LED-Kühlkörper und Fertigungsverfahren Wenn die Leuchte sich selbst kühlt

Oberflächenveredelungen wie Pulverbeschichten, Eloxieren oder Lackieren geben dem Leuchtenkörper einen individuellen Look.
Oberflächenveredelungen wie Pulverbeschichten, Eloxieren oder Lackieren geben dem Leuchtenkörper einen individuellen Look.

Besonders bei leistungsstarken Lampen zur Beleuchtung von Straßen, Warenhäusern oder Industriehallen gibt es einen klaren Trend: Das Leuchtengehäuse wird so gestaltet, dass es die Kühlfunktion für die Hochleistungs-LEDs übernehmen kann. Doch welche Fertigungsverfahren eignen sich eigentlich dafür?

Von Wilfried Schmitz,  Geschäftsführender Gesellschafter, und Arthur Brinkmann, Vertrieb, beide CTX Thermal Solutions

Längst verstecken sich die Kühlkörper von LEDs nicht mehr in der Leuchte. Im Gegenteil: Sie werden immer häufiger zum Teil des Lampendesigns. Das gilt vor allem für leistungsstarke COB-Module (COB = Chip on Board), die zur Ausleuchtung von Straßen und Tunneln sowie Warenhäusern und Industriehallen eingesetzt werden.

Weil hier große Stückzahlen gefragt sind, empfehlen sich Verfahren, die zum Fertigen des Leuchtenkörpers spezielle Werkzeuge benötigen. Dazu zählen das Strangpress- und das Druckgussverfahren. Zwar kann die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumstrangpress- und Aluminiumdruckgusslegierungen nicht mit der von Reinaluminium mithalten und die Kosten für die einmalige Herstellung des Werkzeugs sind speziell beim Druckguss hoch. Doch da das komplette Lampengehäuse als Kühlkörper wirkt, also eine sehr große kühlende Oberfläche aufweist, und zudem sehr hohe Stückzahlen produziert werden, fallen diese Nachteile nicht ins Gewicht. Im Gegenteil: Bei besonders großen Fertigungsvolumen ist insbesondere das Druckgussverfahren einmalig effizient.

Aluminiumstrangguss für längliche Leuchten

Für längliche, mit einer Vielzahl von COB-Modulen bestückte Leuchten ähnlich den früheren Neonröhren, bieten sich Leuchtenkörper aus Aluminiumstrangpressprofilen an. Hierbei gibt das Werkzeug, die Matrize, die Form des Profils vor. Durch sie wird das Metall gepresst. Auf diese Weise lassen sich einfache Kühlrippen ebenso realisieren wie kompliziertere Formen. Selbst Hohlräume können durch das Einformen entsprechend gestalteter Dornen umgesetzt werden. Die typische Länge von Strangpressprofilen beträgt rund 20 Meter. Aus diesem „Endlosmaterial“ werden dann die Lampenkörper in der gewünschten Länge abgeschnitten. Die Profile können anschließend eloxiert, in der gewünschten Farbe lackiert oder pulverbeschichtet werden. Da die Werkzeugkosten für das Strangpressverfahren wesentlich geringer ausfallen als die Kosten für Druckgusswerkzeuge, eignet sich das Verfahren auch bereits bei kleineren Losgrößen.

Sehr große Serien? Aluminiumdruckguss!

Für die Fertigung großer Leuchtenserien ab einigen 1000 Stück lohnt sich das Anfertigen eines Druckgusswerkzeugs. Es bietet nahezu alle Freiheiten bei der Gestaltung des Lampen- bzw. Kühlkörpers und ermöglicht damit selbst das komplexeste Leuchtendesign. Doch dies ist nicht der einzige Vorteil des Druckgussverfahrens: Die fertigen Teile besitzen glatte, saubere Flächen und Kanten, die in der Regel keine weitere Bearbeitung erfordern. Zudem sind die mit Aluminiumdruckguss erreichbaren Wandstärken deutlich geringer als bei anderen Verfahren. Auch die erzielbaren Toleranzen erfordern nur im Ausnahmefall eine kostspielige CNC-Nachbearbeitung. Die geringere thermische Leitfähigkeit von Aluminiumdruckguss-Legierungen kann durch ein entsprechendes Kühlkörperdesign ausgeglichen werden.

Damit überwiegen die Pluspunkte des Verfahrens im Volumenbereich bei Weitem. Zudem kann bei sehr großen Produktionsmengen ein Werkzeug gefertigt werden, das mehrere Kavitäten aufweist. Auf diese Weise lassen sich pro Gussvorgang mehrere Kühl- bzw. Leuchtenkörper herstellen, was die Teilekosten zusätzlich senkt. Je nach gewünschtem Lampen-Look kann anschließend eine Oberflächen­-
veredelung durch Chromatieren, Eloxieren, Pulverlackieren etc. erfolgen.