Lüfter LED-Scheinwerfer fordern besondere Lüfter

Aufgrund gestiegener Lichtleistung eignen sich LED-Chips nun auch für Frontscheinwerfer von Kraftfahrzeugen. Mit ihrer langen Lebensdauer und kleinen Bauform sind sie eine interessante Alternative zu Halogen- oder Gasentladungslampen, zumal sie auch mechanisch sehr robust sind. Außerdem spart der hohe Wirkungsgrad Energie und damit Kraftstoff. Da jedoch die aktive Chipfläche sehr klein ist, müssen sie gut gekühlt werden. Spezielle Lüfter fördern den nötigen Luftstrom für die Aktivkühlung.

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SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

ebm-papst St. Georgen GmbH & Co. KG

Lichtstarke Leuchtdioden arbeiten mit hohem Wirkungsgrad. Sie benötigen vergleichsweise wenig Bauraum und eröffnen so neue Möglichkeiten beim Design von Scheinwerfer und Fahrzeugfront. Aus diesem Grund setzt auch Premiumhersteller Cadillac in seinem Modell Escalade Platinum auf einen von Hella entwickelten Voll-LED-Scheinwerfer für Fern-, Abblend- und Tagfahrlicht.

Für die unverzichtbare Aktivkühlung holten die Lichtspezialsiten noch den Lüfterspezialisten EBM-Papst aus St. Georgen im Schwarzwald mit ins Boot. So entstand ein Scheinwerfertyp mit technischen Neuerungen bei Elektronik, Optik und Kühlluftzufuhr (Bild 1).

Der Einsatz im Kfz stellt hohe Ansprüche

Alle Bauteile im Auto leiden permanent durch Vibration, Beschleunigung und Schwingungen z.B. durch Schlaglöcher. Hinzu kommt ein sehr weiter Temperaturbereich, in dem alle Komponenten zuverlässig funktionieren müssen.

Aus den Rahmenbedingungen für den Escalade ergab sich dann als Lösung eine in sich abgeschlossene Scheinwerfereinheit. Sie besteht aus der Abschlussscheibe, einem Träger mit sieben LED-Arrays, jeweils einer zugehörigen Linse aus optischem Glas sowie dem für die Kühlung wichtigen Luftleiteinsatz und dem eigentlichen Lüfter.

Die Farbtemperatur der LEDs liegt mit ca 5.500 Kelvin deutlich näher am Tageslicht von ca. 6.000 K als Xenonlicht mit ca 4.000 K; das Auge ermüdet deutlich weniger. Da der Scheinwerfer als Einheit konzipiert ist, dürfen sich die optischen Werte vor, während und nach der Montage nicht verändern. Dies erfordert spezielle Kunstgriffe bei Herstellung und Montage der Komponenten.

Der Lüfter wurde aufgabengerecht maßgeschneidert

Um zum Beispiel Ausgasungen auszuschließen, wurden spezielle Kunststoffe gewählt. Die Lüfterkomponenten werden wie üblich im Spritzgussverfahren hergestellt, allerdings liegt der Schmelzpunkt der beständigen Materialien deutlich höher. So musste die Spritzgussanlage von Wasser- auf Ölkühlung umgerüstet und die Zykluszeiten angepasst werden.

Auch Kleinigkeiten, die nach den erfolgreichen Testläufen für die Serienfertigung wichtig sind, waren zu beachten. Michael Weißer vom Entwicklungsteam dazu: „Für die hohe Zuverlässigkeit des Gesamtsystems der Scheinwerfer sind selbst triviale Dinge wie die Beschriftung der Lüfter zu beachten. Der Werdegang der einzelnen Teile muss nachvollziehbar sein, aber die Standardlösung Etikett mit Ziffern oder Barcode war nicht brauchbar. Die direkte Beschriftung der Lüfter löste das Problem.“

Der Kühllüftstrom wird gezielt von hinten auf den Kühlkörper geblasen

Die Wärmequelle LED ist auf Kühlkörpern montiert, der Kühlluftstrom wird über Leitvorrichtungen gezielt von hinten auf die Kühlkörper geblasen. Die Chiptemperatur der LED wird so deutlich abgesenkt, die Lebensdauer steigt drastisch an.

Für eine lange Betriebszeit und die im KFZ übliche Temperaturspanne wurden spezielle Kugellager mit optimierter Schmierung eingesetzt. So ist sichergestellt, dass auch große Temperaturschwankungen und härteste Schläge im Fahrbetrieb weder Schmierung noch das optimale Laufspiel von Rotor und Stator beeinträchtigen.

Flügelprofil bringt hohe Luftleistung

Die im Lüfter angebrachte Leiterplatte mit der Ansteuerelektronik wird durch einen speziellen Isolierlack geschützt (Bild 2). Bei Bedarf kann die Drehzahl geregelt werden. Das Lüfterrad selbst ist mit einem Sichelflügelprofil mit Winglets ausgeführt für hohe Luftleistung und hohen Druckaufbau bei minimaler Leistungsaufnahme sowie geringem Betriebsgeräusch.

Moderne Materialien und Fertigungsmethoden eröffnen heute die Möglichkeit, Lüfter für viele Einsatzfälle maßzuschneidern. Je früher dabei der Lüfterspezialist mit seinem Know-how in die Projektierung eingebunden wird, um so besser lassen sich die Vorgaben erfüllen.

Der Anwender kann sich dabei auf seine Kernkompetenz konzentrieren, die Optimierung des Lüfters übernimmt im Rahmen der Vorgaben dann der Spezialist. Ein solches Zusammenspiel spart Entwicklungszeit, Geld und erlaubt bei Lüftung und Anwendung Lösungen auf dem neuesten Stand der Technik.

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