Mit den sogenannten 2-Komponenten Vergussmassen werden elektronische und elektrische Bauelemente vor mechanischen Einflüssen und unterschiedlichen Medien geschützt. Die Verarbeitung geschieht prinzipiell mit teil- oder vollautomatischen Niederdruck Misch- und Dosieranlagen, die von dem Schwester Unternehmen Sonderhoff Engineering GmbH in Hörbranz in Österreich entwickelt und hergestellt werden. Die Vergussmassen können entsprechend ihrer Anwendung sowie den geforderten Eigenschaften eingestellt werden, insbesondere in Bezug auf Härte, Dichte, Temperaturbeständigkeit und den Verarbeitungseigenschaften wie Viskosität, Topfzeit und Klebfreizeit, die über einen großen Bereiche variieren können. Unterschiedliche Farben sind möglich. Für lichtdurchlässige oder optisch attraktive Anwendungen kommen transparente 2-Komponenten Vergussmassen zum Einsatz. Im Bereich der Beleuchtung ist hier vor allem der Verguss von LED Elementen mit transparenten oder transluzenten (opaken) Materialien zu nennen. [Bild 1: LED Lichtband]
Die Licht emittierende Diode (LED) ist ein Halbleiterelement. Wird an die Halbleiterdiode eine Spannung angelegt, wird die Energie des elektrischen Stroms bei relativ geringer Wärmeentwicklung in Lichtenergie umwandelt. Da LEDs nur einen sehr schmalen Lichtstrahl aussenden, werden die einzelnen LEDs meist zu mehreren LEDs gebündelt und in LED-Modulen zusammengeschaltet. Während anfangs die Lichtfarbe der Leuchtdioden noch ein Problem darstellte, erzeugen inzwischen einige LED-Lampen auch für den Wohnbereich angenehmes Licht, welches in der Farbwiedergabe der Energiesparlampe deutlich überlegen ist.
Die Vorteile gegenüber der herkömmlichen Glühlampe: Die LED verbraucht weniger Energie bei gleicher Lichtmenge, erzeugt weniger Wärme, ist wesentlich kleiner, unempfindlich gegenüber Erschütterungen, und hat eine sehr viel höhere Lebensdauer. Diese hängt jedoch vom verwendeten Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme, Strom) ab. LEDs leuchten stärker bei hoher Stromspannung. Dadurch steigen aber auch die Temperaturen und verkürzen die Lebensdauer der LEDs. Leuchtdioden werden erst nach und nach schwächer, fallen aber in der Regel nicht plötzlich aus. Ihre Lebensdauer gilt als beendet, wenn die Lichtausbeute unter 70 % des Anfangswertes abgesunken ist.
Da die Effizienz von Leuchtdioden in den letzten Jahren erheblich gestiegen ist und die Lebensdauer sehr viel höher als bei traditionellen Glüh- oder Energiesparlampen ist, werden sie immer öfter in Bereichen verwendet, wo es auf Wartungsarmut und Zuverlässigkeit ankommt. LEDs kommen in den vielseitigsten Anwendungen vor: LED-Leuchtmittel in Glühlampenform, als Ersatz für Neonröhren in Feuchtraumleuchten, LEDs in Taschenlampen oder Verkehrsampeln, in der Raum- oder Straßenbeleuchtung, als KFZ- Frontscheinwerfer, Rück- und Positionsleuchten oder Statusanzeigen, bei Anwendungen zur Signalübertragung, wie beispielsweise in Infrarotfernsteuerungen oder Lichtschranken. LEDs werden zunehmend auch für die Erzeugung optischer Beleuchtungseffekte verwendet, z. B. in beleuchteten Möbeln, Vitrinen oder Rahmen, bei denen schmale und teilweise versteckte LED-Streifen für eine angenehme indirekte Beleuchtung und Raumatmosphäre sorgen. Für dieses breite Anwendungsspektrum werden zum Schutz der LEDs häufig 2-Komponenten Vergusslösungen auf Basis von Polyurethan oder Silikon eingesetzt. [Bild 2: PKW LED-Rückleuchte]
Prozesssichere Verguss-Applikation
Eine gute LED-Versiegelung aus Polyurethan- oder Silikonverguss muss vor mechanischer Beschädigung, Feuchtigkeit und sonstigen Umwelteinflüssen schützen. Dafür können Kunststoffabdeckungen o. ä. verwendet werden, oder aber Vergussmassen, die den großen Vorteil haben, dass sie auf vollautomatischen Misch- und Dosieranlagen wirtschaftlich und prozesssicher verarbeitet werden können. Entscheidend für eine stabile Versiegelung ist, dass das Vergussmaterial blasenfrei in das Bauteil vergossen wird. Aufgrund ihres guten Fließverhaltens verteilen sich die Polyurethan oder Silikon basierten Vergussmassen gleichmäßig und vollflächig ohne Lufteinschlüsse auch in die entlegensten Stellen komplexer Bauteile. Mehrere LED-Serien unterschiedlichster Bauteil- oder Trägerformen lassen sich auf diese Weise mit demselben Vergussprodukt auf einer Misch- und Dosieranlage vergießen.
