Τεχνολογία Φαναριών Part II

Φακός, κάτοπτρο, πάμε!

Θυμάστε τίποτα από το κεφάλαιο της οπτικής στη φυσική του Λυκείου?? Μπα ε, λογικό, πάει καιρός, αλλά no problemo αφού ότι χρειαζόμαστε από εκεί θα το θυμηθούμε αναλύοντας το πως δουλεύει από οπτικής πλευράς το εμπρός φανάρι. Η πρώτη κατηγορία φαναριών που θα δούμε ως προς την οπτική, είναι η παραδοσιακή, τα «κατόπτου» («καθρέφτης» στη πιάτσα), η οποία με τη σειρά της έχει 2-3 διακριτούς υποτύπους. Η πρώτη και πιο απλή κατηγορία είναι αυτή όπου η δέσμη φωτός κατευθύνεται προς το εξωτερικό διαφανές κάλυμμα του φαναριού το οποίο εδώ με άλλα λόγια παίζει ταυτόχρονα και το ρόλο του φακού. Η βασική δομή είναι εξής: η πηγή φωτός (ηλεκτρικό νήμα ή τόξο, θα τα δούμε αναλυτικά πιο κάτω) τοποθετείται πάνω στην γεωμετρική εστία του κοίλου μέρους του κατόπτρου, το οποίο κατά κανόνα έχει σχήμα παραβολής, εξού και ονομάζεται «παραβολικό κάτοπτρο» (κατά κανόνα χαλύβδινο). Γιατί παραβολικό και γιατί η πηγή του φωτός στην εστία? Γιατί η παραβολή ως καμπύλη έχει την εξής φοβερή και τρομερή ιδιότητα: ότι ευθεία γραμμή (εδώ ακτίνα φωτός) μπαίνει παράλληλα οπουδήποτε μέσα στην παραβολή, τα τοιχώματα της την αντανακλούν προς την εστία. Εδώ στα φανάρια εφαρμόζουμε βέβαια το αντίστροφο: η εστία εκπέμπει ακτινικά τη δέσμη προς το εσωτερικό της παραβολής και από εκεί ολες οι ακτίνες φεύγουν προς τα έξω παράλληλα. Πριν φύγουν όμως προς τα έξω, πρέπει να περάσουν από το κάλυμμα-φακό ο οποίος σκοπό έχει να καθορίσει την διάχυση της «βεντάλιας» της δέσμης στους δύο άξονες σωστά (βλ. με κλίση προς τα κάτω για να μην τυφλώνει τους απέναντι) μέσω φαινομένων διάθλασης που έχουν να κάνουν τόσο με την γεωμετρία (πρισματική) του φακού όσο και της επιφανείας του (σχήμα «frensel», δηλαδή με οδοντωτή επιφάνεια στην μέσα του πλευρά). Τα περισσότερα sealed-beam φανάρια των παλαιότερων αυτοκινήτων που είδαμε τον προηγούμενο μήνα, ακολουθούν αυτόν ακριβώς τον τρόπο λειτουργίας.

Η τεχνολογία αυτή άρχισε να αλλάζει στην αυτοκινητοβιομηχανία στις αρχές της δεκαετίας του ’80. Η βασική αλλαγή είναι ότι ο ρόλος της κατεύθυνσης-διάθλασης της δέσμης πέρασε από το κάλυμμα-φακό στο κάτοπτρο, με το πρώτο να έχει πλέον μόνο το ρόλο του διαφανούς καλύμματος προστασίας της μονάδας (ο κανόνας μέχρι της μέρες μας). Το κάτοπτρο πλέον έχει αυξημένη αρμοδιότητα και αυτό σημαίνει ότι δεν είναι πια απλού παραβολικού σχήματος: πλέον αποτελείται από πολλά μικρότερα ομοεστιακά παραβολικά κάτοπτρα-έδρες (επιμέρους παραβολικά  «καθρεφτάκια» με γωνίες μεταξύ τους) τα οποία δεν «παραλληλίζουν» τις ακτίνες ευθεία προς τα έξω όπως η μία απλή και εννιαία παραβολή, αλλά προς διαφορετική (προς τα κάτω πάντα) γωνία σε σχέση με τον οριζόντιο άξονα. Η κάθε έδρα του κατόπτρου ουσιαστικά «κοιτάει» αλλού, και όλα μαζί δημιουργούν την επιθυμητή συνολική δέσμη. Το πρώτο αυτοκίνητο παραγωγής με την τεχνολογία αυτή ήταν το Austin Maestro του 1983, ενώ στη πορεία και με την εξέλιξη των υπολογιστών και των πακέτων λογισμικού σχεδίασης CAD, καθώς και των προχωρημένων τεχνικών κατασκευής / κατεργασιών μικρών ανοχών, τα φανάρια αυτά απέκτησαν ακόμα πιο πολύπλοκα γεωμετρικά σχήματα (το πρώτο ευρωπαϊκό μοντέλο που τα φόρεσε ήταν η Citroën XM): οι επιμέρους έδρες του «πολύγωνου» δεν είναι πλέον καν μέρος παραβολής, εξέλιξη η οποία ουσιαστικά μας έδωσε την δυνατότητα να έχουμε όλα τα τρελά σε σχήμα μοντέρνα φανάρια που δεν απαιτούν κυκλικής μορφής κάτοπτρο. Σε αντίθεση με τα μασίφ μεταλλικά παραβολικά κάτοπτρα του παρελθόντος, τα σύγχρονα φανάρια διαθέτουν κατά κανόνα πλαστικά κάτοπτρα (και πολύ σπανιότερα είναι ακόμα μεταλλικά ή και γυάλινα), με την επιφάνεια ανάκλασης να είναι μία πολύ λεπτή επίστρωση αλουμινίου με επιπλέον διαφανές «βερνίκι» από πάνω για να αποφεύγεται η οξείδωση του.

