Innovatie van de autoverlichting

Transcriptie

1 Innovatie van de autoverlichting Een onderzoek naar de ontwikkeling van lichttechnologie in Europese koplampen. Auteur: ing. R.M.P. (Roland) Lunenburg Studentnummer: Universiteit: Technische Universiteit Eindhoven Faculteit: Industrial Engineering & Innovation Sciences Opleiding: Innovation Sciences Datum : e begeleider: mr. W.J.H. Wenselaar 2 e begeleider: dr. ing. G.P.A. Mom

2 Voorwoord Voor u ligt mijn scriptie die ik heb geschreven ter afronding van mijn opleiding aan de faculteit Industrial Engineering & Innovation Sciences van de Technische Universiteit Eindhoven. Ik ben blij dat ik deze scriptie heb kunnen schrijven over een onderwerp binnen de automobielindustrie, een industrie waar ik voorheen werkzaam in ben geweest en waar ik al vele jaren een grote interesse in heb. Ik verwacht dan ook dat ik daar op termijn weer werkzaam zal zijn en hoop dat de kennis die ik de afgelopen jaren opgedaan heb voor mij en mijn toekomstige werkgever(s) een meerwaarde zal hebben. Ik wil graag enkele mensen bedanken die mij op wat voor manier dan ook gesteund hebben of behulpzaam zijn geweest bij het schrijven van deze scriptie. Ten eerste mijn ouders voor allerhande, veelal niet-studie gerelateerde, zaken die zeer belangrijk zijn geweest. Verder uiteraard mijn begeleiders Wim Wenselaar en Gijs Mom voor de sturing en het commentaar welke nodig waren voor het met goed gevolg afronden van deze scriptie. Tot slot nog de medestudenten en vrienden die de afgelopen periode met mij meegeleefd hebben. Met deze scriptie sluit ik een periode in mijn leven af en ga ik me de komende tijd verder ontplooien op professioneel en persoonlijk vlak, ik kijk hier zeer naar uit. Pagina 2

3 Samenvatting In deze scriptie wordt aan de hand van technologisch historisch onderzoek achterhaald op welke wijze de innovatie van de autolampen, die voor het groot- en dimlicht gebruikt worden, verlopen is. Hierbij zullen technologische en functionele factoren in relatie tot de ontwikkeling van de verschillende lamptechnologieën onderzocht worden. Ook zal kort beschreven worden wat de rol van wetgeving in relatie tot de technologische ontwikkeling is geweest. Tot slot zal aan de hand van de bevindingen uit het onderzoek en de, voor deze scriptie gebruikte, innovatietheorie een toekomstscenario opgezet worden ten aanzien van de verschillende autolamptechnologieën. De voor deze scriptie geformuleerde onderzoeksvraag luidt als volgt: Hoe kunnen de technische ontwikkelingen van lamptechnologieën worden verklaard als een systeem van transfers van technologische eigenschappen en wat betekent dit voor de toekomst van lamptechnologieën? Uit deze hoofdvraag zijn drie deelvragen gedestilleerd, deze luiden als volgt: 1. Hoe heeft de autolamptechnologie zich door de jaren heen ontwikkeld? 2. Hoe ziet het systeem van transfers van technologische eigenschappen van autolampen er uit? 3. Hoe gaat, gelet op de technologische innovaties, de toekomst van de autoverlichting er op de lange termijn uitzien? Voor de koplampfuncties groot- en dimlicht is momenteel de halogeentechnologie de dominante technologie. De alternatieve technologie is al enkele jaren de gasontladingstechnologie, de hierbij behorende artefacten zijn bekend als Xenonlampen. Daarnaast is er sinds 2007 nog een alternatieve technologie beschikbaar, te weten LEDtechnologie. Deze drie varianten hebben ieder een compleet eigen technologische achtergrond en bepaalde karakteristieke technische eigenschappen waardoor ze zich van elkaar onderscheiden. Er is in deze scriptie onderzoek gedaan naar hoe de verschillende koplamptechnologieën elkaar beïnvloeden in hun ontwikkeling. Deze beïnvloeding van technologieën is verklaard vanuit het idee dat er transfer van technische eigenschappen dan wel functionaliteiten tussen technologieën plaatsvindt. Deze transfers worden veroorzaakt doordat verschillende technologieën om de dominantie van de koplampverlichting strijden. De naam van dit transfermechanisme is het Pluto effect en is bedacht door Dr. ing. Mom. Uit het onderzoek wat voor deze scriptie is gedaan blijkt dat het Pluto effect is opgetreden tussen bijvoorbeeld de Halogeen- en Xenontechnologie waarbij de ene technologie zich ontwikkeld heeft doordat de andere technologie betere functionaliteiten bood. Omdat deze twee technologieën wezenlijk verschillend zijn moest de ene technologie, om de functionaliteit van de andere kopiëren, de eigen technologie doorontwikkelen om zodoende de tekortkomingen weg te werken dan wel te verminderen. Daar waar de Pagina 3

4 Xenontechnologie in het begin veel betere functionaliteiten op bijvoorbeeld het gebied van lichtopbrengst en levensduur had, zijn door via het Pluto effect deze functionaliteiten bij de halogeenlampen ook sterk verbeterd. In eerste instantie werd gedacht dat Xenonverlichting snel dominant zou worden maar via het Pluto effect is er dus voor gezorgd dat halogeenverlichting sterk verbeterd is en nog steeds dominant is op het gebied van groot- en dimlicht. Ook is er onderzocht in hoeverre de Europese wetgeving een factor van belang is bij de ontwikkeling van koplampverlichting. Om hier een waardeoordeel aan te kunnen geven is de Europese wetgeving afgezet tegen de Amerikaanse omdat deze twee soorten wetgeving sterk van karakter verschillen. Bij vergelijking van deze twee verschillende vormen van wetgeving bleek de Europese wetgeving een liberaler karakter te hebben dan de Amerikaanse wetgeving, die een strenger regulerend karakter had. De bij de Europese wetgeving behorende ECE-standaard bleek veelal open te staan voor innovaties en, onder andere middels voorlopige toelatingen, nieuwe verlichtingstechnologieën zo min mogelijk dwars te zitten. Geconcludeerd kan dan ook worden dat de Europese wetgeving, in tegenstelling tot de Amerikaanse wetgeving, geen grote beperkende factor is in de innovatie van koplampverlichting. Met de kennis uit het onderzoek is vervolgens een toekomstscenario geschetst voor de verschillende lamptechnologieën. De verwachting is dat LEDkoplampen waarbij LED s ook het groot- en dimlicht voor hun rekening nemen, een grotere rol zullen gaan spelen. Omdat LEDkoplampen op het gebied van gebruiksfuncties minimaal gelijkwaardig en op sommige gebieden zelfs superieur zijn aan de Xenonkoplampen, zal de rol van Xenonverlichting steeds kleiner worden. De te verwachten prijsdaling van LEDkoplampen en de al jarenlange constante hoge kostprijs van Xenonkoplampen zullen dit proces alleen maar versnellen. De Halogeen koplamp lijkt het technologisch inferieure maar prijstechnisch onklopbare alternatief voor de LEDkoplamp te worden. Ontwikkelingen op het gebied van koplampverlichting zullen continue volgens het Pluto effect verlopen en er voor zorgen dat de verlichtingstechnologieën zullen blijven evolueren. Pagina 4

