LED-Diffusionsfolien aus Makrofol® und Wärmemanagement-Lösungen für LED-Anwendungen

Insbesondere die geringere Wärmeentwicklung dieser elektronischen Lichtquelle erlauben heute den Einsatz anderer Werkstoffe wie PMMA oder Polycarbonat. LED-Leuchtmittel emittieren jedoch stark punktförmig das Licht, was gerade bei einer möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung mit Licht störend ist.

Die Firma Covestro AG (ehem. BayerMaterialScience) hat sich dieses Themas angenommen. Die Diffusionsfolien bzw. Streufolien Makrofol® LM auf Polycarbonatbasis spreizen das punktförmige Licht so, dass punktförmige Lichtquellen wie LEDs (LED-Spots) zu einer gleichmäßig beleuchteten Fläche verschmelzen und somit die LED-Lichtquelle unsichtbar wird.
Sie erreichen ihren besonderen Streueffekt durch spezielle, in das Material eingebettete Streupigmente bei nur geringer Abschwächung der Lichtintensität an sich.

Durch die mit Makrofol® LM ausgerüsteten Lampen erzielt man eine homogene Ausleuchtung und es wird eine Mehrfachschattenbildung verhindert. Auch beim Einsatz in hinterleuchteten Bauteilen zeigt die Diffusionsfolie Makrofol® LM  bei einer vergleichsweise geringen Bautiefe eine gleichmäßig flächige Ausleuchtung.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Diffusionsfolien mit Oberflächenstrukturierung oder Einfärbung wurde das Verhältnis von Streuwirkung zu Lichtdurchlässigkeit nochmals deutlich verbessert. Mit den Diffusionsfolien Makrofol® LM lässt sich das Licht mit minimalem Leuchtkraftverlust gleichmäßig verteilen.

Viele Gestaltungsmöglichkeiten durch eine Vielzahl verschiedener Folien

Makrofol® LM ist in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Die Unterschiede liegen vor allem bei der Lichtdurchlässigkeit (Transmissionsgrad) und der Streuwirkung (Halbwertswinkel*). 

Neben den Folien mit intrinsischer Streuwirkung gibt es auch Makrofol® LM – Folien mit aufgeprägten Linienrastern. Diese verbinden punktförmige Lichtquellen wie z.B. von LED`s zu einem Lichtband, was ganz erstaunliche Beleuchtungseffekt ergeben kann.

Aus dem großen Sortiment an Makrofol® LM – Folien kann für jede Anwendung die passende Diffusionsfolie gefunden werden. Das Verkleben von Polycarbonatfolien aus Makrofol® LM miteinander erfolgt mit Lösungsmitteln, Klebebändern (CMC Klebetechnik) oder Reaktionsklebern. Makrofol® LM Diffusionsfolien bzw. Streufolien lassen sich unter Zuführung von Wärme und Druck sowie mittels Ultraschallverfahren verschweißen und können z.T. thermoplastisch geformt werden.

Wärmemanagement für zuverlässige und hochwertige LED-Beleuchtungen

Obwohl LED-Beleuchtungen eine deutlich höhere Energieeffizienz vorweisen können, muß dennoch auf ein ausreichendes Wärmemanagment geachtet werden. Denn bei LED`s entsteht das Licht innerhalb einer sehr kleinen Fläche. Der lichtemittierende Halbleiterkristall (Elektrolumineszenz) erwärmt sich erheblich und muss gekühlt werden.

Bei geringen Leistungen kann diese Kühlung sehr simpel ausfallen oder man kann sogar gänzlich darauf verzichten, da die Anschlussleitungen schon als „Kühlkörper“ ausreichen. Bei Leistungs-LED`s jedoch ist eine bewusste Wärmeableitung notwendig.

LED`s besitzen eine Lebensdauer von 30.000 bis 50.000 Stunden. Damit sie über diese Zeit zuverlässig arbeiten, müssen sie vor Überhitzung geschützt werden. Denn permanent zu warm betriebene LED`s verändert auch ihre Farbtemperatur (die Farbe verändert sich) und Lichtleistung, was sich negativ auf den Lichteindruck auswirken kann.

Aus den oben genannten Gründen werden leistungsfähigere Highpower LED`s bereits herstellerseitig auf einem Metallträger (Miniplatinen, Stars) montiert. Die Idee dahinter ist eine massive Verbreiterung des Wärmeleitpfades. Denn neben der materialspezifischen Wärmeleitfähigkeit geht in die Berechnung des Wärmewiderstandes auch die Fläche mit ein.
Die Miniplatine mit Metallkern kann nun z.B. auf einem Kühlkörper (passive Konvektionskühlung), einer Metallschiene oder einem Peltier-Element (aktive Kühlung, auch möglich: Lüfter) montiert werden.

