CN108916836B - Led改装灯和用于led改装灯的散热体 - Google Patents
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Abstract
照明装置具有两个散热体和多个半导体‑发光元件,其中每个散热体具有中央区段和远离中央区段延伸并且至少局部地包围散热体内腔的壁部区段。两个散热体彼此相对地放置。在两个散热体之间存在用于与周围环境换气的环形的开口。半导体‑发光元件放置在散热体的壁部区段的外侧上。相应的散热体具有两个或更多侧翼,其中所有侧翼通过中央的连接元件彼此连接。每个侧翼沿轴向方向和圆周方向延伸并且在轴向方向上具有曲率并且优选在圆周方向上具有曲率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED改装灯和一种用于LED改装灯的散热体,尤其涉及在户外照明和街道照明的领域中作为高压汞蒸汽灯和高压钠蒸汽灯的代替物的改装灯。
背景技术
习惯性地,使用高压汞蒸汽灯(HQL)和高压钠蒸汽灯(NAV)用于户外照明和街道照明。由于在照明领域中的发展方向日益趋向于节能和耐用的LED灯并且高压汞蒸汽灯自2015年起不再允许在欧盟领域中使用,因此对用于户外照明和街道照明的改装LED灯存在需求。
目前在市场上存在的改装LED灯通常明显地(直至50%地)超出相同的流明等级的高压汞蒸汽灯的尺寸。由于在户外照明的领域中使用具有相对高的光通量(例如高压汞蒸汽灯:1800流明-57000流明)的照明装置并且伴随光通量热功耗也增加,所以改装LED灯的尺寸基本上通过所需的散热体的尺寸确定。然而超尺寸严重限制灯的应用性,因为已经针对原始的照明装置的尺寸设计出灯具中的可用空间。
用于户外照明的已知的改装LED灯(例如由LEDVANCE GmbH以PARATHOM HQL LED命名销售的灯)通常由灯头构成,在灯头上连接有用于容纳电驱动器的壳体。多个铝型材(例如挤压型材)由驱动壳体沿纵向方向向外延伸,从而获得基本上圆柱形的形状。在铝型材上布置电路板(PCB),电路板上存在多个LED。在铝型材的末端上存在圆形的盖板,在盖板上同样能够布置带有LED的电路板。由此,实际的光引擎(即由LED、电路板和散热体构成的构件)获得基本上圆柱形的形状。
这种灯(尤其由于所用的铝-散热体)大并且沉并且通常与现存的用于户外照明和街道照明的灯具不匹配。此外,这类灯的照射特性明显与应被代替的高压汞蒸汽灯或高压钠蒸汽灯的照射特性不同,从而灯具的光分布相应地不再符合要求。
发明内容
基于现有技术,本发明的目的在于,提供一种改良的改装灯以及一种适用于此的散热体。
该目的通过具有独立权利要求的特征的照明装置和散热体解决。有利的改进方案由从属权利要求中获得。
相应地设计一种照明装置,其具有两个散热体和多个半导体-发光元件(例如LED)。其中每个散热体具有中央区段和由中央区段向外延伸的壁部区段。壁部区段至少局部地包围散热体内腔,例如以杯的形式、局部椭圆形的形式等。其中,“局部地包围”意味着散热体的壁部区段能够向一侧敞开,例如与中央区段相对的一侧。“局部地包围”进一步包含,散热体的壁部区段能够具有其他(例如用于通风目的)的开口。
两个散热体彼此相对地放置,也就是说,散热体的壁部区段对准彼此。第一散热体能够布置成,第一散热体的中央元件相邻于照明装置的灯头并且壁部元件远离灯头地延伸,并且第二散热体能够布置成,第二散热体的中央元件位于照明装置的远离灯头的末端并且壁部元件向灯头延伸。两个散热体的应用使得在组装照明装置时轻易地进入照明装置的内部。
