DE102009019227A1

DE102009019227A1 - LED lamp

Info

Publication number: DE102009019227A1
Application number: DE102009019227A
Authority: DE
Inventors: Istvan Bakk
Original assignee: Ledon Lighting Jennersdorf GmbH
Current assignee: Ledon Lighting Jennersdorf GmbH
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2011-01-13
Also published as: US20100271836A1; DE102010028229A1; US8864345B2

Abstract

Es wird eine LED-Lampe mit einem Hitzableitungsmittel zum Ableiten von Hitze aus der Hitzesenke beschrieben, wobei das Hitzeableitungsmittel ein mindestens teilweise doppelschichtiges Element mit einem mit einem Hitzeübertragungsfluid gefüllten Hohlraum für die Fluidzirkulation aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED-Lampe mit mindestens einem Hitzeableitungsmittel sowie einen Scheinwerfer, der diese LED-Lampe aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Ableiten von Hitze von einer LED-Lampe.
LED-Lampen insbesondere umgerüstete LED-Lampen, sind im Stand der Technik gut bekannt. Eine umgerüstete LED-Birne kann man als eine LED-Lampe auffassen, die eine übliche Glühlampe oder eine Halogenlampe oder kompaktes fluoreszierendes Licht ohne Adaption ersetzten kann, die das gleiche Kontaktbasiselement (z. B. eine Schraubkontaktbasis einer Glühlampe oder Stabkontaktelemente von Halogenlampen oder dergleichen) aufweist. Die Größe einer umgerüsteten LED-Glühbirne ist ein ernstzunehmender einschränkender Faktor. Die Oberfläche des Kühlelements konkurriert mit dem Lichtverteilungselement und der Antriebselektronik. Je größer der Lichtdiffuser ist, um so mehr erreicht man ein Glühbirnenstrahlungsmuster. Machbare Licht übertragende Materialien haben schlechte Hitzeleiteigenschaften, deswegen geht die für die Lichtverteilung verwendete Fläche für den Hitzetransport an die Luft verloren.
Eine mögliche Lösung ist die Hitzekonvektion durch Lichtübertragungsfluids, die stark von der Temperaturdichte abhängig sind. Dieses Problem ist zuvor in der EP 1 881 259 A1 angesprochen worden, beispielsweise durch Eintauchen des LED-Moduls in ein Fluidbad. Dabei ist ein großes Volumen des Fluids mit einem hohen Gewicht vorhanden. Außerdem ist beim Aufheizen die Volumenänderung groß, was zu einem hohen Überdruck in der Birne führt, so dass eine große Menge heißer Flüssigkeit auslaufen kann, wenn die Glühbirne aufgrund dieses Überdrucks bricht.
Außerdem ist die Kühlung von LEDs in Automobilscheinwerfernanwendungen eine Herausforderung, und in den meisten Fällen werden aktive Kühlsysteme verwendet, wobei das andere Problem das Entfrosten des Scheinwerfers während der kalten Jahreszeit ist. Herkömmliche Scheinwerferquellen (z. B. Glühlicht, Halogen, Entladung) strahlen eine signifikante Menge an infrarotem Licht ab, was die Scheinwerferummantelung entfrostet.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Nachteile gemacht worden, und ihre Aufgabe besteht darin, eine LED-Lampe mit einem Hitzableitungsmittel, das eine kleine Menge eines Hitzeübertragungsfluids aufweist, während eine ausreichende Hitzableitung erhalten bleibt, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe ist gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst worden. Die abhängigen Ansprüche studieren in vorteilhafter Weise weiter die zentrale Idee der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert wird, ist eine LED-Lampe mit einem Hitzableitungsmittel zum Ableiten von Hitze aus der Hitzesenke, wobei das Hitzeableitungsmittel ein mindestens teilweise Doppelschichtelement mit einem mit einem Hitzeübertragungsfluid gefüllten Hohlraum für die Fluidzirkulierung aufweist.
Gemäß dieser Anordnung wird nur eine kleine Menge an Hitzeübertragungsfluid (im Folgenden ebenfalls als Fluid bezeichnet) benötigt, während man eine ausgedehnte Fläche für den Hitztransport an die Luft hat, was die Hitzeableitung verbessert. Dieses führt ebenfalls zu einer LED-Lampe, die sehr viel leichtgewichtiger ist, im Vergleich zu einer Lampe, deren Volumen vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, so dass die Lampe ebenfalls billiger ist. Beim Aufheizen ist darüber hinaus die Volumenänderung vergleichsweise niedrig, so dass die Gefahr des Zerbrechens, z. B. der Birne aufgrund eines hohen Überdrucks, verringert ist. Selbst wenn das Hitzeableitungsmittel (z. B. die Birne), wegen irgendwelcher Gründe zerbricht, könnte nur eine kleine Menge heißer Flüssigkeit auslaufen, so dass schwerwiegende Verletzungen der Anwender verringert oder sogar vermieden werden können. Somit sind Risiken in Verbindung mit einem Zerbrechen der Kappe und dem entsprechenden Auslaufen der erhitzten Flüssigkeit vermindert.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 2 definiert ist, ist das Hitzeableitungsmittel derart ausgestaltet, dass die Zirkulierung durch (natürliche) Hitzekonvektion erreicht wird. Deswegen braucht man kein aktives Kühlsystem, das für die aktive Zirkulierung des Fluids bestimmt ist, was die Anzahl von Teilen und die Komplexität der Anordnung reduziert. Darüber hinaus ist ein einfacher Weg der Hitzeableitung dadurch gegeben, indem die (hohe) Temperaturdichteabhängigkeit der Flüssigkeit, damit sie aufgrund von Konvektion zirkuliert, angewendet wird. Die Konvektionshitzeübertragung hat ebenfalls den Vorteil, dass der Mechanismus in jeder Lage funktioniert (d. h. beim Hängen, Stehen, etc.), z. B. einer umgerüsteten LED-Lampe oder dergleichen.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 3 ausgeführt ist, ist das Hitzeableitungsmittel ein Lichtdiffusermittel für die Lichtverteilung des von einem LED-Modul emittierten Lichts, und in der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 4 ausgeführt, ist das Doppelschichtelement eine transparente Lichtemissionskappe. Es ist daher möglich, die Fläche, die für die Lichtverteilung oder Diffusion für den Hitzetransport an die Luft verwendet wird, teilweise oder sogar ganz zu nutzen, während nur eine kleine Menge an Hitzeübertragungsflüssigkeit angewendet wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie im Anspruch 5 ausgeführt, ist das Hitzeableitungsmittel eine doppelwandige Lichtumhüllung mit einer inneren Schale und einer äußeren Schale. Deswegen kann man eine LED-Lampe mit einer Lichtumhüllungsform oder einer herkömmlichen Glühbirnenform mit den Vorteilen der Hitzeableitung erhalten, wobei ebenfalls die Lichtverteilungsfläche für den Hitzetransport an die Luft verwendet wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 6 ausgeführt, ist die LED-Birne eine umgerüstete LED-Lampe oder LED-Glühbirne. Somit kann man eine LED-Lampe mit der erfindungsgemäßen Hitzeableitung erhalten, während die LED-Lampe zur gleichen Zeit die herkömmlichen Lampentypen einfach ersetzen kann, wie beispielsweise Glühlampen oder Halogenlampen oder kompakte Fluoreszenzlichter ohne irgendwelche Änderungen an der Lampe. Somit ist das Gebiet der Anwendung der LED-Lampe erweitert.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 7 ausgeführt, umfasst die LED-Lampe weiterhin eine Hitzsenke, auf der ein LED-Modul angebracht ist, wobei das Hitzeableitungsmittel derart ausgestaltet ist, dass das Fluid innerhalb des Doppelschichtelements zur Ableitung von Hitze aus der Hitzesenke zirkulieren kann. Somit können herkömmliche LED-Module, die auf der Hitzesenke oder dem Substrat angebracht sind, verwendet werden. Außerdem ist die Fläche zur Ableitung der Hitze von der Hitzesenke an das Fluid vergrößert, so dass die Hitzeableitung verstärkt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 8 ausgeführt, ist das Fluid durch zwei Schichten des Doppelschichtelements, die an ihren offenen Enden verschmolzen sind oder durch ein Basiselement eingeschlossen. Deswegen ist das Fluid sicher im Inneren des Doppelschichtelements verschlossen.