DE102009008096A1 - Kühlkörper für eine Leuchtvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine Leuchtvorrichtung, insbesondere Lampe, und eine Leuchtvorrichtung mit dem Kühlkörper.
- Eines der Probleme bei Lampen mit Leuchtdioden (LED)-Technologie ist die hohe Temperatur, welche durch die LEDs entsteht, da von der Temperatur die Lebensdauer und die Effizienz der LEDs abhängt. Deshalb verfügen einige LED-Lampen über einen mit den LEDs thermisch verbundenen Kühlkörper. Die meisten Kühlrippen sind als lammellenartige Kühlrippen ausgeführt, welche außenseitig entlang des Lampenkörpers verlaufen. Entlang dieser Lamellen entsteht ein ”Kamineffekt”, welcher eine bessere Wärmeabfuhr erreicht als eine Wärmeabfuhr durch einfache Konvektion oder Strahlung, da die Luft mit erhöhter Geschwindigkeit an den Lamellen vorbeiströmt. Dieser Effekt entsteht jedoch nur, wenn sich die Lampe in einer 'senkrechten' Lage befindet, bei der die Kühlrippen senkrecht stehen. In einer 'waagerechten' Lage, bei der die Kühlrippen waagerecht oder horizontal liegen, wird die Lampe daher bedeutend warmer als in der senkrechten Lage.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlkörper für eine Leuchtvorrichtung mit einer lageunabhängigeren Kühlung bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird mittels eines Kühlkörpers und einer Leuchtvorrichtung nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
- Der Kühlkörper weist mehrere Kühlrippen auf, wobei benachbarte Kühlrippen jeweils einen Kühlrippenzwischenraum begrenzen, und weist mindestens einen Luftkanal zur Verbindung mindes tens zweier Kühlrippenzwischenräume auf. Dadurch kann ein Kamineffekt auch für den Fall erzeugt werden, dass der Kühlkörper oder seine Kühlrippen waagerecht oder horizontal ausgerichtet ist oder sind. Denn nun kann eine in einem Kühlrippenzwischenraum erwärmte Luft durch den Luftkanal und weiter durch einen anderen, höherliegenden Kühlrippenzwischenraum abgeführt werden. Durch die Kühlkörperkonstruktion kann die Lampe also quer von Luftströmungen durchströmt werden. Dies ist beispielsweise bei einem Einsatz in Bodennähe und in der Nähe einer Raumdecke von Vorteil, da dort durch den Luftaustausch eine vertikale Luftströmung entsteht.
- Vorteilhafterweise können die Kühlrippen oder die Kühlrippenzwischenräume zumindest abschnittsweise an einen innenliegenden Hohlraum oder freien Raum grenzen, der den mindestens einen Luftkanal beinhaltet oder bildet. Dadurch kann ein besonders einfacher Luftkanal gebildet werden.
- Vorteilhafterweise können sich die Kühlrippen zumindest abschnittweise entlang einer Längsachse des Kühlkörpers und um den Hohlraum herum nach Außen erstrecken, was einen besonders geradlinigen Luftkanal und damit schnelle Luftströmungen ermöglicht.
- Vorteilhafterweise können die Kühlrippen winkelsymmetrisch um eine Längsachse des Kühlkörpers um den Hohlraum angeordnet sein. Dadurch ist der Kamineffekt bei waagerechter Lage des Kühlkörpers im Wesentlichen von seiner Drehlage um seine Längsachse unabhängig.
- Vorteilhafterweise können zumindest einige Kühlrippen zumindest abschnittsweise lateral beidseitig freie Kanten aufweisen. Dadurch werden besonders große Luftdurchgangsöffnungen erreicht, was einen Kamineffekt unterstützt. Unter den lateral beidseitig freien Kanten werden bei sich nach Außen erstreckenden Kühlrippen die (lateral bzw. bezüglich der Längsachse) äußere Kante und die innere Kante verstanden.
- Vorteilhafterweise können zumindest einige Kühlrippen zumindest abschnittweise dreiseitig freie Kanten aufweisen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass diese Kühlrippen zumindest abschnittsweise frei stehen und nur einseitig mit einem anderen Teil des Kühlkörpers, z. B. einer Trägerplatte oder Trägerscheibe, verbunden sind. Dadurch kann ein besonders luftdurchlässiger und leichter Kühlkörper erreicht werden. Insbesondere mögen sich die frei stehenden Kühlrippen oder Kühlrippenabschnitte nicht berühren.
