Leuchten in industriellen Anwendungen

Leuchten in industriellen Anwendungen müssen gegen Schadgase abgeschirmt sein, auch und besonders bei LEDs. Bild: Schuch

  • Auch auf den ersten Blick scheinbar harmlose Objekte können durch ausgasende Verbindungen schwere Schäden an LED-Leuchten verursachen.
  • Speziell beschichtete oder gasdicht gekapselte Leuchten aus widerstandsfähigen Materialien sind auch für industrielle Umgebungen geeignet.
  • Bereits bei der Anlagenplanung empfiehlt es sich, dem Lichtplaner die spezifischen Anforderungen genau zu beschreiben, um Korrosion durch solche Ausgasungen zu vermeiden.

Die Korrosionsgefahr durch Chlordämpfe oder Säureschwaden ist allgemein bekannt. Daneben gibt es aber auch Materialien wie Gummidichtungen, Kleber oder Silikondichtmassen, die erst einmal unscheinbar und harmlos wirken, obwohl sie schädigende Stoffe freisetzen. Mit dem Einzug der LED in die Allgemeinbeleuchtung ist das Wissen um solche Gefahren elementar geworden. Werden mögliche inkompatible Materialien oder unverträgliche Schadgasatmosphären nicht frühzeitig identifiziert, kann dies zu schwerwiegenden Schäden und teuren Ausfällen führen.

Rückblick: LED-Einsatz mit schmerzhafter Lernkurve


In den 90er Jahren hielt die LED Einzug in die Fahrzeugbeleuchtung. Da es noch keine effizienten Weißlicht-LEDs gab, waren Signale die ersten Anwendungen. Mit kommerziell verfügbaren effizienten roten LEDs konnten erste Brems- und Rückfahrleuchten realisiert werden. Allerdings traten nach einiger Zeit Ausfälle auf, die sich anfangs niemand erklären konnte. Einzelne Lichtpunkte wurden sichtbar dunkler, flackerten oder fielen ganz aus. Dies ließ die betroffenen Fahrzeuge nicht nur makelbehaftet erscheinen, vielmehr war die Fahrzeugsicherheit beeinträchtigt, denn ein vollständiger Ausfall der Rück- beziehungsweise Bremsleuchten konnte als Folge nicht ausgeschlossen werden. Leuchtdioden werden häufig in einer Reihenschaltung betrieben, sodass der Ausfall einer einzelnen LED im ungünstigsten Fall zum vollständigen Ausfall der kompletten Leuchte führen kann.

Lagerbereich
Im Lagerbereich sind langsam ausgasende Verbindungen ein oft unterschätztes Risiko. Bilder: Schuch

Untersuchungen ergaben, dass ausgasende Dichtungen die Ursache der Ausfälle waren. Das üblicherweise verwendete Dichtungsmaterial war schwefelhaltig. Über die Zeit freigesetzte Schwefelverbindungen griffen die Metallbestandteile der LED an. Folge dieser Korrosion war die Schwärzung der reflektierenden Silberbestandteile der Leuchtdioden und damit die reduzierte Lichtauskopplung aus der LED. Im weiteren Verlauf konnte die fortschreitende Korrosion dann zu offenen Kontakten und somit zum Ausfall der Halbleiterlichtquellen führen. Für einige Hersteller war dies eine schmerzhafte Lernkurve, da der Ausfall der nur wenige Cent teuren Halbleiter zu hohen Kosten führen konnte. Um dieser Problematik aus dem Weg zu gehen, ersetzte die Automobilindustrie die silberbasierten LEDs durch Bauelemente mit Goldbeschichtung.

Dieses Beispiel zeigt, dass sich Probleme häufig versteckt entwickeln und erst mit zeitlicher Verzögerung auftreten. Umso wichtiger ist es daher, frühzeitig mögliche Schädigungspotenziale zu identifizieren und bereits in der Planungsphase Leuchten auszuwählen, die den Anforderungen standhalten und sich unter entsprechenden Umgebungsbedingungen bewährt haben.