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 9 ausgeführt ist, ist das Basiselement zwischen der Hitzesenke und dem Hitzeableitungselement unter Verschluss der Hitzeleitung angeordnet. Da das Basiselement als Verschlusselement zwischen der Hitzesenke und dem Hitzeableitungsmittel angeordnet ist, kann das Hitzeableitungsmittel einfach angebracht werden, während man gleichzeitig den Verschluss erhält, und die Hitzeübertragung von der Hitzesenke an das Hitzeableitungsmittel ist nicht behindert, selbst wenn es über das Basiselement, das hitzeleitend ist, getragen wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 10 ausgeführt ist, ist das Basiselement ein Ringelement, und in der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 11 ausgeführt, sind die beiden Schichten des Doppelschichtelements mit der inneren und äußeren Seite des Ringelements durch Verkleben oder Erhitzen verbunden. Somit können die beiden Schichten des Schichtelements einfach an dem Basiselement befestigt sein, insbesondere wenn das Hitzeableitungsmittel eine doppelwandige umgerüstete LED-Glühbirne, die im Allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt hat, ist.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 12 ausgeführt ist, sind Fließrichtungselemente zwischen den Schichten des Doppelschichtelements angeordnet. Somit kann die Konvektion verstärkt werden, weil die Flüssigkeit geführt werden kann, um die beste Hitzeableitung zu erreichen. Außerdem ist die durch Aktion betriebene Zirkulierung beschleunigt, ohne dass die Emission des Lichts blockiert ist.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 13 ausgeführt, sind die Fließrichtungselemente integral mit dem Doppelschichtelement geformt. Somit kann die Herstellung des LED-Moduls vereinfacht werden, es kann Zeit gespart werden und es können somit Kosten reduziert werden.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 14 ausgeführt, sind die Fließrichtungselemente aus einem Klebstoff oder Polymerstreifen hergestellt. Die Fließrichtungselemente können daher ohne weitere zur Verfügung gestellt werden oder sogar zusammen mit dem Hitzableitungsmittel geformt werden, was die Produktion vereinfacht und Zeit und Kosten spart.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 15 ausgeführt, sind Konvektionsverstärkungselemente zwischen den Schichten des Doppelwandelements angeordnet, und in der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 16 ausgeführt, umfassen die Konvektionsverstärkungselemente Hitzeübertragungselemente oder Hitzeisolierungselemente. Durch diese Merkmale wird die Konvektion durch Extrakonvektion verstärkende Mittel unterstützt, was zu einer verstärkten und sicheren Hitzeübertragung führt.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 17 ausgeführt, umfassen die Konvektionsverstärkungselemente Hitzeleitungselemente und Hitzeisolierungselemente, die abwechselnd angeordnet sind. Somit kann durch die Verwendung der zuvor genannten Merkmale die Konvektion sogar noch mehr verstärkt werden.
In der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen 18 und 19 ausgeführt, umfassen die Hitzeleitungselemente Stäbe und/oder Führungen, die sich von einem Grenzbereich des Hitzeableitungsmittels und einem LED-Modul, der Hitzesenke oder dem Basiselement in den mit dem Hitzeübertragungsfluid gefüllten Hohlraum erstrecken, und sie sind aus einem Hitze leitenden Material, beispielsweise einem Hitze leitenden Metall, hergestellt. Somit kann die Hitze zum Fluid über eine größere Oberfläche transportiert werden, während das Fluid selbst entlang der Stäbe und/oder Führungen geführt wird, um somit den Konvektionsfluss der Hitze zu verbessern.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 20 ausgeführt, werden die Hitze isolierenden Elemente aus einem isolierenden Material, beispielsweise Siliconschaumisolatoren, gebildet.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 21 ausgeführt, ist das Fluid ein Gefrierschutzmittel auf Wasserbasis mit Alkohol oder Glykol, oder ein Mineralöl oder ein Siliconöl, oder ihre Mischungen, und in der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 25 ausgeführt, ist das Fluid Wasser oder Aceton oder Alkohol oder eine Kombination daraus.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 22 ausgeführt, weist das Hitzeableitungsmittel ein Dochtmittel auf, um das Hitze transportierende Fluid in einen Kerbenbereich des Hitzeableitungsmittels nahe am Grenzbereich mit einem LED-Modul, der Hitzesenke oder dem Basiselement anzusammeln. Mit diesem Merkmal muss der Hohlraum nicht vollständig mit dem Hitzeübertragungsfluid gefüllt sein, allerdings kann die Zirkulation ebenfalls mit einer sogar verringerten Menge dieses Fluids erreicht werden, weil der Rückfluss aufgrund des Dochtmittels gesichert ist. Somit sind die Sicherheit der Lampe im Hinblick auf einen Überdruck im Hitzeableitungsmittel und die Risiken, dass das Fluid, wenn die Lampe zerbricht, ausläuft, minimiert.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 23 ausgeführt, erstreckt sich das Dochtmittel in den Hohlraum vom Kerbenbereich weg vom LED-Modul. Deswegen ist eine Kapillarkraft über das gesamte Hitzeverteilungsmittel vorhanden, was weiterhin den Rückfluss des Fluids verstärkt.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 24 ausgeführt, ist das Dochtmittel aus einer Glasfaser, einer porösen Schicht oder einer Endfertigung der inneren Oberfläche oder einer Art von Oberflächenmusterung hergestellt. Somit kann das Dochtmittel einfach an dem Hitzeableitungsmittel angewendet werden, indem eine Glasfaser eingesetzt wird, oder die Oberfläche eingerichtet wird, während das Hitzeableitungsmittel hergestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 25 ausgeführt ist, ist das Dochtmittel transparent oder durchscheinend. Somit kann das Licht unbeeinträchtigt das Dochtmittel passieren, womit die Lichtverteilung oder -emission nicht behindert wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 26 ausgeführt ist, ist das Hitzeübertragungsfluid (4) Wasser oder Aceton oder Alkohol oder eine Kombination daraus.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 27 ausgeführt ist, sind die Schichten des Doppelschichtelements im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Mit diesem Merkmal erreicht man eine gleichmäßige Konvektion und damit Hitzeableitung.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 28 ausgeführt ist, nähern sich die Schichten des Doppelschichtelements mindestens in einem Kerbenbereich des Hitzeableitungsmittels in der Nähe eines Grenzflächenbereichs mit einem LED-Modul, der Hitzesenke oder dem Basiselement, so dass Kapillarkräfte in diesem Kerbenbereich wirksam sein können. Mit diesem Merkmal kann der Rückfluss des Fluids in den Bereich des Hitzeableitungsmittels, wo die Hitze auf das Fluid übertragen wird, gesichert werden. Somit kann die Menge an für die Hitzeableitung verwendetem Fluid reduziert werden, ebenso auch in dem Fall, wenn kein Dochtmittel verwendet wird.
