CH711411A2

CH711411A2 - Connection structures for the design of luminaires.

Info

Publication number: CH711411A2
Application number: CH01155/15A
Authority: CH
Inventors: Pier Harald
Original assignee: Pier Harald
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft Verbindungsstrukturen für lichtabgebende Vorrichtungen insbesondere mit Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquellen, insbesondere Verbindungsstrukturen für die stabile mechanische Verbindung von Optiken mit weiteren konstruktiven Elementen wie Leiterplatten, Kühlkörpern und weiteren Bauteilen, wie beispielsweise Gehäuse und/oder Befestigungsstrukturen. Die Erfindung betrifft ebenfalls lichtabgebende Vorrichtungen enthaltend solche Verbindungsstrukturen. Erfindungsgemässe Verbindungsstrukturen werden vorteilhaft mittels additiver Herstellungsverfahren wie zum Beispiel Fused Deposition Molding erzeugt, um den durch Formenbau nötigen finanziellen und zeitlichen Aufwand zu verringern und um die Entwicklung von Leuchten zu beschleunigen.The invention relates to connection structures for light-emitting devices, in particular with light emitting diodes (LEDs) as light sources, in particular connection structures for the stable mechanical connection of optics with other structural elements such as printed circuit boards, heat sinks and other components, such as housing and / or mounting structures. The invention also relates to light-emitting devices containing such connection structures. Connection structures according to the invention are advantageously produced by means of additive manufacturing processes such as, for example, fused deposition molding, in order to reduce the financial and time expenditure required by mold construction and to accelerate the development of luminaires.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die Erfindung betrifft Verbindungsstrukturen für lichtabgebende Vorrichtungen, also Leuchten, Signalisationseinrichtungen, Lichteinspeisungen, insbesondere mit Leuchtdioden (LEDs) als Lichtquellen, insbesondere Verbindungsstrukturen für die stabile mechanische Verbindung von Optiken mit weiteren konstruktiven Elementen wie Leiterplatten, Kühlkörpern und weiteren Bauteilen, wie beispielsweise Gehäuse und/oder Befestigungsstrukturen. Die Erfindung betrifft ebenfalls lichtabgebende Vorrichtungen enthaltend solche Verbindungsstrukturen. The invention relates to connection structures for light-emitting devices, ie lights, signaling devices, light feeds, especially with light-emitting diodes (LEDs) as light sources, in particular connection structures for the stable mechanical connection of optics with other structural elements such as printed circuit boards, heat sinks and other components, such as Housing and / or mounting structures. The invention also relates to light-emitting devices containing such connection structures.

Hintergrund der Erfindung, Stand der TechnikBackground of the Invention, Prior Art

[0002] Im Folgenden wird meistens von einer Mehrzahl von Lichtquellen gesprochen werden. Die Erfindung bezieht sich aber auch auf den Fall der Verwendung nur einer Lichtquelle. Dies trifft auch auf alle anderen konstruktiven Elemente zu, die aber in der Regel in der Einzahl benannt sind, obwohl selbstverständlich auch mehrere dieser Elemente auftreten können. Die lichtabgebende Vorrichtung wird der Einfachheit halber als Leuchte bezeichnet. In the following, most will be spoken by a plurality of light sources. However, the invention also relates to the case of using only one light source. This also applies to all other constructive elements, which are usually named in the singular, although of course several of these elements can occur. The light-emitting device is referred to as a lamp for the sake of simplicity.

[0003] Bei der Entwicklung einer Leuchte stellt sich dem Entwickler die Aufgabe, eine geeignete Lichtquelle, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), mit zu diesen und für die Beleuchtungsaufgabe passenden Optiken auszuwählen. Hinzu kommen geeignete Lösungen zur Entwärmung der Lichtquelle(n) und der oder den Baugruppen, auf denen sie angeordnet ist/sind. Diese enthält üblicherweise mindestens eine Leiterplatte, auf der die LEDs mittels Lötung, Verklebung und/oder Verschraubung oder einer anderen Halterung fixiert sind. Derartige Lösungen beinhalten in der Regel auch einen metallischen Aufbau, meistens Aluminium, dessen Form entsprechend der Entwämiungsaufgabe und der gewünschten Leuchtenform ausgelegt ist, und der mit der Baugruppe in thermischem Kontakt steht. Die Aussagen ändern sich nicht, wenn mehrere solcher Baugruppen vorhanden sind, die mit einer oder mehreren Entwämiungslösungen thermisch verbunden sind, oder lediglich eine einzige Lichtquelle vorhanden ist. Der Aufbau zur Entwärmung wird in der Regel als Kühlkörper bezeichnet. Die LEDs können dabei auch direkt ohne Leiterplatte auf dem Kühlkörper angeordnet sein. In the development of a luminaire, the developer has the task of selecting a suitable light source, in particular light emitting diodes (LEDs), with optics suitable for these and for the lighting task. In addition, suitable solutions for cooling the light source (s) and the one or more modules on which it is arranged / are. This usually contains at least one printed circuit board on which the LEDs are fixed by means of soldering, gluing and / or screwing or another holder. Such solutions usually also include a metallic structure, usually aluminum, whose shape is designed according to the Entwämiungsaufgabe and the desired luminaire shape, and which is in thermal contact with the assembly. The statements do not change if there are several such assemblies that are thermally connected to one or more decay solutions, or only a single source of light is present. The structure for cooling is usually referred to as a heat sink. The LEDs can also be arranged directly without a printed circuit board on the heat sink.

