DE102008025735A1

DE102008025735A1 - Leuchteinheit

Info

Publication number: DE102008025735A1
Application number: DE200810025735
Authority: DE
Inventors: Harald Dellian
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: EP2279376A1; WO2009144128A1; TW200949154A; DE102008025735C5; DE102008025735B4

Abstract

Es wird eine Leuchteinheit angegeben, umfassend einen Sockel, ein LED-Modul, eine Vorrichtung zur Wärmeleitung, die thermisch mit dem Sockel gekoppelt ist; einen Füllstoff zur Wärmeverteilung, der zumindest teilweise thermisch mit dem LED-Modul und zumindest teilweise thermisch mit der Vorrichtung zur Wärmeleitung gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchteinheit, insbesondere eine LED-Retrofit-Lampe.
Retrofit-Lampen verdrängen zunehmend herkömmliche Glühbirnen insbesondere bei Lampen höherer Leistungen. Dabei steigt auch die in den Retrofit-Lampen umgesetzte elektrische Leistung, was insbesondere zu Problemen bei der Wärmeableitung von LED-Modulen und von Vorschaltgeräten, die zur Ansteuerung der LED-Module verwendet werden, führt.
Zur Abführung von Wärme von elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs) ist es bekannt, thermisch leitfähige und elektrisch isolierende Füllstoffe wie Sand oder Teer zu verwenden. Insbesondere ist eine solche Wärmeleitung bei Halotronictrafos bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Möglichkeit zur Wärmeableitung von Wärmequellen einer Leuchteinheit mit wärmeempfindlichen Wärmequellen bereitzustellen, insbesondere zur Wärmeableitung von Leuchtmodulen und Elektronikbausteinen beispielsweise bei einer LED-Retrofit-Lampe.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Leuchteinheit angegeben, welche umfasst:

– einen Sockel,
– ein LED-Modul,
– eine Vorrichtung zur Wärmeleitung, die thermisch mit dem Sockel gekoppelt ist;
– ein Füllstoff zur Wärmeerteilung, der zumindest teilweise thermisch mit dem LED-Modul und zumindest teilweise thermisch mit der Vorrichtung zur Wärmeleitung gekoppelt ist.