In der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 29 ausgeführt, ist das Doppelschichtelement aus Glas oder Kunststoffmaterial(ien), wie z. B. Polycarbonat (PC), Siliziumkautschuk oder ein anderes im Wesentlichen transparentes oder durchscheinendes Material hergestellt.
Die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüchen 30 und 31 ausgeführt, ist ein Scheinwerfer, der eine LED-Lampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst, und in der vorliegenden Erfindung, wie in Anspruch 30 ausgeführt, umfasst der Scheinwerfer weiterhin ein Scheinwerfergehäuse, wobei das Scheinwerfergehäuse mindestens teilweise das Hitzeableitungsmittel aufweist. Unter Verwendung der LED-Lampe der Erfindung in einem Scheinwerfer für z. B. Fahrzeuge, wird das Kühlen der LEDs und das Entfrosten des Scheinwerfergehäuses gleichzeitig bewerkstelligt, was die Anzahl von Teilen reduziert, die Produktion erleichtert und Kosten reduziert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Ableitung von Hitze von einer LED-Lampe, wie in Anspruch 32 ausgeführt ist. Bei dem Verfahren wird die Hitze des LED-Moduls zunächst auf die Hitzesenke übertragen und dann auf einen Grenzbereich eines Hitzeableitungsmittels, das ein mindestens teilweise Doppelschichtelement, das mit einem Hitzeübertragungsfluid gefüllt ist, aufweist. Die Hitze wird über das Übertragungsfluid durch Hitzekonvektion im Inneren des Hitzeableitungsmittels abgeleitet.
Wie in Anspruch 33 ausgeführt ist, umfasst das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Stufen des Verdampfens des Hitzeübertragungsfluids bei der Erhitzung, die Kondensation des Dampfes in kälteren Bereichen des Hitzeableitungsmittels und die Rückführung des Kondensats in einen Kerbenbereich des Hitzeableitungsmittels in der Nähe des Grenzbereichs mit einem LED-Modul, der Hitzesenke oder dem Basiselement durch Kapillarkräfte.
Wie in Anspruch 34 ausgeführt ist, können die Kapillarkräfte durch ein Dochtmittel und/oder die beiden Schichten des Doppelschichtelements, die sich im Kerbenbereich nähern, wirksam werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren und den eingeschlossenen Zeichnungen offensichtlich werden.
1 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Lampe, die eine erste Ausführungsform eines Hitzeableitungsmittels umfasst.
2 zeigt eine Bodenansicht des Hitzeableitungsmittels gemäß 1.
3a zeigt eine erste Ausführungsform eines Konvektionsverstärkungselements einer erfindungsgemäßen LED-Lampe.
3b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Konvektionsverstärkungselements einer erfindungsgemäßen LED-Lampe.
3c zeigt eine dritte Ausführungsform eines Konvektionsverstärkungselements einer erfindungsgemäßen LED-Lampe.
4 zeigt eine Aufsicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hitzeableitungsmittels.
5 zeigt eine schematische Querschnittsseitenansicht einer LED-Lampe nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem Dochtmittel.
6 zeigt eine schematische Zeichnung eines Dochtmittels.
7 zeigt eine teilweise Querschnittsseitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hitzeableitungsmittels.
8 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers.
1 zeigt eine LED-Lampe 1 nach einer Ausführungsform der Erfindung. Die LED-Lampe 1 weist ein Hitzeableitungsmittel 2 zur Ableitung von Hitze aus einer Hitzesenke (9, 51) der LED-Lampe 1 auf. Das Hitzeableitungsmittel 2 umfasst ein mindestens teilweise doppelwandiges oder Doppelschichtelement 3 mit einem mit einem Hitzeübertragungsfluid 4 gefüllten Hohlraum 5 dazwischen für die Fluidzirkulierung. Wie nun nachfolgend genauer erklärt wird, bei der Anwendung dieser Anordnung, wird nur eine kleine Menge eines Hitzeübertragungsfluids 4 im Vergleich zu einer Lampe benötigt, bei der das Fluid im gesamten Raum innerhalb des Hitzeableitungsmittels gefüllt ist, so dass die Menge des Übertragungsfluids 4 beträchtlich reduziert werden kann und die Hitzeableitung erhöht ist. Dieses führt ebenfalls zu einer viel leichtgewichtigeren LED-Lampe 1 im Vergleich zu einer Lampe, deren Volumen komplett mit einem Fluid gefüllt ist, wobei die Lampe ebenfalls billiger ist. Beim Erhitzen ist darüber hinaus die Volumenänderung vergleichsweise niedrig, so dass die Gefahr des Zerbrechens des Hitzeableitungsmittels 2 wie beispielsweise des doppelwandigen Birnenbereichs aufgrund eines hohen Überdrucks verringert ist. Selbst wenn das Hitzeableitungsmittel 2 (z. B. die Birne) wegen irgendwelcher Gründe zerbricht, könnte nur eine kleine Menge heißen Fluids 4 (z. B. Flüssigkeit) auslaufen, so dass schwerwiegende Verletzungen der Anwender reduziert oder sogar vermieden werden können. Somit sind die Risiken in Verbindung mit einem Zerbrechen der Kappe und das entsprechende Auslaufen des erhitzten Fluids 4 verringert.