[0004] Die Optiken oder optischen Elemente können dabei entweder reflektiver oder refraktiver Natur sein, also Reflektoren oder Linsen, die wenigstens teilweise auch auf dem optischen Prinzip interner Totalreflexion beruhen können. Diese müssen präzise (bis auf wenige Zehntelmillimeter genau) in Bezug auf die jeweilige LED positioniert sein, um die gewünschte Abstrahlcharakteristik innerhalb der vorher festgelegten Toleranzen zu realisieren. Ähnliches gilt für Reflektoren, wobei hier die Toleranzen je nach Auslegung und Beleuchtungsaufgabe etwas grösser sein können. Zur Lösung dieser Aufgabe werden üblicherweise und dem Stand der Technik entsprechend zwei verschiedene Ansätze verwendet: <tb>1.<SEP>Standardoptiken, in denen entweder Fixierungshilfen, beispielsweise Stäbe, Stege, erhabene Stellen, Nuten, Nasen, Rastelementen, etc. Integriert sind, die mit einer darauf abgestimmten Leiterplatte oder der Lichtquelle direkt mechanisch interagieren und so eine ortsfeste, dauerhafte Positionierung und Ausrichtung erlauben, oder speziell für solche Standardoptiken ausgebildete Halter mit derartigen Fixierungshilfen und für die jeweiligen Standardoptiken ausgebildeten Aufnahmen. Fig. 1 zeigt beispielhaft eine solche Standardoptik. Fig. 2 zeigt eine weitere Standardoptik mit einem dafür angepassten Halter. Die Ausprägung des Halters und dessen Befestigungsmethode kann dabei sehr unterschiedlich sein. Zu den gängigen Verfahren gehören Kleben, Schrauben, Heissverstemmen, Clips, Verklemmen mit weiteren Befestigungselementen, etc. Standardoptiken sind von einer Vielzahl von Herstellern kommerziell erhältlich. Standardoptiken können dabei aber auch kundenspezifisch hergestellte Optiken sein. <tb>2.<SEP>Leuchtenspezifische Optiken, die spezifisch für die jeweilige Leuchte bzw. das Leuchtenmodul ausgebildet sind und daher speziell dafür angefertigt werden müssen. Zu diesem Zweck ist die Berechnung, Auslegung und Anfertigung eines speziellen Werkzeugs erforderlich, was mit einem grossen Kosten- und Zeitaufwand verbunden ist, aber eine optimale Auslegung in Bezug auf die Leuchte und die Beleuchtungsaufgabe ermöglicht. Solche Optiken können ebenfalls sowohl refraktive als auch reflektive Elemente beinhalten und sich auch des Phänomens der internen Totalreflexion (TIR) bedienen.The optics or optical elements can be either reflective or refractive nature, so reflectors or lenses that can be based at least partially on the optical principle of total internal reflection. These must be positioned precisely (with a precision of a few tenths of a millimeter) with respect to the respective LED in order to achieve the desired radiation characteristic within the predetermined tolerances. The same applies to reflectors, where the tolerances can be slightly greater depending on the design and lighting task. To solve this problem, two different approaches are used conventionally and according to the state of the art: <tb> 1. <SEP> Standard optics in which either fixation aids, such as bars, lands, raised locations, grooves, lugs, latches, etc., are integrated, which mechanically interact directly with a matched circuit board or light source, and thus a stationary one , permanent positioning and alignment, or specially designed for such standard optics holder with such fixation aids and trained for the respective standard optics recordings. Fig. 1 shows an example of such a standard optics. Fig. 2 shows another standard optics with a holder adapted for it. The expression of the holder and its method of attachment can be very different. Common methods include gluing, screwing, hot caulking, clips, jamming with other fasteners, etc. Standard optics are commercially available from a variety of manufacturers. However, standard optics can also be custom-made optics. <tb> 2. <SEP> Luminaire-specific optics, which are specifically designed for the respective luminaire or luminaire module and therefore have to be specially manufactured for this purpose. For this purpose, the calculation, design and manufacture of a special tool is required, which is associated with a great cost and time, but allows an optimal design in terms of the luminaire and the lighting task. Such optics may also include both refractive and reflective elements, as well as using the phenomenon of total internal reflection (TIR).

[0005] Standardoptiken für die jeweils ausgewählte LED Komponente sind dabei oft zahlreich von verschiedenen Herstellern verfügbar und können problemlos schnell und kostengünstig beschafft und getestet werden. Meist handelt es sich hierbei um Einzeloptiken, also Optiken, die für jeweils eine LED vorgesehen und auf diese abgestimmt sind. Zwar sind auch Mehrfachoptiken verfügbar. Der Nachteil dieser Mehrfachoptiken besteht in der durch die Anordnung der einzelnen miteinander verbundenen Optiken vorgegebenen Positionierung der beteiligten LEDs. Diese bedeutet eine erhebliche Einschränkung des Gestaltungsspielraums des Leuchtenherstellers hinsichtlich des (technischen) Designs der gesamten Leuchte. Hinzu kommt, dass selbst bei der Verwendung von Standard-Mehrfachoptiken oft mehrere dieser Optiken in einer Leuchte benötigt werden, was zu unvorteilhaften Leuchtendesigns führen kann. Bei der Verwendung von Standard-Einzeloptiken besteht der Nachteil in der Notwendigkeit, jede einzelne Optik bzw. jeden einzelnen Halter individuell befestigen zu müssen, was entweder einen höheren manuellen Montageaufwand oder höhere Automatisierungskosten oder beides mit sich bringt und zudem die Fehlerquote und Ausfallwahrscheinlichkeit erhöhen kann. Standard optics for each selected LED component are often numerous available from different manufacturers and can be easily procured and tested quickly and inexpensively. Most of these are individual optics, ie optics, which are provided for each LED and adapted to these. Although multiple optics are available. The disadvantage of this multiple optics consists in the positioning of the LEDs involved by the arrangement of the individual interconnected optics. This means a considerable restriction of the design freedom of the luminaire manufacturer with regard to the (technical) design of the entire luminaire. In addition, even with the use of standard multiple optics often several of these optics are needed in a lamp, which can lead to unfavorable luminaire designs. The disadvantage of using standard single optics is the need to individually attach each individual optic or holder, which may involve either a higher manual assembly effort or higher automation costs, or both, and may also increase the error rate and probability of failure.

