Lichttechnik Thermomanagement bei LED-Scheinwerfern

LED-Licht erfordert Kühlung.
LED-Licht erfordert Kühlung.

Moderne LED-Leuchtmittel setzen fast 60 Prozent der eingespeisten elektrischen Energie in nutzbares Licht um und widerstehen zudem starken mechanischen Belastungen. Andererseits entwickelt sich die Wärmeabfuhr der verbleibenden Verlustleistung oft zu einem Problem.

Leistungsstarke Leuchtdioden benötigen vergleichsweise wenig Bauraum und eröffnen so neue Möglichkeiten beim Design von Scheinwerfern und Fahrzeugfront. Als flaches Solid-State-Bauteil sind die in transparentem Kunststoff vergossenen Halbleiterchips von Hause aus resistent gegenüber vielerlei Umwelteinflüssen - besonders gegen Vibration und Luftfeuchtigkeit, wie sie im Kfz-Betrieb auftreten. Allerdings ist zwingend eine maximale Grenzschicht- oder Junction-Temperatur einzuhalten; ein Überschreiten führt zu drastischen Einbrüchen bei Wirkungsgrad und Restlebensdauer der Leuchte. Der Lüfterspezialist ebm-papst bietet für solche Fälle eine umfangreiche Palette an unterschiedlichen Lüftern im Programm. Findet sich keine Lösung von der Stange, sind auch individuelle Anpassungen für spezielle Scheinwerferbauformen kein Problem.

Bauteile im Auto leiden permanent durch Vibration, Schock, Beschleunigung und Schwingungen, z.B. durch Schlaglöcher, oder Feuchtigkeit. Hinzu kommt ein sehr großer Temperaturbereich im weltweiten Betrieb, in dem alle Komponenten zuverlässig funktionieren 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 (Bild 1). 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 ca. 5.500 K und damit deutlich näher am Tageslicht von ca. 6.000 K als Xenonlicht mit ca. 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 eingesetzten Kunststoffe nicht ausgasen und dabei womöglich die Optik durch einen milchigen Beschlag trüben. Schmierstoffe und der eingesetzte Kunststoff müssen daher die geforderten strengen Anforderungen an die Ausgasung („Fogging“) einhalten.