5 Inhoudsopgave Voorwoord 2 Samenvatting 3 Inhoudsopgave 5 Lijst met figuren en tabellen 7 Gebruikte afkortingen 8 Hoofdstuk 1 Inleiding Onderzoeksaanleiding Onderzoeksdoelen Onderzoeksdoelstelling Vraagstelling Afbakening Innovatietheorie en opbouw van het verslag Keuze voor theorie ter verklaring van het mechanisme van technologische ontwikkeling Opbouw verslag 15 Hoofdstuk 2 De historie van de autoverlichting Autoverlichting: van kaars tot gloeilamp ( ) Niet-elektrische autoverlichting Elektrische autoverlichting De halogeenlamp Ontwikkeling en introductie van de halogeenlamp De halogeenlamp na de introductie De beperkingen van halogeentechnologie Gekleurde halogeenlampen, verbetering of niet? De gasontladingslamp De ontwikkeling van de gasontladingstechnologie De gasontladingslamp voor in de auto De Xenon verwarring De LEDlamp Het principe van de Light Emmitting Diode LEDtechnologie gebruikt voor autoverlichting 27 Hoofdstuk 3 Analyse Statisch overzicht van de lamptechnologieën Gasontladingstechnologie Halogeentechnologie Halfgeleidertechnologie 30 Pagina 5

6 3.2. Eigenschappen en voorkeuren van het Pluto effect Dynamisch overzicht van de lamptechnologieën De ontwikkeling van de High Performance halogeenlamp De ontwikkeling van de Long-Life halogeenlamp Van kwikhoudende naar kwikvrije Xenonlamp Voortdurend Pluto effect halogeen- en gasontladingstechnologie _ De effecten van wetgeving op de ontwikkeling van autolampen Standaardisatie van autoverlichting Verlichting en verblinding Conclusie 46 Hoofdstuk 4 Onderzoeksresultaten en toekomstscenario Mogelijkheden van de afzonderlijke technieken Halogeentechnologie Xenontechnologie LEDtechnologie De toekomst van het groot- en dimlicht 50 Referenties 53 Internetadressen 55 Bijlage I Interviews 57 1 Dr. Rainer Neumann, Visteon Corporation 57 2 Ing. L. Krzyzanowski, Philips Automotive Lighting 61 3 H. Smit, Hella B.V. Nieuwegein 64 Bijlage II Artikelen automotive tijdschiften 68 Bijlage III Patent Johannes van Liempt 90 Pagina 6

7 Lijst met figuren en tabellen Figuur 1: Patent gasontladingslamp 23 Figuur 2: Verlichtingsbeeld Halogeen- en Xenonverlichting 24 Figuur 3: Prototype LEDkoplamp voor de Volkswagen Golf 5 28 Figuur 4: Fioravanti Kite 31 Figuur 5: Statisch overzicht lamptechnologieën 31 Figuur 6: Dynamische interactie 35 Figuur 7: Toekomst koplampverlichting 50 Tabel 1: Indeling Xenonlamptypen 25 Pagina 7

8 Gebruikte afkortingen HIDlamp CHMSL LED DRL IEEE ATZ DRL OEM Celis SAE ECE DOT FMVSS SCOT STeMPJE AMT OECD IEA High Intensity Discharge lamp Central High Mounted Stop Lamp Light Emitting Diode Daytime Running Lights Institute of Electrical and Electronics Engineers Automobiltechnische Zeitschrift Day Running Lights Original Equipment Manufacturer Central Lighting System Society of Automotive Engineers Economic Commission for Europe Department of Transportation Federal Motor Vehicle Safety Standard Social Semantic Cloud of Tags Social, Technical, Market, Political, Juridical, Esthetic Auto & Motortechniek Organisation for Economic Co-operation and Development International Energy Agency Pagina 8

9 Hoofdstuk 1 Inleiding In de auto-industrie hebben in het verleden al vele innovaties plaatsgevonden. Zo zijn er bijvoorbeeld innovaties geweest op het gebied van de actieve veiligheid waardoor de ABS- en Airbagsystemen niet meer weg te denken zijn uit de hedendaagse auto. Ook op het gebied van de alternatieve aandrijftechnologie wordt de laatste jaren veel vooruitgang geboekt. De ontwikkeling van hybride en waterstofmotoren zijn hier voorbeelden van. Ten aanzien van de passieve veiligheid zijn er momenteel vele ontwikkelingen gaande op het gebied van de koplampverlichting en dan met name op het gebied van de autolamptechnologie. Men kan op het gebied van de autolamptechnologie, ten behoeve van de twee belangrijkste functies (het groot- en dimlicht), drie technologieën onderscheiden. Ten eerste is er de halogeentechnologie, deze technologie wordt inmiddels al weer bijna veertig jaar toegepast in autolampen. Deze halogeentechnologie is een doorontwikkeling van de gloeilamptechnologie die voorheen gebruikt werd voor de koplampverlichting. Hoewel de halogeentechnologie in het begin van de 20 e eeuw ontwikkeld werd, kwam de eerste halogeenlamp die gebruikt werd voor de verlichting van auto s pas in 1968 [ATZ, 1968; 329] op de markt. Dit was een halogeenlamp die gebruikt werd in een mistlamp van Hella. Enkele jaren later werden de eerste auto s geproduceerd waarin een koplamp zat met een halogeenlamp welke zowel voor het groot- en dimlicht gebruikt werd. Sindsdien zijn er allerhande modellen halogeenlampen (H1, H2, H3, enz.) ontwikkeld en zijn er vele varianten van de verschillende modellen verschenen. Zo zijn er bijvoorbeeld halogeenlampen met een verlengde levensduur, verschillende lichtkleuren en een verhoogde lichtopbrengst. De tweede technologie die veel toegepast wordt is de gasontladingstechnologie, deze lampen zijn bekend als Xenon- of HIDlampen. In deze scriptie zullen we alleen de benaming Xenonlamp aanhouden, om verwarring te voorkomen. De gasontladingstechnologie bestaat al vele jaren, denk bijvoorbeeld aan TL-verlichting, maar deze technologie werd pas 20 jaar geleden voor het eerst toegepast in de koplampverlichting. Aanvankelijk waren de koplampen met Xenonlampen alleen verkrijgbaar op de duurdere modellen van de meer exclusieve automerken. Vandaag de dag kan men op vele modellen van bijna alle merken, meestal optioneel, Xenonverlichting krijgen. Naast deze twee technologieën is er nu ook sinds kort een technologie in gebruik die de twee belangrijkste koplampverlichtingsfuncties (groot- en dimlicht) kan verrichten en dus gezien mag worden als een volwaardige alternatieve technologie. Deze technologie is de LEDtechnologie en de Audi R8 is de eerste [Audi Group, 2007; 143] en tot nu toe enige auto die uitsluitend LED s gebruikt voor deze twee belangrijkste koplampverlichtingsfuncties. Pagina 9