[0006] Leuchtenspezifische Optiken, die in der Regel als gemeinsame Optik für alle in der Leuchte enthaltenen Lichtquellen ausgelegt werden und mit und speziell für diese entwickelt werden, ermöglichen zwar eine auf die Leuchte optimierte Auslegung, allerdings stehen diese nicht unmittelbar und zu relativ niedrigen Kosten zur Verfügung, wie dies bei Standardoptiken der Fall ist. Im Gegenteil ist es erforderlich, mehrere iterative Entwicklungsschritte zu durchlaufen und spezielle Werkzeuge, in der Regel Gussformen, zu erstellen. Dies ist, wie bereits weiter oben gesagt, mit einem erheblichen Kosten- und Zeitaufwand verbunden, denn zunächst muss die optische Auslegung erfolgen, dann müssen die Daten für den Werkzeugbau generiert werden und die Werkzeuge schliesslich erstellt werden. Fehler sind dabei aufgrund der hohen Werkzeugkosten unbedingt zu vermeiden, daher erfolgt die Freigabe zur Erstellung der Werkzeuge erst nach intensiven Prüfungen. Hinzu kommen anschliessend umfangreiche Tests um zu überprüfen, ob die berechneten mit den gewünschten Lichtverteilungen übereinstimmen, im Gegensatz zu Standardoptiken, bei denen ja bereits gemessene Lichtverteilungen vorliegen. Des Weiteren sind oft aufgrund mehrerer möglicher Abstrahlcharakteristiken, die eine Leuchte beherrschen soll, mehrere Werkzeuge für mehrere Optiken erforderlich, um die verschiedenen optischen Anforderungen erfüllen zu können. Nach ersten Prototypen und Vorserien erfolgen meistens noch Optimierungsphasen, bevor serienfallende Teile erstellt werden können. Hat man dann einmal diesen Prozess durchlaufen, sind die angefallenen Kosten zu amortisieren, was erhebliche technische und kommerzielle Einschränkungen bedeutet. Beispielsweise ist es nicht ohne Weiteres möglich, eine andere statt der ursprünglich geplanten LED-Komponente einzusetzen, oder andere Änderungen des technischen Designs einzubringen. Bezüglich des Zusammenbaus der Leuchte sind spezifische Optiken allerdings im Vorteil, da sie so ausgelegt werden können, dass der Aufwand beim Zusammenbau minimal ist. Zudem ist die Anzahl der Bauteile stark reduziert. Bei der Verwendung von Standardoptiken müssen ja üblicherweise zunächst die Halter einzeln mit den Leiterplatten verbunden werden und dann die Optiken einzeln in die Aufnahmen der Halter eingesetzt werden. Nach dem Stand der Technik ist der Prozess der Leuchtenentwicklung also zeit- und kostenintensiv, da für die Entwicklung, Herstellung und Optimierung spezieller Werkzeuge ein Zeitraum von mindestens 10–12 Wochen, in der Regel jedoch deutlich mehr, zu veranschlagen ist. Aufgrund der anfallenden Werkzeugkosten bedingt eine Leuchtenentwicklung nach dieser Vorgehens weise eine gewisse Mindeststückzahl, um die erheblichen Entwicklungs- und Werkzeugkosten amortisieren zu können. Die Verwendung von Standardkomponenten, also Standardoptiken sowie Standardkühlkörpern bedingt wiederum eine hohe Anzahl von Herstellungsschritten, beispielsweise 50 individuelle Klebeschritte zur Verbindung von Haltern für Standardoptiken mit der oder den Leiterplatten. Eine Automatisierung dieses Prozesses führt ebenfalls zu nicht unerheblichen Kosten, und aufgrund der Prozessführung zu einer langsamen, seriellen Fertigung. Daher bieten sich auf Standardoptiken abgestützte Leuchten in der Regel nur für kleinere Stückzahlen an, die dann mit höherem manuellen Aufwand oder höheren Anforderungen an die Automatisierung, also wiederum höheren Kosten, gefertigt werden müssen. Ein weiterer sehr wesentlicher Nachteil des Standes der Technik ergibt sich aus dem enormen Zeitverzug zwischen der Auswahl der LED für eine Leuchte, und deren Entwicklung bis hin zum Start der Produktion und der Markteinführung der Leuchte. Dieser Zeitverzug führt dazu, dass die Entwicklung einer Leuchte lediglich einer Momentaufnahme eines technischen Standes entspricht, der aufgrund des raschen technischen Fortschritts der LED-Komponenten bis zur Markteinführung der Leuchte bereits wieder veraltet sein kann. Hinzu kommt, wie bereits erwähnt, der erhebliche Kostennachteil bei leuchtenspezifischen Komponenten wie der Optik, dem Kühlkörper, oder dem Gehäuse. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die nachgefragten Stückzahlen identischer Leuchten niedriger ausfallen als geplant oder gar nicht planbar sind, bzw. nur eine eingeschränkte Variantenvielfalt aufgrund der hohen Kosten leuchtenspezifischer Optiken angeboten werden kann. Although luminaire-specific optics, which are usually designed as a common look for all light sources contained in the light and are developed with and specifically for this, although allow optimized to the lamp design, but these are not immediate and relatively low cost available, as is the case with standard optics. On the contrary, it is necessary to go through several iterative development steps and to create special tools, usually casting molds. This is, as already mentioned above, associated with a considerable cost and time, because first the optical design must be done, then the data for tooling must be generated and the tools are finally created. Because of the high tooling costs, errors must be avoided at all costs, so the release for the production of the tools only takes place after intensive testing. Added to this are extensive tests to check whether the calculated match the desired light distributions, in contrast to standard optics, where already measured light distributions are present. Furthermore, often because of several possible radiation characteristics that a luminaire is to master, several tools for multiple optics are required to meet the different optical requirements. After the first prototypes and pre-series, optimizing phases usually still take place before series-produced parts can be created. Once you have gone through this process, the costs incurred have to be amortized, which means considerable technical and commercial restrictions. For example, it is not readily possible to substitute a different LED component than originally planned, or introduce other changes to the technical design. With regard to the assembly of the luminaire, however, specific optics have the advantage that they can be designed in such a way that the assembly effort is minimal. In addition, the number of components is greatly reduced. When using standard optics yes, usually first the holder must be individually connected to the circuit boards and then the optics are individually inserted into the receptacles of the holder. According to the prior art, the process of luminaire development is therefore time-consuming and costly, since for the development, production and optimization of special tools, a period of at least 10-12 weeks, but usually much more, is to be estimated. Due to the resulting tooling costs requires a luminaire development according to this approach, a certain minimum number of pieces in order to amortize the considerable development and tooling costs. The use of standard components, ie standard optics and standard heat sinks in turn requires a high number of manufacturing steps, for example, 50 individual adhesive steps for connecting holders for standard optics with the or the circuit boards. Automation of this process also leads to significant costs, and due to the process control to a slow, serial production. For this reason, luminaires based on standard optics are usually only available for smaller quantities, which then have to be manufactured with higher manual effort or higher demands on automation, which in turn means higher costs. Another very significant disadvantage of the prior art results from the enormous time delay between the selection of the LED for a lamp, and their development to the start of production and the market launch of the lamp. This time delay means that the development of a light only corresponds to a snapshot of a technical state, which can be outdated due to the rapid technical progress of the LED components to the market launch of the light again. In addition, as already mentioned, the significant cost disadvantage in light-specific components such as the optics, the heat sink, or the housing. This is especially true if the requested quantities of identical luminaires are lower than planned or can not be planned, or if only a limited number of variants can be offered due to the high cost of luminaire-specific optics.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, Verbindungsstrukturen für Leuchten und Leuchten enthaltend solche Verbindungsstrukturen anzugeben, mit denen die oben genannten Nachteile von Leuchten, die dem Stand der Technik entsprechen sowie ihrer Entwicklung, vermieden werden können. Damit ermöglicht es die Erfindung, sehr rasch auf neue Entwicklungen im Bereich der LED-Lichtquellen zu reagieren, neue Konzepte sehr rasch zu evaluieren und in die Produktion zu überführen. Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. The object of the invention is to provide connection structures for luminaires and luminaires containing such connection structures with which the above-mentioned disadvantages of luminaires, which correspond to the prior art and their development, can be avoided. Thus, the invention makes it possible to react very quickly to new developments in the field of LED light sources, to evaluate new concepts very quickly and to convert them into production. The object of the invention is achieved by the independent claims. Particularly advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

