LEDs in anspruchsvollen Umgebungsbedingungen
Volle Leistung mit dem richtigen Schutz
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Leistung – wenn es heiß wird
Auch LEDs geben etwas Verlustwärme ab. Diese Wärme kann sich nachteilig auf die LED auswirken, sodass eine Entwärmung erfolgen muss, um sicherzustellen, dass die eigentlichen Vorteile dieser Technologie gewahrt bleiben. Bei der Wärmeregulierung handelt es sich folglich um einen weiteren Bereich, in dem speziell entwickelte chemische Produkte verwendet werden, um die Leistung des LED-Systems zu verbessern und dessen Lebensdauer zu erhöhen. Die Farbtemperatur wird nicht nur durch das Schutzmaterial oder die Umgebungsbedingungen beeinflusst, sondern kann sich auch aufgrund der Betriebstemperatur der LED verändern. Bei weißem Licht könnte zum Beispiel eine höhere Betriebstemperatur dazu führen, dass „wärmeres“ Licht abgegeben wird. Des Weiteren könnte eine variierende Temperatur bei LEDs der gleichen Bau-gruppe dazu führen, dass eine Vielzahl von Farbtemperaturen abgegeben werden, was sich wiederum auf die Qualität und das ästhetische Erscheinungsbild des Geräts auswirken könnte.
Die Beibehaltung der richtigen Temperatur der LED verlängert nicht nur die Lebensdauer, sondern führt auch zu einer höheren Lichtabgabe, sodass weniger LEDs notwendig sein könnten, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Außerdem wirkt sich die Betriebstemperatur direkt auf die Lebensdauer der LED aus; je höher die Temperatur, desto kürzer die Lebensdauer der LED. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, werden thermische Interface-Materialien zwischen Leiterplatte und Kühlkörper verwendet, um die Wärme von der LED wegzuleiten und im Gegenzug die Temperatur der Leiterplatte zu senken und die Lebensdauer der LED zu erhöhen. Thermische Interface-Materialien können in Form von thermisch leitenden Klebern sowie nichthärtenden Optionen verwendet werden, bieten also Optionen für den Fall, dass die Notwendigkeit eines späteren Austauschs der LEDs besteht.
Die Wahl des thermischen Interface-Materials hängt zudem von der Betriebsumgebung und der Leistung der Leuchte ab. Es sind Optionen mit und ohne Silikon verfügbar sowie Lösungen im mittleren Segment und mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Verfügbare Zahlen und Fakten bezüglich thermischer Interface-Materialien können jedoch nicht nur für sich allein betrachtet werden. Die Auftragung des thermischen Interface-Materials ist ebenfalls ausschlaggebend – entwickelt um die wirksame Kontaktfläche zu vergrößern und jegliche Luftspalte zu füllen, sollten thermische Interface-Materialien eben nicht als zusätzliche dicke Schicht innerhalb des Systems aufgetragen werden, da dies den Wärmewiderstand extrem erhöhen würde. Die nicht-härtenden Wärmeleitpasten von Electrolube können in dünnen Schichten aufgetragen werden, reduzieren auf diese Weise den Wärmewiderstand an der Übergangsstelle drastisch und maximieren die Effizienz der Wärmeableitung.
Eine weitere Möglichkeit, die Wärme von dem Gerät abzuleiten, besteht in der Verwendung wärmeleitender Gießharze. Diese Produkte wurden zum Schutz der Einheit vor äußeren Einflüssen entwickelt, während sie gleichzeitig eine Abgabe der im Gerät entstehenden Verlustwärme an die Umwelt ermöglichen. Das Gießharz fungiert also effektiv als Kühlkörper, der die Wärmeenergie von dem Gerät wegleitet. Solche Produkte können für einen Verguss von Netzteilen als auch der LED-Leuchten selbst verwendet werden und unterstützen auch die Reflektion des Lichts aus dem Innern der Leuchte, abhängig von der gewählten Farbe. Gießharze schließen den Anwendungsbereich des thermischen Interface-Materials ein. Das Basisharz, der Härter und die verwendeten Füllstoffe können jedoch so abgewandelt werden, dass sie eine Vielzahl von Optionen ermöglichen, z.B. durch die Verwendung von Materialmischungen aus synthetischem Epoxid-, Polyurethan- und Silikonmaterial. Die Wahl des Materials hängt auch von den Einsatz- und Umgebungsbedingungen ab; ist die Baugruppe z.B. häufigen und rapiden Temperaturschwankungen unterworfen, bietet ein flexibles Polyurethan- oder Silikonmaterial besseren Schutz als ein hartes, unnachgiebiges Epoxidmaterial.
Es ist offensichtlich, dass die Betriebsumgebung berücksichtigt werden muss, unabhängig davon, ob ein Schutzmaterial für eine einzelne LED oder die gesamte Baugruppe gewählt werden soll. Mit der steigenden Anzahl von Anwendungsmöglichkeiten steigt auch die Anzahl von Herausforderungen. Durch die richtige Auswahl und das richtige Auftragen der Schutzmaterialien ist es außerdem möglich, LED-Leuchtmittel für eine Vielzahl an Produkten zu verwenden und, zusammen mit einem effektiven Temperaturmanagement, Konstanz in Qualität und Ästhetik zu erzielen und gleichzeitig die Lebensdauer von LED-Baugruppen zu verlängern. Es wird demnach deutlich, dass durch die kontinuierliche Verwendung von speziell hierfür entwickelten elektro-chemischen Komponenten die Anzahl der Anwendungsmöglichkeiten in dieser sich immer weiter entwickelnden Industrie steigt.
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