Sparsame LED installieren

Sparsame LED irritieren bei Nach- oder Umrüstung die Fahrzeugtechnik. Eine spezielle Schaltung ermöglicht den effizienten Betrieb und die zuverlässige Überwachung von nachgerüsteten LED-Scheinwerfern in Einsatzfahrzeugen.

LED-Lampen werden aufgrund ihrer hohen Lebens­dauer, ihres guten Wirkungsgrads und der damit verbundenen Einsparmöglichkeiten auch in Rettungs- und Einsatzwagen immer häufiger anstelle herkömmlicher Glühlampen eingesetzt. Gerade die Sparsamkeit der LED führt allerdings bei der Umrüstung von Fahrzeugen oft zu Problemen: Die internen Systeme interpretieren die geringe Stromaufnahme, die nur einen Bruchteil derer einer Glühlampe beträgt, als Fehler und melden eine defekte Lampe. Als Alternative dazu hat der Elektronikspezialist Carsig GmbH aus Rottweil (BW) daher ein kompaktes Beleuchtungsmodul zur Glühlampensimulation entwickelt, das den für einen störungsfreien Betrieb nötigen Strom abruft und die Stromdifferenz über eine spezielle Schaltung wieder zurückspeist. Der Wirkungsgrad liegt dabei bei 85 bis 90  %. Zugleich überwacht die patentierte Elektronik die LED-Funktion, sodass Ausfälle zuverlässig angezeigt werden – auf Wunsch selbst bei Leuchten, die vom Standardsystem nicht kontrolliert werden.

Problem Blinkleuchten
Besonders deutlich – und potenziell strafbar – wird die Problematik nachgerüsteter LED-Leuchten bei den Blinkleuchten. Laut EU-Gesetz muss die Funktionstüchtigkeit der Blinkleuchten vom Fahrzeug bei Benutzung überprüft und ein Defekt sofort gemeldet werden. Üblicherweise wird dazu der Strom gemessen und mit einem Schwellenwert verglichen, der an die Nennleistung der Blink­lampen angepasst ist. LED für diesen Einsatzzweck haben in der Regel jedoch nur rund ein Zehntel der Leistungsaufnahme, weshalb die Lichtsteuergeräte selbst bei tadellosem Betrieb Alarm schlagen würden. „Erschwerend kommt hinzu, dass es keine festen Normen für LED-Leuchten gibt. Jedes Modell hat andere Kennwerte, sodass sich kaum allgemein gültige Schwellenwerte definieren lassen“, erklärt Christof Klaiber, Bereichsleiter Entwicklung bei Carsig. Andere Überwachungssysteme wie die Kaltfadenüber­wachung (Cold-Scan), bei der die Lampen im ausgeschalteten Zustand geprüft werden, haben ähnliche Probleme: Da hierbei die Leuchte mittels hoch­ohmigen Prüfimpulsen kontrolliert wird, würde die LED durch diese Impulse sichtbar zu leuchten beginnen.

Einbau von Lastwiderständen
Gängige Praxis bei LED-Um- oder -Nachrüstungen von Sonderfahrzeugen wie etwa Rettungswagen oder Feuerwehrfahrzeugen ist es daher, Lastwiderstände einzubauen, um die Stromaufnahme künstlich zu erhöhen. Dadurch ist allerdings zum einen keine Funktionsüberwachung der Lampen mehr möglich, was den Sicherheitsgewinn durch die erhöhte Lebensdauer aufhebt. Hot-Scan und Cold-Scan laufen ins Leere. Zum anderen wandeln die Widerstände die Energie in Wärme um, was insbesondere bei Frontscheinwerfern mit einer Sollleistung von 55 bis 75  W zu einer erheblichen Wärmeentwicklung führen kann und spe­ziell in der Nähe von Kunststoff-Komponenten ein Risiko darstellt. Größter Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass das Energieeinsparpotenzial der LED dadurch vollständig verschenkt wird.

Strom-Rückspeisung
Um dies zu vermeiden, arbeitet die entwickelte, patentierte Glühlampensimulation nicht mit Widerständen, sondern mit einer speziellen Schaltungstechnik. Diese ermittelt die Differenz zwischen der erwarteten Soll-Stromaufnahme und dem tatsächlichen Verbrauch der LED und nimmt diesen Differenzstrom auf, um ihn dann wieder ins Bordnetz zurückzuspeisen, sodass die fahrzeugeigene Überwachung eine normale Leuchtenfunktion registriert und gleichzeitig der hohe Wirkungsgrad der LED erhalten bleibt. Auch das ungewollte Leuchten beim Cold-Scan wird so vermieden. „Man könnte ebenso den gesamten Sollstrom simulieren und die LED separat versorgen. Dabei fällt allerdings der Wirkungsgrad schlechter aus, weshalb wir hauptsächlich mit dem Differenz-Verfahren arbeiten“, so Klaiber. Der simulierte Strom wird in den nachgelagerten Teil der Schaltung geleitet, der ähnlich wie ein Ladegerät funktioniert und die Energie über eine Erhöhung der Spannung wieder in das Bordnetz zurückspeist.