- Vorteilhafterweise kann das Gehäuse für die Treiberelektronik an einem rückseitigen Ende der Kühlrippen befestigt sein. Dadurch kann eine maximale thermische Entkopplung zwischen einer vorderseitig angebrachten mindestens einen Lichtquelle und der Ansteuerelektronik erreicht werden. Insbesondere kann der Kabelkanal von beabstandeten Kühlrippen umgeben sein, wobei die Kühlrippen das Kabel z. B. im Querschnitt sternförmig umgeben können.
- Vorteilhafterweise kann der Kühlkörper mittels eines durch den Hohlraum laufenden Kabelkanals mit dem Gehäuse verbunden sein. Dadurch kann eine einfach umsetzbare Verdrahtung zwischen mindestens einer Lichtquelle und der Ansteuerelektronik ermöglicht werden.
- Vorteilhafterweise kann der Kabelkanal ein lichtleitendes Material aufweisen. Dieses kann mit mindestens einer Lichtquelle optisch gekoppelt sein. Dadurch kann eine besonders hochwertige Anmutung erreicht werden.
- Die Kühlrippen können vorteilhafterweise lamellenartig geformte Kühlrippen sein.
- Die Leuchtvorrichtung weist mindestens einen solchen Kühlkörper auf.
- Vorteilhafterweise kann der Kühlkörper thermisch mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle verbunden sein. Grundsätzlich ist die Verwendung des Kühlkörpers jedoch auch mit anderen Lichtquellen möglich. Die Art der Halbleiterlichtquelle ist grundsätzlich nicht beschränkt. Die Halbleiterlichtquelle kann ein oder mehrere Halbleiteremitter, insbesondere Leuchtdioden (LEDs), aufweisen. Der oder die Halbleiter-Emitter kann bzw. können einzeln gehäust sein (z. B. 'Einzel-LED'), oder es können auch mehrere Halbleiteremitter auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) aufgebracht sein, z. B. durch Bestückung eines Substrats aus AlN mit LED-Chips. Die elektrische Verbindung der Halbleiteremitter mit dem Submount geschieht vorteilhafterweise durch Chip-Level-Verbindungsarten, wie Ronden (Drahtbonden, Flip-Chip-Ronden) usw., während das Submount und die Einzel-LED vorteilhafterweise durch herkömmliche Verbindungsarten wie Löten mit der Trägerplatte elektrisch kontaktiert werden. Grundsätzlich können ein oder mehrere Submounts auf der Trägerplatte oder einem der starren Trägerbereiche montiert sein. Bei Vorliegen mehrerer Halbleiteremitter können diese in der gleichen Farbe strahlen, z. B. weiß, was eine einfache Skalierbarkeit der Helligkeit ermöglicht. Die Halbleiteremitter können aber zumindest teilweise auch eine unterschiedliche Strahlfarbe aufweisen, z. B. Rot (R), Grün (G), Blau(B), Bernstein (A) und/oder Weiß (W). Dadurch kann ggf. eine Strahlfarbe der Lichtquelle durchgestimmt werden, und es kann ein beliebiger Farbpunkt eingestellt werden. Insbesondere kann es bevorzugt sein, wenn Halbleiteremitter unterschiedlicher Strahlfarbe ein weißes Mischlicht erzeugen können. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlIn-GaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs) einsetzbar. Allgemein sind auch andere Halbleiterlichtquellen wie Laserdioden einsetzbar.
- Der Kühlkörper ist besonders vorteilhaft mit einer Leuchtvorrichtung einsetzbar, die als Retrofitlampe, insbesondere zum Ersatz einer Glühlampe oder Leuchtstofflampe, ausgestaltet ist.
