Optoelektronik
Entwicklung von LED-Scheinwerfern
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Temperatur-Management im Fokus
LEDs werden im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln nicht besonders heiß: Rote Leuchtdioden verkraften etwa 120 und weiße 150 °C – viel weniger als Halogenlampen, die eine Temperatur von bis zu 400 °C erzeugen. Bei LED-Scheinwerfern entsteht ein großer Teil der Wärme durch die Verlustleistung im LED-Chip und in der Elektronik: Der hintere Teil des Scheinwerfers wird dadurch stark erhitzt, die Streuscheibe hingegen bleibt verhältnismäßig kühl. Die Konstrukteure müssen deshalb dafür sorgen, dass die LEDs ihre Wärme gezielt an die Abdeckscheibe der Scheinwerfer abgeben, um sie im Winter frei von Schnee und Beschlag zu halten. Abhilfe schafft dabei der Einsatz von Speziallüftern, die die warme Luft über die Kühlkörper gezielt an die Abdeckscheibe strömen lassen.
Die Lüfter entsprechen prinzipiell Lüftern aus der Computer-Technologie, wie sie auch in handelsüblichen Notebooks zum Einsatz kommen. Für die Automotive-Tauglichkeit sind aber deutlich höhere Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit notwendig. Schwerpunkt war dabei die Entwicklung eines hitzebeständigen Kugellagerfettes.
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Die Temperaturanforderungen an die Elektronik sind mit 105°C Umgebungstemperatur im Scheinwerfer relativ hoch (Bild 3). Die Bauteilauswahl ist hier gezielt auszulegen, beispielsweise der Einsatz von DC/DC-Wandlern anstelle von preiswerteren Linearreglern. Das Temperatur-Management spielt bei Layout und Gehäusegestaltung eine maßgebliche Rolle. Gleichzeitig gibt es restriktive Package-Forderungen, die massive Kühlkörper ausschließen. An das Layout angepasste Kühlrippen, Metallkernplatinen, temperaturbeständigere Materialien, minimierte Verlustleistungen und genaue Betrachtungen der teilweise deutlichen Herstellerschwankungen bei den Verlustleistungen werden bei der Entwicklung ständig diskutiert und optimiert.
Durch Strömungssimulation (Bild 4) wird die Luftführung im Scheinwerfer ausgelegt und optimiert. Die verwendete Software kommt normalerweise bei der Motorraumdurchströmung und bei der Motorensimulation zum Einsatz. Hier wird darauf geachtet, dass sich die normale Luftkonvektion im Scheinwerfer mit der Zwangskonvektion durch den Lüfter ergänzt und nicht gegenseitig blockiert.
Eine rein passive Kühlung über entsprechend dimensionierte Kühlkörper wurde wegen der um einige Kilogramm höheren Gewichte und dem enormen zusätzlichen Platzbedarf nicht weiter verfolgt. Bei niedrigen Licht- und damit auch Wärmleistungen wird das allerdings die Technologie der Wahl sein.
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- Ansteuerelektronik spezifisch realisieren
- Fehleranalyse und -behebung
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