Durch Voreinstellbarkeit und Regelung aller Anlagen- und Prozessparameter ist ein vollautomatischer Produktionsablauf der Anlage sichergestellt. In einem Zweischichtverfahren werden LED-Leuchten zuerst mit einer transparenten, Schutzschicht versiegelt und in einem zweiten Schritt mit einem opaken Verguss überzogen, die für eine optimale Lichtstreuung sorgt. Beide Schutzschichten sind UV-beständig. Auch wenn LED-Licht deutlich weniger Wärme als eine Glühbirne entwickelt, ist es entscheidend, dass LED-Schutzversiegelungen eine hohe Temperaturbeständigkeit haben, damit sie ein breites Spektrum unterschiedlicher Anwendungen und Einsatzbe¬dingungen abdecken können. [Bild 3: Sonderhoff Mischkopf für LED-Verguss]
Große Vielfalt der Vergusssysteme auch unter schwierigen Einsatzbedingungen
Die 2-Komponenten Vergusssysteme von Sonderhoff erfüllen die von der Industrie geforderten hohen Dichtigkeitsanforderungen, wie mechanische Stabilität, Temperatur-, Alterungs- und Witterungsbeständigkeit. Mit diesen Eigenschaften kann eine zuverlässige Versiegelung elektronischer und elektrischer Bauelemente sichergestellt werden. Temperaturempfindliche LEDs, Relais, Transformatoren, Platinen oder Sensoren werden so am besten vor Feuchtigkeit, Staub, Korrosion sowie äußeren mechanischen, chemischen und thermischen Einflüssen geschützt. Das komplette vollflächige Vergießen von LEDs mit Verguss auf Basis von Silikon oder Polyurethan ist platz- und zeitsparend. Auf eine Kunststoffabdeckung kann verzichtet werden. Die Dichtigkeit vergossener LEDs ist deutlich höher als die von transparenten Kunststoffabdeckungen. Es werden Dichtigkeitsklassen bis IP67 erreicht, so dass auch Außen- und Unterwasseranwendungen, zum Beispiel bei Schwimmbadbeleuchtungen, möglich sind.
Für Tunnel¬beleuchtungen können die FERMADUR Vergusssysteme von Sonderhoff z. B. auch flamm¬hemmend eingestellt werden, so dass sie die Prüfung nach UL 94 V-0 bestehen. Für Ex-geschützte Beleuch¬tungs¬elemente, z. B. für Notbeleuchtungen in explosionsgefährdeter Umgebung unter Tage, können die Gießharze so formuliert werden, dass sie die ATEX-Systemprüfung nach der ATEX-Norm 94/9/EG bestehen. [Bild 4: LED Tunnelbeleuchtung]
Mit dem breiten Lieferprogramm von Sonderhoff Chemicals steht dem Anwender also eine große Auswahl für unterschiedlichste Anwendungen zur Verfügung, FERMADUR für Polyurethan oder FERMASIL für Silikon basierten Verguss.
Lichtdurchlässigkeit von LED-Klarverguss
Die Art des gewählten Versiegelungsmaterials spielt vor allem für den LED-Verguss eine große Rolle, da es die Eigenschaften des emittierten Lichtes entscheidend beeinflussen kann. Sonderhoff bietet in seiner Produktlinie FERMADUR sowohl farblich getönte, transluzente oder opake Gießharze an, die für eine optimale Lichtstreuung und Lichttönung sorgen, als auch transparenten, kristallklaren Verguss, der das emittierte Licht nicht beeinflusst. Polyurethan basierter Optik-Verguss von Sonderhoff ist durch Einsatz aliphatischer Isocyanate vor Vergilbung durch UV-Strahlung geschützt und bis 130°C temperaturstabil.