Die Leuchteinheit ist insbesondere eine Retrofit-Leuchteinheit mit einem Kolben ähnlich oder gleich einer bekannten Form bzw. Kontur, z. B. in Form einer herkömmlichen Glühlampe, wobei die Leuchteinheit zum Einsatz in herkömmlichen Lampenfassungen geeignet ist. Die Leuchteinheit weist bevorzugt ein LED-Modul mit einer entsprechenden Ansteuerung (einem elektronischen Vorschaltgerät) auf. Das LED-Modul umfasst mindestens eine Leuchtdiode. Allgemein handelt es sich bei der Leuchteinheit um jedwedes Leuchtmittel, das in einer Fassung betrieben werden kann.
In einer Weiterbildung umfasst der Füllstoff zumindest teilweise ein thermisch leitendes Material.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Füllstoff Sand und/oder Teer umfasst.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Vorrichtung zur Wärmeleitung mindestens eine Sonde aufweist, die zumindest teilweise in den Füllstoff ragt und/oder zumindest teilweise mit dem Füllstoff thermisch gekoppelt ist.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist die Sonde dazu eingerichtet und angeordnet, besser Wärme an den Sockel abzuleiten als die mechanische Kontaktierung zur Fassung.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Sonde länglich und im Wesentlichen parallel zu einem Hals der Leuchteinheit ausgeführt ist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Sonde halbrund und/oder zylindrisch ausgeführt ist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Sonde eine zugespitzte Kante zum Eingriff in den Füllstoff aufweist. Dies erleichtert insbesondere eine Einführung der Sonde bei einem Zusammenbau der Leuchteinheit.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Vorrichtung zur Wärmeleitung ein Mittel zu Begrenzung eines Raums für den Füllstoff bzw. zur Gewichtsreduzierung aufweist.
Hierdurch kann effizient Füllstoff eingespart und/oder Gewicht reduziert werden.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung weist die Vorrichtung zur Wärmeleitung halbrunde und/oder zylindrische Kühlflächen auf.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Vorrichtung zur Wärmeleitung ein Haltemittel für eine Platine aufweist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Platine Bauteile eines elektronischen Vorschaltgeräts umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass das Haltemittel für die Platine eine vorgegebene galvanische Trennung von der Vorrichtung zur Wärmeleitung aufweist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass das LED-Modul mindestens eine Leuchtdiode umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Füllstoff ein granulares und insbesondere zumindest teilweise wiederverwertbares Füllmittel umfasst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend schematisch anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert. Es zeigen:
1 eine Skizze eines Leuchtmittels gemäß einer Ausführungsform als Retrofit-Lampe;
2 eine Skizze einer Kühleinheit als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
3 eine Kühleinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 eine Leuchteinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
1 zeigt eine Leuchteinheit 1 mit einem Kolben 2, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, in dem ein LED-Modul 3 angeordnet ist.
Das LED-Modul 3 ist an einem Haltemittel 4 z. B. in Form einer Platine befestigt. Die Platine 4 liegt dabei so im Kolben 2, dass sie mit ihrem Rand vom Kolben gehalten wird. Mittels des LED-Moduls 3 wird Licht in eine obere Hemisphäre des Kolbens 2 und weiter nach außen abgestrahlt. Der Kolben 2 kann klar oder milchig (opak) ausgeführt sein.
Eine Oberseite der Platine 4 schließt einen dem LED-Modul zugehörigen Teilraum des Kolbens 2 gegen einen ihrer Unterseite zugehörigen Teilraum des Kolbens 2 ab.
Unterhalb der Platine 4, d. h. in Richtung eines Sockels 5, ist der Kolben 2 zumindest teilweise mit einem Füllstoff 6 gefüllt. Der Füllstoff 6 kann ein einheitlicher Füllstoff sein oder eine Mischung aus mehreren Füllstoffen oder aus dem gleichen Füllstoff mit unterschiedlichen Materialeigenschaften, beispielsweise verschiedenen Teilchengröße etc.
Ein unterer, an den Sockel 5 grenzender Teil des Kolbens 2 ist in Form eines Halses 7 ausgestaltet.
Die Leuchteinheit 1 weist ferner eine Vorrichtung zur Wärmeleitung auf, die in den Kolben 2 ragt und thermisch mit dem Sockel 5 gekoppelt ist. Die Vorrichtung zur Wärmeleitung weist im gezeigten Fall ein Mittel zur Begrenzung eines Raums für den Füllstoff 6 in Form einer Abschlussplatte 8 auf. Die Abschlussplatte 8 ist in der gezeigten Ausführungsform am unteren Ende des Kolbens 2 bzw. des Halses 7 angeordnet. Durch die Platine 4 und die Abschlussplatte 8 wird der Raum für den Füllstoff 6 (oben sowie unten) begrenzt. Die entsprechende seitliche Begrenzung wird durch denjenigen Abschnitt des Kolbens 2 bzw. des Halses 7 erreicht, der sich jeweils zwischen den beiden Abschlusselementen, nämlich dem oberen Abschlusselement in Form der Platine 4 und dem unteren Abschlusselement in Form der Abschlussplatte 8, befindet.
Kolbenseitig weist die Vorrichtung zur Wärmeleitung 4 zwei halbzylinderschalenförmige Wärmeleiter 9, 10 auf, die sich von der Abschlussplatte 8 aus senkrecht nach oben durch den Hals 7 des Kolbens 2 hindurch und bis zu dem aufgeweiteten Teil des Kolbens 2 erstrecken.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Wärmeleiter auch als ein einstückiger Zylinderrohrabschnitt ausgeführt sein.