Weil die Konvektion ohne weiteres erreicht werden kann, wie ebenfalls nachfolgend genau beschrieben und erklärt wird, funktioniert der Mechanismus gemäß der Erfindung in jeder Position (d. h. beim Hängen, Stehen, etc.) und deswegen ist seine Anwendung fast unbegrenzt.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das Hitzeableitungsmittel 2 ein Lichtdiffusermittel für die Lichtverteilung des von dem LED-Modul (M) der LED-Lampe 1 emittierten Lichts sein. Das Doppelschichtelement 3 kann daher bevorzugt eine transparente Lichtemissionskappe sein. In diesem Fall ist das Hitzeableitungsmittel 2 der LED-Lampe 1 bevorzugt ein Doppelwandelement (3) oder eine Lichtumhüllung (eine umgerüstete LED-Lampe könnte von Fachleuten ”LED-Glühbirne” oder ”umgerüstete LED-Birne” oder einfach ”LED-Birne” genannt werden. Eine Glühbirne könnte als Lichtbirne definiert werden. Das Doppelwandelement sollte nicht in Verbindung mit der LED-Birne sein. Das Doppelwandelement (3) könnte als Lichtummantelung oder Lichtemissionskappe oder Formkörper, etc. gebildet sein. Es ist verwirrend, Lichtbirne zu verwenden, um die Lichtemissionskappe zu definieren, weil die Lichtbirne als Ausdruck im großen Umfang auf diesem Gebiet verwendet wird, um herkömmliche Glühbirnen zu identifizieren.). Die beiden Schichten des Doppelschichtelements 3 bilden eine innere Schale 7 und eine äußere Schale 8. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Hitzeableitungsmittel 2 eine Lichtemissionskappe oder dergleichen ist, hat nur die äußere Schale 8 eine Lichtdiffusionswirkung. Es ist somit möglich, die Fläche, die für die Lichtverteilung oder Diffusion für den Hitzetransport an die Luft verwendet wird, teilweise oder sogar ganz zu verwenden, während nur eine geringe Menge Hitzeübertragungsflüssigkeit 4 angewendet wird. Die Lampe, die als umgerüstete LED-Lampe konfiguriert ist, hat den Vorteil, dass sie einen herkömmlichen Lampentyp, wie beispielsweise Glühlampen oder Halogenlampen oder kompakte Fluoreszenzlichter, ohne irgendwelche Änderungen an der Lampe einfach ersetzen kann, während gleichzeitig die erfindungsgemäße Hitzeableitung realisiert wird. Es ist ebenfalls bevorzugt, die beiden Schichten 7, 8 des Doppelschichtelements 3 im Wesentlichen parallel anzuordnen, um eine gleichmäßige Hitzeableitung zu erreichen. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht auf eine parallele Anordnung eingeschränkt.
Es muss festgestellt werden, dass das Hitzeableitungsmittel 2 nicht auf eine Birne oder Birnenform einer LED-Glühbirne eingeschränkt ist. Die LED-Lampe 1 kann ebenfalls im Birnenbereich, wie in 1 gezeigt, weglassen, und das Hitzeableitungsmittel kann ebenfalls von der Rückseite des LED-Modul ragen, das ist eine Seite, die gegenüber der Emissionsrichtung des LED-Moduls M liegt. Dieses Hitzeableitungsmittel kann ebenfalls die Antriebselektronik umschließen und kann ebenfalls als Basiselement, wie beispielsweise eine Standardbirnenbasis, die die Antriebselektronik umfasst und ebenfalls die entsprechenden Stromleitungen für den Betrieb des LED-Moduls M enthält und somit ebenso als LED-Lampe konfiguriert ist, konfiguriert sein. Zusätzlich sind alle möglichen Lösungen für das Hitzeableitungsmittel 2 mit einem mindestens teilweise Doppelschichtelement, in dessen Hohlraum ein Hitzeübertragungsfluid zirkulieren kann, durch die vorliegende Erfindung abgedeckt. Ebenso ist ebenfalls beispielsweise eine Kombination aus dem Hitzeableitungselement 2, das als Birne in jeder möglichen Form gebildet ist, in Kombination mit jedem anderen möglichen Hitzeableitungselement gemäß der Erfindung durch die Erfindung abgedeckt.
In 1 ist weiterhin eine Hitzesenke 9 gezeigt, auf die das LED-Modul M angebracht sein kann. Das Hitzeableitungselement 2 ist dann derart ausgestaltet, dass das Fluid 4 in Hohlraum 5 im Inneren des Doppelschichtelements 3 zur Ableitung von Hitze aus der Hitzesenke 9 zirkulieren kann. Mit anderen Worten, es muss eine thermische Verbindung zwischen dem LED-Modul M und/oder wenn ein Hitzesenke 9 angewendet wird, der Hitzesenke 9 sowie dem Fluid 4 in dem Hitzeableitungsmittel 2 geben, so dass eine Hitzeableitung sicher durchgeführt werden kann. Somit können herkömmliche LED-Module verwendet werden, die auf der Hitzesenke 9 oder dem Substrat angebracht sind. Außerdem ist die Fläche zum Ableiten der Hitze von der Hitzesenke 9 an das Fluid 4 vergrößert. Somit kann die Hitzeableitung verstärkt werden.
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, ist das Hitzeableitungsmittel 2 oder das Hitzeübertragungsfluid 4 darin bevorzugt mittels eines Basiselements 10 verschlossen. Deswegen ist das Basiselement bevorzugt zwischen der Hitzesenke 9 oder, wenn keine Hitzesenke 9 angewendet wird, dem LED-Modul M und dem Hitzeableitungsmittel 2 angeordnet, um die Hitze leitend abzuschließen. Da das Basiselement 10 als Verschlusselement zwischen der Hitzsenke 9 und dem Hitzeableitungsmittel 2 angeordnet ist, kann das Hitzeableitungsmittel 2 einfach angebracht sein, während der Abschluss gleichzeitig erreicht wird, und die Hitzeübertragung von der Hitzesenke 9 auf das Hitzeableitungsmittel 2 ist nicht gehindert, selbst wenn es über das Basiselement, das hitzeleitend ist, getragen wird.
Das Basiselement 10 ist bevorzugt als Ringelement oder Ringplatte ausgebildet. Dieses Ringelement ist bevorzugt am Boden verbunden, d. h. an der offenen Endseite des Hohlraums 5 des Hitzeableitungsmittels 2. Die beiden Schichten 7, 8 des Doppelschichtelement 3 können bevorzugt mit der inneren Seite und der äußeren Seite des Ringelements durch Verkleben, Erhitzen oder dergleichen verbunden sein. Somit können die beiden Schichten des Doppelschichtelements 3 einfach angeordnet sein und in Bezug zueinander ausgerichtet sein, das Fluid 4 im Hohlraum 5 des Hitzeableitungsmittels 2 kann einfach und sicher abgeschlossen sein, während zur gleichen Zeit das gesamte Hitzeableitungsmittel 2 ebenfalls einfach an dem LED-Modul M oder der Hitzesenke 9 oder dergleichen für die Hitzeableitung angebracht sein kann. Demzufolge ist das Basiselement 10 bevorzugt aus einem Hitze leitenden Material, wie beispielsweise Metall, Graphit, Kohlenstofffaser, Keramik oder dessen/deren Verbindung oder einem anderen hochthermischen leitenden Material hergestellt.
Das Fluid 4 kann bevorzugt in das System eingespritzt werden, d. h. den Hohlraum 5, durch mindestens ein Loch (nicht gezeigt) auf dem Basiselement 10, das danach verschlossen wird. Somit kann die Einspritzung des Fluids 4 auf einfache Weise erreicht werden, wenn das Hitzeableitungsmittel 2 bereits zusammengebaut worden ist, was die Schritte für den Zusammenbau erleichtert.
