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Lichttechnik Thermomanagement von LED-Scheinwerfern

| Redakteur: Michael Ziegler

LED-Scheinwerfer sind Trend: Sie ermöglichen durch die kompakte Baugröße neue Designformen und arbeiten energiesparend bei hoher Leuchtdichte. Ein Problem ist jedoch die hohe Wärmeabfuhr. Hier müssen speziell entwickelte Lüftersysteme Kühlung verschaffen.

Leistungsstarke LED-Scheinwerfer werden im Automobil zunehmend für Abblendlicht und Fernlicht eingesetzt. Diese müssen aber auch effektiv gekühlt werden.
Leistungsstarke LED-Scheinwerfer werden im Automobil zunehmend für Abblendlicht und Fernlicht eingesetzt. Diese müssen aber auch effektiv gekühlt werden.
(Foto: EBM-Papst)

Moderne LED-Leuchtmittel setzen fast 60 Prozent der Elektrizität in nutzbares Licht um und sparen so Strom. Als Festkörper widerstehen sie zudem starken mechanischen Belastungen. Das macht diese Bauteile auch für die Scheinwerfertechnik in Fahrzeugen interessant. Durch die hohe Leuchtdichte auf kleinster Fläche ist die Wärmeabfuhr der verbleibenden Verlustleistung allerdings oft problematisch. Zu große Hitze im Halbleiter vermindert die Lebensdauer drastisch. Die aktive Kühlung des Licht emittierenden Kristalls senkt die Temperatur und erlaubt mehr Betriebsstunden.

Leistungsstarke Leuchtdioden benötigen vergleichsweise wenig Bauraum und eröffnen so neue Möglichkeiten beim Design von Scheinwerfern und der Fahrzeugfront. Als flaches Solid-State-Bauteil sind die in transparentem Kunststoff vergossenen Halbleiterchips resistent gegenüber vielerlei Umwelteinflüssen, besonders gegen Vibration und Luftfeuchtigkeit, wie sie im Auto häufig auftreten. Allerdings ist zwingend eine maximale Grenzschicht- oder Junction-Temperatur einzuhalten. Wird die überschritten, brechen Wirkungsgrad und Restlebensdauer der Leuchte drastisch ein. Der Lüfterspezialist EBM-Papst aus St. Georgen im Schwarzwald hat für solche Fälle eine umfangreiche Palette an Lüftern im Programm. Findet sich keine Lösung von der Stange, sind auch individuelle Anpassungen für spezielle Scheinwerferbauformen kein Problem.

Ein raues Umfeld

Bauteile im Auto leiden permanent durch Vibration, Schock, Beschleunigung und Schwingungen, zum Beispiel durch Schlaglöcher oder Feuchtigkeit. Hinzu kommt ein sehr großer Temperaturbereich im weltweiten Betrieb, dem alle Komponenten zuverlässig standhalten müssen. Diese Anforderungen erfüllt man heute am besten mit einer in sich abgeschlossenen Scheinwerfereinheit. So entwickelte ein namhafter Hersteller beispielsweise einen Voll-LED-Scheinwerfer für Fern-, Abblend- und Tagfahrlicht. Er besteht aus der Abschlussscheibe, einem Träger mit LED-Arrays, jeweils einer Linse aus optischem Glas sowie dem für die Kühlung entscheidenden Luftleiteinsatz und dem eigentlichen Lüfter. Die Farbtemperatur der LEDs liegt bei zirka 5.500 Kelvin und damit deutlich näher am Tageslicht von zirka 6.000 K als Xenonlicht mit zirka 4.000 K. Das Auge ermüdet dadurch deutlich weniger.

Als Einheit konzipiert, dürfen sich die optischen Werte des Scheinwerfers vor, während und nach der Montage nicht verändern. Dies erfordert spezielle Kunstgriffe beim Herstellen und Montieren aller Komponenten. Da die Beleuchtungseinrichtung über Jahre bis Jahrzehnte im Einsatz ist, dürfen die Kunststoffe nicht ausgasen und dabei womöglich die Optik durch einen milchigen Beschlag trüben. Schmierstoffe und Kunststoff halten daher die geforderten strengen Anforderungen an die Ausgasung („Fogging“) ein.

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