10 1.1. Onderzoeksaanleiding Zoals in de inleiding reeds vermeld zijn er momenteel ten behoeve van de twee koplampverlichtingsfuncties, het groot- en dimlicht, drie verschillende technologieën in gebruik. Behalve dat deze drie varianten ieder een compleet eigen technologische achtergrond hebben, heeft iedere technologie bepaalde karakteristieke technische eigenschappen waardoor ze zich van de andere onderscheidt. Zo werd op een gegeven moment de gasontladingslamp in auto s geïntroduceerd. Deze nieuwe lamp had de technische eigenschap dat het een levensduur had die vele malen langer was dan die van de op dat moment veel gebruikte halogeenlamp. In de daarop volgende jaren zorgde ontwikkelingen op het gebied van de halogeentechnologie er voor dat er verbeterde halogeenlampen op de markt kwamen die een langere levensduur hadden dan de conventionele halogeenlamp. Men kan de ontwikkeling van deze technische eigenschap, de levensduur van de halogeenlamp, dusdanig interpreteren dat het de komst van de gasontladingslamp is geweest die er voor gezorgd heeft dat de levensduur van een halogeenlamp is toegenomen. Het zou dus kunnen dat een positieve technische eigenschap van de nieuwe technologie van invloed is geweest op de ontwikkeling van de technische eigenschap van een reeds bestaande technologie. De aanleiding van dit onderzoek is gelegen in het feit dat het niet duidelijk is hoe de verschillende koplamptechnologieën elkaar beïnvloeden in hun ontwikkeling. Naar deze beïnvloeding van technologieën is tot nu toe ten aanzien van de koplampverlichtingstechnologie nog geen onderzoek gedaan. Daarom is het ook niet mogelijk om een verklaring te geven voor de ontwikkeling van de koplampverlichting van de afgelopen decennia. Omdat het niet duidelijk is hoe dit mechanisme in het verleden heeft gewerkt, is het ook niet mogelijk om een goed onderbouwde voorspelling van toekomst van de koplampverlichtingstechnologie te geven Onderzoeksdoelen Uit de hierboven gegeven onderzoeksaanleiding kan een onderzoeksdoelstelling gedefinieerd worden. Uit de onderzoeksdoelstelling vloeit de onderzoeksvraag voort. De onderzoeksvraag wordt vervolgens opgedeeld in enkele deelvragen. Door in deze scriptie antwoord te geven op de deelvragen zal de onderzoeksvraag beantwoord zijn en zal ook aan de onderzoeksdoelstelling voldaan zijn. Pagina 10

11 Onderzoeksdoelstelling Dit onderzoek stelt zich ten doel een bijdrage te leveren aan het inzicht in de ontwikkeling van, voor koplampen geschikte, lamptechnologieën en een toekomstscenario te schetsen voor deze lamptechnologieën Vraagstelling De volgende hoofdvraag is geformuleerd aan de hand van de onderzoeksdoelstelling: Hoe kunnen de technische ontwikkelingen van lamptechnologieën worden verklaard als een systeem van transfers van technologische eigenschappen en wat betekent dit voor de toekomst van lamptechnologieën? Om een antwoord te krijgen op de hoofdvraag zal in deze scriptie onderzoek gedaan worden naar een drietal deelvragen. Door beantwoording van deze deelvragen zal de hoofdvraag ook beantwoord worden. Om antwoord te geven op de hoofdvraag, wordt deze nader gespecificeerd in een aantal deelvragen, te weten; 1. Hoe heeft de autolamptechnologie zich door de jaren heen ontwikkeld? Met de eerste deelvraag wordt de historie van de verschillende autolamptechnologieën onderzocht. Relevante technologische ontwikkelingen worden in kaart gebracht. 2. Hoe ziet het systeem van transfers van technologische eigenschappen van autolampen er uit? Met de tweede deelvraag worden aan de hand van een transfertheorie enkele transfers van technische eigenschappen beschreven die een rol hebben gespeeld in de ontwikkeling van de autolamptechnologie. 3. Hoe gaat, gelet op de technologische innovaties, de toekomst van de autoverlichting er op de lange termijn uit zien? Bij deze laatste deelvraag wordt onderzocht wat de mogelijkheden en problemen van de huidige lamptechnologieën zijn en zal een toekomstscenario voor deze lamptechnologieën geschetst worden. Pagina 11

12 1.3. Afbakening Omwille van de voortgang en beheersbaarheid van dit onderzoek is een goede afbakening vooraf nodig. Koplampverlichting kent naast onderscheid in toegepaste lamptechnologieën ook een scheiding in verlichtingsprincipe. Zo zijn er tot op de dag van vandaag twee verschillende wereldwijde standaarden: de Amerikaanse SAE (of DOT ) standaard 1, welke verplicht is in de Verenigde Staten en de Europese ECE (of E-code ) standaard 2 die in de rest van de wereld verplicht dan wel toegestaan is. Het voornaamste verschil tussen deze twee autoverlichtingsstandaarden is de mate waarin de tegenligger verblind wordt bij het voeren van dimlicht. De Amerikaanse standaard staat een relatief hoge schittering van het licht naar tegemoet komende bestuurders toe. Dit maakt een onscherpe, geleidelijke overgang van licht naar donker mogelijk. De Europese standaard daarentegen heeft strikte richtlijnen voor de toegestane hoeveelheid schittering van het licht en schrijft een strikte scheidslijn tussen de licht-donker overgang van het dimlicht voor 3. Deze twee standaarden zorgen ervoor dat in de betreffende landen verschillende koplampen gebruikt moeten worden om zo aan de eisen te kunnen voldoen. Het verschil in standaard heeft er ook voor gezorgd dat er voor deze koplampen verschillende soorten lampen gebruikt worden die niet onderling uitwisselbaar zijn. Dit heeft dan ook geleid tot grote verschillen in de ontwikkeling van automotive lamptechnologieën in Amerika en Europa 3. Dit verschil maakt dat een alles omvattend onderzoek naar automotive lamptechnologieën erg divers en erg groot zou worden. Het onderzoek zal dus beperkt worden tot de ontwikkeling van lamptechnologieën binnen een van deze twee standaarden. Dit onderzoek zal de ontwikkeling van de lamptechnologie binnen de ECE standaard omvatten. Naast de afbakening van lamptechnologieën in relatie tot standaarden wordt het onderzoek naar de historie van de autolamp ook nog afgebakend. Er is voor gekozen om de historische ontwikkeling vanaf de introductie van de halogeenlamp te onderzoeken en technologieën die hieraan vooraf gingen buiten beschouwing te laten. Hoewel het vanuit een historisch oogpunt wel interessant is om deze te onderzoeken, zou dit erg tijdrovend zijn en is deze informatie niet relevant bij het beantwoorden van de onderzoeksvraag. Daarom worden de voorlopers van de halogeenlamp in paragraaf 2.1. in het kort beschreven maar verder niet onderzocht Innovatietheorie en opbouw van het verslag In deze paragraaf zal de keuze voor de theorie, ter verklaring van het mechanisme van technologische ontwikkeling, gemaakt worden. De alternatieve theorieën zullen kort besproken worden waarna de opbouw van het verslag, mede aan de hand van de gekozen theorie, nader toegelicht zal worden. Pagina 12

