Vorhang auf - Spot on! (Bild: nagaets_AdobeStock_230414277)
Ob im Straßenverkehr, in Gewächshäusern oder für Büro- und Wohnbereiche – LEDs haben sich in fast allen Bereichen der Beleuchtungstechnik durchgesetzt, denn neben ihrem geringen Energieverbrauch sind LEDs auch flexibel im Einsatz. Dazu müssen allerdings oftmals zusätzliche elektrische und elektronische Komponenten in das LED-Leuchtmittel integriert werden.
Die Anforderungen an Beleuchtung sind vielfältig und gehen heutzutage weit über klassische Aspekte wie Sicherheit hinaus. Unter anderem spielen Faktoren wie die flexible Anpassung an Umgebungsbedingungen, die Integration in smarte Anwendungen oder die technischen Weiterentwicklungsmöglichkeiten eine wichtige Rolle. Moderne Beleuchtungssysteme sorgen zum Beispiel für die individuell gewünschte Stimmung – ob zuhause, am Arbeitsplatz oder im PKW. In Gewächshäusern wird durch die Erzeugung von Lichtverhältnissen mit speziellen Wellenlängen das Pflanzenwachstum gefördert („Horticultural Lighting“). Im Straßenverkehr passen sich intelligente Beleuchtungssysteme automatisch an sich nähernde Fahrzeuge oder Fußgänger an.
Technisch bedeutet dies zum einen, dass LEDs sowie Elektronik in das Leuchtmittel bzw. die Leuchte integriert und für eine lange Lebensdauer vor den jeweiligen Umgebungsbedingungen geschützt werden müssen. Darüber hinaus ist die elektrische Isolation ein wichtiger Aspekt, um Anwender und Installateure vor Gefahren zu schützen und Kurzschlüsse bzw. Brände zu vermeiden. Die Entwicklung von smarten und vernetzten Systemen sowie neuen Technologien wie Li-Fi (Light Fidelity) macht außerdem weitere Komponenten erforderlich, darunter Sensoren, Antennen, Transformatoren, Treiber und IoT-Geräte. Diese werden zunehmend direkt in die Leuchte integriert und nicht mehr als Zusatzkomponenten verwendet.
Anwendungen im Detail
Unabhängig vom Einsatzzweck benötigen LED-basierte Leuchten und deren Elektronik einen angemessenen Schutz vor Umwelteinflüssen, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Maßgeschneiderte Materialien auf Basis von Polyurethan und Silikon von Wevo werden daher für unterschiedlichste Anwendungen in der Leuchtenindustrie eingesetzt (Bild 1) Unabhängig vom späteren Einsatzzweck bringt die Verwendung von Vergussmassen sowie Kleb- und Dichtstoffen Vorteile für die Konstruktion, die Herstellung sowie die Lebensdauer und löst unter anderem folgende Herausforderungen, die sich für die Beleuchtungstechnik ergeben.
Herausforderung „Umgebungsbedingungen“
Wenn Lichtquellen in gefährlichen oder sicherheitsrelevanten Umgebungen, wie Chemieanlagen, Tunneln oder Flugplätzen, eingesetzt werden, bestehen hohe Anforderungen an die Beständigkeit gegenüber verschiedensten Umgebungsbedingungen. Dazu gehören zum Beispiel Chemikalien, explosive Gase, Salz, Witterung oder Insekten. Durch die Verwendung von hydrolysebeständigen und hydrophoben Polyolen mit geringer Wasseraufnahme und speziellen UV-beständigen Isocyanaten in der Härterkomponente sind auch in diesen Fällen sowohl zuverlässiger Schutz als auch elektrische Isolation sichergestellt.
Vergussmassen und Gele sowie Kleb- und Dichtstoffe von Wevo können sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden. Durch die Verwendung spezieller Inhaltsstoffe werden LED-Leuchtkörper und -Leisten zuverlässig vor Umwelteinflüssen, wie ultravioletter Strahlung, Feuchtigkeit, Staub oder korrosiven Gasen, geschützt. So können die Materialien auf Basis von Polyurethan und Silikon für Innenleuchten ebenso wie für Straßenlampen, Architekturbeleuchtung oder Leuchtreklamesysteme verwendet werden.
Was ist Li-Fi?