Es muss bemerkt werden, dass das Verschließen des Fluids 4 nicht auf das Basiselement 10 eingeschränkt ist, allerdings kann jedes mögliche Verschlussmittel auf das offene Ende angewendet werden, solange die Hitzeübertragung vom LED-Modul M oder der Hitzesenke 9 an das Fluid 4 im Hohlraum 5 noch gesichert ist. Wie in 7 gezeigt ist, kann das Verschließen des Fluids 4 ebenfalls durch Verschmelzen der beiden Schichten 7, 8 des Doppelschichtelements 3 an ihrem offenen Ende, wobei man einen geschlossenen Hohlraum 5 bildet, erreicht werden.
Im Folgenden wird der Bereich zwischen dem Hitzeableitungsmittel 2 und irgendeinem des LED-Moduls M, der Hitzesenke 9 oder des Basiselements 10, wo die abgestrahlte Hitze vom LED-Modul M auf das Hitzeableitungsmittel 2 übertragen wird, als Grenzbereich I bezeichnet. Außerdem wird der Bereich im Innern des Hohlraums 5 und am Boden des Hitzeableitungsmittels 2 so nahe wie möglich zum Grenzbereich I als Kerbenbereich G bezeichnet.
Mit der LED-Lampe mit dem oben beschriebenen Hitzeableitungsmittel 2 mit den beiden Schichten 7, 8, die das Hitzeübertragungsfluid 4 umschließen, erreicht man die Zirkulierung des Fluids 4 durch Hitzekonvektion. Mit anderen Worten, die Hitze wird vom LED-Modul M oder der Hitzesenke 9 oder dergleichen an das Fluid 4 übertragen, bevorzugt über das Basiselement 10, und dann wird die Hitze durch Konvektionskräfte zur Oberfläche des Doppelschichtelements 3 transportiert. Deswegen ist das Doppelschichtelement 3 bevorzugt aus Glas oder aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, wie beispielsweise Polycarbonat (PC), Silikonkautschuk oder ein anders im Wesentlichen transparentes oder durchscheinendes Material, das im Allgemeinen für Lampen verwendet wird. Bevorzugt ist der Hitzewiderstand der äußeren Schicht des Doppelschichtelements 3 niedrig in diesem System (z. B.: DT = 1 K bei 5 W durch ein 1 mm dickes 60 mm – Durchmesser Glas- oder PC-Halbkugel).
Das Hitzeübertragungsfluid 4 ist bevorzugt aus solchen gewählt, die eine ausreichend hohe Dichteänderung mit der Temperatur zur Realisierung der Konvektion aufweisen. Dieses trifft insbesondere für Öle oder dergleichen zu. Bevorzugt ist das zirkulierende Fluid, eine Flüssigkeit aufgrund ihrer viel höheren Hitzekapazität im Vergleich zu beispielsweise Gasen. Das Hitzeübertragungsfluid 4 kann daher bevorzugt ein farbloses, nicht giftiges, transparentes oder durchscheinendes Material niedriger Viskosität sein, wie Wasser, Olivenöl, Parafinöl, Schmieröl geringer Viskosität, ein Gefrierschutzmittel auf Wasserbasis mit Alkohol oder Glykol, insbesondere Methylalkohol, Alkohol oder Ethylenalkohol oder Mineralöl oder Silikonöl oder eine Ölbasis. Es kann ebenfalls eine Mischung daraus sein. Es muss festgestellt werden, dass ebenfalls Phasenänderungen genutzt werden können, z. B. eine Flüssigkeit, die unter Anwendung der Hitze verdampft wird und die dann wieder kondensiert, wenn aufgrund der durch die Konvektion verursachten Zirkulierung heruntergekühlt wird. Dieses wird später bei der in den 5 bis 7 gezeigten Ausführungsform beschrieben.
Die Fluid-Zirkulation 4 kann weiterhin durch verschiedene Elemente, wie nachfolgend beschrieben wird, verstärkt werden. In dieser Hinsicht zeigen die 3a bis 3c verschiedene Ausführungsformen von Konvektionsverstärkungselementen 20, 21, 22 der erfindungsgemäßen LED-Lampe 1, und 4 zeigt eine Ausführungsform für die LED-Lampe 1, die ebenfalls Fließrichtungselemente 30, 31 aufweist.
Die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 sind bevorzugt zwischen den Schichten des Doppelschichtelements 3 angeordnet, d. h. im Hohlraum 5. Die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 erstrecken sich bevorzugt vom Grenzbereich I des Hitzeableitungsmittels 2 und irgendeinem (Element) des LED-Moduls M, der Hitzesenke 9, des Basiselements 10 in den mit dem Hitzeübertragungsfluid 4 gefüllten Hohlraum 5. Die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 sind bevorzugt auf dem Basiselement 10 oder auf der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M angeordnet, in Abhängigkeit davon, ob eine Hitzesenke 9 oder ein Basiselement 10 vorhanden ist oder nicht oder die beiden Schichten des Doppelschichtelements 3 verschmolzen sind. Die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 können Hitzeleitungselemente 20, 21 (siehe 3a und 3b) und/oder Hitzeisolierungselemente 22 (siehe 3c) aufweisen.
Das Hitzeleitungselement 20, das in der Ausführungsform von 3a gezeigt ist, umfasst Stäbe, die sich von dem Basiselement 10 oder der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M (Seite) in den Hohlraum 5 erstrecken. Die Stäbe 20 sind bevorzugt an einer Vielzahl von Positionen um den Kerbenbereich G, bevorzugt bei einem konstanten Intervall entlang seiner Peripherie angeordnet. In 3a sind acht Stäbe um die Peripherie des Basiselements 10 angeordnet. Nichtsdestotrotz können es ebenfalls mehr oder weniger Stäbe 20 sein, die darauf anzuwenden sind.
Die oval geformten Pfeile in 3a und (3b) zeigen schematisch den Zirkulationsfluss des Hitzeübertragungsfluids 4. Die Konvektion ist verstärkt, weil das Fluid 4 auch entlang der Stäbe 20 erhitzt wird. Somit hat in diesen Flächen das erhitzte Fluid 4 eine geringere Dichte und kann deswegen innerhalb des Hohlraums 5 aufsteigen. Somit wird das Fluid 4 gezwungen, an vorbestimmten Flächen, d. h. den Flächen nahe den Stäben 20, aufzusteigen. Beim Aufsteigen leitet das Fluid 4, das von der Konvektion angetrieben wird, die Hitze an die Oberfläche des Doppelschichtelements 3 ab und kühlt somit herunter. Somit wird wieder das Volumen verringert und das Fluid 4 steigt ab. Da das Fluid 4 gezwungen wird, nahe an den erhitzten Stäben 20 aufzusteigen, wird das Fluid 4 somit ebenfalls gezwungen, gleich zwischen jedem der Stäbe 20 als Ergebnis der Konvektion abzusteigen. Somit kann eine verstärkte Zirkulierung auf einfache Weise erreicht werden, und der Arbeitsfluss der Konvektion wirkt verstärkt.