13 Keuze voor theorie ter verklaring van het mechanisme van technologische ontwikkeling De geschiedenis van historisch technologisch onderzoek is betrekkelijk jong en heeft in korte tijd verschillende zienswijzen opgeleverd. Er is op dit moment geen consensus over het juiste model en en de juiste onderzoeksmethode in de historisch technologisch literatuur. Wat opvalt in de geraadpleegde literatuur is dat de verificatie van het voorgestelde onderzoeksmodel vaak de boventoon voert. Begrijpelijk, maar de artikelen bezitten hierdoor een gebrekkige zelfkritiek. Het zou echter voor de onderzoeker zelf weinig toegevoegde waarde hebben wanneer deze in zijn artikel het eigen voorgestelde en uitgewerkte model, in grote mate zou bekritiseren. Voor de wetenschap in het algemeen is dit wellicht wel wenselijk. Het falsifiëren van het onderzoek wordt door de auteur, bewust of onbewust, aan collega-onderzoekers overgelaten. Het is de vraag of, naast deze blijkbaar gebruikelijke verificatie/falsificatie processen in historisch technologisch onderzoek, andere vruchtbaardere onderzoeksstrategieën zijn te bedenken. Er zijn minder artikelen geschreven die een categorisatie hebben gemaakt van de verschillende onderzoeksmodellen dan artikelen die modellen hebben uitgewerkt. Dit komt wellicht door de overlappende eigenschappen van de verschillende modellen, die categorisatie moeilijk maken. In artikelen over historisch technologisch onderzoek wordt vaak begonnen met het kort behandelen van de zwakten van de huidige modellen. Daarna gaan de schrijvers over tot het verifiëren van een nieuw door henzelf ontworpen model. Het is daarom niet onwaarschijnlijk dat de auteurs een bepaalde mate van subjectiviteit tentoon spreiden omtrent de mogelijke onderzoeksmodellen. Een artikel van Peter van den Besselaar [Besselaar, 2000] doet dat in mindere mate en geeft een aardig beeld van de mogelijke onderzoeksmodellen. De volgende theorieën over technologische ontwikkeling en innovatiemodellen kunnen worden onderscheden: 1. Een neoklassiek economische theorie. Dit soort modellen zijn gebaseerd op het idee dat ontwikkeling gebaseerd is op economische besluiten. Techniek wordt beschouwd als een "black box" en is daarmee technologisch deterministisch. Dit verklaart niet de dynamiek van de technologische ontwikkeling en is daarom niet geschikt voor deze scriptie. 2. Empirische innovatiestudies gebaseerd op organisatie- en managementtheorieën. Deze theorieen richten zich voornamelijk op de voorwaarden tot succesvol innoveren en hierbij wordt de dynamiek niet verklaard. Deze dynamiek is nu juist een van onze onderzoeksdoelen en daarom zijn dit soort theorieën ongeschikt voor dit onderzoek. 3. De netwerkbenadering. De netwerkbenadering van Callon [Callon, 1986] gaat in op het netwerk van actoren (ingenieurs, overheid, consument, fabrikant, belangenorganisaties enzovoorts) en de interactie daartussen. Het samenspel tussen deze actoren leidt dan tot een bepaalde richting van een technologie. Nadeel van deze methode is dat soms de technologische grenzen onduidelijk zijn en de invloed Pagina 13

14 van technologie wordt verwaarloosd, dit maakt deze methode dan ook ongeschikt daar we specifiek op technologieniveau onderzoek gaan doen. 4. Het SCOT model. Sinds de verschijning van het artikel van Pinch, Trevor & Bijker [Pinch, Trevor & Bijker, 1984] is de SCOT analyse een belangrijke pijler geworden in historisch technologisch onderzoek. Bij deze analyse wordt er in eerste instantie van uitgegaan dat vorming van technologie een open proces is en wordt gestuurd door sociale omstandigheden. Daarna wordt het proces geanalyseerd waarbij de relevante sociale groepen overeenstemming krijgen over de oplossingsrichting. Tot slot wordt in het laatste stadium van het SCOT model de relatie tussen de sociale en politieke achtergrond en de relevante sociale groepen beschreven waardoor de acties en redeneringen verklaard zouden kunnen worden. Al met al legt deze analysemethode te veel de nadruk op sociale groepen waardoor deze methode niet geschikt is voor deze scriptie. 5. De STeMPJE theorie. 'STeMPJE' is een theorie die binnen de IE & IS faculteit van de Tu Eindhoven ontwikkeld is. Dit is een afkorting voor de verschillende factoren, die een rol kunnen spelen in het traject van de ontwikkeling van een product [Sarlemijn, 1993]. De eerste drie letters staan voor 'Scientific' factoren (S-factoren) en 'Technological' factoren (Te-factoren). De M-factoren ('Market' factoren), P-factoren ('Political' factoren), J-factoren ('Juridical' factoren) en de E-factoren ('Esthetic' factoren) vormen geen deel van een technologisch systeem of product maar kunnen richting geven aan het ontwikkelingstraject van een product. De STeMPJE benadering is minder geschikt voor dit onderzoek omdat voor het analyseren van de ontwikkeling van lamptechnologie al deze factoren niet goed geïnventariseerd kunnen worden waardoor er geen goed eindoordeel gegeven kan worden. Zo is de noodzakelijke data ten behoeve van de Market factoren in de automobielindustrie bijna onmogelijk boven water te krijgen. Ook is het niet duidelijk in hoeverre esthetische factoren in de ontwikkeling van lamptechnologieën een rol spelen. Daarnaast spitst deze methode zich toe op ontwikkeling op bedrijfsniveau, terwijl dit onderzoek zich richt op ontwikkeling van lamptechnologie op Europees niveau. Deze nadelen maken deze methode ongeschikt voor dit afstudeeronderzoek. 6. Het Pluto Effect. Dit is een mechanisme waarmee de dynamiek tussen concurrerende technologieën en het op een bepaald moment in de tijd dominant zijn van een technologie verklaard kan worden. De dominantie van een bepaalde technologie is niet simpelweg te verklaren door de superieure eigenschappen ten opzichte van een gefaalde technologie op te noemen. Een technologieontwikkeling staat niet op zichzelf. Tijdens een concurrentiestrijd tussen technologieën proberen deze technologieën verschillende positieve eigenschappen van elkaar over te nemen. De mate waarin dat lukt, is afhankelijk van de mogelijkheid de gewenste eigenschappen over te nemen of dit te verhinderen [Mom, 2003; 34]. Dit mechanisme is door de bedenker ervan, dhr. Mom, omschreven in zijn promotieschrift; Geschiedenis van de auto van morgen. [Mom, 1997; 20]: Deze, op het eerste oog, misschien wat vreemde benaming slaat op de metafoor van de hond Pluto van Walt Disney. Pluto is voor een kar gespannen en loopt achter een worst aan die hem voorgehouden wordt. Pluto is in dit geval de nieuwe alternatieve technologie en de berijder van de kar met de worst is de oude Pagina 14