[0008] Erfindungsgemäss wird zunächst eine für die jeweilig zu entwickelnde Leuchte spezifische Verbindungsstruktur konstruiert, die die Verwendung von Standardoptiken vorsieht. Die Standardoptiken werden konstruktiv über ihre dafür vorgesehenen Verbindungselemente in der Verbindungsstruktur ortsfest dauerhaft verankert, so dass lediglich die Verbindungsstruktur mit den darin bereits verankerten Optiken mit der LED-Baugruppe verbunden werden muss. Erfindungsgemäss geschieht dies vorteilhaft über in der Verbindungsstruktur enthaltene Befestigungselemente, so dass der Zusammenbau der Leuchte erheblich vereinfacht wird. Zwar sind Verbindungsstrukturen, die dem Halten von Standardoptiken dienen, bereits bekannt und werden beispielsweise in der DE 10 201 2009 135 A1 oder auch in der EP 2 309 296 A1 beschrieben. Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist jedoch die durch das vorteilhafte Herstellungsverfahren für die Verbindungsstruktur erreichte Flexibilität und die zusätzlichen Möglichkeiten. Diese bewirken letzten Endes eine komplette Neuformulierung des Prozesses der Leuchtenentwicklung. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Stand der Technik ermöglicht es das Herstellungsverfahren, sehr rasche Anpassungen an sich ändernde Parameter der Leuchte sowie auch für kleinste Stückzahlen eine wirtschaftliche Herstellung. Darüber hinaus ist die Funktion der Verbindungsstruktur nicht lediglich die eines Linsenhalters, sondern wird zur zentralen Tragstruktur der Leuchte, an der alle anderen Bauteile befestigt werden können. Eine erfindungsgemässe Verbindungsstruktur wird demnach mit einem der vielfältigen additiven oder auch generativen Herstellungsverfahren produziert. Heute sind wenigstens die folgenden Verfahren bekannt und werden teilweise auch bereits zur Serienfertigung von Teilen aus verschiedenen Materialien eingesetzt: Stereolithografie, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Fused Deposition Modeling, Laminated Object Modelling und 3D Printing, sowie Kaltgasspritzen. Weitere Verfahren, wie aus einer Flüssigkeit gezogene Strukturen, die durch selektives Aushärten der Grenzschicht zwischen Flüssigkeit und bereits erhärteten Strukturen entstehen, gehören ebenfalls in den Bereich der Fertigungsmethoden, die für diese Erfindung relevant sind. Solche generativen Verfahren sind bisher in der Leuchtenfertigung im betreffenden Bereich der Verbindung zwischen LED-Lichtquelle und Optik nicht üblich und werden sogar ausgeschlossen, z.B. in einigen aktuellen Patentanmeldungen von free, wie der US 2014 0 268 761 A1. Diese beschreibt als Herstellungsverfahren ausschliesslich Spritzguss- und andere Gussverfahren («overmolding») für Linsentragstrukturen. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren, also bevorzugt Spritzgussverfahren, erscheint die Herstellung mit einem generativen, also aufbauenden Verfahren zunächst nicht naheliegend. Zum einen sind die üblicherweise verwendeten Kunststoffe nicht dieselben, die im Bereich kostengünstiger «3D-Drucker» bislang eingesetzt werden. Für Kunststoffe im Bereich von Licht -und Wärmequellen werden höhere Temperaturanforderungen gestellt. Ausserdem gibt es Vorbehalte hinsichtlich der Masshaitigkeit und Flaltbarkeit der derart hergestellten Strukturen zu geben, denen auch Kunststoffe mit höherer Temperaturbeständigkeit zunächst nicht zu entsprechen scheinen. Diese Situation hat sich nun jedoch geändert. Es gibt mittlerweile einen breiten Bereich einsetzbarer Kunststoffe, bis hin zu kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (Areva Labs) oder Hochleistungskunststoffen wie z.B. PEEK, PTFE, PPSU (Indmatec), die als per FDM (Fused Deposition Molding) druckbare Filamente zur Verfügung gestellt werden. Hinzu kommen gängigere Thermoplaste wie ABS, Nylon oder Polycarbonat. Diese sind sowohl zu relativ günstigen Kosten verfügbar als auch technisch anerkannt im Bereich dieser Erfindung. [0008] According to the invention, a connection structure specific to the particular luminaire to be developed is first constructed, which provides for the use of standard optics. The standard optics are structurally permanently anchored permanently in the connection structure via their connection elements provided for this purpose, so that only the connection structure with the optics already anchored therein must be connected to the LED assembly. According to the invention, this advantageously takes place via fastening elements contained in the connecting structure, so that the assembly of the luminaire is considerably simplified. Although connection structures which serve to hold standard optics are already known and are described, for example, in DE 10 201 2009 135 A1 or also in EP 2 309 296 A1. However, an essential aspect of the invention is the flexibility afforded by the advantageous method of manufacturing the connection structure and the additional possibilities. These ultimately lead to a complete reformulation of the process of luminaire development. In contrast to the prior art described above, the manufacturing method allows very rapid adaptations to changing parameters of the luminaire as well as for smallest numbers of economical production. In addition, the function of the connection structure is not just that of a lens holder, but becomes the central support structure of the luminaire to which all other components can be attached. An inventive connection structure is thus produced with one of the various additive or generative production method. Today, at least the following processes are known and some are already used for mass production of parts from different materials: stereolithography, selective laser melting, selective laser sintering, fused deposition modeling, laminated object modeling and 3D printing, as well as cold gas spraying. Other methods, such as liquid drawn structures, which result from selective hardening of the interface between liquid and already hardened structures, are also within the scope of fabrication methods relevant to this invention. Such generative methods have hitherto not been customary in luminaire production in the relevant area of the connection between LED light source and optics and are even excluded, e.g. in some current patent applications of free, such as US 2014 0 268 761 A1. This describes as a manufacturing process exclusively injection molding and other casting processes ("overmolding") for Linsentragstrukturen. In contrast to conventional methods, that is to say preferred injection molding methods, the production with a generative, ie constructive, method initially does not seem obvious. For one thing, the commonly used plastics are not the same ones that have been used in the field of low-cost "3D printers" so far. Plastics in the area of light and heat sources are subject to higher temperature requirements. In addition, there are reservations regarding the dimensional stability and flattenability of the structures produced in this way, to which plastics with higher temperature resistance initially do not seem to correspond. However, this situation has changed. There are now a wide range of usable plastics, up to carbon fiber reinforced plastics (Areva Labs) or high performance plastics such. PEEK, PTFE, PPSU (Indmatec), which are supplied as FDM (Fused Deposition Molding) printable filaments. In addition, more common thermoplastics such as ABS, nylon or polycarbonate. These are both available at relatively low cost and technically recognized within the scope of this invention.

