Op een motorfiets is zien wellicht nog belangrijker dan in een auto. Een motor is een evenwichtsvoertuig. Waar je heen kijkt, daar ga je heen. Dus is licht in het donker cruciaal. Daarnaast is gezien worden ook een significant deel van je veiligheid. Het is dan ook niet voor niets dat auto- en motorverlichting door de jaren heen steeds verder is geoptimaliseerd.
Tekst: Peter Aansorgh
Foto’s: constructeurs
Mensen maken al millennia lang kunstmatig licht. Het woord ‘lamp’ is terug te herleiden tot de oudheid: het is afgeleid van het Griekse ‘lampas’. Dat was de naam van een van de paarden van Eos, de Griekse godin van de dageraad. Natuurlijk was vuur een goede basis om licht te creëren. Een van de eerste manieren om dat te doseren, te controleren en mee te nemen was via een kaars. In de Romeinse tijd worden de eerste kaarsen of ‘candela's’ gemaakt uit vet of was. En ook dat heeft zijn sporen in de moderne wereld nagelaten, want we meten het licht (onder andere) in candela's. 1 candela is de hoeveelheid licht die een kaars op een vlak werpt, dat op een afstand van 1 meter van de kaars is geplaatst. Een andere veelgebruikte eenheid, die je tegenwoordig vaak op je huis-tuin-en-keukenledlampen terugvindt, is de lumen, die de lichtstroomsterkte aangeeft. 1 lumen is de lichtstroom van een puntlichtbron van 1 candela, door een ruimtehoek van 1 sterradiaal.
Tijdens de Industriële Revolutie kwam de ontwikkeling van lichtbronnen in een stroomversnelling. Zo ontwierp William Murdoch in 1790 een lamp die op kolengas brandde. In 1859 werd de petroleumlamp geïntroduceerd en een paar decennia later werd de carbidlamp uitgevonden, nadat Thomas Willson in 1892 een manier ontdekte om carbide te produceren. Uit carbide (CaC2) en water (H2O) ontstaat acetyleengas (C2H2), dat heel fel brandt en daarbij veel licht geeft. Het eerste patent voor een carbidlamp wordt op 28 augustus 1900 in New York verleend aan Frederick Baldwin, om een mijnwerkerslamp te ontwikkelen. Carbidlampen werden ook op voertuigen gebruikt, onder meer op de T-Ford en op de Norton 16H Sport, in de jaren 20 van de vorige eeuw.
Over de vraag wie de uitvinder van de gloeilamp is, bestaat tot op de dag van vandaag onenigheid.
De gloeilamp was een grote sprong voorwaarts in de geschiedenis van de verlichting. Maar wie heeft ‘m uitgevonden? Hele volksstammen denken dat Edison dat is geweest. Maar bij nadere beschouwing blijkt de uitvinding van de gloeilamp een proces te zijn geweest waaraan velen hebben bijgedragen. In 1761 bewees Ebenezer Kinnersley dat een verhitte draad licht kon uitstralen. Met dat idee maakte de Brit Humphry Davy een elektrische lamp, voorzien van een gloeiende platinadraad. Die gloeidraad verbrandde meteen, maar dat probleem werd in 1841 opgelost door Frederick de Moleyns, die de gloeidraad in een vacuümgetrokken glazen bol plaatste. Bij gebrek aan zuurstof verbrandde de gloeidraad niet. Moleyns vroeg daar ook patent op aan. Zijn idee werd in 1854 geperfectioneerd door Heinrich Göbel, die een gloeidraad van verkoolde bamboevezel in een vacuümgetrokken eau-de-colognefles plaatste. Edison vroeg daar 25 jaar later patent op aan, wat door Göbel voor de rechtbank werd betwist. Een uitspraak schijnt er niet gedaan te zijn. Over de vraag wie van de twee de uitvinder van de gloeilamp is, bestaat tot op de dag van vandaag onenigheid, terwijl het toch duidelijk is dat ze dat allebei niet zijn. Als ik de eer moet toekennen, dan geef ik die aan Frederick de Moleyns.