15 dominante technologie. Pluto volgt een bewegend doel, omdat de oude technologie ook ontwikkelt (mede dankzij de nieuwe technologie). In het ene geval zal Pluto zijn doel nooit bereiken, in een ander geval wel en eet Pluto de worst op: Pluto wordt dan de nieuwe, dominante technologie. Ook kan het doel voor de nieuwe technologie niet meer de moeite waard zijn. Het mechanisme stopt dan, waardoor de dominante technologie ook niet verder ontwikkelt. -- Gijs Mom, Dit mechanisme is bij uitstek geschikt om interactie en dominantie van technologieën te verklaren en zal dan ook gebruikt worden voor ons onderzoek Opbouw verslag De historie van de technologische ontwikkeling van de autolamp zal in hoofdstuk 2 onderzocht worden middels een beschrijvend historisch onderzoek waarbij vooral gebruik zal worden gemaakt van historische autotechnische literatuur. Om hierna in hoofdstuk 3 een analyse te kunnen maken van innovatie bij autolampen door middel van het Pluto effect, is het belangrijk dat dit hoofdstuk de drie fasen zoals hieronder omschreven [Mom, 2003; 35] behandelt. Deze analyse bestaat uit de volgende drie fasen: 1 Een statisch overzicht van de alternatieve technologieën. Een overzicht zal worden opgesteld van de lamptechnologieën gebruikt voor koplampverlichting, op een bepaald moment in de tijd. Dit overzicht zal alle relevante technologieën bevatten binnen de afbakening zoals beschreven in paragraaf 1.3. en maakt gebruik van de informatie uit hoofdstuk 2. 2 Een dynamisch overzicht van concurrerende technologieën. Er wordt een model opgesteld waarin de interactie van technische eigenschappen en functies van de verschillende lamptechnologieën duidelijk naar voren komen. In dit overzicht zullen, aan de hand van het statische overzicht van fase 1, drie voorbeelden van de interactie tussen verschillende lamptechnologieën uitgewerkt worden. In deze drie voorbeelden zal het duidelijk worden dat concurrerende technologieën, hoewel ze ieder hun eigen technische eigenschappen hebben, elkaars functies overnemen. Een voorbeeld van dynamische interactie is twee concurrerende automerken die ieder een eigen model raceauto hebben. Een belangrijke gebruiksfunctie van een raceauto is dat deze een hoge topsnelheid heeft. Op een gegeven moment weet het ene automerk zijn raceauto te onderscheiden van de concurrentie doordat de nieuwste versie van hun raceauto een topsnelheid kan behalen van 300 km/u. Zij hebben dit gedaan door een krachtigere motor in hun raceauto te plaatsen. Deze krachtige motor is een technische eigenschap die specifiek voor die raceauto geldt. Het concurrerende merk verandert niets aan hun motor, die minder krachtig is dan die van de concurrentie, maar past de stroomlijn van hun model aan zodat deze ook 300 km/u kan rijden. Dit is een voorbeeld van dynamische interactie, de raceauto van het concurrerende automerk heeft de verbeterde gebruiksfunctie, de topsnelheid van 300 km/u, overgenomen door het verbeteren van een andere technische eigenschap, namelijk de stroomlijn. Pagina 15

16 3 Analyse interactie technologische artefacten. Met het opstellen van een statisch en dynamisch overzicht is nog niet verklaard waarom de ontwikkeling van de lampen op een bepaalde manier verlopen is en waarom een bepaalde technologie op een gegeven moment dominant heeft kunnen worden. Hiervoor zal het mechanisme genaamd Pluto effect, zoals beschreven in paragraaf , gebruikt worden. Naast de drie bovenstaande stappen zal aan het einde van hoofdstuk 3 het effect van de Europese wetgeving op de ontwikkeling van lamptechnologie onderzocht worden. In hoofdstuk 4 zal aan de hand van de bevindingen uit hoofdstuk 3 en de verwachtingen van geïnterviewde experts, een toekomstscenario geschetst worden voor de verschillende lamptechnologieën op zich en de ontwikkeling van automotive lamptechnologie in zijn geheel. Pagina 16