在散热体的壁部区段的外侧上布置半导体-发光元件。半导体-发光元件优选布置在电路板上,电路板又布置在壁部区段的外侧上。电路板尤其优选为能够匹配于散热体的壁部区段的形状的柔性的电路板(例如由聚酰亚胺(PI)、聚对一酸乙二酯(PET)或者由薄的已知的复合材料,如FR4构成)。还能够使用对应于壁部区段的形状弯曲形成的钢性电路板,例如金属芯PCB(MCPCB)。
两个散热体进一步布置成在散热体之间存在环形的开口,也就是说在壁部元件之间具有间隔。借此,在照明装置的运行期间由半导体-发光元件产生的热量能够至少局部地由散热体吸收并且从散热体至少局部地发散到散热体内腔中、即照明装置内部中的空气上。从那里,加热的空气能够通过散热体之间的环形的开口与环境空气交换,借此实现有效的散热。
通过照明装置定义纵向轴并且由此定义轴向方向,轴向方向从照明装置的灯头出发沿光引擎的方向延伸。由于照明装置通常基本上实施为旋转对称的,轴向方向能够与存在的旋转对称轴重叠。此外,通过照明装置定义径向方向,即垂直于轴向方向径向向外延伸的方向;和圆周方向,即沿周长分别垂直于径向和轴向方向的方向。
在一个优选的实施方式中,两个散热体实施为具有相同的结构。这简化了生产,因为只需设计一个散热体结构并且实施其生产。
还设计照明装置具有多于两个散热体,例如靠近灯头的第一散热体、处于照明装置的与灯头相对的末端的第二散热体以及在第一和第二散热体之间的第三(中间)散热体。在每两个相邻的散热体之间能够设置环形的开口。
在一个优选的实施方式中,散热体例如在注塑成型工艺中由能导热的塑料制成。
在一个优选的实施方式中,照明装置具有用于控制半导体-发光元件的电驱动器。驱动器优选布置在至少一个散热体的散热体内腔中。换言之,驱动器布置在照明装置的内部中。借此,照明装置的散热体(和借此布置在这个散热体上的半导体-照明装置也)能够延伸接近于照明装置的灯头,从而光能够从照明装置的整个(在灯头插入到灯座之后)可见的表面发射。这相对于现有技术中已知的高压汞蒸汽灯-和高压钠蒸汽灯改装灯,其中驱动器布置在灯头和发光元件之间的壳体中,从而在照明装置的外表面的区域中不能够发射光,改善了根据本发明的照明装置的照射特性。此外,为散热提供较大的外表面。
照明装置能够具有用于容纳驱动器的壳体区段。这样的壳体区段还能够确切地说在照明装置上彼此上下地固定散热体。壳体区段能够是管状的壳体区段或者具有多边形横截面的细长的壳体区段。
在一个优选的实施方式中,每个壁部区段具有两个或更多的侧翼。壁部区段尤其能够具有2、3、4、5、6或更多的侧翼。此外,中央区段能够实施为中央的连接元件,从而散热体的所有侧翼能够通过中央的连接元件彼此连接。此外,侧翼能够实施为彼此没有其他的连接或者侧翼能够通过另外的连接区段彼此直接连接(从而例如提高散热体的稳定性)。
在一个优选的实施方式中,散热体的每个侧翼沿轴向方向延伸并且在轴向方向中具有曲率。借此,照明装置的形状匹配于要被代替的照明装置的形状。
尤其优选散热体的每个侧翼还沿圆周方向延伸并且在圆周方向上具有曲率。
圆周方向上的曲率导致散热体和它的两个或更多的侧翼以侧面的形式围绕照明装置的内腔。在轴向方向上的曲率导致侧面不是圆柱形的,而侧面与纵向轴的距离在纵向轴的不同点处能够是尺寸不同的。轴向方向上的曲率并不必意味着侧面轮廓,即侧面与包含纵向轴的平面的交叉线在每个点上都具有数学意义上的曲率,即非零的二阶导数。相反地,在轴向方向上的曲率还可通过侧面轮廓的多个直线的区段构成,而直线的区段相对于纵向轴具有不同的斜率。
圆周方向上的曲率也能够由圆周轮廓的直线的区段实现,圆周轮廓即侧面与垂直于纵向轴的平面的交叉线。这样的圆周轮廓能够表示多边形的一部分。
