die in Fahrlichtsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Ihren Name verdanken die OSLON Black Flat-LEDs dem Gehäuse: Die schwarze Farbe sorgt für einen hohen Kontrast von 1:200, und das flache Anbaugehäuse kann mit standardmäßigen Montageeinrichtungen auf einer Platine montiert werden.
Die neue OSLON Black Flat X-Serie basiert auf der neuesten Version der InGaN-basierten UX3-Chiparchitektur von ams OSRAM. UX3 bietet hervorragende Zuverlässigkeit, hohe optische Leistung und gute thermische Eigenschaften.
Aufbauend auf dieser Plattform wurden bei der OSLON Black Flat X verschiedene Verbesserungen implementiert, darunter eine größere lichtemittierende Oberfläche von 1,15 mm² pro Chip sowie ein geringerer Wärmewiderstand verglichen mit den Keramikgehäusen, die in konkurrierenden Automobil-LEDs verwendet werden. Darüber hinaus zeichnen sich die neuen Produkte durch eine hervorragende Farbtreue über den gesamten Abstrahlwinkel aus.
Diese neuen Eigenschaften sorgen für überlegene Betriebseigenschaften: Jeder OSLON Black Flat X-LED-Chip erzeugt 460 lm bei einem Betriebsstrom von 1 A. Höherer Lichtstrom geht einher mit höherer Lichtausbeute: Bei der Ein-Chip-Variante KW HHL631.TK der OSLON Black Flat X-Serie beträgt die Leistungsaufnahme lediglich 3,2 W bei einem Lichtstrom von 460 lm.
Die OSLON Black Flat X ist in 1-, 2-, 3-, 4- und 5-Chip-Varianten erhältlich, alle in kompakten, oberflächenmontierten Gehäusen. So wird die 1-Chip-Variante der OSLON Black Flat X in einem schwarzen, flachen Gehäuse geliefert, das nur 3,75 mm x 3,75 mm misst (siehe Abbildung 2). Die OSLON Black Flat-Produkte sind vollständig kompatibel mit Aluminium-Metallkernplatinen (MCPCBs), wodurch die inhärent gute thermische Leistung ihrer Gehäuse nochmals gesteigert wird. Alle Produkte bis hin zur 5-Chip-Variante bieten eine hervorragende Zuverlässigkeit der kompletten LED-Platinenbaugruppe, da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Metallträgers der LEDs und der MCPCB exakt aufeinander abgestimmt sind.
Abb. 2: Die Ein-Chip-Variante der OSLON Black Flat X-Serie. (Bildnachweis: ams OSRAM)
Höhere Leistung spart Systemkosten
Die hohe Helligkeit der neuen OSLON Black Flat X revolutioniert das Preis-Leistungs-Verhältnis für Automobilhersteller. Der benötigte Lichtstromwert ist nun mit weniger Chips erreichbar, gleichbedeutend mit geringeren Materialkosten für das Fahrlichtsystem.
Dieser Kostenvorteil wird durch die hohe Effizienz und den geringen Wärmewiderstand der oberflächenmontierten OSLON Black Flat X noch verstärkt. Die Hersteller können nun Fahrlichtsysteme ohne Kühlkörper konstruieren und allein die Wärmeableitung durch die Metallkernplatine (MCPCB) nutzen, auf der die LEDs montiert sind.
Diese neue Möglichkeit wurde durch ein von ams OSRAM entwickeltes Referenzdesign demonstriert und basiert auf der Verwendung von OSLON Black Flat X-LEDs für das Tagfahrlicht (DRL), das Abblendlicht und das Fernlicht (siehe Abbildung 3). Bei diesem Referenzdesign kam ein Scheinwerfer auf Reflektorbasis zum Einsatz, aber dasselbe kühlkörperlose Design kann auch in einem Scheinwerfer mit Projektionslinse angewendet werden.
Abb. 3: Referenzdesign für ein Fahrlichtsystem auf Reflektorbasis ohne Kühlkörper. (Bildnachweis: ams OSRAM)
In diesem Referenzdesign wurden für das Abblendlicht zwei Dual-Chip OSLON Black Flat X-LEDs verwendet, die jeweils auf einer separaten Aluminium-MCPCB mit eigenem Reflektor montiert sind. Das Fernlicht besteht aus einer einzelnen OSLON Black Flat X-LED mit zwei Chips und einem Reflektor. Das Tagfahrlicht wird durch eine OSLON Black Flat X-LED mit einem Chip und einem Reflektor realisiert.
Das Design umfasst außerdem einen Blinker, der die Frontbeleuchtung komplettiert.
Die OSLON Black Flat X-LEDs werden mit 700 mA angesteuert und leiten die Wärme über die MCPCB an die Umgebungsluft ab – ganz ohne Kühlkörper oder Lüfter. Die Gesamtwärmeabgabe beträgt 9,65 W. So bleibt das System auch bei einer Umgebungstemperatur außerhalb des Gehäuses von bis zu 70 °C zuverlässig innerhalb der Betriebsgrenzen.
Die Scheinwerfer und das Tagfahrlicht erzeugen eine mit den Normen für die Automobilbeleuchtung kompatible Lichtleistung: Bei einer Sperrschichttemperatur von 150 °C und einem Betriebsstrom von 700 mA erzeugt jeder OSLON Black Flat X-Chip 270 lm. Unter diesen Bedingungen verbraucht das System 2,0 W und gibt 1,15 W Wärmeleistung ab. Die thermische Leistung dieses Fahrlichtsystems ist in Abbildung 4 dargestellt.
Abb. 4: Wärmebild des OSLON Black Flat X-basierten Referenzdesigns für ein Fahrlichtsystem. Die Temperatur der LEDs bleibt auch ohne Kühlkörper oder Lüfter zuverlässig innerhalb der zulässigen Grenzen. (Bildnachweis: ams OSRAM)
Die Möglichkeit, eine Fahrlichtsystem auf der Basis von OSLON Black Flat X-LEDs ohne Kühlkörper oder Zwangsbelüftung zu betreiben, bietet mehrere entscheidende Vorteile:
- Geringere Systemkosten durch den Wegfall der Kühlkörperbaugruppe aus der Materialliste
- Geringeres Gewicht
- Weniger Platzbedarf
Darüber hinaus bedeutet der niedrige Betriebsstrom von 700 mA, dass Antriebskomponenten mit einer geringeren Nennleistung und folglich niedrigeren Stückkosten eingesetzt werden können. OSLON Black Flat X-LEDs erfüllen alle Anforderungen der Normen für die Automobilproduktion: Sie sind AEC-Q102-zertifiziert, bieten Korrosionsbeständigkeit der Klasse 3B und sind PPAP-kompatibel.
Neue Perspektiven für LEDs in Scheinwerfern
Die Einführung der OSLON Black Flat X-Serie ermöglicht es Automobilherstellern, neue Designs für Frontscheinwerfer zu realisieren, die die entscheidenden Vorteile der LED-Technologie – lange Lebensdauer sowie hohe Effizienz und Zuverlässigkeit – bieten und gleichzeitig die Systemkosten auf ein Niveau senken, das mit dem von herkömmlichen halogenbasierten Systemen vergleichbar ist. Dank der OSLON Black Flat X kann bei neuen Designs der Kühlkörper entfallen und das thermische Design vereinfacht werden, wodurch eine neue Generation von LED-basierten Scheinwerfern entsteht, die kostengünstig sind und gleichzeitig eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit gewährleisten.