17 Hoofdstuk 2 De historie van de autoverlichting Zoals vermeld in de afbakening wordt de ontwikkeling van de autolamp vanaf de introductie van de halogeenlamp onderzocht. Er zijn verschillende verlichtingtechnologieën geweest welke vooraf gingen aan de halogeenverlichting. In de onderstaande paragraaf zal een beknopte samenvatting worden gegeven van de ontwikkelingen voorafgaand aan de ontwikkeling van de halogeenlamp. De drie verschillende hedendaagse verlichtingstechnologieën zullen in de daaropvolgende paragrafen besproken worden alsmede ook enkele varianten van deze drie technologieën. Aan het einde van dit hoofdstuk zal de lezer een duidelijk beeld hebben van de verschillende technologieën, de bijbehorende specifieke eigenschappen en hoe de verschillende uitvoeringsvormen uiteindelijk tot stand zijn gekomen Autoverlichting: van kaars tot gloeilamp ( ) Deze paragraaf is opgedeeld in 2 categorieën, te weten elektrische en nietelektrische autoverlichting Niet-elektrische autoverlichting Op het moment dat de eerste vormen van elektrische verlichting in gebruik werden genomen, kwam er ook een nieuwe manier van transport, de auto. Parallel aan de ontwikkeling van de auto liep ook de ontwikkeling van deugdelijke autoverlichting. Het begin van de voertuigverlichting was er een met vele obstakels. Vooral het verblinden van de tegenligger, wat een steeds groter probleem werd naarmate er meer auto s kwamen, werd als een serieus probleem ervaren [Mom, 1993; 14]. Er hebben in de loop der jaren verschillende vormen van autoverlichting de revue gepasseerd. De eerste vormen van autoverlichting waren rechtstreeks overgenomen van de voorloper van de auto, de paardenkoets. Dit waren de kaars- en olielampen maar deze bleken echter al in een vroeg stadium niet voldoende voor auto s aangezien de lichtopbrengst te wensen over liet [Card, 1987; 27]. Een ander principe van verlichting dat hierna kwam was de acetyleenverlichting. De acetyleenlampen werden gevoed door gasgeneratoren op basis van carbid. Carbid is een calciumkoolstofverbinding die bij toevoeging van water het zeer explosieve gas acetyleen produceert. Groot probleem bij deze laatste vorm van verlichting was de onderhoudsgevoeligheid en de gevaarlijke klus van het handmatige ontsteken van deze lampen, omdat er altijd explosiegevaar is bij het gebruik van carbid [Card, 1987; 30]. Verblinding van de tegenligger was ook een groot probleem daar deze felle lampen primair bedoeld waren om op donkere wegen buiten de steden voor voldoende licht te zorgen, daar waar de kans klein was om tegenliggers tegen te komen. Pagina 17

18 Elektrische autoverlichting Hoewel er ten tijde van de acetyleenverlichting ook al de huishoudelijke gloeilamp was, zoals ontwikkeld door Edison, werd deze nagenoeg niet gebruikt voor de voertuigverlichting aangezien deze niet robuust genoeg was voor toepassing in auto s. Vooral de trillingen die de lamp te verwerken kreeg bleken fataal voor de gloeidraad 4. De eerste redelijk betrouwbare elektrische autoverlichting was de verlichting met een metaaldraadlamp op basis van wolfraam [Mom, 1993; 15], waarbij de gloeidraden voor de toepassing in de auto extra waren versterkt. Het vullen van de ballon met gas (argon, stikstof, of een mengsel van beide) zorgde ervoor dat de lamp een voldoende mechanische sterkte verkreeg evenals een voldoende lange levensduur. In Amerika werd dit type lamp al voor de Eerste Wereldoorlog op de markt gebracht door het automerk Peerless in in Europa gebeurde dit pas 10 jaar later. Zoals hierboven al genoemd vormde verblinding van tegenliggers een steeds groter wordend probleem. Het vraagstuk wat opgelost diende te worden was hoe de weg voor de auto voldoende te verlichten zonder tegelijkertijd de tegenligger te verblinden. In Europa werd dit probleem opgelost door de ontwikkeling van de lamp met dubbele gloeidraad, beter bekend als de Duplolamp [Olson, 1977; 6]. Bij deze lamp was de dimlichtdraad buiten het brandpunt van de paraboloïde reflector geplaatst (en deze produceerde daardoor een convergerende lichtbundel). Deze dimlichtdraad had een geringere lichtsterkte. In Amerika kwam men uiteindelijk tot een andere oplossing, het constant dimmen van de lampen, hoewel het gedimde licht toch nog een factor 2 sterker was dan het Europese dimlicht. Een ander verschil tussen de twee verlichtingsprincipes is dat het Europese dimlicht asymmetrisch was: door een speciale vormgeving van de reflector werd de berm meer verlicht dan de as van de weg. In Europa werd de dimlichtgloeidraad afgeschermd door een symmetrisch kapje, waardoor, in tegenstelling tot in Amerika, een scherpe scheiding tussen licht en donker tot stand kwam. Het principiële verschil tussen de twee systemen werd in 1954 formeel bekrachtigd, naar aanleiding van het eindverslag van de Working Group Brussels [Olson, 1977; 84]. In 1957 werd het asymmetrische dimlicht systeem officieel tot Europees dimsysteem uitgeroepen en gingen in hetzelfde jaar de eerste systemen in productie. De Amerikaanse oplossing van het probleem dat sealed beam heette, werd te verblindend gevonden en mocht niet op de Europese wegen verschijnen. De hierboven, op gloeilamptechnologie gebaseerde, autolampen worden al jaren niet meer toegepast voor groot- en dimlicht van nieuwe auto s [OECD/IAE, 2006; 132] omdat ze verdrongen zijn door hun technologische opvolgers, waar de rest van deze scriptie over zal gaan. Pagina 18

19 2.2. De halogeenlamp De halogeenlamp heeft sinds het begin van de 20 e eeuw een flinke ontwikkeling doorlopen, zowel op het gebied van lichtopbrengst alsook op het gebied van levensduur. De ontwikkeling ging zeer moeizaam, gelet op de lange ontwikkeltijd. De verbeteringen kwamen vaak via een zogenaamd trial-and-error -proces tot stand waarbij verschillende vulgassen en gloeidraden toegepast werden totdat uiteindelijk de beste combinatie werd gevonden Ontwikkeling en introductie van de halogeenlamp De halogeenlamp werd in eerste instantie jodiumlamp genoemd, waarbij aan het vulgas een kleine hoeveelheid halogenen is toegevoegd. Dit werd gedaan om lampzwarting tegen te gaan. Lampzwarting is het verschijnsel waarbij de metaaldeeltjes van de verdampende gloeidraad neerslaan op het lampglas. Dit lampglas wordt hierdoor donkerder, waardoor de lichtopbrengst minder wordt wat uiteindelijk resulteert in een onbruikbare lamp. Dit probleem was in de beginfase van de ontwikkeling van de halogeenlamp aanwezig maar werd uiteindelijk opgelost door te experimenteren met verschillende halogene gassen in de lamp. De halogeenvulling van jodium of bromide maakt dat de gloeidraadtemperatuur op kan lopen tot rond het smeltpunt van wolfram, wat resulteert in een hoge lichtopbrengst. De diverse verbeteringen aan de halogeenlamp worden onder andere goed weergegeven door de patenten die er in het begin van de 20 e eeuw verleend werden aan verschillende verbeterde versies van de halogeenlamp. Zo was bijvoorbeeld het in 1933 aan Johannes van Liempt verleende patent [bijlage III] voor het toevoegen van een halogeen in de vorm van chloride, bromide of jodium al een stap in de goede richting. De ontwikkeling van de halogeenlamp met de eigenschappen zoals we die vandaag de dag kennen, te weten een hoge lichtopbrengst en een lange levensduur, kwam pas echt goed op gang nadat er in het laboratorium van General Electric halverwege de jaren 50 grote vooruitgang werd geboekt [Furfari, 2001; 13]. Mede door het werk van General Electric onderzoeker en patenthouder E. Fridrich werd er in de laboratoria van General Electric met succes gewerkt aan een halogeenlamp die niet het probleem met lampzwarting had zoals bij eerder experimenten wel het geval was. Citaat E. Fridrich 6 : "Some people said it had been tried - putting halogens in lamps - but it didn't work. My opinion was that halogen had not been tried in this particular configuration, with a material - quartz - that was capable of going to much higher temperatures." -- Elmer Fridrich, In 1959 kwam General Electric dan ook als eerste met een betrouwbare en efficiënte halogeenlamp welke geschikt was voor productie. Deze eerste halogeenlampen waren echter nog geen autolampen. Pagina 19