通过散热体的侧翼(只在轴向方向上或者附加地在圆周方向上)的曲率实现散热体的实施,即散热体的形状与要被代替的高压汞蒸汽灯-或高压钠蒸汽灯-照明装置的形状类似。借此,根据本发明的照明装置更好地适应于现有的灯具。此外,布置在散热体上的LED不仅如现有技术中已知的照明装置一样完成大部分沿径向方向(并且必要情况下径向向前)地发光,还能够匹配于要被代替的照明装置的照射特性,尤其还能够完成向前倾斜地(即从灯头向外)和/或向后倾斜地(即朝向灯头)发光。
在一个优选的实施方式中,照明装置具有至少两个半透明的、优选透明的保护层,保护层分别跨越多个半导体-发光元件的至少一部分延伸。在一个实施方式中,每个散热体能够设置多个半透明的保护层,保护层分别跨越散热体的一部分延伸。举例而言,当散热体的壁部区段具有多个侧翼时,保护层分别能够跨越一个侧翼延伸并且照明装备能够具有与所拥有的散热体侧翼的同样多的保护层。优选地,能够在单个保护层之间设置间隔,通过间隔实现与周围环境的换气。在另一个实施方式中,保护层分别跨越一个散热体延伸并且照明装置具有与散热体同样多的保护层。在此,也能够在每两个保护层之间设置用于换气的间隔。
保护层能够额外地设置开口,开口进一步改善与周围环境的换气。
优选地,保护层的形状对应于散热体的形状,也就是说具有例如上述散热体的侧翼的实施方式所描述的(单或双)曲率。借此实现半导体-发光元件尽可能靠近于保护层地定位。由此,还能够通过保护层将在运行中由半导体-发光元件产生的热量的一部分发散到周围环境中。
在所有实施方式中,半透明的保护层能够例如通过卡锁连接与散热体、尤其与相应的侧翼、或者还与照明装置的附加的固定元件可拆卸地或不可拆卸地连接。
本发明进一步涉及一种用于照明装置的散热体,尤其用于基于半导体-发光元件(例如LED)的改装照明装置。散热体具有两个或更多的侧翼,其中所有侧翼通过中央的连接元件(中央元件)彼此连接并且共同构成散热体的壁部区段。每个侧翼沿轴向方向延伸并且在轴向方向上具有曲率。
尤其优选散热体的每个侧翼还沿圆周方向延伸并且在圆周方向上具有曲率。
为了实现在轴向方向上的曲率和在圆周方向上的曲率,在一个实施方式中,每个侧翼能够具有第一平截头棱锥形的区段和连接在其上的第二平截头棱锥形的区段。其中,“平截头棱锥形”尤其意味着区段不是完整的平截头棱锥,而只是一个在侧翼的延伸的区域中沿圆周方向的平截头棱锥的片段。此外,第二平截头棱锥形的区段与中央的连接元件连接。每个平截头棱锥形的区段优选由多个四边形的散热体区段构成,散热体区段分别彼此成角度地布置,从而在圆周方向上产生曲率。每个这样的四边形的散热体区段本身可实施为平的。
“成角度地布置”或者“围成角”在这里和下文中意味着不等于0°和180°的角。也就是说,即使在数学上能够接受180°的角,但是根据本发明的理解两个平行的平面不围成角。
第一平截头棱锥形的区段的侧面与轴向方向围成第一角并且第二平截头棱锥形的区段的侧面与轴向方向围成第二角。第一角和第二角不同,借此在轴向方向上产生曲率。
代替于使用两个彼此连接的平截头棱锥形的区段,还能够在另一实施方式中通过相应地使用两个平截头圆锥形的区段实现在轴向方向上的曲率和在圆周方向上的曲率。这点区别于先前所述的实施方式,在圆周方向上导致连续的曲率。
侧翼还能够具有多于两个平截头棱锥形-或平截头圆锥形的区段,区段的侧面分别与轴向方向围成不同的角。
在另一个实施方式中,还能够借此实现在轴向方向上的曲率和在圆周方向上的曲率,即每个侧翼具有两个或更多纵向的区段,其中每个纵向的区段具有两个或更多分段,其中每个分段和相邻的分段成角度地布置。因此,侧翼由大量(纵向的区段的数目乘以每个纵向的区段的分段的数目)的四边形的区段构成,四边形的区段分别与相邻的、也就是说直接布置在旁边的区段连接并且分别和其围成角。每个这样的四边形的区段本身可以实施为平的。
在一个优选的实施方式中,每两个侧翼沿圆周方向彼此有间隔地布置。通过每两个侧翼之间的间隔实现在由侧翼围绕的散热体的内腔和周围环境之间的换气。优选这样设置每两个相邻的侧翼之间的间隔,即间隔的数量对应于侧翼的数量。