Das Hitzeleitungselement 21, das in der Ausführungsform von 3b beschrieben ist, umfasst Führungen, die sich vom Basiselement 10 oder der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M (Seite), das ist der Grenzflächenbereich I, in dem Hohlraum erstreckt. Die Führungen 21 haben bevorzugt eine dreieckige Form, wobei ihre Spitze vom Grenzflächenbereich I wegragt. Die Führungen 21 sind bevorzugt an einer Vielzahl von Positionen um den Kerbenbereich G, vorzugsweise bei einem konstanten Intervall entlang seiner Peripherie, angeordnet. In 3b sind sechs Führungen um die Peripherie des Basiselements 10 angeordnet. Nichtsdestotrotz können mehr oder weniger Führungen 21 darauf angewendet werden. Somit wird das Fluid 4 ebenfalls gezwungen, entlang dem abgeschrägten Bereich der Führungen 21 aufzusteigen, so dass man eine Zirkulierung in der gleichen Weise, wie es ebenfalls bei den Stäben 20 in 3a beschrieben wurde, erreichen kann.
Eine weitere Ausführungsform für ein Konvektionsverstärkungselement 22 ist in 3c gezeigt, worin die Konvektionsverstärkungselemente 22 ein Hitzeisolierungselement umfasst, das bevorzugt am Grenzflächenbereich I, insbesondere an oder nahe dem Basiselement 10 oder dem jeweiligen Hitzetransportelement, wie die Hitzesenke 9, angeordnet ist. Die Hitze isolierenden Elemente 2 sind bevorzugt an einer Vielzahl von Positionen um den Kerbenbereich G, bevorzugt bei einem konstanten Intervall entlang seiner Peripherie, angeordnet.
Die oval geformten Pfeile in 3c zeigen ebenfalls schematisch den Zirkulationsfluss des Hitzeübertragungsfluids 4. Die Konvektion ist verstärkt, weil die Hitze nicht oder weniger nahe an den Hitzeisolierungselementen 22 übertragen wird, so dass in diesen Bereich das Fluid 4 weniger erhitzt ist und somit dazu neigt, abzusteigen. Somit wird das Fluid 4 gezwungen, an den Positionen zwischen den Hitze isolierenden Elementen 22 aufzusteigen, weil an diesen Positionen die Hitze vom Basiselement 10 und/oder der Hitzesenke 9 oder dergleichen ungehindert übertragen wird, die Dichte des Fluids 4 steigt und somit das Fluid 4 aufsteigt. Mit den Hitzeisolierungselementen 22 kann, wie bereits oben beschrieben, die Zirkulation des Fluids 4 ohne weiteres verstärkt werden.
Offensichtlich ist die Erfindung nicht auf die Form der Konvektionsverstärkungselemente eingeschränkt, solange eine Erhitzung und/oder Isolierung an vorbestimmten Positionen innerhalb des Hohlraums 5, der nahe am Grenzbereich I liegt, erreicht werden kann. Es ist festzustellen, dass die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 bevorzugt an oder nahe dem Basiselement 10 oder den jeweiligen Hitzetransportelementen, wie die Hitzesenke 9 oder der LED-Modul M angeordnet sind und in den Hohlraum 5 reinragen.
Außerdem können die Hitzeleitungselemente 20, 21 und die Hitzeisolierungselemente kombiniert werden, um weiterhin die Zirkulation somit die Konvektion zu verstärken. Dann sind die Hitzeableitungselemente 20, 21 und Hitzeisolierungselemente 22 bevorzugt abwechselnd entlang der Peripherie des Kerbenbereichs G, insbesondere des Basiselements 10 oder der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M angeordnet.
Die Hitzeleitungselemente 20, 21 sind bevorzugt aus einem Hitze leitenden Material, wie beispielsweise ein Hitze leitendes Metall, Graphit, Kohlenstofffaser, Keramik oder deren Verbindung oder aus einem anderen hochthermisch leitfähigen Material hergestellt. Somit kann die Hitze zum Fluid 4 über eine größere Oberfläche transportiert werden, während das Fluid 4 selbst entlang der Stäbe 20 und/oder Führungen 21 geleitet wird, um somit die Konvektion zu verbessern. Bevorzugt sind die Hitzeleitungselemente 20, 21 integral mit der Hitzesenke 9 und/oder dem Basiselement 10 gebildet. Außerdem können ebenfalls das Basiselement 10 und die Hitzesenke 9 integral gebildet sein. Die Hitzeisolierungselemente 22 sind bevorzugt aus einem Hitzeisolierungsmaterial, wie beispielsweise Silikonschaum, hergestellt.
Die Fließrichtungselemente 30, 31 sind bevorzugt zwischen den Schichten des Doppelschichtelements 3 angeordnet, d. h. im Innern des Hohlraums 5. Die Fließrichtungselemente 30, 31 sind bevorzugt aus einem Klebstoff oder Polymerstreifen oder dergleichen hergestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fließrichtungselemente 30, 31 integral mit dem Doppelschichtelement 3 geformt.
Wie man in 4 sehen kann, die eine Ansicht von oben einer weiteren Ausführungsform des Hitzeableitungselements 2' ist, sind die Fließrichtungselemente 30, 31 bevorzugt derart angeordnet, dass sie orthogonal bezüglich eines virtuellen Schnittpunkts einer Verlängerung des Fließrichtungselements 30, 31 und des Basiselements 10, wenn man von oben betrachtet, gerichtet sind.
Das Fließrichtungselement 30 kann in der Weise ausgestaltet sein, dass es im Bereich von nahe dem Kerbenbereich G, z. B. dem Basiselement 10, bis zu einem Bereich nahe dem oberen Bereich des Doppelschichtelements 3 liegt. Das bedeutet, dass das Element 30 eine Basis in der Nähe, aber bevorzugt nicht direkt verbunden mit dem Basiselement 10 oder dergleichen aufweist, wobei sich ein Schwanz in das Fluid 4, um weit entfernt vom LED-Modul M entfernt zu sein, erstreckt. Im Allgemeinen kann das Fließrichtungselement 30 derart ausgestaltet sein, dass das Fluid 4 um das Element 30 zirkulieren kann, womit der Fluss des Fluids 4 ausgerichtet wird und die Konvektion verstärkt wird. Es ist festzustellen, dass die Form des Fließrichtungselements 30 nicht auf die oben erwähnte Form eingeschränkt ist, allerdings kann sie beliebig ausgestaltet sein, so lange eine Zirkulation um das Element erfolgt, um einen verbesserten Zirkulationsfluss des Hitzeübertragungsfluids 4 zu erreichen.