Zwischen den Wärmeleitern 9, 10 befindet sich die Abschlussplatte 8, ein Halter 11 zur Befestigung und Versorgung eines elektrischen Platine oder Schaltung, insbesondere eines Vorschaltgeräts, bzw. zur Aufnahme einer Leiterplatte eines solchen elektronischen Vorschaltgeräts 12.
Durch die Höhe der Wärmeleiter 9, 10 wird die Dimensionierung der galvanischen Trennung zur Platine 4 maßgeblich bestimmt. Sockelseitig sind an der Abschlussplatte 8, bzw. durch diese hindurchgeführt, Wärmeankopplungselemente 13 vorgesehen zur thermischen Ankopplung der Wärmeleiter 9, 10 an den Sockel 5. Diese Wärmeankopplungselemente 13 können als ein einziges Wärmeankopplungselement oder einstückig mit den Wärmeleitern 9, 10 ausgeführt sein beispielsweise derart, dass die Wärmeleiter 9, 10 durch die Abschlussplatte 8 hindurch bis zum thermischen Kontakt mit dem Sockel geführt werden.
Beim Betrieb der Leuchteinheit 1 werden sowohl das LED-Modul 3 als auch das elektronische Vorschaltgerät 12 durch die abgegebene elektrische Leistung aufgeheizt. Diese Wärme wird an den Füllstoff 6 abgegeben, der sich zwischen den beiden Abdeckelementen 4, 8 befindet. Der Füllstoff 6 leitet die Wärme an die Wärmeleiter 9, 10 weiter, welche die Wärme wiederum an den Sockel 5 transportieren. Mittels des Füllstoffs 6 wird ein schneller und effizienter Wärmetransport aus der Leuchteinheit 1 erreicht.
Ohne die Wärmeleiter 9, 10 würde der Füllstoff 6 die Wärme nur gleichmäßig in der Lampe 1 verteilen, die erzeugte Wärme könnte dann nur über Kühlrippen abgegeben werden. Daher ist die Verwendung der Wärmeleiter 9, 10, die in den Füllstoff eingesetzt werden, von Vorteil.
Der interne Kühlkörper umfasst die Abschlussplatte 8, die Wärmeleiter 9, 10, das Haltemittel 11 für die Platine und die Wärmeankopplungselemente 13 in Richtung Sockel 5 und schließt somit auch den Raum ab, in dem sich der Füllstoff 6 befindet. Auf der gegenüberliegenden Seite der Abschlussplatte 8 liegen vorzugsweise Metallflächen auf dem Sockel 5 auf.
Die Wärmeleiter 9, 10 sind vorteilhaft geometrisch halbrund angeordnet. Auch ist eine zylindrische Form der Wärmeleiter 9, 10 günstig. Die Länge der Wärmeleiter ist möglichst groß, um eine große thermische Wirkung anhand einer entsprechend großen Übergangsfläche zu erzielen. Vorzugsweise erstreckt sich die Länge der Wärmeleiter 9, 10 bis zum Bereich der galvanischen Trennung von elektrischen Komponenten des Vorschaltgeräts 12. Vorzugsweise beträgt die Länge der Wärmeleiter 9, 10 ungefähr zwei Drittel der Länge des Lampenhalses 7. Die kolbenseitigen (oberen) Enden der Wärmeleiter 9, 10 sind vorzugsweise spitz ausgeführt, so dass sie in den Füllstoff einführbar sind (Spatenwirkung).
Alternativ können die inneren Kühlflächen auch zur Platinenhalterung (für das Vorschaltergerät) eingesetzt werden.
Durch die Abschlussplatte 8 werden elektrische Anschlussdrähte geführt, die vorzugsweise elektrisch isoliert sind und damit keine echten Wärmeleiter für die Leuchteinheit 1 darstellen.
2 zeigt eine Vorrichtung 14 zur Wärmeleitung basierend auf der Darstellung gemäß 1. Die Vorrichtung 14 umfasst die Wärmeleiter 9, 10, die auf der Kunststoff-Abschlussplatte 8 angebracht sind und sich im wesentlichen senkrecht nach oben in Richtung Kolben (siehe 1) erstrecken. Weiterhin gezeigt sind das zwischen den Wärmeleitern 9, 10 vorgesehene Haltermittel 11 für die Platine 12 eines elektrischen Vorschaltgeräts und die nach unten d. h. in Richtung Sockel führenden Wärmeankopplungselemente 13.
3 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Vorrichtung 15 zur Wärmeleitung, bei der im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 2 das Wärmeankopplungselement 16 bzw. die Wärmeankopplungselemente 16 nicht schräg freiliegend angeordnet sind, sondern direkt auf der Unterseite der Abschlussplatte 8 aufliegend seitlich zum Sockel 5 geführt werden. Im Gegensatz zur 2 wird somit ein direkter Kontakt am Rand des Sockels hergestellt. Auch hier können die Wärmeankopplungselemente 16 als separat gefertigte Bauteile vorliegen, oder Teile eines Wärmeleiters 9, 10 sein.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Leuchteinheit 17 ähnlich der Leuchteinheit 1 aus 1, bei der die Abschlussplatte 8 nicht am unteren Rand des Kolbens 2 bzw. dessen Halses 7, sondern bezüglich einer Höhenposition beispielsweise mittig im Hals 7 des Kolbens 2 angeordnet ist.
Diese Ausführung weist gegen der ersten Ausführungsform gemäß 1 den Vorteil auf, dass weniger Füllstoff 6 nötig ist und somit Gewicht und Kosten eingespart werden können.
Die Wärmeleiter 9, 10 sind durch die Abschlussplatte 8 hindurchgeführt, wobei nun aufgrund der reduzierten Bauhöhe für die Platine 19 des elektronischen Vorschaltgeräts diese Platine 19 vorzugsweise zweigeteilt ist. Dementsprechend befinden sich auf der Abschlussplatte 8 zwei Platinenhalter 18 zur Aufnahme eines entsprechenden Teils der Platine 19 für das elektronische Vorschaltgerät.
Um eine gute Wärmeableitung aus der Lampe 1 bereitzustellen, befinden sich die Bauelemente mit der höchsten Wärmeentwicklung (verlustreichste Elemente der Elektronik, Treiber) auf demjenigen Teil der Platine 19, die sich im Raum für den Füllstoff 6 befindet.