- In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
-
1 zeigt in Schrägansicht Teile einer Leuchtvorrichtung mit einem Kühlkörper gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 zeigt die in1 gezeigten Teile der Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in Seitenansicht; -
3 zeigt als Schnittdarstellung entlang einer Schnittlinie A-A in Ansicht von hinten die Leuchtvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform; -
4 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von hinten analog zur Ansicht aus3 eine Leuchtvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
5 zeigt als Schnittdarstellung in Ansicht von hinten analog zur Ansicht aus3 und4 eine Leuchtvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. -
1 zeigt in Schrägansicht und2 zeigt in Seitenansicht Teile einer Leuchtvorrichtung R mit einem Kühlkörper1 , einem Gehäuse2 für eine Treiberelektronik und einem Kabelkanal3 , wobei der Kabelkanal3 einen Innenraum des Gehäuses2 mit dem Kühlkörper1 verbindet. Der Kühlkörper1 weist einen vorderen scheibenförmigen Teil4 auf, welcher eine sich nach hinten erstreckende, konzentrische, becherähnliche Ausnehmung5 aufweist. Die becherähnliche Ausnehmung5 weist an ihrem Boden eine sich nach hinten erstreckende, konzentrisch angeordnete stutzenähnliche Öffnung6 auf. An der Rückseite7 der Scheibe4 setzen senkrecht Kühlrippen8 in Form von lamellenförmigen Kühlrippen an. Die Kühlrippen8 erstrecken sich rückwärtig in Richtung der Längsachse I des Kühlkörpers1 und dazu winkelsymmetrisch und geradlinig radial. Die Kühlrippen8 sind mit der Scheibe4 über deren gesamte radiale Ausdehnung (ohne die Ausnehmung5 ) verbunden, um eine effektive Wärmeleitung zwischen der Scheibe4 und den Kühlrippen8 zu ermöglichen. An einer Vorderseite19 der Scheibe4 , einschließlich der Ausnehmung5 , kann die Lichtquelle (o. Abb.) direkt oder indirekt (z. B. über ein Submount und/oder eine Leiterplatte) befestigt werden und insbesondere nach vorne (in Richtung der Längsachse I) abstrahlen. - In rückwärtiger Richtung bleibt der (lateral) innere Rand bzw. die innere Kante
9 der jeweiligen Kühlrippe8 geradlinig und parallel zur Längsachse I, während der (lateral) äußere Rand10 nach Innen (auf die Längsachse I zu) läuft; dadurch verringert sich die Querschnittsfläche der Kühlrippen8 in rückwärtiger Richtung (entgegen der Richtung der Längsachse I). Dadurch kann insbesondere eine Form einer zugehörigen Lampe R erreicht werden, die als Retrofitlampe zum Ersatz einer Glühbirne geeignet ist. Die Kühlrippen8 sind somit bezüglich des Kühlkörpers1 nur mit ihrer Vorderseite befestigt, und zwar an der Scheibe4 , und ragen ansonsten frei in den Raum (d. h. mit ihrer lateral inneren Kante9 , ihrer lateral äußeren Kante10 und ihrer rückseitigen Kante11 . Dadurch umgeben sie oder durch benachbarte Kühlrippen8 jeweils begrenzte Kühlrippenzwischenräume13 (siehe3 ) einen gemeinsamen, konzentrischen Hohlraum12 . Durch das Vorsehen des Hohlraums12 und dadurch, dass der Hohlraum12 lateral (senkrecht zur Längsachse I) nach Außen offen ist, ist der Kühlkörper1 in der Mitte durchlässig für Luftströmungen. Die Luftströmungen können in waagerechter Lage des Kühlkörpers1 durch die warmen Kühlrippen8 erzeugt werden, welche die Luft in ihrer Nähe erwärmen und so durch den Hohlraum12 zum Aufstieg bringen (Kamineffekt). Der seitlich offene Hohlraum12 verhindert somit eine Stauung warmer Luft bei waagerechter Lage des Kühlkörpers1 bzw. der Kühlrippen8 . - Im Bereich der hinteren oder rückwärtigen Kanten
11 stecken die Kühlrippen8 in dem Gehäuse2 für die Treiberelektronik, und zwar in hier nicht dargestellten Schlitzen, wodurch das Gehäuse2 an dem Kühlkörper1 mechanisch fixiert wird. Die Verbindung zwischen Gehäuse2 und Kühlkörper1 kann fest (z. B. mittels Verklebens oder Rastens) oder lösbar sein. Zur Kabelführung zwischen der in dem Gehäuse2 befindlichen Treiberelektronik (o. Abb.) und vorderseitig angeordneten Lichtquellen (o. Abb.), welche mit dem Kühlkörper1 thermisch verbunden sind, führt der Kabelkanal3 konzentrisch zur Längsachse I von dem Gehäuse2 durch den Hohlraum12 zum Stutzen6 . Dabei ist seine Querschnittfläche so gering, dass eine Luftströmung durch den Hohlraum12 nicht behindert wird. Der Kabelkanal3 ist zur Gewichtersparnis und kostengünstigen Herstellung aus Kunststoff gefertigt. -
