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Die
Erfindung betrifft eine LED-Lampe und bezieht sich im Besonderen
auf eine Hochleistungs-LED-Lampe.
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LED-Lampen,
d. h. Lampen mit Licht emittierenden Dioden als Leuchtmittel, weisen
eine lange Lebensdauer, eine hohe Energieeffizienz, einen geringen
Stromverbrauch und eine hohe Funktionssicherheit auf. Aufgrund dieser
vorteilhaften Eigenschaften werden sie zunehmend als Ersatz für Glühlampen
und Energiesparlampen eingesetzt. Um eine größere Helligkeit zu erzielen,
werden in herkömmlichen
LED-Lampen gewöhnlich
mehrere LEDs verwendet und eventuell mit Reflektoren, wie beispielsweise
Spiegeln, kombiniert. Eine größere Helligkeit kann
auch durch die Verwendung von Hochleistungs-LEDs erzielt werden.
Diese produzieren jedoch eine entsprechend höhere Verlustleistung. Wird diese
nicht ausreichend abgeführt,
kommt es zu einer Beeinträchtigung
der Funktion der LED bis hin zu deren Zerstörung. Zur Verringerung der
erzeugten Wärmeleistung
können
die LEDs mit geringerem Strom betrieben werden. Dies führt jedoch
wiederum zu einer Beeinträchtigung
der Helligkeit. Daher versucht man, über geeignete andere Maßnahmen
die Wärmeableitung
von der LED zu verbessern, beispielsweise durch Einbetten der LED
in eine Matrix, Kühlen der
LED über
eine Reflektorwanne oder Kühlkörper oder
Verwendung eines Ventilators. Diese Lösungen sind jedoch noch nicht
vollständig
zufrieden stellend, insbesondere da sie konstruktiv sehr aufwändig sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine einfache und effektive
Kühlung
für eine
LED in einer LED-Lampe anzugeben und damit eine kostengünstige LED-Lampe
mit hoher Lichtausbeute zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst, die
abhängigen Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist eine LED-Lampe mit zumindest einer
LED (lichtemittierenden Diode), einem Wärmeleitkörper und einem Kühlkörper, wobei
der Wärmeleitkörper zwischen
der zumindest einen LED und dem Kühlkörper so angeordnet ist, dass
die von der LED erzeugte Wärme über den
Wärmeleitkörper an
den Kühlkörper abgeleitet
wird.
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Durch
diese spezielle Bauform der LED-Lampe kann die von der LED erzeugte
Wärme in
effizienter Weise an den Kühlkörper abgeleitet
werden, sodass in der erfindungsgemäßen LED-Lampe auch Hochleistungs-LEDs
eingesetzt werden können,
die mit höheren
Strömen
und damit entsprechend höheren
Verlustleistungen betrieben werden. Gemäß der Erfindung handelt es
sich bei der LED vorzugsweise um eine Hochleistungs-LED, wobei die LED-Lampe
selbstverständlich
nicht nur eine, sondern auch mehrere (Hochleistungs-)LEDs umfassen kann.
Vorzugsweise enthält
die LED-Lampe jedoch nur eine (Hochleistungs-)LED.
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Die
LED-Lampe kann ferner eine Stromversorgung, einen Isolationskörper, einen
Sockel und eine Abdeckung aufweisen, wobei sich der Kühlkörper zweckmäßig zwischen
dem Sockel und der Abdeckung befindet.
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Die
Stromversorgung ist wegen der kompakteren Bauweise vorteilhaft innerhalb
des Isolationskörper
angeordnet und ferner insbesondere als Schaltnetzteil ausgeführt.
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Für eine optimale
Wärmeableitung
wird das Material des Wärmeleitkörpers und/oder
des Kühlkörpers vorzugsweise
unter den Materialien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit ausgewählt, insbesondere unter
Aluminium, Kupfer, Messing, Eisen oder Graphit; diese Materialien
sind dem Fachmann bekannt. Besonders vorteilhaft besteht der Wärmeleitkörper aus
Aluminium. Ferner ist der Wärmeleitkörper insbesondere
als dünnes
Blech ausgeführt.
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Der
Isolationskörper
besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung kann der Kühlkörper zur
Aufnahme des Isolationskörpers
und der Stromversorgung als Hülse ausgeführt sein.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist die Stromversorgung vorteilhaft innerhalb des Isolationskörper und
der Isolationskörper
innerhalb des Kühlkörpers angeordnet.