Schlechter Wärmeübergang reduziert die Wärmeleitung merklich

Bei der Betrachtung des Wärmepfades ist zu beachten, dass durch Oberflächenrauigkeit oder Verformungen infolge thermischer Ausdehnung sich die Anbindung der Miniplatine an einen Kühlkörper verschlechtern kann. Luft ist ein ausgesprochen schlechter Wärmeleiter und daher sind Lufteinschlüsse im Wärmepfad unbedingt zu vermeiden. Ein effizienter Weg ist der Einsatz von Phase-Change Materialien. Diese dünnen wärmeleitenden Schichten schmelzen beim Überschreiten von ca. 50-60°C auf und füllen die Luftkavitäten auf. Die Folge davon ist eine formschlüssige Verbindung zwischen Hochleistungs-LED und Wärmesenke mit guter thermischer Leitfähigkeit.
Die Bedeutung von Übergangswiderständen von einer Oberfläche auf die nächste innerhalb eines Wärmeleitpfades sollte man nicht unterschätzen.

Im Programm der wärmeleitenden Produkte der CMC Klebetechnik gibt es

  • nicht isolierende Produkte (Aluminiumfolie mit wärmeleitenden Beschichtungen)
  • elektrisch isolierende Produkte (z.B. Kapton MT+ Folien mit wärmeleitenden Kleberbeschichtungen)
  • Distanzausgleichende Produkte (Gapfiller bis 10 mm Dicke)
  • Wärmeleitende, doppelseitige Klebebänder für Montage und  Befestigung (z.B. Nitto TR-5320F)

Um die verschiedenen Produkte problemlos einsetzen zu können, ist eine anwendungsgerechte Aufmachung wichtig. Mehrere modulare und flexible Stanzmaschinen, zwei hochpräzise Schneidplotter bis 2050 x 3050 mm Teilegröße sowie etliche Schneid- und Laminiermaschinen lassen kaum einen Wunsch offen. Es können Prototypen-Stückzahlen gefertigt werden, aber auch große Stückzahlen auf rotativen Stanzanlagen. Kundenindividuelle Beschichtungen können auf einem Pilotcoater (Fertigungsbreite 300 mm) schnell und kostengünstig otimiert werden.

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The fifth building material – Maintenance of ETFE constructions (maintenance des verrières gonflables en ETFE )

The ETFE is a modified copolymer which is extruded into a thin film. The material is ageing resistant, self-cleaning and transparent. It is unaffected by UV light, atmospheric pollution or weathering and extensive testing has shown an anticipated life expectancy in excess of 40 years (used e.g. for green house cladding). The material is self-extinguishing and it is resistant to normal hailstorms.

Single layer constructions are supported by a cable net. Cushions are formed from multiple layers of ETFE. The foil is extremely thin: each layer is between 50 and 300 µm thick, it enables very high levels of light transmission in both the visible (94-97%) and ultraviolet range (83-88%). Together with light weight perimeter frames it is easily possible to have buildings which appear like as they were built of not much more than air. Architectural roofing designs are revolutionized by these ETFE-films since many years now. Also greenhouses (horticultural and industrial) and wall coverings, anti-graffiti protection for high traffic areas and solar collectors are applications, ETFE is used for due to its excellent properties. ETFE has only 1% the weight of glass, is 100% recyclable and is self-extinguishing.

Despite these advantages of ETFE films there are some problems appearing according to the low thickness of the material. Usually cushions are stabilized by inflating with dry air. Especially on rooftops birds love to land there and peck at their food to break it up before swallowing. The bigger the bird the more powerful their pecking action will be. It is widely known that ETFE roofs and Canopies installed nearby or close to stages (e.g. Allianz Arena Munich) or the sea suffer most of this problem. This is because Ravens, Crows or Seagulls use the ETFE roof membranes as an ideal platform to stop and peck at food rubbish or shellfish, crabs and the occasional stolen chip. This often vigorous and powerful pecking action causes punctures and tearing to the ETFE Membrane, opening holes where the inflating air can leak. This causes higher operation cost or the possibility of fatal destruction of a complete cushion.

Fortunately the ETFE material is resistant to tear growth so that it is easy to repair such holes and tears on-site by using a special adhesive tape from CMC Klebetechnik. This transparent tape is made of the same material as the cushion itself: an 100µm ETFE-film. The adhesive sticks good to the cushion surface and is similar resistant to UV and weathering as the ETFE. It is resistant against creeping of water under the adhesive tape and elastic as the base material of the cushion.
This is why CMC 77700 ETFE adhesive tape is ideal for repairing of damages (minor tears or holes) or reinforcement e.g. under supporting cables of single layer constructions. No need to replace individual elements of a roofing construction can save a lot of money. And due to the transparency of the adhesive tape, repairs are nearly invisible. Maintenance with ETFE adhesive tapes from CMC Klebetechnik reduce costs, time and effort for repair.

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