Laut Wikipedia ist Li-Fi (englisch abgeleitet von light fidelity) eine optische drahtlose Technologie zur Datenübertragung. Im Gegensatz zu WLAN oder anderen Funktechnologien arbeitet Li-Fi mit dem Spektrum des Lichts – genauer gesagt mit sichtbaren Licht oder Infrarotstrahlung. Eine Lampe, in der eine LED-Glühbirne mit Signalverarbeitungstechnologie befestigt ist, überträgt im Lichtstrahl eingebettete Daten mit ultrahohen Geschwindigkeiten an den Fotodetektor. Ein Empfänger-Dongle wandelt anschließend die winzigen Amplitudenänderungen in ein elektrisches Signal um. Dieses wird wieder in einen Datenstrom umgewandelt und an einen Computer oder ein mobiles Endgerät übertragen.
Herausforderung „Fogging“
Scheinwerfer und Rückleuchten für PKW und Nutzfahrzeuge sind nicht nur ein wichtiges Designelement, sondern erfüllen als Bestandteil von Assistenzsystemen zunehmend komplexe Funktionen. Damit die elektrischen und elektronischen Komponenten über den gesamten Lebenszyklus zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt werden, müssen die Bauteile gut abgedichtet werden. Den verwendeten Klebstoffen und Vergussmassen kommt dabei eine zentrale Rolle zu: Sie müssen die Anforderungen an Langlebigkeit und Beständigkeit erfüllen, dürfen aber vor allem im Sichtbereich des Scheinwerfers nicht erkennbar sein.
Ein weiterer Trend, insbesondere im Premiumsegment, ist der Einsatz von großen Bauteilen, zum Beispiel Heckleuchtbändern. Diese bringen zum einen dreidimensionale Geometrien mit sich, wodurch nicht nur waagerechte, sondern auch senkrechte und diagonale Flächen beim Auftragsprozess benetzt werden müssen, was eine optimale Abstimmung von Fließfähigkeit und Standfestigkeit voraussetzt. Da sich diese Leuchtbänder häufig über die gesamte Fahrzeugbreite erstrecken, spielen zudem die Topfzeit sowie die Reaktivität eine größere Rolle. Raupenlängen von mehr als zwei Metern resultieren in entsprechend verlängerten Auftragszeiten. Um beide Gehäuseteile gut zu benetzen, muss die offene Zeit des Systems entsprechend angepasst sein; anschließend kann eine schnelle Aushärtung erfolgen, um die Haltezeiten zu minimieren und einen wirtschaftlichen Prozess sicherzustellen.
Für den Einsatz in Scheinwerfern und Rückleuchten im Automobil-Bereich verhindern speziell entwickelte Kleb- und Dichtstoffe von Wevo die Bildung von Spannungsrissen in den Gehäusen und das Entstehen von Beschlägen (Fogging). Dazu wurde die Kompatibilität der Materialien mit amorphen Kunststoffen wie PC und PMMA angepasst. Darüber hinaus bestehen sie aus besonders reinen und lösemittelfreien Rohstoffen.
Herausforderung „Betriebstemperaturen“
Eine weitere Herausforderung sind hohe Betriebstemperaturen, wie im Fall von LED-Hochleistungsstrahlern für Showbühnen und eng bestückten LED-Leisten für die Beleuchtung von Gewächshäusern. In diesen Fällen sorgen die speziellen wärmeleitenden Vergussmassen und sogenannte Gap-Filler für einen zuverlässigen Schutz der Komponenten und LEDs. Transparente Silikon- und Epoxidbeschichtungen schützen die empfindlichen LEDs vor mechanischen Einwirkungen auf Videowänden und Bildschirme. Die effektive Wärmeableitung der LED-Module an den Kühlkörper und letztlich an die Umgebung wird durch die Verwendung von speziellen wärmeleitfähigen Füllstoffen in der Vergussmasse oder der Wärmeleitpaste sichergestellt.
Wachsender Markt
Das phänomenale Wachstum des LED-Markts ist nur schwer zu ignorieren: so wurde der Markt für LED-Beleuchtung im Jahr 2020 auf weltweit 75,81 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2026 voraussichtlich 160,03 Mrd. USD erreichen, mit einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate von durchschnittlich 14,25 % im Prognosezeitraum 2021 - 2026. Allein aus diesem Grund ist es wichtig zu wiessen, welche Klebstoffe und Vergussmassen bei der Herstellung von LEDs zum Einsatz kommen. Denn die Umgebung, in der die LEDs und zugehörigen elektronischen Komponenten verwendet werden, bestimmt, welche Art von Produkt erforderlich ist, um das System zu schützen und die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