20 De introductie van halogeenlampen in de koplampverlichting van auto s liep enige vertraging op. Voor deze vertraging zijn er 2 oorzaken [Furfari, 2001; 14] aan te wijzen: Enerzijds had General Electric in de vroege jaren 40 zeer grote investeringen gedaan in koplamptechnologie op basis van de toen heersende gloeilamptechnologie. Deze investeringen begonnen veel geld op te leveren in de jaren 50 en General Electric was niet van plan om met deze winstgevende activiteit te stoppen en wederom investeringen te doen in een nieuwe technologie. Verder liet de U.S. Department of Transportation deze lamp nog niet toe op de Amerikaanse markt. In Europa had men dit probleem met de wetgeving niet. In 1957 ging men in Europa over naar standaardisering van het asymmetrische dimlicht [Pöppinghaus, 1967; 232], wat vandaag de dag nog steeds de enige toegestane verlichting van Europese auto s is. Door invoering van deze wetgeving werd het mogelijk om het vermogen van de koplampverlichting te verhogen waarbij de verblinding van de tegenligger niet toenam. In de beginjaren van de autohalogeenverlichting waren er nogal wat problemen met de productie van een betrouwbare lamp [ATZ, 1962; 156]. Dit kwam voornamelijk doordat de eisen aan een lamp gebruikt voor de autoverlichting veel strenger zijn dan voor een reguliere halogeenlamp. Toen de serieproductie van kwalitatief hoogwaardige halogeenlampen goed op gang kwam, werden er in eerste instantie nog geen complete koplampen geproduceerd maar werden er alleen verstralers en mistlichten geproduceerd. De firma Hella beet hierbij het spits af met een mistlamp [ATZ, 1968; 329] welke bij een al bestaande auto op bijvoorbeeld de voorbumper gemonteerd werd. Een van de problemen die de ontwikkeling van een koplamp met geïntegreerd dim- en grootlicht in de jaren zestig in eerste instantie in de weg stond was dat het zeer moeilijk was om het halogeenequivalent van de conventionele duplo lamp te produceren. Het grootste probleem was het halogeen kringloopproces van de lamp met dubbele gloeidraad dat door de 2 gloeidraden niet stabiel was. Philips had dit probleem echter medio 1965 op weten te lossen [Autotechnisch Tijdschrift 7, 1971; 298] zodat de weg vrij was voor de verdere ontwikkeling van halogeen koplampen De halogeenlamp na de introductie Na een wat moeizame start werd het succes van de halogeenlamp in de jaren 70 almaar groter. Opvallend waren bijvoorbeeld de hogere prestaties, in vergelijking met de conventionele duplolamp. Zo had de H4 lamp een lichtopbrengst die voor zowel het groot als dimlicht 100% hoger lag dan die van de conventionele duplolamp [ATZ 80, 1978; 8]. In 1978 werd in Duitsland al 50% van de nieuw geproduceerde auto s met H4 lampen uitgerust. Voor de grotere dure wagens was dit vaak al standaard, bij de wat kleinere en goedkopere wagens waren de met H4 lampen uitgevoerde koplampen vaak nog optioneel. Na de introductie van de H4 lamp zijn er in de daaropvolgende jaren nagenoeg geen nieuwe lamptypes ontwikkeld, er werd voornamelijk gewerkt aan het verbeteren van de al bestaande lamptypen. Pas bij de introductie van de H7 lamp, in 1993, lijkt het Pagina 20

21 er op dat de ontwikkeling van nieuwe lamptypen weer een impuls kreeg en kwamen kort daarna de H8, H9 en H11 op de markt. Dit zijn allen lampen met enkele gloeidraad De beperkingen van halogeentechnologie Zoals elke andere technologie heeft ook de halogeentechnologie zijn nadelen en beperkingen wat van invloed is op de prestaties van deze technologie. De grootste ontwikkelingsinspanning in deze eerste periode van elektrische voertuigverlichting (tot 1970) is gestoken in een verhoging van de betrouwbaarheid en een verlenging van de levensduur. De lichtopbrengst in dezelfde periode is echter slechts bescheiden toegenomen. De lichtopbrengst of specifieke lichtstroom is de lichtstroom (de hoeveelheid lichtenergie per tijdseenheid, uitgedrukt in lumen) per watt toegevoerd elektrisch vermogen. Omdat 1 watt theoretisch overeenkomt met 683 lumen 7, bedraagt het lichtrendement van een autolamp die (al rond 1933) 15 lumen per watt levert 8 slechts 15/683, oftewel 2,2%. De rest gaat in de vorm van onzichtbare straling, vooral warmtestraling en wat ultravioletstraling, verloren. Tot de invoering van de halogeenlamp is dit lichtrendement niet spectaculair gestegen; de halogeenlamp (met een lichtopbrengst van ongeveer 23 lm/w) verhoogde het rendement in één klap naar 3,3%. Anders dan bij stationaire lichtbronnen is de voertuigverlichting aan een aantal extra zware randvoorwaarden gebonden, variërend van aerodynamische eisen tot esthetische normen. Zowel de aerodynamica als de voertuigstyling oefenen tegenwoordig voortdurende druk op de koplampfabrikanten uit om te komen tot compacte koplampen 9. Kleinere koplampen maken een sterke wigvorm van het motorcompartiment mogelijk en helpen zo de luchtweerstand te verminderen. Verkleining van de koplampen bij een gelijkblijvende lichtopbrengst heeft als enige oplossing het verhogen van de lichtsterkte. Dit is waar de ontwikkeling van de halogeenlamp lijkt op te houden, de gloeitemperatuur van de halogeenlamp benadert het smeltpunt van wolfraam (3695 K = 3400 C) 10 en kan dus niet verder meer verhoogd worden Gekleurde halogeenlampen, verbetering of niet? De conclusie van de vorige paragraaf is dat er op het gebied van gloeitemperatuur dus weinig winst meer te behalen lijkt. Fabrikanten proberen tegenwoordig de lichtopbrengst te verhogen door middel van het uitfilteren van bepaalde kleuren uit de van origine witte lamp. Deze gekleurde lampen vinden hun oorsprong in de gele lampen die door de Franse regering in de jaren 1936 verplicht werden gesteld 11. Hoe onstaat het gele licht? Je verkrijgt het gele licht als je de kleur blauw uit een lamp filtert. De kleur blauw heeft de kortste golflengte en dientengevolge de meeste spreiding. Als blauw licht water, regen, sneeuw of mist raakt dan verspreidt het zich in alle richtingen en zorgt het ervoor dat het zicht beperkt wordt. Blauw is ook een moeilijke kleur om in te kijken als het zeer intens is, omdat het verblinding van een tegenligger in de hand Pagina 21