Die Lichtdurchlässigkeit von transparenten oder transluzenten Vergusslösungen ist entscheidend dafür, welche Lichtwirkung LED-Leuchten entfalten können. In der Optik beschreibt der Transmissionsgrad den Anteil des einfallenden Lichtstroms, der transparentes Material komplett bzw. transluzentes partiell durchdringt. Klarvergusssysteme von Sonderhoff lassen bis zu 89 % Licht passieren. Dieser Transmissionsgrad ist identisch mit dem anderer transparenter Kunststoffe wie PC, PS oder SAN. Nur Polyamid, PMMA und Kronglas (optisches Glas) sind mit Werten über 90 % noch lichtdurchlässiger.
Da neben der Lichtbeeinflussung noch weitere Eigenschaften wie Härte, Temperaturbeständigkeit oder der sog. „Selbstheilungseffekt“ wichtig sind, kommen in Abhängigkeit der konkreten
Anwendungsbedingungen eine Vielzahl verschiedener Einstellungen der Systeme zum Einsatz. Der „Selbstheilungseffekt“ von Verguss kann als zusätzlicher Vorteil genannt werden. Durch mechanische Belastung verursachte haarfeine Kratzer bilden sich im Gegensatz zu Kunststoffabdeckungen aufgrund der Fließeigenschaften der Vergussmasse zurück, d. h. die ursprüngliche Vergussoberfläche stellt sich wieder ein und die Transparenz und damit die Lichtdurchlässigkeit des LED-Klarverguss bleiben erhalten.
Transparente Vergussmassen aus Silikon
Silikone eignen sich ebenfalls hervorragend als Vergussmassen für LED-Anwendungen. Bei den hier betrachteten Silikonen aus der Sonderhoff Produktfamilie FERMASIL handelt es sich ebenfalls um Zwei-Komponenten Systeme, so dass die Verarbeitung analog zu den zweikomponentigen Polyurethansystemen erfolgen kann. Die mechanischen Eigenschaften von Silikonen übertreffen sogar die von Polyurethanen, sie verfügen z.B. über eine sehr hohe Reiß- und Biegefestigkeit. So kann Silikonverguss LED-Anwendungen auch unter extremen Umgebungsbedingungen effektiv vor Feuchtigkeit und Verwitterung schützen. Diese Systeme liegen kristallklar und wenn gewünscht auch opak vor und vergilben nicht. Silikone sind darüber hinaus bis 180°C temperaturstabil.
Bei dem platz- und zeitsparenden Silikonverguss kann auf eine Kunststoffabdeckung, die den Nachteil hat, dass sie leicht zerkratzt, verzichtet werden. Und der Verarbeitungsschritt, die LED-Leuchtdioden mit einem Silikontropfen einzeln zu verkapseln, fällt weg.
Fazit
Der Verguss von LEDs dient dem Schutz der sensiblen Beleuchtungselemente vor schädigenden Einflüssen. Welches Vergusssystem eingesetzt werden soll, ist immer abhängig von den konkreten Anforderungen an das Bauteil. Die Überlegungen zu Art und Form sowie Eigenschaften eines Vergussmaterials sollten daher bestenfalls schon in die Konstruktionsphase von LED-Leuchten und -Lichtsystemen einfließen.
Für den Verguss stehen moderne Reaktionswerkstoffe auf Basis von Polyurethan und Silikon zur Verfügung. Die Verarbeitung geschieht automatisiert auf Niederdruck 2/Mehr-Komponenten Misch- und Dosieranlagen, welche für ihre spezielle Aufgabe optimal ausgelegt sind. Dadurch lassen sich große Serien ohne Qualitätsschwankungen schnell und effektiv sowie effizient und wirtschaftlich verarbeiten. Der Prozess des automatisierten Auftrags von Gießharzen mit Hilfe von Misch- und Dosieranlagen ist seit Jahrzehnten das Standardverfahren in der Automobil-, Elektronik-, Verpackungs- und Beleuchtungsindustrie sowie in vielen anderen Anwenderbranchen.