Ein weiteres Fließrichtungselement 31 kann in der Weise ausgestaltet sein, dass es den Hohlraum 5 in eine Vielzahl von Kammern 11 aufteilt, die mindestens teilweise voneinander getrennt sind und die sich jeweils weiterhin in einer thermisch leitenden Verbindung mit dem Basiselement 10 oder der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M, d. h. der Grenzregion I, in Verbindung befinden. Somit kann der Fluss sogar weiter gerichtet sein, womit die Fließrichtung und die Konvektion verstärkt werden.
Es ist weiterhin möglich, die Fließrichtungselemente 30, 31 zu kombinieren, um weiterhin die Fließrichtung und somit die Konvektion zu verstärken. Außerdem ist die Form der Fließrichtungselemente nicht auf die Form der in 4 gezeigten Ausführungsform beschränkt, solange wie eine Verbesserung des Zirkulationsflusses des Hitzeübertragungsfluids 4 erreicht wird. Somit kann die Konvektion verstärkt werden, weil das Fluid geführt werden kann, um somit die beste Hitzeableitung zu erreichen. Außerdem ist die funktionsbetriebene Zirkulation beschleunigt, ohne dass die Emission des Lichts blockiert wird.
Die Fließrichtungselemente 30, 31 können durch Formen der Polycarbonatform des Doppelschichtelements 3 hergestellt werden. Somit können die Fließrichtungselemente 30, 31 ohne weiteres zur Verfügung gestellt werden, d. h. zusammen mit dem Hitzeableitungsmittel 2 geformt werden, was die Produktion vereinfacht und Zeit und Kosten spart.
Wie in 4 ebenfalls zu sehen ist, können die Fließrichtungselemente 30, 31 und die Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22 beliebig kombiniert werden, um weiterhin die Konvektion zu verstärken. In 4 sind die Fließrichtungselemente 30, 31 mit den Hitzeisolierungselementen 22 kombiniert. Nichtsdestotrotz werden die möglichen Kombinationen der Elemente und/oder der zuvor erwähnten Elemente in jeder möglichen Anordnung und Ausrichtung durch die vorliegende Erfindung abgedeckt.
In den 5 bis 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei Phasenänderungen des Hitzeübertragungsfluids 4 genutzt werden, z. B. das Fluid 4, das unter Anwendung der vom LED-Modul M abgestrahlten Hitze verdampft wird und dann an kälteren Bereichen des Hitzeableitungsmittels 2' wieder kondensiert wird, wenn aufgrund der durch die Konvektion verursachten Zirkulation heruntergekühlt wird, und mit dem sogar eine kleinere Menge eines Hitzeübertragungsfluids 4 benötigt wird. Da somit nur eine kleine Menge des Fluids 4 benötigt wird und der Hohlraum 5 somit nicht mit dem Fluid 4 vollständig gefüllt ist, kann das Gewicht der LED-Lampe 1' noch weiter reduziert werden, während die Risiken des Auslaufens der heißen Flüssigkeit beim Zerbrechen minimiert ist.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer LED-Lampe 1' nach dieser weiteren Ausführungsform. Die LED-Lampe 1' weist ein LED-Modul M, das auf einer Hitzsenke 9 montiert ist, auf. An ihrer äußeren Peripherie ist ein Hitzeableitungsmittel 2' derart angebracht, dass es sich über das LED-Modul M spannt. Die beiden Schichten des Doppelschichtelements 3' sind an seinem Boden verschmolzen, womit das Hitzeübertragungsfluid 4 abgeschlossen wird. Es ist zu bemerken, dass, im Hinblick auf die Beschreibung oben, das Hitzeableitungsmittel 2' ebenfalls an dem LED-Modul M angebracht sein kann. Darüber hinaus brauchen die beiden Schichten 7, 8 auch nicht verschmolzen zu sein, sondern können mit einem Basiselement, das bevorzugt zwischen der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M und dem Hitzeableitungsmittel 2', wie oben beschrieben, angeordnet ist, verbunden sein.
Diese Ausführungsform zeigt eine Ausführungsform der LED-Lampe 1', wobei der Hohlraum 5 nicht vollständig mit der Hitzeübertragungsflüssigkeit 4 gefüllt sein muss, sondern nur eine kleine Menge des Fluids für die Hitzeableitung benötigt wird. In dieser Ausführungsform wird das Hitzeübertragungsfluid 4 über irgendein LED-Modul M, Hitzesenke 9 und/oder Basiselement 10 an einem Grenzbereich I erhitzt. Aufgrund der Hitze wird das Hitzeübertragungsfluid 4 verdampft und steigt somit im Hohlraum auf. An kälteren Bereichen des Hitzeableitungsmittels 2', d. h. an Bereichen, die vom LED-Modul M, der Hitzesenke 9 und/oder Basiselement 10, (d. h. vom Grenzbereich I) entfernt sind, wird das verdampfte Fluid 4 wieder kondensiert. Das kondensierte Fluid 4 wird dann zum Grenzbereich zurückgeführt, wo es für die Hitzeableitung erhitzt und wieder verdampft wird.
Um ein Zurückführen des Hitzeübertragungsfluids 4 in den Kerbenbereich G und somit so nahe wie möglich an den Grenzflächenbereich I zu erreichen, d. h., so nahe wie möglich an einem Bereich des Hohlraums 5, der in Kontakt mit dem Basiselement 10 oder der Hitzesenke 9 oder dem LED-Modul M ist, wo immer auch ein Teil des Hitzeableitungsmittels 2 angebracht ist, nähern sich die beiden Schichten 7, 8 des Doppelschichtelements 3' mindestens im Kerbenbereich G des Hitzeableitungsmittels 2' in der Weise, dass Kapillarkräfte in diesem Kerbenbereich G wirksam werden können. Dieses ist beispielhaft in 7 gezeigt, wo sich die beiden Schichten 7, 8 im Kerbenbereich G nähern. Wenn somit das Hitzeübertragungsfluid 4 nach der erneuten Kondensation aufgrund der Kapillarkräfte zurückfließt, die zwischen den beiden Schichten 7, 8, die vergleichsweise nahe aneinander in dem Kerbenbereich 6 sind, bewirkt werden, wird das Hitzeübertragungsfluid in den Kerbenbereich G gesaugt, so dass es sicher so nahe wie möglich in den Grenzflächenbereich I zurückgeführt wird.
Um weiterhin diese Anordnung zu verstärken, kann das Hitzeableitungsmittel 2' weiterhin ein Dochtmittel 40 aufweisen, damit das Hitzetransportfluid 4 besser an einer Position nahe dem Grenzbereich I, d. h. der Kerbenregion G, angesammelt wird. Deswegen erstreckt sich das Dochtmittel 40 bevorzugt in den Hohlraum 5 vom Kerbenbereich G des Hitzeableitungsmittels 2' nahe der Hitzesenke, dem Basiselement 10 und/oder dem LED-Modul M, d. h. Grenzflächenbereich I, weg vom LED-Modul M. Dieses ist in der Ausführungsform, wie im Beispiel 5 gezeigt, gezeigt.