22 werkt. Destijds kwam men in Frankrijk dus op het idee om het blauw uit het spectrum van de koplamp te halen. Van deze gele lampen werd beweerd dat ze beter presteerden bij slechter weer en voor minder verblinding zorgden dan de witte lampen. Echter, vergelijkende tests wezen later uit dat de intensiteit van de lichtbundel bij gele lampen 12 procent minder was dan die van gewone witte lampen, wat dan ook de minder verblindende werking bij slecht weer lijkt te verklaren. De keuze die destijds gemaakt werd voor gele lampen lijkt dus gebaseerd op een illusie 11. Tot aan het midden van de jaren 90 waren koplampen in Frankrijk verplicht om geel licht uit te stralen. Voor een goede mistlamp echter zijn deze gele lampen wel geschikt. De weerkaatsing die het gele licht op de mist heeft is minder dan die van gewone witte lampen, waardoor de bestuurder dus minder hinderlijke weerkaatsing van het licht zal krijgen en beter zal kunnen zien in mistige omstandigheden. Tot enkele jaren geleden werd het gele licht verkregen door cadmium in de lamp te verwerken. Omdat cadmium zeer milieuonvriendelijk is, wordt dit tegenwoordig niet meer gedaan. Tegenwoordig verkrijgt men geel licht door een geel doorlaatfilter over de lamp te plaatsen, dan wel de reflector van een geel filter te voorzien. Deze koplampen leveren een geelachtig licht recht vooruit maar stralen helaas blauw uit naar de zijkanten. Veel koplampen die dit licht uitstoten hebben een blauwe gloed boven de licht donker grens die als zeer hinderlijk wordt ervaren. Dit blauwe licht is misschien nuttig voor show doeleinden maar zorgt niet voor een verhoging van de zichtbaarheid [Sullivan & Flannagan, 2001; 22]. Pagina 22

23 2.3. De gasontladingslamp Deze autolamp werkt volgens een geheel ander principe dan de hierboven besproken halogeenverlichting en kan gezien worden als een nieuwe generatie autoverlichting. Deze technologie heeft echter niet, zoals wel gebeurd is bij de halogeen- en duplolamp, de oudere technologie geheel verdrongen De ontwikkeling van de gasontladingstechnologie De gasontladingslamp, ook wel bekend als de Xenonlamp of HID (High Intensity Discharge)-lamp, werkt volgens het principe van elektromagnetische straling die wordt opgewekt door excitatie en ionisatie van gasmoleculen en gasatomen in een plasma. Deze technologie is in 1901 gepatenteerd (figuur 1) door de Amerikaanse elektrotechnicus Peter Cooper Hewitt 12. De ontwikkeling van deze technologie was een reactie op de problemen die Edison ondervond bij de ontwikkeling van de gloeilamp. Gebaseerd op de Geisslerlamp 13, die het resultaat was van het pionierswerk wat door de Duitsers J. Plücher en H. Geissler in het midden van de 19 e eeuw al was verricht, ontdekte Hewitt dat een elektrische stroom door zijn met kwik gevulde glazen buizen licht opwekte 14. Deze lamp werd toen nog de kwiklamp genoemd en lijkt totaal niet op de hedendaagse Xenonlamp. Zo bevatten de eerste kwiklampen ongeveer 500 gram aan kwik, was het rendement erg laag (ongeveer 10%) en was de lichtkleur een mengeling van blauw en groen. In 1919 kocht General Electric het patent over en werd de lamp verder ontwikkeld. Zo werd de hoeveelheid benodigde kwik per lamp teruggebracht en werd de lichtopbrengst verhoogd. Dit resulteerde in 1962 in de multi vapour metal halide lamp. Lampen van dit type vonden hun toepassing voornamelijk in industriële omgeving, voor vermogens van 175 tot 1500 Watt 15. Om gebruikt te kunnen worden voor de koplampverlichting zijn aanpassingen gedaan in de chemische samenstelling van de vulling en zijn speciale elektronische circuits ontwikkeld. Zodoende is er een lamp ontwikkeld welke binnen enkele seconden opstart, waar conventionele gasontladingslampen soms minuten nodig hebben. Ook werd de gasontladingstechnologie dusdanig aangepast dat een lamp uit en onmiddellijk weer aangezet kon worden zonder dat er een afkoelperiode nodig was. Pagina 23

24 Figuur 1: Patent gasontladingslamp 12 Pagina 24

25 De gasontladingslamp voor in de auto De Xenonlamp zoals deze in de koplamp zit heeft twee wolfraam elektroden met een diameter van ongeveer 250 μm en een onderlinge afstand van 1 tot 5 mm. De lamp is, in rust, gevuld met xenongas onder een druk van minimaal 4 bar en verder met kwik en metaalhalogeniden (natrium- en scanduimjodide) met een gezamenlijke massa van minder van 1 mg 16. Dit genereert een enorme lichtopbrengst (zie figuur 2) die veel hoger is dan die van de gemiddelde halogeenlamp. Bij een nominaal vermogen van 35 watt produceren de D1S en D2S lampen een lichtopbrengst van 3200 Lumen. Deze hogere lichtopbrengst wordt vooral verkregen door de hoge lichttemperatuur van het gasmengsel (ongeveer 6000 K). Deze hogere lichttemperatuur was de voornaamste bottleneck bij het verhogen van de lichtopbrengst van de halogeenlampen 17. Een conventionele halogeenlamp van 55W heeft dan ook maar een lichtopbrengst van ongeveer 1000 Lumen. Een Xenonkoplamp verbruikt in totaal 45W (35W in de lamp en 10W in de ballastelektronica), wat neer komt op ongeveer 20% minder energieverbruik bij een driemaal zo hoge lichtopbrengst, vergeleken met een halogeenkoplamp uitgerust met een 55W halogeenlamp. Figuur 2: Verlichtingsbeeld Halogeen- en Xenonverlichting 18 De eerste Xenonlampen zijn sinds 1991 beschikbaar in de BMW 7-serie. Naast de verhoogde lichtopbrengst is ook de langere levensduur een van de vele pluspunten. Daar waar halogeenlampen in de praktijk doorgaans 600 uur blijven werken, bereiken de Xenonlampen gemakkelijk 3000 branduren 19. Om verblinding van Pagina 25