[0009] Zum anderen ist der Umgang mit (Einzel-) Standardoptiken im Leuchtenbau gerade aufgrund der aufwendigen Handhabung und Verarbeitung bislang nicht sehr populär, so dass die Verwendung derselben bislang nicht in Betracht gezogen wurde. Die Erfindung lehrt darüber hinaus, wie Verbindungsstrukturen aufgrund der grossen Designflexibilität ihres Herstellungsverfahrens so ausgelegt werden können, dass sie nicht nur als gemeinsame Linsentragstrukturen dienen, sondern darüber hinaus wichtige Funktionen in der Leuchte wahrnehmen. Beispielsweise können sie so ausgelegt werden, dass sie die Leiterplatte mit dem Kühlkörper verklemmen, so dass ein diesbezüglicher separater Montageaufwand, beispielsweise durch Kleben oder Verschrauben, vermindert werden kann. Weiter kann eine erfindungsgemässe Verbindungsstruktur weitere Montageelemente aufweisen, beispielsweise Elemente zur Verbindung der Leuchte mit externen Trägern, Halterungen, Ständern, Abhängungen oder anderen Befestigungsarten. Falls erforderlich, kann die erfindungsgemässe Verbindungsstruktur darüber hinaus noch weitere Elemente aufweisen, beispielsweise Flächen zur Führung der Kühlluft, zur Verbesserung der Anströmung des Kühlkörpers, und/oder Öffnungen zum Aussenraum der Leuchte. Gerade komplizierte Flächenelemente sind mit Spritzgussverfahren kaum darstellbar. Ebenso kann sie Halte- und Verbindungselemente für alle weiteren konstruktiven Elemente der Leuchte aufweisen, wie Konnektoren, Kabel und Leitungen, Elektronik, Batterien oder Akkus oder Sensoren. On the other hand, the handling of (single) standard optics in luminaire construction is currently not very popular due to the complex handling and processing, so that the use of the same has not been considered. In addition, the invention teaches how, due to the great design flexibility of their manufacturing process, connection structures can be designed so that they not only serve as common lens support structures, but also perform important functions in the luminaire. For example, they can be designed so that they jam the circuit board with the heat sink, so that a related separate installation effort, for example by gluing or screwing, can be reduced. Furthermore, a connection structure according to the invention can have further mounting elements, for example elements for connecting the luminaire to external supports, holders, uprights, suspensions or other types of fastening. If necessary, the connection structure according to the invention may also have further elements, for example surfaces for guiding the cooling air, for improving the flow of the heat sink, and / or openings to the outside space of the luminaire. Straight complicated surface elements are hardly representable by injection molding. Likewise, it may have holding and connecting elements for all other structural elements of the luminaire, such as connectors, cables and wires, electronics, batteries or rechargeable batteries or sensors.