1: Leuchteinheit
2: Kolben (z. B. Glas oder Kunststoff)
3: LED-Modul
4: Haltemittel, Platine
5: Sockel
6: Füllstoff
7: Hals
8: Abschlussplatte
9: Wärmeleiter
10: Wärmeleiter
11: Halter
12: Vorschaltgerät bzw. Platine des Vorschaltgeräts
13: Wärmeankopplungselement
14: Vorrichtung zur Wärmeleitung
15: Vorrichtung zur Wärmeleitung
16: Wärmeankopplungselement
17: Leuchteinheit
18: Platinenhalter
19: Platine

Claims

Leuchteinheit (1) umfassend – einen Sockel (5), – ein LED-Modul (3), – eine Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15), die thermisch mit dem Sockel (5) gekoppelt ist; – ein Füllstoff (6) zur Wärmverteilung, der zumindest teilweise thermisch mit dem LED-Modul (3) und zumindest teilweise thermisch mit der Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) gekoppelt ist.
Leuchteinheit nach Anspruch 1, bei der der Füllstoff (6) zumindest teilweise ein thermisch leitendendes Material umfasst.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Füllstoff (6) Sand und/oder Teer umfasst.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) mindestens eine Sonde (9, 10) aufweist, die zumindest teilweise in den Füllstoff (6) ragt und/oder zumindest teilweise mit dem Füllstoff (6) thermisch gekoppelt ist.
Leuchteinheit nach Anspruch 4, bei der die mindestens eine Sonde (9, 10) Wärme an den Sockel (5) ableitet.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der die mindestens eine Sonde (9, 10) länglich und im wesentlichen parallel zu einem Hals (7) der Leuchteinheit (1) ausgeführt ist.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die mindestens eine Sonde (9, 10) halbrund und/oder zylindrisch ausgeführt ist.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der die mindestens eine Sonde (9, 10) eine zugespitzte Kante zum Eingriff in den Füllstoff (6) aufweist.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) ein Mittel (8) zur Begrenzung eines Raums für den Füllstoff (6) bzw. zur Gewichtsreduzierung aufweist.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) halbrunde und/oder zylindrische Kühlflächen aufweist.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) ein Haltemittel (11, 18) für eine Platine (12, 19) aufweist.
Leuchteinheit nach Anspruch 11, bei der die Platine (12, 19) Bauteile eines elektronischen Vorschaltgeräts umfasst.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der das Haltemittel (11, 18) für die Platine (12, 19) eine vorgegebene galvanische Trennung von der Vorrichtung zur Wärmeleitung (14, 15) aufweist.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das LED-Modul (3) mindestens eine Leuchtdiode umfasst.
Leuchteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Füllstoff (6) ein granulares und insbesondere zumindest teilweise wiederverwertbares Füllmittel umfasst.