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Kunststoffe für die Fahrzeugbeleuchtung

Präzise ExtrusionssteuerungHochdrucksensoren für extreme Temperaturen

Hohe Drücke bei der Kunststoffverarbeitung bis 400 Grad Celsius messen, in Zukunft eventuell bei noch höheren Temperaturen. (Bild: Fraunhofer IZM)

Eine exakte Druckkontrolle ist in vielen industriellen Prozessen erforderlich. Der SOI-Hochdrucksensor (Silicon-on-Insulator) des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ermöglicht soll eine genaue Überwachung von Prozessen bei Temperaturen bis 400 Grad Celsius ermöglichen.

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Klare Sicht auch nach JahrenOptische und technische Ansprüche an Beleuchtungen erfüllen

Lichtdurchlässigkeit, Temperaturresistenz, UV-Beständigkeit: Materialien, die in Autoscheinwerfern als optische Elemente eingesetzt werden, müssen hohe Anforderungen erfüllen. Das LED Intelligent Light System von Automotive Lighting, das Mercedes-Benz in seiner C-Klasse verbaut kombiniert verschiedene Materialien.

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Klar gezeichnete Scheinwerferkonturen prägen das markentypische Gesicht der Mercedes-Benz C-Klasse. (Bilder: Daimler)

Autofahrer müssen auch bei Dämmerung und Dunkelheit gut auf Gefahrensituationen reagieren können. Dafür setzen Automobilhersteller und Zulieferer immer lichtstärkere Leuchtmittel ein. Doch ganz gleich ob Halogentechnik, Xenon-Licht oder LED – sie alle haben etwas gemeinsam: Die Leuchtmittel benötigen ein sie umgebendes Material, das ihr Licht gezielt auf die Straße lenkt. Bei Scheinwerfern übernahmen diese Aufgabe lange Zeit profilierte Streuscheiben. Heutzutage sind ist die Lichtverteilung mit numerisch kalkulierten Freiform-Reflektoren oder anspruchsvollen Projektionsmodulen direkt im Scheinwerfer üblich. Diese zeichnen sich folglich durch ästhetisch attraktive klare Abdeckscheiben aus.

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Intelligentes Licht

„Die verschiedenen Funktionen eines Scheinwerfers stellen dabei unterschiedliche Anforderungen an das verwendete Material“, erläutert Klaus Kratschmann, ID-Verantwortlicher bei Automotive Lighting. Etwa bei dem LED Intelligent Light System, das seit 2013 für Mercedes herstellt, übernehmen zwei Projektionsmodule gemeinsam die Abblendlichtfunktion. Die Flexibilität dieser Module übertrifft die Möglichkeiten von Xenon-Licht: So passt sich die Lichtverteilung an die Fahrgeschwindigkeit und die Umgebungssituation an. Der Scheinwerfer leuchte die Fahrbahn dadurch situationsspezifisch aus. Dazu werden die Module mit LED-Arrays, Vorsatzoptiken und einer Projektionslinse aus Plexiglas Heatresist FT15 bestückt. Das Material biete eine sehr hohe Lichttransmission. Auch kommt es mit dem Polymethylmethacrylat (PMMA) von Evonik nicht zu optisch störenden bunten Farbsäumen aus dem Randbereich der Linsen. Grund dafür sind die geringe optische Doppelbrechung des Materials und die gleichzeitig hohe Abbé-Zahl, die geringe Dispersionseffekte garantiert.

Außerdem ist Plexiglas absolut farblos und transparent. Damit wird ein weiteres Merkmal der LED sichtbar: Sie bieten eine dem Tageslicht ähnliche Lichtfarbe und sind dadurch für die Augen des Fahrers angenehmer. Diese optische Qualität bleibe bei Verwendung dieses Werkstoffs dauerhaft erhalten. Es verliere auch nach mehreren Jahren nichts von seiner hohen Transmission und biete eine konstant hohe Lichtausbeute. Dabei können dem Material auch die hohen Temperaturen nichts anhaben, die in einem Scheinwerfer herrschen.

Wärme aushalten

Denn bei all ihren Vorteilen für Scheinwerfer stellen LED das verwendete Material gleichzeitig auf eine harte Probe: Je nach LED-Typ und Bauweise der Optiken können Temperaturen von weit über 100 Grad Celsius entstehen – und das auch über eine längere Betriebsdauer.

Trotzdem dürfen sich Abdeckungen, Linsen und Lichtleiter nicht verformen, verfärben oder trübe werden. Das ist bei transparenten Kunststoffen keine Selbstverständlichkeit. Materialien wie Polycarbonat und sogar seine temperaturbeständigen Varianten vergilben mit der Zeit. Dadurch verringert sich die Lichtausbeute und die optische Brillanz geht verloren. Spezielle Plexiglas Formmassen hingegen seien für unterschiedliche Temperaturanforderungen optimiert. So etwa halte die Variante Heatresist FT15 der Wärmebeanspruchung in den Projektionsmodulen problemlos stand.

Für noch höhere Temperaturen eignet sich die Spezialformmasse Pleximid, chemisch korrekt Polymethylmethacrylimid (PMMI). Es bleibe unter thermischer Dauerbelastung völlig stabil: Transmission, Gelbwert und Trübung verändern sich laut Evonik auch bei einem Vierzig-Tage-Dauertest bei 150 Grad Celsius kaum. Eingesetzt wird es daher in vielen Scheinwerfern der aktuellen Mercedes-Benz-Baureihen als Lichtleiter im fackelförmig geschwungenen Tagfahrlicht. In diesem Bauteil werden die LED sehr nah hinter dem Lichtleiter verbaut, daher entstehen Temperaturen bis 130 Grad Celsius. Mit Pleximid bleibe die Lichtausbeute auch nach vielen Jahren gleich hoch.

Homogenes Aussehen

Zur Sichtbarkeit tragen auch die Blinker bei, die bei dem LED Intelligent Light System aus sechs einzelnen Optiken bestehen. Das Besondere: Die Designer haben auf eine farbige Abdeckung verzichtet und sich für die farblose Standardformmasse Plexiglas 8N entschieden. Diese bietet eine gute Wärmeformbeständigkeit, die sich für die vergleichsweise geringe Temperaturbeanspruchung in diesem Bauteil eignet. „Uns war es wichtig, für die Mercedes-Benz C-Klasse reduzierte, puristische Formen zu schaffen, die ihre intelligente Technik betonen“, so Stefan Handt, Leiter Design Exterieur Lights und Parts bei Mercedes-Benz.

Da die LED der Blinkleuchte gelbes Licht emittieren, konnten wir durch glasklares Plexiglas, das Farben exakt darstellt, auf eine farbige Abdeckung für den Fahrtrichtungsanzeiger verzichten. So entsteht ein attraktiver Gesamteindruck des Scheinwerfers.“

Fakuma 2017, Halle A4, Stand 4117

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