[0010] In Fig. 1 ist zunächst ein Beispiel einer üblichen Optik dargestellt, die, ortsfest und mit geringen Toleranzen von maximal wenigen Zehntelmillimetern, auf eine LED aufgesetzt wird und eine definierte Lichtverteilung erzeugt. Normalerweise würde eine solche Optik durch Kleben mit der Leiterplatte, auf der die LEDs beispielsweise durch Löten befestigt sind, verbunden werden, was ein aufgrund der nötigen Aushärtung des Klebers zeitaufwändiger Prozess ist. Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der die Optik mit Hilfe eines auf sie zugeschnittenen Halters ortsfest mit der Leiterplatte verbunden wird. In diesem Fall wird die Optik lediglich eingeclipst, während der Flalter entweder mit der Leiterplatte verklebt oder anderweitig verbunden werden muss. Die für das Einclipsen nötige Kraft kann ein Problem im Hinblick auf die spätere Zuverlässigkeit der Leuchte darstellen. In Fig. 1, an example of a conventional optics is first shown, which is fixed and with low tolerances of a few tenths of a millimeter, is placed on an LED and generates a defined light distribution. Normally, such an optic would be connected by gluing it to the circuit board on which the LEDs are fastened, for example by soldering, which is a time-consuming process due to the necessary curing of the adhesive. Fig. 2 shows a variant in which the optics is connected by means of a holder tailored to them stationary with the circuit board. In this case, the optics are merely clipped, while the folder must either be glued to the circuit board or otherwise connected. The force required for clipping can pose a problem with regard to the subsequent reliability of the luminaire.

[0011] Fig. 3 zeigt nun als einfache Ausführungsform der Erfindung die konstruktive Übernahme der wesentlichen Merkmale des Halters aus Fig. 2 , die das Einclipsen der Optik und damit deren ortsfeste Verbindung mit den in die erfindungsgemässe Verbindungsstruktur eingebettenen wesentlichen Merkmale des Halters und damit der Verbindungsstruktur selbst bewirken. Die Verbindungsstruktur selbst kann dann auf bekannte Weise, beispielsweise ebenfalls durch Einclipsen, -klemmen, Verkleben, Verschrauben, etc. mit der Leiterplatte sowie dem Kühlkörper verbunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 4 dargestellt ist, enthält die Verbindungsstruktur Verbindungselemente für die Optiken, die zweckmässig so gestaltet sind, dass sie eine (formschlüssige) Verbindung erlauben. Darüber hinaus sind optionale weitere Verbindungselemente vorgesehen, die beispielsweise eine Verschraubung mit Hilfe versenkter Schraubenköpfe erlauben. Ausserdem enthält diese Ausführungsform herstellungsbedingte Merkmale, nämlich Entlastungsstrukturen für thermische Verspannungen während der Herstellung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eliminieren die Notwendigkeit zusätzlicher Verbindungen durch ihre Auslegung. Im vorliegenden Fall kommt als Beispiel ein weiteres, nicht gezeigtes Element zum Einsatz, mit dessen Hilfe Leiterplatte, Kühlkörper, dieses Element sowie die Verbindungsstruktur mit einem rohrförmigem Körper form schlüssig und daher ortsfest verbunden werden können. Die Verbindungsstruktur kann aber selbst bereits Elemente enthalten, um eine Leiterplatte und/oder einen Kühlkörper und/oder das Gehäuse miteinander zu verbinden. Eine erfindungsgemässe Verbindungsstruktur kann zudem durch eine geeignete Materialverwendung und -Verteilung räumlich inhomogene Eigenschaften aufweisen, die zahlreiche weitere Möglichkeiten zur Einsparung von Zeit und Ressourcen eröffnen. Beispielsweise erlauben einige additive Herstellungsverfahren, Materialien mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften in einem Werkstück zu verbinden, so dass an sich formstabile Körper elastische Bestandteile aufweisen können. Bekannte Verfahren im Filament Deposition Molding Bereich sind Geräte mit einer mindestens dualen Zuführung verschiedener Filamentmaterialien. Es gibt aber auch weitere Verfahren, die entweder mit einem Material und einem Bindemittel arbeiten, oder auch mit mehreren Materialien (beispielsweise MultiJet Printing der Firma 3D-Systems), die solche Mischungen von Materialien unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften ermöglichen. Dies kann beispielsweise zur Erstellung von Dichtungen genutzt werden, die ansonsten als separates Bauteil beschafft werden müssten, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist. Eine weitere beispielhaft angeführte Möglichkeit ist die Einbindung von thermisch und/oder elektrisch leitfähigen Schichten, die Aufgaben der Entwärmung bzw. Stromverteilung und -Zuführung übernehmen können. Sogar gas- oder flüssigkeitsführende Kanäle können in eine solche Struktur eingebettet werden und in einem Stück ohne komplexe Nachbearbeitung erstellt werden. Derartige Kanäle leisten insbesondere bei der Aufgabe der Entwärmung der LED-Baugruppe wertvolle Dienste. Fig. 3 shows now as a simple embodiment of the invention, the structural adoption of the essential features of the holder of Fig. 2, the clipping of the optics and thus their stationary connection with the embedded in the inventive connection structure essential features of the holder and thus the Effect connection structure itself. The connection structure itself can then be connected in a known manner, for example also by clipping, clamping, gluing, screwing, etc. to the circuit board and the heat sink. In a preferred embodiment, which is shown in Fig. 4, the connecting structure includes connecting elements for the optics, which are conveniently designed so that they allow a (positive) connection. In addition, optional further connecting elements are provided which allow, for example, a screw with the aid of countersunk screw heads. In addition, this embodiment includes manufacturing-related features, namely relief structures for thermal stresses during manufacture. Preferred embodiments of the invention eliminate the need for additional connections through their design. In the present case, another example, not shown element is used, with the help of circuit board, heat sink, this element and the connection structure with a tubular body form-fitting and therefore can be fixedly connected. However, the connection structure may itself already contain elements to connect a circuit board and / or a heat sink and / or the housing together. Moreover, a connection structure according to the invention can have spatially inhomogeneous properties through suitable material use and distribution, which open up numerous further possibilities for saving time and resources. For example, some additive manufacturing methods allow materials with different mechanical properties to be combined in a workpiece, so that dimensionally stable bodies can have elastic components. Known processes in the filament deposition molding area are devices with at least dual feed of different filament materials. But there are also other methods that work either with a material and a binder, or with several materials (for example MultiJet Printing from the company 3D Systems), which allow such mixtures of materials of different mechanical properties. This can for example be used to create seals that would otherwise have to be procured as a separate component, which is associated with a lot of effort. Another exemplified possibility is the integration of thermally and / or electrically conductive layers, which can take over the tasks of heat dissipation or power distribution and supply. Even gas- or liquid-carrying channels can be embedded in such a structure and created in one piece without complex post-processing. Such channels make valuable service, especially in the task of cooling the LED assembly.