3 zeigt einen Schnitt durch den Kühlkörper1 und den Kabelkanal3 aus1 und2 entlang der Schnittlinie A-A in Ansicht von hinten. Die ebenen Kühlrippen8 sind im Querschnitt bezüglich der Längsachse I radial und winkelsymmetrisch ausgerichtet. Jede der Kühlrippen8 weist einen gleichen Abstand zur Längsachse auf. Je zwei benachbarte Kühlrippen8 begrenzen einen jeweiligen Kühlrippenzwischenraum13 bzw.13a bis13j . Durch die Beabstandung der Kühlrippen8 wird der konzentrisch um die Längsachse I angeordnete Hohlraum12 gebildet, der sich zu jedem der Kühlrippenzwischenräume13 hin öffnet. Bei Erwärmung des Kühlkörpers1 und damit der Kühlrippen8 wird durch Wärmestrahlung oder Konvektion die Luft in den Kühlrippenzwischenräumen13 erwärmt. Bei den sich außenseitig zu Seite und nach oben öffnenden Kühlrippenzwischenräumen13a –13e ,13j würde ohne den Hohlraum12 die erwärmte Luft dann einfach (bezüglich der Radialenrichtung) außenseitig aus dem jeweiligen Kühlrippenzwischenraum13 ,13b aufsteigen, allerdings ohne Kamineffekt. In diesem Fall würde sich zudem die Luft in den außenseitig nach unten öffnenden Kühlrippenzwischenräumen13f –13i stauen. Durch den Hohlraum12 wird aber ein innenliegender Luftkanal zwischen den Kühlrippenzwischenräumen13 bzw.13a –13j gebildet. Folglich kann in den sich nach unten öffnenden Kühlrippenzwischenräumen13f –13i erwärmte Luft durch den als Luftkanal wirkenden Hohlraum12 insbesondere in einen sich außenseitig nach oben öffnenden Kühlrippenzwischenraum13a –13d aufsteigen und durch diesen weiter nach Außen abströmen. Dadurch wird nicht nur ein Wärmestau in den sich nach unten öffnenden Kühlrippenzwischenräumen13f –13i vermieden, sondern es stellt sich zudem ein Kamineffekt ein, durch den die Luft mit hoher Geschwindigkeit an den Kühlrippen8 vorbeiströmt, wodurch eine Wärmeabfuhr auch in den sich nach oben öffnenden Kühlrippenzwischenraum13a –13d verbessert wird. Eine mögliche Luftströmung zwischen zwei Kühlrippenzwischenräumen13i und13b ist hier durch den gestrichelten Pfeil L angedeutet. Der konzentrisch zur Längsachse I angeordnete röhrenförmige Kabelkanal3 ist so bemessen, dass er den Strömungsquerschnitt für die Luftströmung zwischen den Kühlrippenzwischenräumen13 nicht wesentlich behindert. -
4 zeigt einen Schnitt durch einen weiteren Kühlkörper14 gemäß einer weiteren Ausführungsform und einen Kabelkanal3 in einer zu3 analogen Darstellung. Der Kühlkörper14 weist nun im Querschnitt weiterhin nach Außen gerichtete Kühlrippen15 auf, die jedoch nicht geradlinig nach Außen laufen, sondern gekrümmt. -
5 zeigt einen Schnitt durch einen Kühlkörper16 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform und einen Kabelkanal3 in einer zu3 und4 analogen Darstellung. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen weist der Kühlkörper16 nun zwei unterschiedliche Sätze von Kühlrippen17 ,18 auf, wobei die Kühlrippen17 ,18 der beiden Sätze bezüglich der Längsachse I jeweils winkelsymmetrisch, radial geradlinig und beabstandet ausgebildet sind, jedoch die Kühl rippen18 des zweiten Satzes gegenüber den Kühlrippen17 des ersten Satzes winkelversetzt und weiter beabstandet sind, wobei die Kühlrippen18 des zweiten Satzes ferner teilweise in die zugeordneten Kühlrippenzwischenräume13 der Kühlrippen17 des ersten Satzes ragen. Das Muster aller Kühlrippen17 ,18 ist weiterhin winkelsymmetrisch bezüglich der Längsachse I. Durch diese Anordnung wird die Wärmeübertragungsfläche vom Kühlkörper16 auf die Luft vergrößert und folglich der Kamineffekt verstärkt. - Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können die Kühlrippen auch anders geformt sein, z. B. frei geformt. Auch mag der Luftkanal zur Verbindung mindestens zweier Kühlrippenzwischenräume keinen Hohlraum beinhalten, sondern mag beispielsweise durch Öffnungen in den Kühlrippen gebildet werden.
