Oświetlenie bez tajemnic

Rozmowa z mgr. inż. Maciejem Łukasikiem - kierownikiem Zakładu Oświetlenia i Wyposażenia Pojazdów (ZOE) w Instytucie Transportu Samochodowego w Warszawie.

ZOE to wiodąca placówka w kraju, która zajmuje się m.in. badaniami nad oświetleniem i wyposażeniem elektrycznym pojazdów. Czy może pan omówić pełny zakres działalności Zakładu?

MACIEJ ŁUKASIK: Zakład Oświetlenia i Wyposażenia Elektrycznego Pojazdów (ZOE) Instytutu Transportu Samochodowego od wielu lat zajmuje się badaniami elementów wyposażenia i części pojazdów samochodowych na zgodność z wymaganiami krajowych i zagranicznych norm oraz warunków technicznych.

Prowadzi także działalność naukowo - badawczą związaną z oświetleniem i elektrotechniką. Obszar działalności ZOE obejmuje między innymi badania homologacyjne elementów wyposażenia i części pojazdów samochodowych i ich przyczep, które wykonywane są zgodnie z wymaganiami regulaminów homologacyjnych EKG ONZ (Europejska Komisja Gospodarcza Organizacji Narodów Zjednoczonych). Zakład prowadzi także badania na zgodność z wymaganiami dyrektyw Unii Europejskiej, które w części technicznej są zgodne w wymaganiami regulaminów.

Badania prowadzone w ITS wymagają użycia specjalistycznego sprzętu. Jakie możliwości techniczne daje aparatura pomiarowa w Zakładzie?

Zakres badań jakie wykonuje Zakład jest bardzo szeroki, obejmuje on wiele właściwości pochodzących z różnych dziedzin takich jak fizyka, chemia czy mechanika. Wykonujemy badania właściwości świetlnych i barwowych urządzeń i materiałów przeznaczonych do emitowania światła i jego odbijania w sposób rozproszony lub kierunkowy (elementy odblaskowe pryzmatyczne i naniesione na folie samoprzylepne).

Posiadamy fotometry i kolorymetry umożliwiające ocenę parametrów światła emitowanego zarówno w sposób ciągły jak i w postaci krótkotrwałych impulsów. Możemy prowadzić pomiary barwy światła emitowanego jak i przechodzącego przez różnego rodzaju filtry, dla różnych składów widmowych światła. Badamy także materiały fluorescencyjne w formie folii czy też elementów barwionych fluorescencyjnie w masie.

Możemy wreszcie wzorcować mierniki światła czy wzorce barwy, gdyż

posiadamy odniesienia do  wzorców państwowych stosowanych przez GUM. Posiadamy komory klimatyczne symulujące różne warunki pogodowe (zmiany temperatury, wilgotności czy poziomu natężenia promieniowania świetlnego) pracujące w cyklach automatycznych.

W naszym laboratorium możemy przeprowadzić badania odporności na drgania sinusoidalne, czy przypadkowe lub udary, które mogą być połączone z oceną odporności na zmienne warunki klimatyczne. Posiadamy stanowiska realizujące próby trwałościowe różnego rodzaju przełączników, wyłączników i innych elementów manewrowych czy silników elektrycznych lub alternatorów i osprzętu z nimi związanego.

Prowadzimy badania odporności na: korozję różnych materiałów z warunkach mgły solnej czy innej atmosfery agresywnej, ścieranie takimi materiałami jak elektrokorund czy piasek kwarcowy, wnikanie wody czy pyłu, działanie paliwa wzorcowego.

Badamy szczelność urządzeń odblaskowych oraz odporność na płomienie tablic do przewozu materiałów niebezpiecznych. Możemy wykonać badanie charakterystyk wirujących maszyn elektrycznych: silników, rozruszników, prądnic lub alternatorów. Badamy pompki spryskiwaczy oraz całe układy do oczyszczania szyb pojazdów samochodowych. Wreszcie badamy stabilność trójkątów odblaskowych w tunelu aerodynamicznym. Prowadzimy próby wytrzymałości mechanicznej przylegania różnych powłok.

Jak pana zdaniem wygląda przyszłość urządzeń oświetleniowych w pojazdach samochodowych. Czy producenci skłaniają się do popularyzacji świateł samowyładowczych, czy też będą inwestować w rozwój świateł z diodami LED?

Rozwój urządzeń oświetleniowych pojazdów samochodowych, potocznie nazywanych reflektorami, jest procesem ciągłym i postępuje w kierunku poprawy parametrów eksploatacyjnych dzięki wprowadzaniu nowych źródeł światła i dopracowywaniu elementów układu optycznego reflektora. Przez wiele dziesięcioleci rozwoju motoryzacji (pomijając okres stosowania lamp naftowych czy gazowych) podstawowym źródłem światła była żarówka wyposażona w wolframowy żarnik, najpierw pracujący w próżni potem z dodatkiem związków pierwiastków halogenowych, co stanowiło pewien przełom i powodowało że reflektory wyposażone w takie źródło nazywano "halogenowymi".