[0012] Tatsächlich lassen sich alle gemachten Aussagen auch auf die Lösung zur Entwärmung und auf alle anderen Gehäusebauteile übertragen. Denn auch auf die Vorrichtungen zur Entwärmung, in der Regel metallische Kühlkörper, werden ebenfalls oft speziell für den jeweiligen Leuchtenaufbau entwickelt, wofür dann wieder ein Werkzeug erforderlich ist, das zeit- und kostenaufwendig entwickelt und hergestellt werden muss. In einigen Fällen ist der Kühlkörper Bestandteil des Gehäuses der Leuchte, was dann wenigstens dessen separate Konstruktion erübrigt oft aber auch zu wesentlich komplexeren Kühlkörpern führt. Auf jeden Fall bleibt dabei der hohe Kosten- und Zeitaufwand unverändert. In fact, all statements made can also be transferred to the solution for cooling and on all other housing components. Because even on the devices for cooling, usually metallic heatsinks are also often developed specifically for the particular luminaire structure, what then again a tool is required, which must be developed and produced time-consuming and costly. In some cases, the heat sink is part of the housing of the lamp, which then at least eliminates the need for its separate construction often leads to much more complex heat sinks. In any case, the high cost and time required remains unchanged.

[0013] Mit den bevorzugt generativ hergestellten Verbindungsstrukturen ergibt sich also ein Paradigmenwechsel im Leuchtenbau; derartige Verbindungsstrukturen sind dazu geeignet, als zentrale Tragstruktur der Leuchte zu fungieren und Verbindungen bzw. Verankerungen für alle weiteren Leuchtenbestandteile bereitzustellen: Kühlkörper sowie die LED-Baugruppen Optiken Gehäuseelemente (Abdeckungen, Dichtungen, Verankerungen für Befestigungselemente der Leuchte an die Umgebung weitere Sensoren (Bewegungsmelder, Helligkeitssensor. Kamera. Kommunikation)With the preferably generatively produced connection structures thus results in a paradigm shift in luminaire construction; Such connection structures are suitable for acting as the central supporting structure of the luminaire and for providing connections or anchorages for all other luminaire components: Heatsink and the LED modules optics Housing elements (covers, gaskets, anchors for fasteners of the luminaire to the environment additional sensors (motion detector, brightness sensor, camera, communication)

[0014] Im Hinblick auf generative, also aufbauende Herstellungsverfahren sind sogenannte Designregeln einzuhalten. Dies ist aber auch bei allen anderen Herstellungsverfahren üblich, denn es müssen immer die physikalischen und konstruktiven Grenzen der jeweiligen Herstellungsverfahren berücksichtigt werden. Unter Umständen muss also die zu erstellende Verbindungsstruktur anders geformt sein, um problemlos mit dem noch ungewohnten Verfahren hergestellt werden zu können. Beispielsweise sollten (bei einem Verfahren mit schichtweiser Erstellung und ohne Pulverbert) horizontal überhängende oder auskragende Teile aufgrund der schichtweisen Erstellung der Verbindungsstruktur vermieden oder entsprechende Stützstrukturen vorgesehen werden. Ausserdem müssen bereits beim Design thermische Spannungen aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem frisch aufgetragenen und dem bereits abgekühlten Thermoplast berücksichtigt werden, was beispielsweise gelingt, indem Ausnehmungen an geeigneten Orten im Vollmaterial erzeugt werden oder das Material an diesen Stellen bewusst geschwächt wird, ohne die Gesamtstabilität zu beeinflussen. Auch ist es gegebenenfalls erforderlich, eine Schrumpfung oder Dehnung des Bauteils oder einiger Elemente bereits in der Konstruktion zu berücksichtigen, beispielsweise bei Öffnungen, die der Aufnahme anderer konstruktiver Elemente dienen. With regard to generative, so constructive manufacturing processes so-called design rules are observed. However, this is also common in all other manufacturing processes, because it must always be considered the physical and structural limits of the respective manufacturing process. Under certain circumstances, therefore, the connection structure to be created must be shaped differently in order to be able to be manufactured without problems using the still unfamiliar method. For example, (in a process with layered creation and without powder coating) horizontally overhanging or projecting parts should be avoided due to the layered creation of the connection structure or appropriate support structures are provided. In addition, already in the design thermal stresses due to the temperature difference between the freshly applied and the already cooled thermoplastic are taken into account, for example, succeeds by recesses are produced at suitable locations in the solid material or the material is deliberately weakened at these points, without affecting the overall stability , Also, it may be necessary to consider shrinkage or expansion of the component or some elements already in the design, for example at openings that serve to accommodate other structural elements.