优选通过一个或多个连接支杆完成侧翼和中央的连接元件之间的连接。在连接支杆之间能够设置开口,开口也用于散热体内部和周围环境之间的换气并且由此改善散热。
在另一个优选的实施方式中,每个侧翼在内侧上、也就是侧翼的指向纵向轴的表面上,具有多个散热片。在这种情况下,能够这样实施散热片,即最小化半导体-发光元件与散热片之间的间隔。举例而言,在一个每个侧翼具有多个纵向的区段的实施方式中,半导体-发光元件(或者具有半导体-发光元件的电路板)能够沿纵向的区段布置在侧翼的外侧上并且散热片分别沿纵向的区段(例如大致在中间,也就是说与相邻的纵向的区段具有大致相同的间隔地)布置在侧翼的内侧上。借此,半导体-发光元件和散热片之间的热路径较小,其实现了由半导体-发光元件在运行期间产生的热量的良好的输出。之后,热量能够从散热片发散到散热体的内部并且在那里通过开口(例如通过先前描述的散热体的侧翼之间的间距或者通过其他的开口)借助于与周围环境的换气输出。
在上述实施方式中所描述的散热体优选由能导热的塑料制成,尤其优选由热导率在大约10W/mK至大约25W/mK的范围内的塑料制成,进一步优选例如大约15W/mK或者大约20W/mK。举例而言,能够使用由Ensinger GmbH以TECACOMP PA66 TC black(V0287-09-3)命名销售的材料作为能导热的塑料。这种复合材料在聚酰胺66(PA66)的基础上添加石墨颗粒。借此达到7.9W/mK(穿过平面)或18.7W/mK(平面中)的导热率。
优选在注塑成型工艺中完成由能导热的塑料制造散热体。借此简单并可轻易复制地制造相对复杂的散热体的形状。
上述与根据本发明的照明装置相关的散热体的特征相应地只适用于根据本发明的散热体。同样地,上述与根据本发明的散热体相关的特征相应地适用于根据本发明的照明装置的散热体。
附图说明
通过附图的以下描述详细地阐述本发明的优选的其他实施方式。其中示出了:
图1根据本发明的散热体的实施方式的示意图;
图2在侧视剖切图中的根据本发明的照明装置的实施方式的示意图;
图3在透视的、局剖切视图中的根据本发明的照明装置的实施方式的示意图;和
图4高压汞蒸汽灯的光分布与根据本发明的照明装置的光分布的比较。
具体实施方式
接下来参照附图描述优选的实施例。其中,在不同的附图中的相同的、类似的或者效果相同的元件设置相同的附图标记,并且部分地放弃这些元件的重复的描述,以避免冗余。
在图1中示意性地描绘了在顶视图中的根据本发明的散热体的实施方式。散热体具有带有三个侧翼1的壁部区段,每个侧翼通过多个连接支杆2与环形的中央的连接元件3(中央区段)连接。在侧翼1的每两个相邻的连接支杆2之间存在开口4,开口用于在散热体的内部和周围环境之间的换气。
每个侧翼1包含多个纵向的区段5。在附图中,每个侧翼1分别绘制有六个纵向的区段5,然而也能够使用其他数目的纵向的区段,例如3、4、5、7、8等。
每个纵向的区段5又包含多个分段6。在附图中,每个纵向的区段5绘制有两个分段6,然而也能够使用其他数目的分段,例如3、4、5等。
散热体在注塑成型工艺中由能导热的塑料制成。这意味着,纵向的区段5和分段6不是装配成为侧翼的单独的元件,而构成了侧翼的逻辑性的区段。
每两个相邻的、本身分别基本上为平的分段6彼此成角度地放置,从而每个侧翼具有双曲率,即,由于纵向的区段5之间或者在圆周方向上相邻的分段6之间的角度的在圆周方向U上的曲率;以及由于每个纵向的区段5的分段6之间的角度的在轴向方向A(图1中垂直于制图平面)上的曲率。
每个侧翼1在圆周方向U上延伸跨越约110°。由此,在每两个侧翼1之间余下约为10°的间隔7。这个间隔7用于在散热体的内部和周围环境之间的换气。