Nur geringer Effizienzverlust
Eine Umwandlung in Wärmestrahlung findet dabei kaum statt, die Baugruppe wird im Betrieb höchstens handwarm. Während des gesamten Vorgangs gehen so je nach konkretem Typ des Moduls lediglich 10–15  % des Stromes aufgrund unvermeidbarer Schaltungsverluste verloren, wodurch die Effizienz der LED-Leuchten zum größten Teil erhalten bleibt. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Lampen bei ausgeschaltetem Motor genutzt werden, z.  B. zur Ausleuchtung einer Unfallstelle, da auf diese Weise die Autobatterie geschont wird und der Motor oder ein externer Generator erst später in Anspruch genommen werden müssen.

Spezialisierte Fehlererkennung
Darüber hinaus überwacht das Modul gleichzeitig die Funktionalität der LED-Lampen, wobei die Elektronik auf Erkennung der speziellen Fehler­bilder – sprich Openload oder Overload – der LED-Technik ausgelegt ist. Der untere Schwellenwert zur Meldung eines zu geringen Laststroms kann hier zwischen 10 und 85  mA liegen, die Obergrenze zum Abschalten vor einer Überlastung beträgt 2,5  A. Wird ein Fehler erkannt, sorgt die Schaltung der Glühlampensimulation dafür, dass kein Laststrom mehr fließt. Die Leuchtensteuerung des Fahrzeugs meldet daraufhin die Störung auf dem üblichen Weg, meist per Warnleuchte oder – wie beim Blinker – per akustischer Veränderung.

Ebenso eignet sich das Beleuchtungsmodul für Fahrzeuge mit Kaltfaden-Überwachung. Die Glühlampensimulation arbeitet auch hier mit einer intelligenten Schaltung: Zeigt die modulinterne Fehlerüberwachung eine intakte LED, werden die Prüf­impulse des Cold-Scan in dieser Schaltung ähnlich wie von einer tatsächlichen Glühlampe bedämpft. Bei einer fehlerhaften LED dagegen wird der Schalter geöffnet, wodurch die Dämpfung entfällt und die Prüfimpulse den Defekt ans Lichtsteuersystem melden.

Durch die Überwachungsstrategie des Moduls ist damit sowohl sichergestellt, dass die gesetzlichen Kontrollauflagen eingehalten werden, als auch, dass Mängel an der Verkehrstüchtigkeit schnell bemerkt werden. Um die Sicherheit auch bei Fahrzeugen mit zusätzlichen Leuchten, die nicht von der üblichen Überwachung erfasst werden, zu erhöhen, bietet Carsig darüber hinaus Modelle mit mehrfachen Ausgängen an. Dies betrifft beispielsweise Fahrzeuge mit doppelt ausgeführten Heckleuchten unten und oben, deren Defekte dann über die normale Warnanzeige dargestellt werden können, wobei die intakte Lampe weiter funktionsfähig bleibt.

Zuverlässige Glühlampensimulation
Da je nach Art der Lampe und des Fahrzeugs unterschiedliche Eigenschaften gefordert werden, umfasst das Sortiment an Glühlampensimulationen unterschiedliche Typen. Dazu zählen u.  a. leistungsstarke Ein-Kanal-Module für die Frontbeleuchtung, Module mit fünf oder sieben Kanälen für die Rückwandbeleuchtung, über die mehrere Leuchten mit verschiedenen Parametern laufen können, sowie Modelle mit getrennten Links-/Rechts-Kanälen für den Einsatz mit Blinkgeber. Speziell für diesen ­Bereich wurde auch eine Version mit zweimal drei Kanälen entwickelt, die die Blinker-Lampen pro Seite unabhängig voneinander überwacht. Die Lebensdauer aller Typen ist schaltungstechnisch auf die hohe Haltbarkeit von LED-Lampen abgestimmt, sodass die Zuverlässigkeit der Glühlampensimulation dauerhaft sichergestellt ist.

Die verschiedenen Module eignen sich sowohl für 12-V- als auch für 24-V-Bordnetze und lassen sich jeweils auf die konkreten Parameter von Fahrgestell und LED-Technik programmieren. „In beiden Bereichen ändern sich die Werte mit wechselnden Typ-Generationen sehr häufig, weshalb wir beim Feintuning eng mit den Fahrzeugausrüstern zusammenarbeiten, um das jeweils optimale Ergebnis zu erzielen“, berichtet der Entwicklungsleiter. Die Parametrisierung kann dabei sowohl hersteller- als auch kundenseitig erfolgen. Der Einbau selbst ist nach der Voreinstellung durch die Experten relativ unkompliziert – zumal anders als bei der Verwendung von zusätzlichen Widerständen nicht mit einer großen Wärmeentwicklung gerechnet werden muss. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise des Moduls, was generell die Flexibilität bei der Unterbringung erhöht und sogar die Integration in die LED-Leuchte erlaubt.

Geprüft, wasser- und staubdicht
Alle Modelle der Glühlampensimulation verfügen über das ECE-Prüfzeichen und sind für den Einsatz in rauen Umgebungen wie etwa Baustellen auch mit wasser- und staubdichten Gehäusen gemäß IP6K9K und IP  68 erhältlich. Daneben werden die verschiedenen Produkte je nach spezifischen Anforderungen getestet und zertifiziert, so gibt es etwa Typen mit geprüfter Vibrationsresistenz oder – beispielsweise für Behördenfahrzeuge – mit besonders niedriger Funkabstrahlung gemäß CISPR  21 Level  5.

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