Πως παίρνουμε τις δύο σκάλες από ένα ζευγάρι λάμπας-κατόπτρου..?

Αλλά γιατί μιλάμε για μία και μόνο ομάδα δέσμης ακτίνων τη στιγμή που εκ των πραγμάτων ιδανικά δεν μας αρκεί μία? Γιατί όχι μία όμως? Γιατί από την μία θέλουμε μία ακτίνα που να φωτίζει καλά το δρόμο, αλλά από την άλλη θέλουμε αυτή να μην τυφλώνει την αντίθετη κυκλοφορία. Με άλλα λόγια θέλουμε τις παραδοσιακές δύο σκάλες. Το πρώτο βήμα ιστορικά σε αυτή την κατεύθυνση ήταν η προσθήκη επιπλέον ηλεκτρικής αντίστασης που μείωνε την ένταση της δέσμης, το αμέσως επόμενο ήταν η παρουσίαση επικλινών κατόπτρων και τέλος φτάσαμε στου λαμπτήρες διπλού νήματος, ένα για τη μεσαία σκάλα (φώτα πορείας) και ένα για τη μεγάλη (προβολείς). Έλα όμως που, όπως είπαμε πιο πάνω, το νήμα πρέπει να είναι ακριβώς στην εστία της παραβολής (ή της «περίπου παραβολής» στα πιο πολύπλοκα) και μόνο ένα από τα δύο νήματα χωράει εκεί... Τι κάνουμε λοιπόν? Υπάρχουν δύο συστήματα από τα οποία μπορεί να προκύψουν δύο διαφορετικές δέσμες από λαμπτήρα διπλού νήματος τοποθετημένου σε ένα και μόνο κάτοπτρο και όσοι διαβάσατε καλά το Part I, τα έχετε ήδη μαντέψει: είναι το αμερικάνικο και το ευρωπαϊκό. Στο αμερικάνικο σύστημα το ένα νήμα βρίσκεται στην εστία του κατόπτρου, ενώ το άλλο λίγο παραδίπλα αξονικά και ακτινικά. Κατά κανόνα, το νήμα της μεγάλης σκάλας παίρνει την «καλή» θέση στην εστία, και αυτό της μεσαίας είναι το «παραδίπλα». Φυσικά η σχετική θέση των δύο νημάτων στο χώρο του κατόπτρου είναι διαφορετική για το ίδιο μοντέλο / φανάρι ανάμεσα στην αριστεροτίμονη και την δεξιοτίμονη έκδοση: η εστίαση πρέπει πολύ λογικά να κοιτάει σε αντίστροφες κατευθύνσεις, οπότε αντίστοιχα «μετακομίζουν» και τα νήματα. Στο ευρωπαϊκό σύστημα και τα δύο νήματα της λάμπας είναι «ομοαξονικά» τοποθετημένα κατά μήκος του άξονα του κατόπτρου. Και εδώ το νήμα της μεγάλης σκάλας είναι στην εστία, αλλά το άλλο είναι περίπου 1cm πιο μπροστά και μόλις 3mm πάνω από τον άξονα. Κάτω από το νήμα της μεσαίας σκάλας συναντάμε εκείνο το μικρό εσωτερικό «καπάκι/κούπα» που ίσως έχετε παρατηρήσει σε πολλά φανάρια (ονομάζεται "Graves Shield"), και του οποίου σκοπός είναι να «σκιάσει» το κομμάτι εκείνο του τόξου της δέσμης από το κάτοπτρο που αν το αφήναμε ελεύθερο θα έστελνε τις ακτίνες μετά την αντανάκλαση πάνω από τον ορίζοντα και στα μάτια του απέναντι οδηγού. Ανάλογα τώρα με το πόσο στριμένη είναι η λάμπα και το Graves Shield σε μοίρες, παίρνουμε στο ευρωπαϊκό (ECE) σύστημα είτε αριστεροτίμονο, είτε δεξιοτίμονο φανάρι. Η πρώτη λάμπα πυρακτώσεως με αυτό το σύστημα ήταν η R2 του 1954, ενώ η πρώτη αλογόνου η  H4 του 1971.