-
- 1
- Kühlkörper
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kabelkanal
- 4
- scheibenförmiger Teil des Kühlkörpers
- 5
- Ausnehmung
- 6
- stutzenähnliche Öffnung
- 7
- Rückseite des scheibenförmigen Teils
- 8
- Kühlrippe
- 9
- innere Kante oder Rand der Kühlrippe
- 10
- äußere Kante oder Rand der Kühlrippe
- 11
- rückwärtige Kante oder Rand der Kühlrippe
- 12
- Hohlraum
- 13
- Kühlrippenzwischenraum
- 14
- Kühlkörper
- 15
- Kühlrippe
- 16
- Kühlkörper
- 17
- Kühlrippe
- 18
- Kühlrippe
- 19
- Vorderseite der Scheibe
- A
- Schnittlinie
- I
- Längsachse
- L
- Luftströmung
- R
- Leuchtvorrichtung
Claims (13)
- Kühlkörper (
1 ) für eine Leuchtvorrichtung (R), aufweisend mehrere Kühlrippen (8 ), wobei benachbarte Kühlrippen (8 ) jeweils einen Kühlrippenzwischenraum (13 ) begrenzen, und aufweisend mindestens einen Luftkanal (12 ) zur Verbindung mindestens zweier Kühlrippenzwischenräume (13 ). - Kühlkörper (
1 ) nach Anspruch 1, bei dem die Kühlrippen (8 ) oder die Kühlrippenzwischenräume (13 ) zumindest abschnittsweise einen innenliegenden Hohlraum (12 ) begrenzen, der zumindest einen Teil des mindestens einen Luftkanals bildet. - Kühlkörper (
1 ) nach Anspruch 2, bei dem die Kühlrippen (8 ) sich zumindest abschnittweise entlang einer Längsachse (I) des Kühlkörpers (1 ) und um den Hohlraum (12 ) herum nach Außen erstrecken. - Kühlkörper (
1 ) nach Anspruch 3, bei dem die Kühlrippen (8 ) winkelsymmetrisch um eine Längsachse (I) des Kühlkörpers (1 ) um den Hohlraum (12 ) herum angeordnet sind. - Kühlkörper (
1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Kühlrippen (8 ) zumindest abschnittsweise lateral beidseitig freie Kanten (9 ,10 ) aufweisen. - Kühlkörper (
1 ) nach Anspruch 5, bei dem die Kühlrippen (8 ) zumindest abschnittweise dreiseitig freie Kanten (9 ,10 ,11 ) aufweisen. - Kühlkörper (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mit einem Gehäuse (2 ) für eine Treiberelektronik verbunden ist. - Kühlkörper (
1 ) nach den Ansprüchen 6 und 7, bei dem das Gehäuse (2 ) für die Treiberelektronik an einem rückseitigen Ende (11 ) der Kühlrippen (8 ) befestigt ist. - Kühlkörper (
1 ) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, welcher mittels eines durch den Hohlraum (12 ) laufenden Kabelkanals (3 ) mit dem Gehäuse (2 ) verbunden ist. - Kühlkörper (
1 ) nach Anspruch 9, bei dem der Kabelkanal (3 ) ein lichtleitendes Material aufweist. - Leuchtvorrichtung (R), aufweisend mindestens einen Kühlkörper (
1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. - Leuchtvorrichtung (R) nach Anspruch 11, die als Retrofitlampe ausgestaltet ist.
- Leuchtvorrichtung (R) nach Anspruch 11 oder 12, bei der der Kühlkörper (
1 ) thermisch mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle verbunden ist.
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