Alternative zu Aluminium LED-Kühlkörpern aus wärmeleitfähigem PPS

Wärmeentwicklung bei LED-Leuchten erfordert Kühlkörper

LED-Leuchten kommen in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz, seit Glühlampen und Neonleuchten nicht mehr verwendet werden. Auch wenn die LED-Leuchten weniger Wärme als herkömmliche Systeme entwickeln, brauchen sie Kühlkörper, da sich die Wärme unter den LEDs konzentriert. Damit sich die Brandgefahr im Flugzeug nicht erhöht, muss die Wärme abgeleitet werden.

Bei LED-Leuchten, die in Reihe aufgebaut sind, werden die LED-Chips auf sogenannten Strips angeordnet. Diese LED-Strips werden auf einen Kühlkörper montiert, um die Strahlungswärme gezielt und effektiv abzuleiten. Hierfür benutzt man heute oft Halterungsprofile aus Aluminium. In vielen Fällen können jedoch Profile aus Kunststoff die Aluminiumprofile ersetzen, da die LED-Chips eine vergleichsweise geringe Wärmeabstrahlung haben. Dies bietet Vorteile beim Gewicht und den Life Cycle Costs.

Metallische Halterungen benötigen Erdung

In Metallkühlkörpern können elektrische Spannungen entstehen, was die Gefahr von Kurzschlüssen und damit die Brandgefahr erhöht. Daher müssen in der Luftfahrt alle metallischen Halterungen mit elektrischen Steckverbindungen geerdet werden. Das bedeutet materialseitig einen höheren Aufwand, denn oft reicht eine Befestigungsschraube mit den nötigen Korrosionsschutzmaßnahmen nicht aus. Wenn die metallischen Halterungen auf nichtleitenden Strukturen sitzen, ist noch ein zusätzliches Erdungskabel notwendig, welches natürlich auch befestigt werden muss. Diese Erdungsmaßnahmen verursachen zusätzliches Gewicht durch das eingesetzte Material und den notwendigen Korrosionsschutz. Außerdem wird wertvoller Bauraum benötigt.

Für den Einsatz solcher Erdungskabel sind auch Planungs-, Montage- und Dokumentationsschritte nötig: Ein Eintrag im Elektroschema ist notwendig, im Prüfplan muss für jedes Erdungskabel eine Widerstands-Messung definiert werden und der Kontaktwiderstand jeder Erdverbindung wird protokolliert. In regelmäßigen Abständen werden die Erdungen gewartet und geprüft. Hierdurch entstehen hohe Life Cycle Costs für die Airlines.

Präzisionsprofile aus PPS ersetzen Aluminium

Ein guter Ersatz für das Aluminium in LED-Kühlkörpern sind Hochleistungskunststoffe mit thermisch und bei Bedarf auch statisch ableitenden Eigenschaften. Bei den hier beschriebenen Leuchteinheiten besteht der Kühlkörper aus PPS. Für die Leuchtenabdeckungen wird ein extrudiertes Profile aus Polycarbonat eingesetzt.

Die Entwicklung und Produktion der Profile für den Kühlkörper und die Leuchtenabdeckung erfolgt in der Ensinger-Sparte "Profile & Rohre". So führt die enge Zusammenarbeit und der Wissensaustausch innerhalb von Ensinger zu schnellen Entwicklungsergebnissen.

Hervorragend thermisch und statisch ableitend

Nicht nur das hier verwendete Basispolymer PPS, sondern auch andere Basispolymere können mit bestimmten Füllstoffen wärmeleitend, elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgestattet werden. Für elektrisch isolierende Werkstoffe kann eine thermische Leitfähigkeit bis zu 10 W/(m·K) erreicht werden. Wenn auch elektrisch leitfähige Kunststoffe eingesetzt werden können, sind bis zu 25 W/(m·K) möglich. Ensinger Compounds beispielsweise entwickelt Rezepturen, um die thermische oder elektrische Leitfähigkeit bzw. Isolierung zu optimieren. Dabei werden so wenig wie möglich Füllstoffe verwendet, um die Eigenschaften der Basismaterialien nicht negativ zu beeinflussen.

Kunststoffe sind wesentlich leichter als Aluminium

Aluminium ist zwar im Vergleich zu anderen Metallen relativ leicht, aber Halterungen aus Kunststoffen sind um ca. 50 % leichter, was in Zeiten der effizienteren Nutzung von Energie einen sehr großen Vorteil bietet.

Brennbarkeitsklasse UL94 V0

Für Kühlkörper, die in der Luftfahrt zum Einsatz kommen, werden bevorzugt flammgeschützte Kunststoffe, wie beispielsweise ein flammgeschütztes Polycarbonat oder Polyamid (TECAMID 6 FRT) verwendet. Auch die bei dem hier beschriebenen Kühlkörper verwendeten Materialien, PPS für den Kühlkörper und PC für die Leuchtenabdeckung, erfüllen die Brennbarkeitsklasse UL94 V-0. 

Hohe chemische Resistenz

PPS und beispielsweise TECAMID 6 FRT oder Polycarbonat zeigen eine ausgezeichnete Korrosions- und chemische Beständigkeit gegenüber den in der Luftfahrt verwendeten Medien.

Design-Freiheit

Extrudierte und bei Bedarf weiterverarbeitete Kunststoffprofile bieten eine hohe Designfreiheit in der Bauteilauslegung, was Fertigungs- und Montagekosten reduziert.

Komplete Systeme aus einer Hand

Ensinger ist in der Lage, Kühlkörper und Leuchtenabdeckung als komplette Systeme anzubieten. Dabei können wir auf die Erfahrung der Experten aus den verschiedenen Ensinger-Produktbereichen im In- und Ausland zurückgreifen

  • Beratung zu Material & möglichem Design
  • Auswahl der Compounds
  • Machbarkeitsabschätzung für Profile
  • Zerspanung oder andere Weiterbearbeitung

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