Фари майбутнього: «ксенон», «галоген» або світлодіоди?

Наша сеть партнеров Banwar

Чим «ксенон» відрізняється від «галогенок»? І чому світлодіоди не відправили на звалище історії лампи розжарювання і газорозрядну оптику? І що спільного між лампами Philips і зубною пастою? Відповідь на ці та інші питання ви знайдете в нашому матеріалі.

Як з'явилися автомобільні фари? На перших машинах використовувалися примітивні ліхтарі з восковими свічками або гасовими пальниками всередині, запозичені від кінних екіпажів. Природно, такі «каганця» належним чином не висвітлювали дорогу, а тому інженерам довелося підшукувати примітивним ліхтарям більш ефективну заміну, якій виявилося ацетиленове освітлення: на довгий час незмінним супутником автомобілістів стала пара діжок, один - з карбідом кальцію, другий - зі звичайною водою. Перед нічною поїздкою «шофер» (як називали тоді водіїв) встановлював барила на автомобіль, відкривав краником подачу води, а остання, потрапляючи на карбід, сприяла виробленню ацетилену - газу, який при горінні дає досить потужний світловий потік. Правда, через кілька годин барила доводилося перезаряджати, а фару, що складається з дзеркального відбивача і лінзи, чистити від кіптяви ...

Але чому не можна було використовувати лампи розжарювання, які з'явилися навіть раніше самого автомобіля? У 1899 році французька фірма Bassee & Michel спробувала об'єднати автомобільну фару і лампу розжарювання, але конструкція вийшла невдалою - лампи з вугільною ниткою на нерівних дорогах швидко приходили в непридатність, а велика витрата енергії вимагав громіздких акумуляторних батарей, оскільки генератори на машини тоді не ставили. І тільки повсюдне поява генераторів, а також початок випуску нового типу лампочок з вольфрамовими нитками «перевели» автомобільний транспорт на електричне освітлення. Ось тільки «електросвітло» виявився ... занадто яскравим! Щоб не зліпити зустрічних водіїв, довелося вигадувати додаткові засувки і шторки, зменшувати яскравість лампочок, потім з'явилася двухнітевая лампа (з окремими нитками для ближнього і дальнього світла). У 1955 році, нарешті, впровадили асиметричне освітлення - коли фара з боку пасажира світить далі водійської.

Зараз використовуються три джерела світла: лампи галогенні і газорозрядні, а також світлодіоди. Про лазери та іншу екзотику говорити зарано - до серійних автомобілів новомодні розробки дійдуть нескоро. Тим більше, що відмовлятися від «нелінзованной» фари, куди можна встановити хоч «ксенон», хоч «галоген», хоч світлодіоди, інженери не збираються. Конструкція даного пристрою доведена до досконалості: світло від лампи потрапляє на відбивач з металу, а потім проходить через розсіювач - зовнішнє скло, що складається з безлічі лінз. Причому, коли з'явився новий пластик, що не дає усадки при формуванні деталей, інженери створили відбивач зі «вільною поверхнею», який складається з безлічі сегментів (кожен направляє потік світла на певну точку). Це дозволило замінити важке скло легким пластиком і відмовитися від розсіювача.

Фара «лінзованной» (яку правильно називати світлотехнікою проекторного типу) влаштована іншим чином: світло від лампи потрапляє на відбивач, а потім направляється на спеціальний екранчик і збирає лінзу, які формують пучок світла. І хоча зараз «лінзи» можна побачити на багатьох машинах, оскільки вони відомі компактністю і точної організацією світлового потоку, інженерів-світлотехніків спочатку довелося вирішувати проблему перегріву і позбуватися від ... занадто різкою світлотіньової межі - виявилося, що око людини занадто швидко втомлюється від чіткої межі між світлом і тінню. На «галогенки» проблему вирішили дифракційними кільцями (простіше кажучи, ризиками на лінзі), а на «ксеноні» - установкою автоматичного коректора, наявність якого в Росії і в Європі для газорозрядної світлотехніки обов'язково.

Ось, власне, ми і дісталися до самого головного. Чим принципово відрізняються «ксенон», «галоген» і діоди? Галогенні лампи складається з герметичної скляної колби, усередині якої розміщені електроди і нитка розжарення з вольфраму, а також закачана газова суміш, необхідна, щоб «ловити» випаровується вольфрам і регенерувати нитка (саме тому «галогенка» компактніше і довговічніше звичайної лампочки). Газорозрядна оптика (частіше іменована «ксеноном») нитки розжарювання не має: всередині такої лампи світло не розпечена нитка, а електрична дуга, що виникає між електродами, тому величина світлового потоку ксенонової лампи набагато більше, 3200 проти 1500 лм «галогенки»! Ось тому європейські експерти ухвалили, що таким фарам необхідний автоматичний коректор та омивач. І обмежили колірну температуру лампи, а на території США «ксенон» для ближнього світла категорично заборонений ...