Ως συνήθως, καθένα από τα δύο συστήματα έχει τα υπέρ του και τα κατά του. Το αμερικάνικο σύστημα δίνει περισσότερη ένταση φωτισμού στη μεσαία σκάλα διότι, ελλείψει Graves Shield, χρησιμοποιείται ολόκληρο το κάτοπτρο και ο φακός (η μεγάλη σκάλα έχει σχεδόν ίδιο σχήμα με τη μεσαία αλλά σε «μεγένθυση»), αλλά ακριβώς για αυτό το λόγο «τυφλώνει» περισσότερο τους αντίθετα διερχόμενους και απορρίπτεται εκτός ΗΠΑ. Από την άλλη το ευρωπαϊκό σύστημα δίνει πιο ισχνή μεσαία σκάλα (μόνο το 60% του κατόπτρου είναι ενεργό, το «κάτω» 40% χρησιμοποιείται μόνο για τη μεγάλη σκάλα) και προσφέρει περισσότερο πεδίο fine tuning της δέσμης των δύο σκαλών. Η παρουσίαση τα τελευταία 15-20 χρόνια μάλιστα των κατόπτρων πολύπλοκης γεωμετρίας και οι λάμπες νέου σχεδιασμού όπως η Η13, μπορούν να δώσουν και στο ευρωπαϊκό σύστημα εναλλαγή μεσαίας-σκάλας χωρίς τη χρήση Graves Shield. Αντίστοιχα, με την δυνατότητα υιοθέτησης λαμπών Η4 από το 1992 και μετά και στις ΗΠΑ, το αμερικάνικο σύστημα δυνητικά «εξευρωπαϊστήκε» και πλέον τα τελευταία χρόνια οι διαφορές μεταξύ των δύο συστήματων στη πράξη δεν είναι τόσο μεγάλες όσο παλαιότερα. 

Κάντο σαν προτζέκτορας!

Οι λάμπες και τα κάτοπτρα που μιλάμε τόση ώρα, στα φανάρια των «καλών» μοντέλων δεν είναι φανερά εξωτερικά πλέον με το μάτι, αντίθετα με τα σχετικά φτηνά ή τα πιο παλιά μοντέλα. Στα «καλά» ή πιο πρόσφατα μοντέλα θα έχετε παρατηρήσει ότι συναντάμε στα φανάρια τους εσωτερικά επιμέρους διακριτούς φακούς μικρότερης διαμέτρου σε κλειστούς κυλίνδρους, κάτι μεταξύ φακού φωτογραφικής μηχανής και του ματιού του R2-D2 από το Star Wars. Αυτές οι λάμπες / πηγές λέγονται «projector» ή «πολυελλειψοειδείς». Εδώ το νήμα βρίσκεται στην μία από τις δύο εστίες ελλειψοειδούς αντί για παραβολικού κατόπτρου και ακριβώς μπροστά βρίσκεται ο «φακός συμπύκνωσης» της δέσμης που είναι και αυτό που βλέπετε εξωτερικά. Ανάμεσα στο φακό και το κάτοπτρο υπάρχει ένα «μισό» διάφραγμα που κλείνει το κάτω μισό της δέσμης για την μεσαία σκάλα. Μέσω μηχανισμού / ενεργοποιητή μπορούμε να σηκώνεται / πέφτει κατά βούληση ώστε να εναλλάσεται η μεσαία με την μεγάλη σκάλα. Σε περίπτωση που η λάμπα είναι Xenon (βλ. παρακάτω) το σύστημα αυτό δεν είναι άλλο από το γνωστό μας «BiXenon (projector)» (δηλαδή και οι δύο σκάλες είναι Xenon) και αντίστοιχα αν είναι αλογόνου, λέγεται «BiHalogen (projector)». Σε περίπτωση τώρα που δεν έχουμε κινούμενο διάφραγμα, αλλά σταθερό, τότε αναγκαστικά για την μεγάλη σκάλα θέλουμε διαφορετική λάμπα (αυτά είναι τα απλά «Xenon» όπου η μεγάλη σκάλα δημιουργείται ξεχωριστά παραδίπλα από απλή λάμπα πυρακτώσεως). Ο «φακός συμπύκνωσης» έχει ειδική διαμόρφωση εσωτερικά η οποία αφήνει ένα ποσοστό της δέσμης να διαφεύγει επίτηδες ψηλά προς τα πάνω, ώστε να υποβοηθείται η ανάγνωση των εγκάρσιων πινακίδων στο δρόμο.