Kolejnym krokiem w rozwoju było wprowadzenie na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego stulecia gazowych wyładowczych źródeł światła. Działanie ich opiera się na wytworzeniu wyładowania łukowego w mieszaninie ksenonu i związków metalohalogenkowych, które odbywa się na bardzo małej przestrzeni kwarcowego jarznika. Źródła takie cechują wysokie sprawności świetlne (np. dla źródła D2 moc pobierana to ok. 35 W, a strumień świetlny to ok. 3200 lm, dla porównania dla halogenowej żarówki H7 moc pobierana to ok. 55 W, a strumień świetlny ok. 1500 lm).

Wady stanowi konieczność stosowania osobnego układu zasilania oraz wysoka cena, kompensowana wyższą trwałością źródła. Najnowsze rozwiązania konstrukcyjne ksenonowych wyładowczych źródeł światła posiadają układy zasilające zintegrowane z trzonkiem, a w celu realizacji dwóch funkcji oświetleniowych (światło drogowe i mijania) stosuje się mechanicznie przesuwaną przesłonkę wytwarzającą granicę światła i cienia.

Reflektory wyposażone w takie źródło światła powinny posiadać urządzenia do samopoziomowania i urządzenia oczyszczające powierzchnię klosza reflektora tzw. spryskiwacz, co dodatkowo komplikuje budowę takiego reflektora. Obecnie, stosowane są w samochodach wysokiej klasy zdolnych do rozwijania dużych prędkości, zwłaszcza na autostradach.

Najmłodszym samochodowym źródłem światła jest dioda LED

Gwałtowny rozwój półprzewodnikowych źródeł światła opierających swe działanie na wykorzystaniu elektroluminescencji nastąpił po opracowaniu wysokosprawnych elementów generujących światło białe. Obecnie matryce LED są już stosowane jako światła np. jazdy dziennej, światła pozycyjne, kierunku jazdy czy hamowania.

LED jako reflektorowe źródło światła stosowane są w konstrukcjach studialnych i prototypowych. Jest ot technologia najmłodsza i podlegająca szybkiemu rozwojowi warunkowanemu nieustannym rozwojem technologii elektronicznych. Rodzące się rozwiązania techniczne chronione tajemnicą przemysłową i na  obecnym etapie rozwoju trudno jest prorokować jak będzie wyglądał finalny, dojrzały efekt w postaci reflektora LED mogącego skutecznie konkurować z istniejącymi technologiami.

Czy każde w wymienionych źródeł ma wady i zalety?

Klasyczne żarówki we współczesnych rozwiązaniach, w zasadzie nie są już stosowane (chyba, że w ciągnikach rolniczych i innych maszynach roboczych). Żarówki halogenowe są technologicznie najbardziej okrzepłe, tanie i powszechnie stosowane ze względu na niskie koszty produkcji i eksploatacji.

Źródła wyładowcze pomimo już pewnej technologicznej dojrzałości są, pomimo niekwestionowanych zalet związanych z ich wysoką sprawnością, stosowane nadal w samochodach z wyższej półki ze względu na większy stopień komplikacji konstrukcji i cenę reflektora wyposażonego w takie źródło.

Koszt wymiany źródła to kilkaset złotych, czyli tyle ile koszt zakupu markowego reflektora halogenowego. Technologia LED jest obecnie na etapie szybkiego rozwoju i stosowana jest, w przypadku reflektorów obecnie głównie pomocniczo jako światła jazdy dziennej. W reflektory LED wyposażane są samochody koncepcyjne i te z najwyższej półki, gdzie liczy się efekt nowinki technologicznej, a nie kalkulacja ekonomiki wprowadzenia danego rozwiązania.

W technice świetlnej związanej w oświetleniem samochodowym występuje sprzeczność wymagań. Z jednej strony oświetlenie reflektorami powinno być silne i dalekosiężne (jak tzw. ksenony), a z drugiej nie oślepiać innych uczestników ruchu drogowego (takie oświetlenie praktycznie nie istnieje).

Powinno być proste w konstrukcji, tanie, szybko osiągać znamionowe wartości świetlne (jak żarówka halogenowa) i stabilnie je utrzymywać w trakcie eksploatacji, być energooszczędne i nie zawierać substancji trujących, czy ujemnie wpływających na środowisko naturalne. Niestety połączenie tych sprzecznych wymagań może tylko stanowić pewien kompromis i jest przedmiotem nieustannego rozwoju technicznego.

Mgr inż. Maciej Łukasik**Kierownik Zakładu Oświetlenia i Wyposażenia Elektrycznego Pojazdów Instytutu Transportu Samochodowego.**

W roku 1988 ukończył studia na Politechnice Warszawskiej w Instytucie Inżynierii Chemicznej i Procesowej i uzyskał stopień magistra inżyniera specjalność inżynieria chemiczna.

Absolwent studiów podyplomowych na Politechnice Warszawskiej w dziedzinie Techniki Świetlnej Użytkowej, Ekspert Polskiego Komitetu Oświetleniowego w dziedzinie Metrologii Promieniowania Optycznego - Fotometrii, Radiometrii, Spektroradiometrii, Kolorymetrii, Auditor Wewnętrzny i Ekspert Techniczny, ekspert - członek GRE EKG ONZ i GTB.