In 1891 is elektrische Columbia-auto van de Electric Vehicle Company uit Hartford, Connecticut al voorzien van een elektrische lamp. De korte levensduur van de gloeidraad – het filament – was echter een probleem bij de stuiterende voertuigen. Verkoolde bamboevezels zijn teer en kwetsbaar. De oplossing daarvoor werd in 1910 gevonden door de Amerikaan William David Coolidge, die zijn gloeidraden van wolfraam maakte, het metaal met het hoogste smeltpunt. Daarmee maakte de Guide Motor Lamp Manufactoring Company uit Cleveland, Ohio in 1910 eerste duurzame elektrische autolamp. Ze kregen bovendien patentecht voor hun parabolische reflectoropstelling, die het mogelijk maakte om het licht enigszins te richten. De eerste echte gerichte lamp werd daarna ontwikkeld door de Bay State Glass Company uit Somerville, Massachusetts. Zijn voorzagen hun Corning Conaphor- lamp in 1917 van een lensglas, dat de lichtbundel afgebakend naar beneden richtte: “Gewone lampen hebben een lamp voor het licht en een reflector om het te reflecteren, maar niets om de richting van de lichtstralen te sturen. De Conaphore wel!” luidde de advertentie uit die tijd. Lenzen werden in de jaren vijftig ook gebruikt om een asymmetrische lichtbundel te creëren, die de berm beter verlichtte. Later werd dat opvallend genoeg weer gedaan met ‘multi-faceted reflectors’.
In 1922 werd de koplamp nog eens verbeterd door de Guide Motor Lamp Factory, toen zij met een lamp met bifocale reflector kwamen. Deze Tilt Ray Headlamp maakte de toepassing van groot- en dimlicht in een en dezelfde reflector mogelijk. Dat idee werd in 1924 naar een hoger niveau getild door de uitvinding van de elektrische Osram BiLux-lamp, beter bekend als de Duplolamp. Die had twee onafhankelijk van elkaar te schakelen gloeidraden in één peertje. Het in 1906 opgerichte Duitse Osram dankt zijn naam overigens aan eerste letters van Osmium en de laatste van Wolfram, twee materialen die voor filamenten werden gebruikt.
Door het ontbreken van een gloeidraad heeft een xenonlamp een tot zesmaal hogere levensduur dan een halogeenlamp, terwijl het energieverbruik maar 35 watt is.
Een gewone gloeilamp geeft licht doordat een sterke elektrische stroom een gloeidraad van wolfraam laat gloeien. Omdat die in een vacuümgetrokken glazen bol hangt, kan het wolfraam niet oxideren. Voor oxideren heb je immers zuurstof nodig, en dat is er niet in een vacuüm. Toch verdampen er wel wolfraamdeeltjes van de gloeiende draad. Die deeltjes slaan neer op de binnenkant van de glazen bol. Je ziet daar dan een zwarte aanslag ontstaan. Het grootste probleem is dat de gloeidraad door het verdampen van deeltjes steeds dunner wordt, totdat hij breekt. Hoe groter de stroomsterkte, hoe sterker dat effect. In 1913 ontdekten medewerkers van AEG dat je dat kon tegengaan door de bol met een halogeengas te vullen. Dat gas reageert met de verdampende wolfraamatomen. Als de zo ontstane deeltjes weer in de buurt van de gloeispiraal komen, vallen ze door de hitte weer uit elkaar. Daarbij valt het wolfraam terug op de gloeispiraal, zodat die weer aandikt. Door dit zelfreparerende effect kan de halogeenlamp een hogere temperatuur verdragen en dus kun je er een hogere stroomsterkte door jagen. Dat geeft een hogere lichtintensiteit en een witter licht. Eigenlijk vreemd dat het nog tot 1962 duurde voordat halogeenlampen werden toegepast.
Xenon
Sinds 1995 worden xenonlampen toegepast, voornamelijk op auto's. Xenonlampen werken door een elektrische ontlading van xenongas, dat zich tussen twee elektroden in een buis van kwartsglas bevindt. Onder invloed van een startspanning van 28.000 volt ontstaat een plasmaboog tussen die elektroden. Die boog wordt vervolgens in stand gehouden door een brandspanning van 85 volt.
Een xenonlamp geeft een hoge lichtintensiteit (3.000 lumen) en een lichtkleur die veel op die van natuurlijk zonlicht lijkt. Daardoor zijn de beschenen objecten voor het menselijk oog beter waarneembaar. Door het ontbreken van een gloeidraad heeft een xenonlamp een tot zesmaal hogere levensduur dan een halogeenlamp, terwijl het energieverbruik maar 35 watt is, tegen 55 watt voor een halogeenlamp.