Але якщо «ксенон» і «галоген» - це лампи, то світлодіод - напівпровідниковий прилад, який виробляє світло при проходженні струму. Напівпровідник спрацьовує швидше традиційної лампочки, споживає менше енергії, відрізняється фактично необмеженим терміном служби і мінімальними розмірами. Але поки диодам доручають тільки другорядні завдання (на основі світлодіодних технологій роблять стоп-сигнали, габаритні і денні ходові вогні), хоча зовсім недавно інженери і дизайнери ладили напівпровідників велике майбутнє. Всі сподівалися, що крихітний джерело світла забезпечить свободу компоновки і дозволить позбутися від громіздких фар. Однак на прикладі Audi R8 і Nissan Leaf добре видно - існуюча діодна оптика за розмірами не відрізняється від газорозрядної.

Так чому світлодіоди витіснили «ксенон» і примітивні «галогенки»? Виявилося, що напівпровідникова оптика має безліч недоліків. Поки навіть найкращі світлодіоди не здатні по світловіддачі наздогнати «ксенон» і залишаються на рівні хороших «галогенок», що вимагає обов'язкового застосування відбивача. Також діодні фари вимагають окремої системи охолодження (інженери навіть пробували охолоджувати фари антифризом) і відрізняються надзвичайною дорожнечею: одна фара коштує приблизно 1300 євро ... Природно, інженери розвивають цей напрям, але до масового переходу автомобільного освітлення на світлодіоди далеко, тому найближче майбутнє залишається за «ксеноновим» оптикою, яка стає компактніше і досконаліше, по енергоспоживанню наздоганяючи диодную

Але і списувати «галогенки» на звалище історії зарано! Як вважають інженери компанії Philips, сучасна галогенна лампа може світити на рівні газорозрядної. Щоб цього домогтися, необхідно замінити тугоплавкое скло колби кварцовим, по-друге, скло піддати оптичної поліровці, по-третє, нанести на колбу ковпачок з паладію ... І, нарешті, застосувати нову суміш газів, куди входить ксенон, щоб підвищити температуру нитки і наблизитися до спектру сонячного світла. На виході виходить нехай дорога, але унікальна лампочка: її світловий потік на 100% могутніше звичайної галогенною лампи, а термін служби - вдвічі більше. Причому на лабораторній установці ми наочно переконалися, що «галогенка» Philips X-treme Vision по світлосилі дійсно наздоганяє «ксенон».

Крім лекції про автомобільний освітленні, на заводі Philips ми побачили і реальне виробництво, на якому випускаються лампи. І це не по-людськи! В тому сенсі, що присутність людини при випуску «галогенок» і «ксенону» мінімізовано - кругом трудяться сучасні роботи, що забезпечують фактично стовідсоткову відсутність шлюбу. Але, крім фактично повної автоматизації, здивувало й інше: навіщо потрібен складовою цоколь і додаткова виробнича операція, щоб вирівняти нитка розжарення щодо цоколя? Виявляється, цей процес є ключовим, інакше готова лампочка буде світити «неправильно» - зліпити зустрічних водіїв або, навпаки, підсвічувати небо. Тому взаємне розташування «ниточки» і «підстави» перевіряється комп'ютером, а частина продукції оглядають люди.

«Ксенон» виробляють схожим «нелюдським» чином: ось робот підхоплює скляну трубочку, ось вставив нижній електрод, а далі починається така круговерть, що тільки встигай стежити! Трубочку заповнили складом солей і вставили верхній електрод, закачали охолоджений до -190ºС ксенон і запаяли колбу, одягли металеву спідничку і обрізали надлишки скла, перевірили пальник - готово? Ні, щоб газорозрядні лампи світили однаково, їх потрібно отжечь - включити і кілька годин чекати, поки колірна температура досягне потрібної величини. Ось тепер готово! Залишилося тільки з'ясувати, який зв'язок між лампами Philips і зубною пастою. Все просто: браковані скляні трубочки для колб не викидаються на звалище, а перемелюються в абразивний порошок. З якого потім роблять відбілюючі пасти для стоматологічних кабінетів.

Більше новин в Telegram-каналі «Zakon.kz» . Підписуйся!