Herausforderungen für LEDs in der Industrie

Die Industrie hat mit ihren aggressiven Atmosphären, Ölen und Fetten, Vibrationen sowie durch Prozesswärme verursachten hohen Temperaturen bereits die konventionelle Beleuchtung vor häufig nur schwer zu lösende Herausforderungen gestellt. Je nach Anwendung sind beispielsweise nur spezielle Stähle und Kunststoffe geeignet. Für LED-Leuchten sind diese Extreme noch herausfordernder und nicht immer lösbar. LED-Leuchten, die hier Bestand haben, qualifizieren sich auch für viele weitere herausfordernde Aufgaben. Die bereits erwähnten goldbeschichteten Halbleiter-Emitter sind immer dann eine gute Wahl, wenn die Schadgasatmosphäre allenfalls moderat ausgeprägt ist. Im Fall einer stärkeren Einwirkung können, abhängig von den konkreten Schadgasen, speziell beschichtete Leuchtdioden zum Einsatz kommen. Die Beschichtung sorgt dafür, dass Gase wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff sowie weitere Schwefelverbindungen nicht in die LED eindringen können. Die LED ist dadurch gegen viele, aber keinesfalls gegen alle korrosiven Atmosphären geschützt. Ob ein ausreichender Schutz besteht, sollte immer durch eine längere Testinstallation im konkreten Bedarfsfall überprüft werden.

Gerade Säuredämpfe, wie man sie etwa in Galvanikbetrieben oder Verzinkereien antrifft, setzen elektrischen Betriebsmitteln extrem zu. Hier kommt praktisch jede LED, egal wie gut geschützt, an ihre Grenzen. Auch Kompostanlagen und Klärschlammlager stellen extrem hohe Anforderungen an die Beleuchtung. Für solche Umgebungen sind hermetisch gekapselte Leuchten erforderlich. Die Kapselung schützt die Leuchtdioden sicher gegen jegliches Eindringen von schädigenden Gasen. Zudem ist auch die Elektronik zuverlässig geschützt. Zu beachten ist jedoch, dass auch die Kunststoffe und Metallbestandteile solcher Leuchten beständig sein müssen. Kunststoffe dürfen sich beispielsweise nicht zersetzen oder spröde werden und die verwendeten Schrauben, Halterungen und Befestigungen nicht korrodieren. Da auch auf den ersten Blick scheinbar harmlose Objekte schwere Schädigungen von LED-Leuchten verursachen können, beispielsweise in Reifenlagern durch Ausgasungen von Schwefelverbindungen, empfiehlt es sich, die jeweiligen anlagenspezifischen Anforderungen genau zu beschreiben. Nur so kann der Lichtplaner diese ausreichend berücksichtigen und entsprechend geeignete Leuchten auswählen. Leuchtenhersteller können durch systematisches Testen und die Identifizierung von Wechselwirkungen und Inkompatibilitäten mögliche Probleme bereits im Vorfeld erkennen und geeignete Abstellmaßnahmen ergreifen. Doch nicht in jedem Fall lassen sich Konzentration und Zusammensetzung der anlagenspezifischen Schadgasatmosphäre exakt beschreiben. In solchen Zweifelsfällen sollte immer auf eine hermetisch geschlossene Leuchte zurückgegriffen werden. Dadurch haben Errichter und Betreiber einer kritischen Anlage eine ausreichende Sicherheit, dass die vorgesehene Beleuchtung den objektspezifischen Anforderungen standhält.

Leuchten für schwierige Umgebungen

Schwerindustrie
Besonders aggressive Umgebungen – wie in der Schwer- oder der chemischen Industrie – fordern die Beleuchtung heraus.

Die Adolf Schuch GmbH in Worms entwickelt und produziert seit den Anfängen des Unternehmens im Jahr 1895 Leuchten für den Einsatz in schwierigen Umgebungen. Mit dieser langjährigen Erfahrung und hohen Kompetenz hat das Unternehmen sich auch der Schadgasproblematik bei LEDs gestellt und geeignete Leuchten entwickelt: Die Leuchtenserie Resistant bündelt baureihenübergreifend alle Leuchten des Herstellers mit Widerstandsfähigkeit gegenüber Schadgasen und korrosiven Atmosphären. Die robusten, effizienten und langlebigen Leuchten sind speziell für diese extremen Anwendungsbereiche konzipiert. Abhängig vom Grad der Widerstandsfähigkeit unterteilt sich das Programm in drei Bereiche:

  • ER-Leuchten mit erhöhtem Schutz gegen Schadgase,
  • HR-Leuchten mit hohem Schutz gegen Schadgase,
  • extrem gasdichte XR-Leuchten.

Die Primo XR ist Teil der Leuchtenserie und eine Lösung für schadgasbelastete Bereiche jeder Art. Anders als andere Leuchten ist sie nicht vergossen oder verklebt, sondern verschweißt. Ihr PMMA-Rohr und die Endkappen sind untrennbar miteinander verbunden, und der integrierte Stecker der Fastconnect-Steckverbindung ist perfekt abgedichtet. Damit ist die Leuchte dauerhaft hermetisch dicht. Diese Baureihe bietet hohen Schutz bei einer Effizienz bis 155 lm/W und einer Lebensdauer von mehr als 70.000 h (Standardausführung, L80 bei
40 °C).

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