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Mit extremer Leistung

Systemkostenoptimierung und Produktdifferenzierung mit LEDs

14. April 2015, 9:30 Uhr | Kai Klimkiewicz

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Warum Hochleistungs-LEDs?

Durch den Einsatz besonders leistungsfähiger LEDs können die Kühlkörper verkleinert und die Anzahl der Optiken reduziert werden. Dadurch ergeben sich Einsparungen bei Material und Gewicht, die sich unter anderem bei den Systemkosten positiv niederschlagen. Eine alternative Vorgehensweise bei der Entwicklung ist es, das vorhandene Kühlkörper- bzw. Leuchtensystem beizubehalten und im Gegenzug die Systemleistung erheblich zu erhöhen.

Mit der XHP-Familie sind – je nach System – durchaus Verdopplungen oder Verdreifachungen der Gesamtleistung denkbar. Gerade im Rahmen einer Produktpflegemaßnahme oder eines Sonderprojekts lässt sich mit zweiter Vorgehensweise die Vielfältigkeit der Einsatzmöglichkeiten eines Produktes erweitern, ohne große konstruktive Änderungen im Design vornehmen zu müssen. Durch die Extreme-High-Power-LEDs ergeben sich bezüglich einer Vielzahl von Eigenschaften Vorteile, unter anderem bei Formfaktor, Lebensdauer, thermischem Design, Treibern, Optikdesign und Entblendung. Diese Vorteile sollen im Folgenden diskutiert werden.

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Formfaktor
Speziell bei den klassischen Leuchtmitteln wird oft deutlich, dass die Leuchtengeometrie stark von der Lampengeometrie beeinflusst wird. Durch die Weiterentwicklung der LED hat sich bereits viel verändert, so dass Designer heute ganz neue Leuchtenformen realisieren können, die kleiner oder flacher sind als bisherige Beleuchtungen. Sie können auch asymmetrisch sein oder Freiformflächen aufweisen. Aufgrund der durch die Extreme-High-Power-LEDs deutlich reduzierten Lichtpunktanzahl erhalten Leuchtenhersteller nun eine größere Designfreiheit. Leuchten können noch kompakter und eigenständiger gestaltet werden. Durch den geringen Materialeinsatz lässt sich das Gewicht der Leuchte reduzieren. Somit können auch die Halterungen und Befestigungssysteme anders ausgelegt werden. Bei Straßenlaternen sind etwa eine geringe Windangriffsfläche und die Leuchtengröße weitere wichtige Parameter.

Lebensdauer
Ziel muss es sein, mit der neuen Extreme-High-Power-LED-Technik trotz härterer Betriebsbedingungen mindestens dieselben Lebensdauerwerte zu erzielen wie mit den leistungsstärksten bisher erhältlichen High-Power-LEDs. In der Praxis bedeutet das, dass eine XHP-LED bei 105 °C Lötpunkttemperatur und deutlich höherer Bestromung mindestens die gleichen Lebensdauerwerte erreicht wie eine High-Power-LED im moderaten Strombereich bei 85 °C Lötpunkttemperatur.

Thermisches Design
Wie bereits erläutert lässt sich bei den Extreme-High-Power-LEDs die Entwärmung im Vergleich zu herkömmlichen LEDs kompakter und mit geringerem Flächen- und Materialeinsatz realisieren. Das bedeutet aber nicht, dass das thermische Design somit weniger relevant ist. Vielmehr ergibt sich daraus ein hohes Differenzierungspotenzial. Mit entsprechender Erfahrung, Werkzeugen zur thermischen Simulation und praktischer Erprobung lässt sich mit den XHP-LEDs ein guter Kompromiss zwischen Kosten und Effizienz finden. Hersteller können sich gerade in diesem Punkt mit hochwertigen Produkten von minderwertigeren Angeboten der Konkurrenz abgrenzen.

Treiber
Generell wird bei der Entwicklung neuer LEDs immer eine Steigerung der Leistung kombiniert mit einer Effizienzsteigerung anvisiert, um ein möglichst leistungsfähiges System zu realisieren. Das bedeutet allerdings auch einen hohen Anspruch an die Treiber. Da Wärme eine negative Auswirkung auf den Treiber hat, wird dieser beim Lampendesign oft außerhalb der Leuchte positioniert, um ein weiteres Aufheizen der LED zu verhindern. Bei der Treiberauswahl ist die Lebensdauer ein entscheidendes Kriterium, denn der Treiber gilt häufig als schwächstes Glied in der Komponentenkette. Entscheidet sich der Leuchtenhersteller hier für hochwertige Produkte, kann auch die Anzahl der notwendigen Treiber pro Leuchte reduziert werden.