所描述的实施方式的每个侧翼1还描述为,侧翼1由两个平截头棱锥形的区段构成。在此,所示的每个平截头棱锥形的区段为多面的棱锥体的平截头棱锥中的约110°的片段。内部的平截头棱锥形的区段通过连接支杆2固定在中央的连接元件3上。内部的平截头棱锥形的区段的外表面与轴向方向围成大约为25°的角。
在内部的平截头棱锥形的区段上连接外部的平截头棱锥形的区段。外部的平截头棱锥形的区段的外表面与轴向方向围成大约为8°的角。
当然,上述的角度数据只是举例。也能够使用其他数值。
在图2中示意性地显示出在侧视剖切图中的根据本发明的照明装置的实施方式。同一个实施方式在图3中示意性地描绘在透视的、局部剖视图中。
根据本发明的照明装置具有灯头8(例如E40、E27等类型的爱迪生螺旋灯头),灯头与管状的驱动外壳9连接。驱动外壳9基本上跨越照明装置的整体长度沿轴向方向延伸。在驱动外壳中,能够安装照明装置的电驱动器(未绘制)。驱动外壳优选由电绝缘的材料制成。
两个散热体如图1所示与驱动外壳9连接,灯头侧的散热体从驱动外壳9的灯头侧的末端大致延伸至其中部。远离灯头侧的散热体从驱动外壳9的远离灯头侧的末端同样大致延伸至其中部。在照明装置的中部,散热体末端之间余下间隔10,间隔用于在照明装置的内部和其周围环境之间的换气。
在侧翼1的内侧上清楚地看到散热片11,散热片延伸至驱动外壳9上。为每个纵向的区段5设置一个散热片11,散热片分别用作为纵向的区段5和中央的连接元件3之间的连接支杆2或者过渡为连接支杆2。
在侧翼1的外侧上清楚地看到柔性的电路板,多个LED 13作为半导体-发光元件布置在电路板上。为每个纵向的区段5设置一个电路板12。能够在侧翼中设置电缆绝缘套管(未绘制),用于电路板12和驱动器之间的电连接。
将外侧上的多个LED 13与内侧的散热片11相对地布置在每个纵向的区段上。借此产生一条从LED 13至散热片11尽可能短的热路径,其有利于良好的散热。
每个侧翼1设置一个半透明(尤其漫散射)的保护层14,保护层通过锁定元件(未绘制)与侧翼1连接。尤其当照明装置应用在没有提供附加保护的灯具中时,半透明的保护层14用于保护LED 13以防外界影响,这尤其在户外可能有利。
侧翼之间和散热体之间的间隔7、10未(至少未全部地)被半透明的保护层14封闭,从而仍能够在照明装置的内部和周围环境之间换气。
根据本发明的照明装置的这种敞开的结构确保LED的温度与安装位置(水平或垂直)无关地维持在允许的参数范围内。
在此描述的根据本发明的照明装置具有紧凑的结构,其尺寸仅微不足道地(最高10%)超出同样光照强度的被代替的高压汞蒸汽灯-或者高压钠蒸汽灯-照明装置的尺寸。由此,根据本发明的照明装置能够作为改装灯应用在许多现存的灯具中。
通过大量(在必要时,具有较低功率)的LED的应用和其在整个的灯外表上的均匀的分布,根据本发明的照明装置在近场中具有与被代替的高压汞蒸汽灯-和高压钠蒸汽灯-照明装置类似的照射特性(也就是说,照明装置的整体外表面类似于被代替的照明装置中的灯罩外表面地发光)。
通过在LED上的漫散射的保护层的应用能够进一步改善发光面的均匀度。此外,通过侧翼的曲率和由此安装在其上的电路板使得在前方和后方存在足够的光。根据本发明的照明装置在近场中的照射特性又与被代替的高压汞蒸汽灯-和高压钠蒸汽灯-照明装置的照射特性非常相似。这在图4中可以明显看出,在图4中,左侧显示了传统的高压汞蒸汽灯灯泡的测量的光分布并且右侧显示了根据本发明的照明装置的模拟的光分布。由此,照明装置的几乎相同的照射特性确保借助根据本发明的照明装置继续获得灯具的标准的光分布。
虽然通过所示的实施例进一步详细地说明和描述了本发明,但是本发明不限制于此并且技术人员能够由此在不偏离本发明的保护范围的情况下推导出其他的变体。