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Die
LED und der Wärmeleitkörper können sich
an der Außenseite
des Kühlkörpers befinden.
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Die
Hülse kann
vorteilhaft einen ringförmigen Mittelabschnitt
aufweisen, dessen Außendurchmesser
größer als
der Außendurchmesser
des oberen Abschnitts der Hülse
ist. Dieser ringförmige
Abschnitt der Hülse
kann beispielsweise als Auflage für die Abdeckung dienen.
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Der
untere Teil des als Hülse
ausgeführten Kühlkörpers ist
vorteilhaft mit einem Außengewinde ausgestattet,
das zum Einschrauben in den Sockel ausgebildet ist. Andererseits
ist der Sockel gemäß dieser
Ausführungsform
vorzugsweise mit einem Innengewinde zum Aufschrauben auf den Kühlkörper versehen.
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Zum
Schutz der LED und aus Gründen
einer gleichmäßigeren
Beleuchtung kann eine Abdeckung vorgesehen werden. Die Abdeckung
kann eine in etwa kugelförmige
oder quaderförmige
Form aufweisen. Sie besitzt eine Öffnung, durch die die LED in das
Innere der Abdeckung eingeführt
werden kann. Vorteilhaft entspricht die obere Seite des Kühlkörpers oder
der ringförmige
Mittelabschnitt des Kühlkörpers dem
unteren Abschnitt der Abdeckung.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen LED-Lampe schließt der Kühlkörper an
den Isolationskörper
an.
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Der
Kühlkörper ist
beispielsweise ringförmig ausgeführt.
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Der
Isolationskörper
kann vorteilhaft einen oberen, ringförmig ausgebildeten Abschnitt
aus einem elastischen Material aufweisen, der an die untere Seite
des Kühlkörpers angrenzt,
wobei sich der Wärmeleitkörper und
die LED insbesondere auf der gegenüberliegenden, oberen Seite
des Kühlkörpers befinden.
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Vorteilhaft
ist gemäß dieser
Ausführungsform
der Isolationskörper
in seinem unteren Abschnitt mit einem Außengewinde versehen, das zum Einschrauben
in den Sockel ausgebildet ist.
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Auch
gemäß dieser
Ausführungsform
kann eine Abdeckung vorgesehen werden, die ebenfalls eine in etwa
kugelförmige
oder quaderförmige
Form aufweisen kann und mit einer Öffnung versehen ist, durch
die die LED in das Innere der Abdeckung eingeführt wird. Vorzugsweise schließen der
obere, ringförmig
ausgebildete Abschnitt des Isolationskörpers und der Kühlkörper an
den unteren Abschnitt der Abdeckung an.
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Durch
die erfindungsgemäße LED-Lampe, bei
der zwischen Abdeckung und Sockel ein Kühlkörper vorgesehen ist, kann im
Betrieb die von der LED gebildete Wärme in effizienter Weise über den
Wärmeleitkörper an
den Kühlkörper abgeleitet
werden. Dadurch ist es möglich,
die LEDs in ihrem Leistungsmaximum mit der maximalen Lichtausbeute
zu betreiben, ohne deren Lebensdauer zu verkürzen. Hierdurch können LED-Lampen
mit einer Leistungsaufnahme von 3 bis 5 Watt geschaffen werden,
die herkömmliche
Glühlampen
und Energiesparlampen ersetzen können.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen,
von denen zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform
einer Hochleistungs-LED-Lampe in Explosionsdarstellung;
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2 die
Ausführungsform
der 1 in einer Seitenansicht;
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3 eine
zweite Ausführungsform
einer Hochleistungs-LED-Lampe in Explosionsdarstellung;
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4 die
Ausführungsform
der 3 in einer Seitenansicht.
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In
den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen LED-Lampe
dargestellt. Die LED-Lampe weist eine LED 31, einen Wärmeleitkörper 41,
einen Kühlkörper 51,
einen Sockel 81, eine Abdeckung 11, einen Isolationskörper 61 und
eine Stromversorgung 71 auf.
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Die
LED 31 ist am Wärmeleitkörper 41 angeordnet.