Η πλάκα είναι πως τα φανάρια με ελλειψοειδή γεωμετρία σώματος δεν είναι νέα εφεύρεση, κάθε άλλο: η Hella είχε παρουσιάσει ελλειψοειδές κάτοπτρο σε φανάρι ασετυλίνης από το 1911, αλλά μετά την εδραίωση των ηλεκτρικών φαναριών, η διάταξη αυτή ξεχάστηκε για δεκαετίες και συγκεκριμένα μέχρι το 1969, όταν η Chrysler παρουσιάσε το πρώτο “βοηθητικό” φανάρι (για χρήση εκεί που η μεσαία σκάλα δεν επαρκούσε, αλλά η μεγάλη σκάλα τυφλώνει) με ελλειψοειδή-projector λάμπα αλογόνου των 85 watt. Για την πρώτη εφαρμογή «κανονικής» μεσαίας σκάλας με λάμπα projector πρέπει να φτάσουμε στο 1981 και το πειραματικό Audi Quartz, ενώ σε επίπεδο ευρείας παραγωγής η 7άρα BMW του 1986 έχει τα εν λόγω πρωτεία. Βασικό πλεονέκτημα αυτών των λαμπών είναι η μικρή τους διάμετρος, αλλά από την άλλη η ανάγκη μεγαλύτερου μήκους από τις παραδοσιακές λάμπες είναι το μειονέκτημα τους χωροταξικά, καθώς είναι δεδομένη η απόσταση που πρέπει να υπάρχει μεταξύ φακού και κατόπτρου μέσα στην έλλειψη.   

Πηγή φωτός: κωδικός «βολφράμιο»

Η βασική πηγή φωτός μέχρι σήμερα γενικώς στον φωτισμό του αυτοκινήτου παραμένει η εφεύρεση του Τόμας Έντισον από το 1879: ο λαμπτήρας πυρακτώσεως. Για τα εμπρός φανάρια και τουλάχιστον για την μεσαία και την μεγάλη σκάλα αρχίζει και αντικαθίσταται σιγά σιγά από όλες τις νεότερες τεχνολογίες που θα δούμε σήμερα και τον επόμενο μήνα, αλλά για όλα τα υπόλοιπα η γνωστή μας απλή κλασική λάμπα θα μας συντροφεύει για καιρό ακόμα. Τι είναι ο λαμπτήρας πυρακτώσεως? Βάση του είναι ένα λεπτό μεταλλικό νήμα, από βαρύ, δύστηκτο μέταλλο, συνήθως βολφράμιο, τυλιγμένο σε σπείρες. Αυτό φέρεται από τις άκρες του συγκολλημένο σε δύο παχύτερα σύρματα από όπου εφαρμόζεται η ηλεκτρική τάση η οποία θέτει τα ηλεκτρικά φορτία σε κίνηση η οποία εξαναγκάζει το νήμα να φωτοβολεί από τη θέρμανσή του. Όταν το μήκος του νήματος είναι μεγαλύτερο των 2 cm τότε αυτό συγκρατείται και ενδιάμεσα από μη ηλεκτροφόρα σύρματα σε ακτινική διάταξη. Σε λαμπτήρες μικρής ισχύος το νήμα βολφραμίου περιβάλλεται από κενό αέρα, ενώ σε μεγαλύτερης ισχύος περιέχει αδρανές αέριο (άζωτο) μέσα στο γυάλινο περίβλημα του. Αναλογικά με την ενέργεια που καταναλώνει από το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου, η φωτεινή ενέργεια που αποδίδει είναι σχετικά μικρή και γι΄αυτό άλλωστε και στην οικολογική μας εποχή σύντομα θα τον πάρει ο διάολος μια και καλή. Το βολβράμιο του νήματος αναπτήσει τρομακτικές θερμοκρασίες (σχεδόν τριχίλιαρο βαθμούς, στους 3.400 βαθμούς λιώνει) και σταδιακά με το πέρασμα του χρόνου εξαχνώνεται, δηλαδή περνάει από την στερεά μορφή σε αέριο: αυτό αφενώς το αδυνατίζει σαν διατομή και μειώνει την διάρκεια ζωής του ως προς τις συνολικές ώρες λειτουργίας και από την άλλη όλη αυτή η μεταλλική σκόνη πάει και επικάθεται πάνω στην εσωτερική πλευρά του γυάλινου καλύμματος. Αυτή είναι η αιτία που συχνά να δείτε μαυρισμένες παλιές λάμπες εσωτερικά, φυσικά με μειωμένη φωτεινότητα πλέον. Για όλους αυτούς τους λόγους η «σκέτοι» λαμπτήρες πυρακτώσεως έχουν ουσιαστικά εξαληφθεί σαν χρήση στα εμπρός φωτιστικά σώματα και έχουν δώσει τη θέση τους αρχικά στη βελτιωμένη εκδοχή τους που δεν είναι άλλη από τους...