只要没有通过例如“正好一个”等表述明确地排除,“一个”、“一个(阴性)”等,尤其是“至少一个”或“一个或多个”等普遍能够理解为单数或者复数。
只要没有明确地排除,数值能够正巧是给出的数目,也能够包含普遍的公差。
在不偏离本发明的范围的情况下,所有在实施例中描述的单个特征能够在适用情况下彼此组合和/或互换。
附图标记说明
1 侧翼
2 连接支杆
3 中央的连接元件
4 开口
5 纵向的区段
6 分段
7 两个侧翼之间的间隔
8 灯头
9 驱动外壳
10 散热体之间的间隔
11 散热片
12 电路板
13 LED
14 半透明的保护层
A 轴向方向
U 圆周方向
Claims (12)
1.照明装置具有两个散热体和多个半导体-发光元件(13),其中每个所述散热体具有中央区段(3)和远离所述中央区段(3)延伸并且至少局部地包围散热体内腔的壁部区段(1),其特征在于,两个所述散热体彼此相对地放置,还在于两个所述散热体布置成在所述散热体之间存在环形的开口(10),所述壁部区段包括允许在所述散热体内腔和周围环境之间换气的开口,并且所述半导体-发光元件(13)布置在所述散热体的所述壁部区段(1)的外侧上。
2.根据权利要求1所述的照明装置,其中两个所述散热体具有相同的结构。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的照明装置,其中所述散热体由能导热的塑料制成。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的照明装置,还具有用于控制所述半导体-发光元件(13)的电驱动器,其中所述驱动器布置在至少一个所述散热体的所述散热体内腔中。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的照明装置,还具有至少两个半透明的保护层(14),所述保护层分别跨越多个所述半导体-发光元件(13)的至少一部分延伸。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的照明装置,其中每个所述壁部区段具有两个或更多的侧翼(1),其中所述中央区段是中央的连接元件(3),其中散热体的所有侧翼(1)通过所述中央的连接元件(3)彼此连接,其中每个侧翼(1)沿轴向方向(A)延伸,其中每个侧翼(1)在所述轴向方向(A)上具有曲率。
7.根据权利要求6所述的照明装置,其中每个侧翼(1)沿圆周方向(U)延伸,其中每个侧翼(1)还在所述圆周方向上具有曲率。
8.根据权利要求6所述的照明装置,其中每个侧翼(1)具有第一平截头棱锥形的区段和连接在所述第一平截头棱锥形的区段上的第二平截头棱锥形的区段,其中所述第二平截头棱锥形的区段与所述中央的连接元件(3)连接,其中所述第一平截头棱锥形的区段的侧面与所述轴向方向(A)围成第一角,并且所述第二平截头棱锥形的区段的侧面与所述轴向方向(A)围成第二角,其中所述第一角和所述第二角度不同。
9.根据权利要求6所述的照明装置,其中每个侧翼(1)具有两个或更多纵向的区段(5),其中每个所述纵向的区段(5)具有两个或更多分段(6),其中每个所述分段(6)和相邻的分段(6)成角度地布置。
10.根据权利要求6所述的照明装置,其中每两个侧翼(1)沿圆周方向彼此有间隔地布置。
11.根据权利要求6所述的照明装置,其中每个侧翼(1)通过多个连接支杆(2)与所述中央的连接元件(3)连接。
12.根据权利要求6所述的照明装置,其中每个侧翼(1)在所述侧翼(1)的内侧上具有多个散热片(11)。
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