PMMA-Linse für blendfreies LED-Licht

TIR-Linsensysteme streuen LED-Licht von der Lichtquelle blendfrei in den Raum. Die Linsen werden aus Plexiglas (PMMA) oder Pleximid (PMMI) hergestellt.

Total-Internal-Reflection-Linsensystem (TIR) heißt eine neue LED-Lichttechnik. Dabei ist die Linse im LED-Strahler so konzipiert und berechnet, dass das Licht nahe der Lampe fokussiert wird und sich nahezu blendfrei in den Raum verteilt.

Zwei Unternehmen aus Österreich, das Lichtplanungsbüro Bartenbach und der Spritzgießer für optische Systeme KDG Opticomp, haben für dieses TIR-Linsensystem ihre Kompetenzen gebündelt. Bartenbach hat die Lichttechnik entwickelt und KDG Opticomp die Umsetzung realisiert.

„Bei der TIR-Linsensystemen wird das von einer LED abgestrahlte Licht von einer zweiten Linse kollimiert“, beschreibt Christian Anselm, Entwicklungsleiter bei Bartenbach, die Technik. „Dies gewährleistet visuellen Komfort durch Entblendung.“

Hergestellt wird die Linse, die und dem Namen Lens LFO vermarktet wird, bei KDG Opticomp. Je nach Anwendung wird die Linse entweder aus Plexiglas (PMMA) oder aus Pleximid (PMMI) Formmassen von Röhm gefertigt. PMMI ist die Bezeichnung für den thermoplastischen Kunststoff Polymethylmethacrylimid.

Damit eine blendfreie, fast natürliche Lichtatmosphäre geschaffen werden kann, ist neben der Lichttransmission das Design der verwendeten Linsen entscheidend. „Bei der Lens LFO haben wir die Oberfläche der Linsen durch Freiformflächenfacetten so strukturiert, dass das Licht homogen erscheint“, sagt Anselm. „Dazu benötigen wir einen Werkstoff, der imstande ist, diese miniaturisierten Strukturen präzise abzubilden.“

Die Wahl fiel auf Plexiglas (PMMA) von Röhm. „Diese Formmasse ermöglicht durch ihre hohe Transparenz eine sehr gute Lichttransmission und durch ihre guten Fließeigenschaften eine hohe Abbildegenauigkeit für die anspruchsvollen Linsen“, erläutert Dr. René Kogler, Leiter Produktmanagement für Lighting, Extrusion, Optics bei Röhm.

Eine Möglichkeit bei der Deckenbeleuchtung in sehr großen und hohen Räumen besteht darin, gleichartige Linsen als Cluster zu arrangieren. Eleganter ist es, die gleiche Helligkeit mit nur einem Lichtpunkt zu erzielen. Das erfordert allerdings eine stärkere LED, und damit steigt auch die thermische Punktlast. Hier kommen die sonst für die Lens LFO verwendeten Formmassen Plexiglas 8N und 7N trotz ihrer guten Wärmeformbeständigkeiten an ihre Grenzen.

Die Spritzgießexperten von KDG Opticomp hatten eine Lösung parat: „Für diese Anwendung benötigten wir ein Material, das deutlich höhere Temperaturen zulässt. Deshalb haben wir der Firma Bartenbach vorgeschlagen, die Lens LFO in PMMI zu spritzen“, erläutert Alexander Wörle, Leiter des Bereichs Technologie und Innovation bei KDG Opticomp. „Durch unsere Zusammenarbeit mit Röhm kannten wir deren Spezialformmasse Pleximid TT50 als optischen Kunststoff mit einer erhöhten Wärmeformbeständigkeit. Pleximid erhöht enorm das Leistungsspektrum von Linsen und öffnet das Tor für neue Anwendungen bei Scheinwerferoptiken im Automobilbau oder eben für Einbauleuchten.“

Pleximid TT50 ist als optischer Hochtemperaturwerkstoff gemäß UL 746B eingestuft für Anwendungen bis zu einer Temperatur von 130 °C.

Die Herausforderung für lag nun darin, die Fertigungsprozesse so zu optimieren, dass das PMMI mit dem bestehenden Spritzprägewerkzeug verarbeitet werden kann, ohne dabei das Werkzeug selbst zu verändern. Denn es wird damit weiterhin auch die Lens LFO aus PMMA gefertigt.

Dank einer Lochstrahlertechnik die Lens LFO nahezu unsichtbar in Deckenelementen verbaut werden. Der Lichtaustritt ist auf ein Minimum von 8 mm reduziert, die Öffnung im Deckenpanel kann dank der TIR-Linsentechnik kleiner sein als die Optik selbst. Aus den kaum fingerdicken Öffnungen tritt dann Licht quasi aus dem Verborgenen aus. Abhängig vom gewählten Strahlungswinkel der Linse verteilt es sich entweder im ganzen Raum – unter anderem am Flughafen Amsterdam Schiphol und in einer Moschee in Mekka – oder akzentuiert selbst von hohen Decken herab punktuell kleinere Bereiche, beispielsweise einen Tisch im Restaurant.

mg