Λαμπτήρες αλογόνου

Αν πάρουμε έναν κλασικό λαμπτήρα πυρακτώσεως και γεμίσουμε το χώρο γύρω από το νήμα με αλογόνο αέριο (ιώδιο ή βρώμιο), τι θα γίνει άραγε? Θα πάρουμε έναν πολύ αποδοτικότερο και αξιόπιστο λαμπτήρα, αυτό θα γίνει. Με την προσθήκη αλογόνου το βολφράμιο που εξαχνώνεται, λόγω συγκεκριμένου χημικού κύκλου, επιστρέφει τελικά πάλι στο νήμα, κάτι που από την μία αυξάνει κατά πολύ το προσδόκιμο της ζωής της λάμπας και από την άλλη μας επιτρέπει να την λειτουργήσουμε σε υψηλότερες θερμοκρασίας (3.100), κάτι που αυξάνει το βαθμό απόδοσης του νήματος: όσο αυξάνει η θερμοκρασία του νήματος αυξάνονται τα lumens / watt του λαμπτήρα (“lumen - lm“ είναι μονάδα μέτρησης φωτεινότητας). Η γνωστή λάμπα “H1“ ήταν ο πρώτος τύπος λάμπας αλογόνου που χρησιμοποιήθηκε ως πηγή φωτός σε φωτιστικά σώματα στην αυτοκινητοβιομηχανία το 1962. Στα 12 βολτ της μπαταρίας του αυτοκινήτου η Η1 καταναλώνει 55 watt και παρέχει φωτεινότητα 1550 lumens. Η λάμπα Η2 ακολούθησε το 1964 και για ίδια κατανάλωση και βολτάζ αύξησε τη φωτεινότητα στα 1820 lm. Οι Η1 / H3 (στις ΗΠΑ έγιναν νόμιμες μόλις το 1993) χρησιμοποιούνται ευρέως μέχρι σήμερα, τόσο στη μεσαία / μεγάλη σκάλα των προβολέων όσο και σε φώτα ομίχλης και θέσεως. Ακόμα πιο πρόσφατες υλοποιήσεις είναι οι λάμπες Η7/Η8/Η9/Η11 με διαφορετικούς συνδυασμούς φωτεινότητας / κατανάλωσης, ενώ υπάρχουν και οι αντίστοιχες εκδόσεις για 24βολτα οχήματα (επαγγελματικά, στρατιωτικά κτλ.).

Η πρώτη λάμπα αλογόνου με διπλό νήμα (μεσαία-μεγάλη σκάλα από ίδια λάμπα) ήταν η Η4 που βγήκε στην αγορά το 1971 και κατέκτησε αμέσως τον κόσμο της αυτοκινητοβιομηχανίας παγκοσμίως, με εξαίρεση πάλι τις ΗΠΑ που δεν επίτρεπεται η χρήση τους μέχρι και σήμερα (η αντίστοιχη δικιά τους, η HB2/9003, έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά σχεδίασης και απόδοσης)! Η πιο πρόσφατη υλοποίηση λαμπτήρων αλογόνου για χρήση στο αυτοκίνητο είναι οι λάμπες «HIR» (Halogen Infrared Reflective) οι οποίες έχουν ειδική επίστρωση που επιτρέπει την διέλευση του ορατού φάσματος του φωτός, αλλά όχι και του υπέρυθρου: αυτό επιστρέφει στο νήμα και το θερμαίνει ακόμα περισσότερο από ότι θα θερμαινόταν ως σκέτη ηλεκτρική αντίσταση, εκπέμποντας μεγαλύτερη ποσόστητα φωτός για ίδια κατανάλωση.

 

HID: όχι στο νήμα, ναι στο ξένο!