Der Wärmeleitkörper 41 ist
als Platte ausgeführt
und besteht aus Aluminium. Der Kühlkörper 51 befindet
sich zwischen der Abdeckung 11 und dem Sockel 81.
Der Isolationskörper 61 ist
in den Kühlkörper 51 integriert.
Die Stromversorgung 71 befindet sich im Innern des Isolationskörpers 61.
Die LED 31 und der Wärmeleitkörper 41 aus
Aluminium sind auf dem Kühlkörper 51 angeordnet.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist die Stromversorgung 71 als Schaltnetzteil ausgeführt, das
die Netzspannung in die zum Betrieb der LED erforderlichen Niedrigspannung
wandelt.
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Der
Kühlkörper 51 kann
aus Aluminium, Kupfer, Eisen, Messing oder Graphit mit hoher Wärmeleitfähigkeit
hergestellt sein. Der Kühlkörper 51 ist
in grober Näherung
zylinderförmig
ausgebildet, wobei die Grundflächen
des "Zylinders" Öffnungen aufweisen. Die Innengeometrie
des Kühlkörpers 51 ist
an die Geometrie des darin aufzunehmenden Isolationskörpers 61 angepasst.
An der Mantelfläche
weist der Kühlkörper 51 im
mittleren Bereich einen ringförmig umlaufenden
Vorsprung auf, dessen Außendurchmesser
den größten Außendurchmesser
des Kühlkörpers bildet.
Der Kühlkörper 51 weist
in seinem unteren Bereich, d. h. in dem dem Sockel zugewandeten
Abschnitt, ein Außengewinde
an seiner Mantelfläche
auf, das im montierten Zustand in ein im Sockel 81 ausgebildetes
Innengewinde eingreift. Der Abschnitt oberhalb des ringförmig umlaufenden
Vorsprungs des Kühlkörpers ist
an die Öffnung
der Abdeckung 11 so angepasst, dass er durch die Öffnung hindurchgeführt werden
kann.
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Die
Innengeometrie des Kühlkörpers 51 ist an
die Außengeometrie
des Isolationskörpers 61 angepasst,
wobei diese Geometrie abweichend von dem in der 1 dargestellten
kreisförmigen
Querschnitt insbesondere auch einen dreieckigen, viereckigen, fünfeckigen
oder polygonalen Querschnitt haben kann.
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Der
Isolationskörper 61 befindet
sich zwischen der Stromquelle 71 und dem Kühlkörper 51 und
dient zur Isolierung der Stromversorgung 71 gegenüber dem
Kühlkörper 51.
Hierzu ist der Isolationskörper 61 als
Hohlkörper
ausgebildet, in dessen Innenraum die Stromversorgung 71 aufgenommen wird.
Zur Fixierung der Stromversorgung kann der Isolationskörper 61 mit
Anschlägen
versehen sein, wie beispielsweise durch den nach oben gerichteten Boden
der in der 1 topfförmig ausgebildeten Geometrie.
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Die
LED 31 ist an dem Wärmeleitkörper 41 befestigt,
der seinerseits, beispielsweise mittels Schrauben 21 am
Kühlkörper 51 befestigt
ist. Der Kühlkörper 51 nimmt
den Isolationskörper 61 in
seinem Innern auf. Die Stromversorgung 71 ist mit der LED 31 beispielsweise über Drahtleitungen
elektrisch verbunden. Die LED und der Wärmeleitkörper 41 aus Aluminium
befinden sich über
dem Kühlkörper 51,
d. h. an der der Abdeckung zugewandeten Seite.
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Durch
die Anordnung der LED 31 auf dem durch den Kühlkörper 51 verbundenen
Wärmeleitkörper 41 wird
die von der LED erzeugte Wärmeenergie über den
Kühlkörper 51 nach
außen
abgeführt,
sodass die LED mit hoher Lichtausbeute im Innern der Abdeckung 11 betrieben
werden kann.
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Die
LED 31 befindet sich in dieser Ausführungsform im Innern der Abdeckung 11.
Die Abdeckung 11 kann abweichend von der in den 1 und 2 gezeigten
kugelförmigen
Ausführung
auch quaderförmig
gestaltet sein. Die Form des Kühlkörpers 51 ist
an die Gestaltung der unteren Seite der Abdeckung 11 angepasst.