Xenon werd al snel verdrongen door ledverlichting. Led is een afkorting van ‘light-emitting diode’, oftewel een diode die licht uitstraalt. Een diode is een elektrische weerstand die de stroom maar in één richting doorlaat en dan een fel wit licht uitstraalt. Daarom wordt een diode ook wel een halfgeleider genoemd. Een led bestaat uit meerdere lagen van deze halfgeleiderverbindingen. Wanneer er in de led een stroom in doorstromingsrichting (van anode + naar kathode –) stroomt, straalt de led een hoeveelheid felwit licht uit.
De led werd volgens sommigen in 1920 ontdekt door de Rus Oleg Losev, hoewel anderen menen dat Henry Joseph Round dat al in 1907 deed. In elk geval was de lichtintensiteit jarenlang te laag voor auto- en motorverlichting. Toen dat verbeterde, werden leds in eerste instantie gebruikt voor dagrijverlichting (DRL, of daytime running lights), die bij auto’s al decennialang verplicht is. Bij motoren moet sinds de Euro 4-norm de dim- of dagrijverlichting branden als het contact wordt aangezet. Reden daarvoor is dat een voertuig met dagrijverlichting eerder en beter wordt herkend. Volgens onderzoek voorkomt dat 58% van alle ongevallen met zwaargewonden. Dagrijverlichting met leds is hiervoor beter beschikt dan gewoon dimlicht. Dimlicht schijnt namelijk onder een hoek van 15° omlaag en valt daardoor minder goed opgemerkt. Speciale dagrijverlichting valt beter op omdat het recht op de tegenliggers is gericht. Een beperkte lichtintensiteit zorgt daarbij dat de lichtstraal niet verblindt.
De ledtechniek is de laatste jaren enorm verbeterd. De gloeidraad van een H7-autolamp produceert 1.000 lumen, een sterke ledunit 1.400 lumen. Dat is dus meer dan genoeg voor een koplamp. Omdat er bij die lichtsterkte wel meer warmte wordt geproduceerd, zijn de leds bij die toepassing op een aluminium koelplaat gemonteerd om oververhitting te voorkomen. De warme lucht wordt langs de glazen lens geleid om die te ontwasemen. Vaak wordt het licht van de leds door een lens geleid, die het licht mooi richt. Je ziet ook vaak dat de leds tegen een multireflector schijnen en zo de juiste richting in worden weerkaatst.
Een andere toepassing die we in de toekomst gaan zien is matrix-ledkoplampen. Daarbij bestaat de koplampunit uit een matrix van ledlampen, die altijd grootlicht geven. De lampjes die tegenliggers zouden kunnen verblinden worden daarbij uitgeschakeld. Autotoeleverancier Valeo produceert deze lampen al onder de naam Valeo BeamAtic. Bij dit systeem heb je dus altijd veel beter zicht dan bij gewone lampen, zonder dat je tegenliggers verblindt.
Bij een vrachtwagen die 100.000 km per jaar rijdt, scheelt het gebruik van leddagrijlichten ongeveer 200 liter diesel per jaar.
Voordelen van led
Vanwege de hoge kleurtemperatuur is ledlicht minder vermoeiend voor de ogen dan halogeenlicht. Bovendien hebben leds geen gloeidraad, waardoor ze niet gevoelig zijn voor trillingen. Ze gaan daarom wel 50.000 uur mee, wat al gauw neerkomt op meer dan drie miljoen kilometer. Je hoeft ze dus eigenlijk nooit te vervangen. Nog een voordeel is het lage energieverbruik. Een gloeilamp zet maar 5 tot 10 % van de verbruikte energie om in licht, de rest in warmte. Een led is veel efficiënter; bij een vrachtwagen die 100.000 km per jaar rijdt, scheelt het gebruik van leddagrijlichten ongeveer 200 liter diesel per jaar.
Bij een motorfiets zal het effect natuurlijk vele malen kleiner zijn, maar toch. Dan speelt er nog een miniem veiligheidsvoordeel: omdat een gloeilamp eerst moet gloeien voor hij licht uitstraalt en een led direct oplicht, branden leds bijna 200 ms eerder voluit dan gloeilampen. Dat maakt ze zeer geschikt voor remlichten, want dan worden achterliggers eerder gewaarschuwd voor remmanoeuvres. Dat lijkt muggenziften, maar bij 120 km/u lever 200 milliseconden toch een 5 meter kortere remweg op!