[0015] Der vorteilhafte Ablauf eines Leuchtendesign-Prozesses gemäss der Erfindung ist also wie folgt: <tb>1.<SEP>Auswahl einer optimalen Lichtquelle, in der Regel eine oder mehrere LEDs aus dem aktuellen Angebot zahlreicher Hersteller. <tb>2.<SEP>Auswahl von zur Erfüllung der Beleuchtungsaufgabe geeigneten, zugehörigen Optiken aus dem Sortiment eines oder mehrerer entsprechender Lieferanten. In der Praxis werden die Schritte 1 und 2 nicht unabhängig voneinander erfolgen, da ja gerade die Verfügbarkeit und Effizienz von Optiken einen entscheidenden Einfluss auf die Auswahl der LED haben kann. <tb>3.<SEP>Auslegung der LED-Baugruppe, meistens eine oder mehrere Leiterplatten gemäss den Vorgaben des gewünschten Leuchtendesigns und der Beleuchtungsaufgabe. Dazu gehören beispielsweise oft gewisse Mindestabstände benachbarter LEDs zur Umsetzung der gewünschten Abstrahlcharakteristiken. <tb>4.<SEP>Auslegung und Konstruktion einer Verbindungsstruktur, die geeignete Befestigungselemente enthält, mit der sich die in Punkt 2 ausgewählten Optiken dauerhaft ortsfest an der Verbindungsstruktur befestigen lassen, so, dass jeweils einer Lichtquelle (LED) eine oder mehrere Optiken zugeordnet sind. Dabei kann man sich entweder an den Vorgaben des jeweiligen Herstellers orientieren oder eigenständig der Aufgabe angemessene technische Lösungen finden. Die Vorgehensweise zur Konstruktion solcher Befestigungselemente ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und muss an dieser Stelle nicht näher ausgeführt werden. Sie hängt unter anderem von den Eigenschaften (Elastizität, Steifigkeit,..) des verwendeten Materials ab, da sie bewegliche oder zumindest auf Druck nachgebende Strukturen enthalten kann (Nasen, Zungen, Clips etc.) Die Verbindungsstruktur kann nach Bedarf weitere Befestigungs- oder Verbindungselemente enthalten, um die LED-Baugruppe(n), Mittel zur Entwärmung, Gehäusebauteile oder auch direkt Befestigungen mit der Aussenwelt zu realisieren. <tb>5.<SEP>Herstellung dieser Konstruktion mit einem geeigneten additiven Herstellungsverfahren aus je nach Aufgabe geeigneten Materialien.The advantageous sequence of a luminaire design process according to the invention is thus as follows: <tb> 1. <SEP> Choosing an optimal light source, usually one or more LEDs from the current range of many manufacturers. <tb> 2. <SEP> Selection of appropriate optics from the assortment of one or more relevant suppliers to fulfill the lighting task. In practice, steps 1 and 2 will not be independent of each other, since the availability and efficiency of optics in particular can have a decisive influence on the selection of the LED. <tb> 3. <SEP> Design of the LED assembly, usually one or more PCBs according to the specifications of the desired luminaire design and the lighting task. For example, this often includes certain minimum distances between adjacent LEDs to implement the desired emission characteristics. <tb> 4. <SEP> Design and construction of a connection structure containing suitable fasteners with which the optics selected in item 2 can be fixed permanently fixed to the connection structure, so that in each case one light source (LED) associated with one or more optics are. You can either orient yourself to the specifications of the respective manufacturer or independently find the task appropriate technical solutions. The procedure for the construction of such fasteners is well known to those skilled in the art and need not be detailed at this point. It depends inter alia on the properties (elasticity, stiffness,...) Of the material used, as it may contain movable or at least pressure-yielding structures (lugs, tongues, clips, etc.). The connection structure can be further fasteners or fasteners as needed included to realize the LED assembly (s), means for cooling, housing components or directly attachments to the outside world. <tb> 5. <SEP> Manufacture of this construction with a suitable additive manufacturing process from materials suitable for each task.

Claims

1. Connection structure for light-emitting devices with the light sources associated optical elements, which are aligned by appropriate mechanical design of connecting elements of the connection structure fixed with respect to the respective LEDs, characterized in that the connection structure is produced by means of an additive manufacturing process.

2. Connection structure for light-emitting devices with the light sources associated optical elements, which are aligned by appropriate mechanical design of connecting elements of the connection structure fixed relative to the respective LEDs, characterized in that the connection structure additionally comprises means for connection to a circuit board on which the Light sources are arranged, and further means for attaching at least one further structural component of the light-emitting device, ie heat sink, housing components, holders for fixing the light-emitting device, electrical supply, sensors, electronics.

3. Connection structure according to claim 1 or 2, characterized in that it additionally contains structural elements for attachment to a circuit board on which the light sources are arranged.

4. Connecting structure according to one of the preceding claims, characterized in that it contains structural elements for fixing a heat sink.

5. Connecting structure according to one of the preceding claims, characterized in that it contains structural elements for fastening of housing components.

A connection structure according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises constructive elements for fixing external holders relative to the lamp, the holders comprising a stand, a suspension, a wall attachment, a subterranean or surface construction or another form of construction Supporting structure can be, which is suitable to align the lamp as intended.

A connection structure according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises constructive elements for fixing the electronic components of the light emitting device.

8. Connecting structure according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises constructive elements for guiding cooling air or other media used for heat dissipation to the light sources and their heat sink, which may be part of the connection structure.

9. Connecting structure according to one of the preceding claims, characterized in that it contains flexible structural elements for sealing the light sources from the outside space.

10. Light-emitting device having at least one connecting structure according to one of the preceding claims.