Γιατί όμως να συνεχίσουμε να μπλέκουμε με κομμένα και αδυνατισμένα νήματα, βολφράμια κτλ., ακόμα και αλόγονο να έχουν, και να μην τελειώνουμε με αυτά μια και καλή? Και αυτό ακριβώς θα κάνουμε, καλώς ήρθατε στο κόσμο των λαμπτήρων «εκκένωσης αερίου» (η οποία περιλαμβάνει σε άλλη υποκατηγορία της και τους γνωστούς οικιακούς λαμπτήρες φθορισμού) και πιο συγκεκριμένα στην υποκατηγορία των “High-Intensity Discharge” («εκκένωσης υψηλής έντασης») λαμπτήρων, γνωστών με τα αρχικά τους “HID”. Η όλη ιστορία εδώ είναι ότι οι HID λάμπες παράγουν φως μέσω ηλεκτρικού τόξου (ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια αερίου, δηλαδή πλάσμα) αντί μέσω «μασίφ» μεταλλικού νήματος. Η υψηλή ένταση στις HID προέρχεται από τα μεταλλικά άλατα που περιέχουν και τα οποία εξαχνώνονται μέσα στο θάλαμο του ηλεκτρικού τόξου. Το άμεσο αποτέλεσμα είναι καλύτερη ενεργειακή απόδοση σε σχέση, τόσο με το σκέτο νήμα βολφραμίου, όσο και με τις λάμπες αλογόνου: επειδή οι HID αποδίδουν εκ φύσεως περισσότερη φωτεινότητα για δεδομένη ένταση δέσμης, έχουν και μικρότερο μέγεθος από τις αλογόνου. Με άλλα λόγια, για δεδομένη  χωροταξία και αν κρατήσουμε το ίδιο μέγεθος λάμπας, με την HID μπορούμε να πετύχουμε ισχυρότερη και πιο εύκολα εστιασμένη δέσμη φωτός.

Και πάμε τώρα στο ωραίο της ονοματολογίας του θέματος. Οι HID λάμπες που τόση ώρα συζητάμε δεν είναι άλλες από τα «Xenon» φώτα. Γιατί δεν τα είπα από την αρχή xenon όπως τα ξέρουν όλοι? Διότι στην πραγματικότητα στα εμπρός φανάρια των αυτοκινήτων αυτό που λέμε «xenon φώτα» δεν είναι τα πραγματικά «xenon φώτα» από άλλες εφαρμογές (π.χ. στις λάμπες στους μεγάλους προτζέκτορες του σινεμά). Για την ακρίβεια δεν είναι συνεχώς «xenon», αλλά χρησιμοποιούν ιονισμένο αέριο ξένο μόνο για την «εκκίνηση» του φαναριού: στη συνέχεια την διατήρηση του τόξου αναλαμβάνουν ο υδράργυρος (σε παλαιότερες εφαρμογές, πλέον έχει καταργηθεί) και τα μεταλλικά άλατα (νατρίου και σκανδίου) που περίεχει η λάμπα και για αυτό και στην πραγματικότητα η σωστή ονομασία τους είναι «λάμπες μεταλλικών αλάτων». Πιο συγκεκριμένα το ξένο παράγει μόνο το αρχικό φως μέχρι να «πάρουν μπρος» τα μεταλλικά άλατα, τα οποία θέλουν 20-30 δευτερόλεπτα για να έρθουν σε πλήρη ισχύ. Αν έχετε παρατηρήσει φώτα xenon όταν πρωτοανάβουν, η φωτεινότητα και η απόχρωση της δέσμης μεταβάλλεται στα πρώτα 2-3 δευτερόλεπτα, δηλαδή στο μεταβατικό στάδιο από το τόξο σκέτου ξένου στο τόξο ξένου και αλάτων και μετά σκέτων αλάτων). Γιατί όλο αυτό και γιατί βάζουμε xenon μόνο για την εκκίνηση? Κατά βάση γιατί το λέει η νομοθεσία, ότι πρέπει ντε και καλά με το που ανάβεις το φανάρι να παράγει αυτό φως. Υπάρχουν και HID με αργό, αλλά για αυτόν ακριβώς το λόγο χρησιμοποιούνται μόνο π.χ. σε λάμπες φωτισμού δρόμων και όχι στα αυτοκίνητα, γιατί αργούν να έρθουν χρονικά σε κατάσταση μέγιστης φωτεινότητας. Πολύ σημαντική λειτουργία έχει και το γυάλινο κάλυμα της λάμπας στις HID, διότι συγκρατεί την υπεριώδη ακτινοβολία, και αυτό όχι για να μην καεί το δερματάκι των περαστικών, αλλά γιατί θα έλιωνε τα ευαίσθητα γύρω πλαστικά του κατόπτρου και του φακού. Το πρώτο αυτοκίνητο με xenon φανάρια ήταν η 7άρα BMW του 1991 που τα είχε στον προαιρετικό εξοπλισμό της. Το πρώτο αυτό σύστημα χρησιμοποιούσε σχετικά «πρωτόγονη» μορφή xenon, αλλά σε κάθε περίπτωση προλάβαν πάλι τους Αμερικάνους οι οποίοι πρωτοπαρουσίασαν xenon λάμπες τύπου «9500» (βλ. και παρακάτω) το 1996 στην Lincoln Mark VIII (τα μόνα xenon στην ιστορία με σταθερό ρεύμα / DC, όλα τα άλλα χρησιμοποιούσαν και χρησιμοποιούν εναλλασσόμενο AC ρεύμα που προσφέρει περισσότερη αξιοπιστία). Το γεγονός ότι οι HID λάμπες δεν μπορούν να δουλέψουν σωστά με χαμηλής τάσης σταθερό ρεύμα, σημαίνει ότι απαιτούν για την λειτουργία τους ειδική διάταξη αντιστάσεων (η οποία καθορίζει την ένταση του ρεύματος στη λάμπα) και αναφλεκτήρα («ηλεκτρονικό μπουζί»). Ο αναφλεκτήρας είναι ενσωματώμενος στις HID λάμπες τύπου D1 και D3 και σε ξεχωριστή μονάδα στις λάμπες D2 και D4. Όλα αυτά τα επιμέρους ηλεκτρικά εξαρτήματα μαζί συνεργάζονται ως εξής:

-        Ανάφλεξη: ένας παλμός υψηλής τάσης δημιουργεί σπινθήρα (γι’ αυτό χαρακτηρίσαμε πριν τον αναφλεκτήρα ως «μπουζί»), ο οποίος ιονίζει το αέριο ξένο, δημιουργώντας τόξο ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια από, ποιο μέταλλο νομίζετε? Ω ναι, πάλι το αειθαλές βολφράμιο...

-        Αρχική φάση: μετά το αρχικό ηλεκτρικό «σοκ» (το οποίο ανεβάζει και την θερμοκρασία απότομα), η ηλεκτρική αντίσταση ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια, και καθώς αναλαμβάνουν τα υπό εξάχνωση άλατα, στην πορεία μειώνεται. Aυτό το «αντιλαμβάνεται» η διάταξη των αντιστάσεων και έτσι, επειδή απαιτείται μικρότερη ισχύς για να διατηρηθεί η δέσμη από ότι ήθελε για να ξεκινήσει, βάζει το κύκλωμα σε κατάσταση «κανονικής λειτουργίας» (ίσως έχετε ακούσει ότι τα xenon τραβάνε πολύ ρεύμα από το κύκλωμα του αυτοκινήτου όταν πρωτοανοίγουν και πολύ λιγότερο μετά και γι’ αυτό θέλει ρέγουλα όταν παίζουμε με το on-off του διακόπτη των φαναριών με σβηστή τη μηχανή).

-        Συνεχής φάση: τα μεταλλικά άλατα είναι σε φουλ αέρια φάση, το τόξο έχει σταθεροποιηθεί και η φωτεινότητα έχει λάβει την ονομαστική της τιμή. Το κύκλωμα των αντιστάσεων πλέον παρέχει σταθερή ισχύ (για να μην τρεμοπαίζει η δέσμη), και συγκεκριμένα παρέχει βολτάζ 85V (AC όπως είπαμε) στις λάμπες D1 και D2 και 42V στις D3/D4. Για τους ακόμα πιο άρρωστους με τα ηλεκτρονικά, να πούμε ότι η συχνότητα της εναλλασσόμενης (ορθογώνιας, «ψηφιακής») κυματομορφής είναι 400+ Ηertz.

Γιατί είναι μπλέ??

ΟΚ, τα παραλέτε, δεν είναι μπλε, απλά γαλαζοφέρνουν σε σχέση με τα ασπρουλιάρικα των νημάτων βολφραμίου βρε αδερφέ... Αυτό έχει να κάνει με διαφορές των χαρακτηριστικών παραγωγής φωτός μεταξύ των δύο τύπων, ξεκινώντας με την λεγόμενη «θερμοκρασία χρώματος»: η εργοστασιακά προβλεπόμενη θερμοκρασία χρώματος στα HID/xenon είναι 4.100-5.000Kelvin ενώ οι πυρακτώσεως δουλεύουν χαμηλότερα, στους 3.000-3.550Κ. Επίσης οι δύο τύποι εκπέμπουν με διαφορετική κατανομή στο ορατό φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας: τα HID έχουν «ασυνέχειες» ως προς τις εκπεμπόμενες συχνότητες, ενώ οι πυρακτώσεως συνεχές φάσμα, όπως δηλαδή είναι και το φυσικό ηλιακό φως. Έρευνες έχουν δείξει ότι δεν τίθεται θέμα ασφαλείας από το γεγονός ότι τα HID δεν εκπέμπουν ακριβώς «φως ημέρας»...