Zweckmäßig ist
die Abdeckung 11 aus einem transparenten Material hergestellt,
z. B. aus PMMA (Polymethylmethacrylat) oder einem Glas. Je nach
Bedarf kann die Oberfläche
der Abdeckung zum Erzielen einer diffuseren Beleuchtung durch eine
Oberflächenbehandlung,
wie Sandstrahlen oder Schleifen, mattiert werden.
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In
den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Hochleistungs-LED-Lampe
dargestellt. Diese LED-Lampe weist eine LED 32, einen Wärmeleitkörper 42,
einen Kühlkörper 52,
einen Sockel 82, eine Abdeckung 12, einen Isolationskörper 62 und
eine Stromversorgung 72 auf.
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Die
LED 32 ist am Wärmeleitkörper 42 angeordnet.
Der Wärmeleitkörper 42 ist
als Platte ausgeführt
und besteht aus Aluminium. Abweichend von der oben beschriebenen
Ausführungsform
befindet sich der Kühlkörper 52 zwischen
dem Isolationskörper 62 und
der Abdeckung 12, wobei seine Außenseite mit einer Außenfläche der
LED-Lampe zusammenfällt.
Die LED-Lampe weist einen Isolationskörper 62 auf, innerhalb
dessen die Stromversorgung 72 aufgenommen ist. Der Kühlkörper 52 ist
zwischen dem Isolationskörper 62 und
dem Wärmeleitkörper 42 aufgenommen.
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Die
Stromquelle 72 entspricht dem oben beschriebenen Schaltnetzteil.
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Der
Kühlkörper 52 kann
aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
gebildet sein, wie den oben genannten. Er weist eine die Außengeometrie der
Abdeckung 12 fortführende,
in grober Näherung ringförmige Außengeometrie
auf. Die Innengeometrie des Kühlkörpers kann
hiervon abweichen und insbesondere dreieckig, viereckig, fünfeckig
oder polygonal ausgeführt
sein. Der Isolationskörper
besteht aus Kunststoff und ist in seiner Form zur Aufnahme in dem
Sockel 82 angepasst.
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An
der der Abdeckung 12 zugewandten Seite weist der Isolationskörper 62 einen
ringförmigen Abschluss 621 aus
einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, auf. Dieser Abschnitt 621 dient außer einer Überführung der
Geometrie des Kühlkörpers 52 in
die Geometrie des Isolationskörpers 62 in erster
Linie zur elektrischen Isolation des Kühlkörpers 52. Zur Aufnahme
in dem Sockel 82 ist die Außenseite des Isolationskörpers 62 zweckmäßigerweise
mit einem Außengewinde
versehen, das in ein Innengewinde des Sockels 82 einschraubbar
ist. Der Kühlkörper 52 bildet
eine Einfassung für
den unteren Bereich der Abdeckung 12. Die über elektrische
Leitungen mit der Stromversorgung 72 verbundene LED 32 ist
im Inneren der Abdeckung 12 angeordnet. Durch die thermische
Verbindung der LED 32 über den
Wärmeleitkörper 42 mit
dem Kühlkörper 52 wird deren
Verlustwärme
effektiv nach außen
abgeführt, wodurch
die LED 32 mit maximaler Leistung und größter Lichtausbeute
betrieben werden kann. Hierdurch kann ein Betrieb der LED von 3
bis 5 W erzielt werden, wodurch ein Ersatz von Glühlampen
oder Energiesparlampen möglich
ist.
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Wie
beschrieben befindet sich die LED 32 innerhalb der Abdeckung 12,
Die kugel- bzw. quaderförmige
Abdeckung 12 weist eine Öffnung auf, an der der Kühlkörper 52 anschließt, und
durch die der Wärmeleitkörper 42 geführt ist.
Die untere Seite des Kühlkörpers schließt an den
ringförmigen
Abschnitt 621 des Isolationskörpers 62 an. Die Form
des Kühlkörpers 52 und
des ringförmigen
Abschnitts 621 des Isolationskörpers 62 führen jeweils
die Außengeometrie der
Abdeckung zum Sockel hin fort. Die Abdeckung ist aus einem transparenten
Material wie beispielsweise PMMA oder einem Glas hergestellt. Die
Oberfläche
der Abdeckung kann mittels Sandstrahlen oder Schleifen mattiert
sein, um eine gleichmäßige Ausleuchtung
zu erzielen.