Technik
Licht 5 | 2021

Vor Wasser und Explosionen geschützt

LEDs für herausfordernde Anwendungen und den Ex-Bereich

LED-Leuchtmittel haben sich als energiesparende, langlebige und damit wirtschaftliche Lichtquellen bewährt und werden in großem Umfang in Gebäuden, Fahrzeugen und der Straßenbeleuchtung eingesetzt. Auch unter Wasser oder in explosionsgefährdeten Bereichen ist ihr Licht gefragt. Damit es dort nicht düster wird, verbinden zwei Industriekonzerne ihre Expertise für widerstandsfähige LED-Materialien.

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Abb.: Der Betrieb von LED-Lampen unter Wasser stellt besondere Anforderungen an die eingesetzten Materialien. Ein wärmeleitendes Polycarbonat von Covestro verhindert das Eindringen von Wasser und zeichnet sich durch Formstabilität aus. Foto: angsabiru / stock.adobe.com angsabiru / stock.adobe.com

Lichtleiter, Reflektoren und Diffusoren sowie Linsen müssen so konstruiert sein, dass das LED-Licht bestmöglich genutzt werden kann. Covestro entwickelt dafür seit Jahren ein maßgeschneidertes Portfolio an transparenten, transluzenten, reflektierenden, aber auch wärmeleitenden und flammgeschützten Typen des Kunststoffs Polycarbonat. Damit unterstützt das Unternehmen nachhaltige Lichttechnologien, die gleichzeitig für den Einsatz in extremen Umgebungen geeignet sind.

LED-Beleuchtung im Schwimmbecken

Der Betrieb von LED-Lampen unter Wasser stellt beispielsweise besondere Anforderungen an die eingesetzten Materialien. In Kooperation mit dem brasilianischen Schwimmbadausrüster Ecopyre Lighting entwickelte Covestro eine integrierte Lösung mit dem wärmeleitenden Polycarbonat Makrolon TC. Es zeichnet sich durch hohe Formstabilität bei Herstellung und Betrieb der Leuchten aus und verhindert dadurch das Eindringen von Wasser (Eindringschutz oder Ingress Protection, IP).

Die Buchstaben »TC« der Typenbezeichnung stehen für »thermally conductive« und deuten an, dass der Kunststoff zudem über eine gute Wärmeleitfähigkeit verfügt. Damit eignet er sich – ebenso wie die anderen Typen des TC-Portfolios – für ein effizientes Thermomanagement, bei dem die von den LEDs erzeugte Wärme gut abgeleitet wird. Außerdem erfüllt der Kunststoff die für den Einsatz im Schwimmbadwasser erforderliche Chemikalienbeständigkeit.

Flexible Möglichkeiten für LEDs

Als thermoplastischer Kunststoff mit vielfältigen Anwendungen ermöglicht Makrolon-Polycarbonat eine effiziente Konstruktion und Fertigung von optischen Teilen für LED-betriebene Leuchten. Das maßgeschneiderte Portfolio für Anwendungen in der Allgemeinbeleuchtung umfasst transparente, transluzente, reflektierendes Weiß, wärmeleitfähige und flammhemmende Typen, die für Spritzguss und Extrusion verwendet werden können. Stärker und leichter als Glas.

Abb.: Polycarbonat bietet nicht nur in extremen Umgebungen Vorteile, sondern ist vielseitig und flexibel für die Lichtbranche einsetzbar. Foto: Covestro Covestro

Freigeformte und mikrostrukturierte Lichtleiter auf Basis von »Makrolon LED« bieten beispielsweise neue Gestaltungsmöglichkeiten in technischen Leuchten und in der Ambientebeleuchtung. Sie ermöglichen individuelle Beleuchtungsgeometrien mit ansprechender blendungsarmer Beleuchtung.

Linsen für explosionsgeschützte LED-Lampen

Das stoßfest und hochtransparente Produkt »Makrolon LED5302« eignet sich sogar für Linsen in explosionsgeschützten Lampen, wie eine aktuelle Fallstudie belegt. Covestro arbeitete mit R. Stahl, einem globalen Anbieter von Sicherheitstechnologie für gefährliche Arbeitsplätze und Umgebungen, zusammen, um Linsen für explosionsgeschützte Beleuchtung aus dem transparenten Polycarbonat zu gießen.

In Umgebungen, in denen sich explosive Atmosphären entwickeln können, wie auf Ölplattformen, in Raffinerien und in Chemiefabriken, besteht eine hohe Explosionsgefahr. R. Stahl ist ein deutscher Trendsetter auf dem Gebiet der Sicherheitstechnologie für explosionsgefährdete Bereiche und suchte nach einem Linsenmaterial für Leuchten, das die Anforderungen der Zone 1/21 und 2/22 gemäß der europäischen ATEX-Richtlinie für Bereiche erfüllt, in denen ein gefährliches Gemisch aus Luft mit Gasen, Dämpfen oder Stäuben ein potenzielles Risiko darstellt.

Neben der Erfüllung der strengen europäischen Explosionsschutzvorschriften für gefährliche industrielle Umgebungen bestand die Herausforderung darin, eine einzige optische Materiallösung für LED-Sicherheitsbeleuchtung zu finden, die weltweit eingesetzt werden kann. »Makrolon LED5302« bietet eine transparente, lichtfokussierende Optik ohne Vergilbung bei hohen Temperaturen zwischen 60 °C und 85 °C, da eine Vergilbung mit der Zeit die Lichtdurchlässigkeit verringert.

Abb.: Das hochtransparente Polycarbonat »Makrolon LED5302« eignet sich für Linsen in explosionsgeschützten Lampen. Foto: R. Stahl R. Stahl

Geringe Vergilbung und optische Reinheit

Die Wahl des Polycarbonat als Materiallösung ermöglichte es Covestro und R. Stahl, mit Hilfe einer innovativen Verkapselungstechnik eine für den Einsatz in den ATEX-Zonen 1/21 und 2/22 zertifizierte explosionsgeschützte LED-Leuchte herzustellen. Das Material hat umfangreiche Sicherheitstests zur mechanischen Festigkeit bestanden und ermöglicht dank seiner geringen Vergilbung im Langzeiteinsatz bei hohen Temperaturen eine hohe Transmission und optische Reinheit.

Polycarbonat ist ein thermoplastischer Kunststoff, der eine effiziente Entwicklung und Herstellung optischer Teile für LED-betriebene Leuchten erlaubt. Die verschiedenen »Makrolon«-Typen können mittels Spritzguss und Extrusion verwendet werden. Stärker und leichter als Glas, ermöglicht Polycarbonat auch Einsparungen bei Energie und CO2 -Emissionen.

Weitere Informationen:

LED-Leuchten: R. Stahl AG, Waldenburg, www.r-stahl.com

Quelle: Covestro AG, Leverkusen, www.covestro.com

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Licht 5 | 2021

Erschienen am 25. Juni 2021