Οι διαθέσιμες λάμπες

Οι λάμπες HID / xenon παράγουν φωτεινότητα μεταξύ 2.800-3.500 lumens με ισχύ 35-38 watt, τη στιγμή που οι αλογόνου παίζουν στα 700-2.100 lumens, απαιτώντας μάλιστα μεγαλύτερη ισχύ (40-72 watts στα 12,8V). Επίσης σε σχέση με τις αλογόνου, οι xenon κρατάνε περισσότερο: 2.000 ώρες κατά μέσο όρο σε σχέση με τις περίπου 750 των αλογόνου (το καλό που τους θέλω, με τόση διαφορά που έχουν στη τιμή!). Αυτή τη στιγμή σε παραγωγή είναι οι λάμπες D1S, D1R, D2S, D2R, D3S, D3R, D4S και D4R (καμία σχέση με Type S / Type R παλιοχοντάκηδες).

Είπαμε πριν για την κατάργηση του (τοξικού βαρέως μετάλλου...) υδράργυρου στις λάμπες xenon: υδράργυρο έχουν οι τύποι D1R, D1S, D2R, D2S και 9500 και γι αυτό υπάρχουν πολύ αυστηροί κανόνες για το που πετάμε τις παλιές τέτοιες λάμπες μας... Χωρίς υδράργυρο είναι οι νεότερες (μετά τους Ολυμπιακούς της Αθήνας) λάμπες D3R, D3S, D4R και D4S, αλλά για όσους έχετε ήδη τρομάξει με το «τοξικό» πιο πάνω, σας λέμε ότι οι νεότερες «καθαρές» λάμπες δεν είναι συμβατές ηλεκτρικά και δομικά με συστήματα που σχεδιάστηκαν για τις «τοξικές», και γι’ αυτό άλλωστε και είναι ακόμα σε παραγωγή και οι παλαιότερες. To «D» στην ονοματολογία βγαίνει από το «discharge» (εκκένωση), το νούμερο φανερώνει την αρίθμηση του τύπου και το γράμμα στο τέλος την εξωτερική σκληρή γυάλινη θωράκιση για την συγκράτηση της υπεριώδους ακτινοβολίας που αναφέραμε πιο πάνω. Οι λάμπες με «S» στο τέλος διαθέτουν απλό γυαλί στη θωράκιση και χρησιμοποιούνται κυρίως στα xenon με φανάρι τύπου projector. Οι λάμπες από την άλλη με «R» στο τέλος διαθέτουν απλό γυαλί στη θωράκιση και χρησιμοποιούνται κυρίως στα xenon με φανάρι με κλασικό κάτοπτρο. Παρόλη τη θωράκιση πάντως, από τις xenon λάμπες διαφεύγει μπόλικη υπεριώδης ακτινοβολία. Οι κάτοχοι S3 τώρα ξέρετε γιατί είναι χαζό να πληρώνετε επιπλέον ινστιτούτο σολάριουμ...

 

Και αν δεν έχει από τη μάνα του xenon?

Γίνεται πολύ κουβέντα για το κατά πόσο «γίνεται» ή «πρέπει» να αντικαθιστούμε σε φανάρια που από τη μάνα τους σχεδιάστηκαν και φοράνε λάμπες αλογόνου, τις μαμά λάμπες με λάμπες HID (δεν μιλάμε για φουλ προβλεπόμενο aftermarket κιτ HID). Η βασική απάντηση είναι ότι «γίνεται, αλλά δεν πρέπει». Και αυτό γιατί αλλάζουν πλήρως τα χαρακτηριστικά ισχύος και κατανομής της δέσμης, αφού το κάτοπτρο έχει σχεδιαστεί ώστε να «περιμένει» να ανακλάσει διαφορετική φωτεινή πηγή. Στην καλύτερη περίπτωση θα τυφλώνουμε τους αντίθετα διερχόμενους, στην χειρότερη δεν θα βλέπουμε σωστά ούτε καν εμείς οι ίδιοι. Στις ΗΠΑ αυτό είναι και παράνομο μάλιστα και παίζουν πολύ υψηλά πρόστιμα από τις αρχές στις εταιρίες που τα προμηθεύουν. Στην Ευρώπη ο νομοθέτης έχει επικεντρώσει αλλού: τα HID (των αυτοκινήτων, αλλά όχι και των μοτοσυκλετών) πρέπει να έχουν σύστημα καθαρισμού του φακού τους (για μείωση της ενοχλητικής στους απέναντι αντανάκλασης, έχει βρεθεί πως το φως των xenon «τυφλώνει» 40% περισσότερο από αυτό των αλογόνου) και επιπλέον σύστημα αυτόματης ρύθμισης του ύψους. Τώρα ξέρετε γιατί τα ευρωπαϊκά S2000 έχουν πιτσιλιστίρια φαναριών και τα αμερικάνικα όχι... Καλές γιορτές και μην δω κανέναν με λαμπιόνια βολφραμίου στο δέντρο....