Das Dochtmittel 40 kann aus einer Glasfaser, einer porösen Beschichtung oder einer Endfertigung der inneren Oberfläche oder irgendeiner Art von Oberflächenmuster hergestellt sein. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Dochtmittel 40 transparent oder durchscheinend, so dass das von dem LED-Modul M emittierte Licht das Dochtmittel 40 unbeeinträchtigt passieren kann, so dass die Lichtemission oder -verteilung nicht behindert wird.
6 zeigt schematisch ein Dochtmittel 40 als beispielsweise eine feine Rillenstruktur auf der inneren Oberfläche des Hitzeableitungsmittels 2'. Aufgrund der Rillen 41 wird die Kapillarwirkung stärker, so dass das Hitzeableitungsfluid 4 in den Kerbenbereich G auf einfache und bestimmte Weise zurücktreiben kann.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform wendet man beides, das Dochtmittel 40 und der sich nähernde Kerbenbereich G, in der LED-Lampe an. Somit kann das Zurückführen des Hitzeübertragungsfluids 4 in den Kerbenbereich G am Besten gesichert werden. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Dochtmittel 40 beschränkt, sondern auf alle Arten von Mitteln, mit denen Kapillarkräfte wirksam sind, um den Rückfluss des Hitzeübertragungsfluids 4 in den Kerbenbereich G zu fördern, bevorzugt ohne die Lichtemission oder -verteilung zu behindern.
Das Hitzeübertragungsfluid 4 in dieser Ausführungsform kann ein Fluid sein, das aufgrund der Hitze, die von dem LED-Modul entweicht, wie beispielsweise Wasser oder Aceton oder Alkohol oder eine Zusammensetzung davon, verdampft.
8 ist eine schematische Seitenansicht eines Scheinwerfers 50, der eine erfindungsgemäße LED-Lampe umfasst. In diesem Fall kann das LED-Modul (nicht gezeigt) in Kontakt mit einer Hitzesenke 51 oder einer Hitzeleitung sein. Die Hitzesenke 51 oder Hitzeleitung ist im thermischen Kontakt mit dem Scheinwerfergehäuse 52 des Scheinwerfers. Dieses Gehäuse kann einen Reflektor zum Verteilen des Lichts L, das von dem LED-Modul emittiert wird und eine transparente oder durchscheinende Abdeckung oder Linsenelemente, durch die das Licht L das Gehäuse 52 verlassen kann, aufweisen. Das Scheinwerfergehäuse 52 umfasst ein mindestens teilweises Doppelschichtelement, das dazwischen einen mit einem Hitzeübertragungsfluid 4 gefüllten Hohlraum für die Fluid-Zirkulation 4 aufweist, womit ein Hitzeableitungsmittel gemäß der Erfindung ausgebildet wird. Gemäß dieser Struktur können Kühlsysteme aufgrund einer guten Hitzeableitung weggelassen werden, während zur gleichen Zeit das Entfrosten des Scheinwerfers bewerkstelligt wird, wenn dieser beispielsweise während kalter Jahreszeit einfriert.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, können viele Modifikationen und Änderungen von einem Fachmann mit üblichem Fachwissen durchgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der durch die anhängenden Ansprüche definiert ist. Beispielsweise sind die Hitzeableitungsmittel nicht auf die beiden Ausführungsformen der Erfindung beschränkt, sondern sie können ebenfalls auch auf verschiedene Weise ausgestaltet sein, solange sie durch die Ansprüche abgedeckt sind. Außerdem können die zuvor erwähnten Ausführungsformen ebenfalls in jeder Weise kombiniert werden, dass die LED-Lampe 1, 1' die Merkmale der Hitzesenke 9, Basiselement 10, Konvektionsverstärkungselemente 20, 21, 22, Fließrichtungselemente 30, 31, Dochtmittel 40 und/oder sich nähernder Kerbenbereich G umfasst. Darüber hinaus können das Hitzeableitungsmittel 2, 2', insbesondere die beiden Schichten 7, 8 des Doppelschichtelements 3, 3' entweder mit dem Basiselement mit irgendeinem anderen Verschlusselement verbunden sein oder sie können ebenfalls an ihrem offenen Ende verschmolzen sein, so dass das Hitzeübertragungsfluid 4 verschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1, 1', 50: LED-Lampe
2, 2': Hitzeableitungsmittel
3, 3': Doppelwand- oder Doppelschichtelement
4: (Hitzeübertragungs-)Fluid
5: Hohlraum
6: Lichthülle
7: Innere Schale
8: Äußere Schale
9: Hitzesenke
10: Basiselement
11: Kammer
20: Konvektionsverstärkungselement; Hitzeleitungselement; Stab
21: Konvektionsverstärkungselement; Hitzeleitungselement; Führung
22: Konvektionsverstärkungselement; hitzeisolierendes Element
30, 31: Fließrichtungselement
40: Dochtmittel
41: (Kapillar-)Kerben
50: Scheinwerfer
51: Hitzesenke oder Hitzeleitung
52: Scheinwerfergehäuse
G: Kerbenbereich
I: Grenzbereich
L: Licht
M: LED-Modul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1881259 A1 [0003]

Claims

LED-Lampe (1, 1') mit einem Hitzableitungsmittel (2, 2') zum Ableiten von Hitze aus der Hitzesenke (9, 51), wobei das Hitzableitungsmittel (2, 2') ein mindestens teilweise doppelschichtiges Element (3, 3') mit einem mit einem Hitzübertragungsfluid (4) gefülltem Hohlraum (5) für die Fluidzirkulation (4) aufweist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Hitzeableitungsmittel (2) derart ausgestaltet ist, dass die Zirkulation durch Hitzekonvektion erreicht wird.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Hitzeableitungsmittel (2, 2') ein Lichtdiffusermittel für die Lichtverteilung des von dem LED-Modul emittierten Lichts ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Doppelschichtelement (3, 3') eine transparente Lichtemissionskappe ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Hitzeableitungsmittel (2, 2') eine doppelwandige Lichtummantelung mit einer inneren Schale (7) und einer äußeren Schale (8) ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die LED-Lampe eine umgerüstete LED-Lampe oder eine LED-Glühbirne ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiterhin ein LED-Modul (M) aufweist, das auf einer Hitzsenke (9) angebracht ist, wobei das Hitzableitungsmittel (2, 2') derart ausgestaltet ist, dass das Fluid (4) in dem Doppelschichtelement (3, 3') zum Ableiten der Hitze aus der Hitzesenke (9) zirkulieren kann.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Hitzeübertragungsfluid (4) durch die beiden Schichten (7, 8) des Doppelschichtelements (3, 3'), die an ihrem offenen Ende verschmolzen sind, oder durch ein Basiselement (10) verschlossen ist.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 8, worin das Basiselement (10) zwischen der Hitzesenke (9) und dem Hitzableitungsmittel (2, 2') für den Hitze leitenden Verschluss angeordnet ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 8 oder 9, worin das Basiselement (10) ein Ringelement ist.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 10, worin die zwei Schichten (7, 8) des Doppelschichtelements (3, 3') an der inneren und äußeren Seite des Ringelements (10) durch Verkleben oder Erhitzen gebunden sind.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin Fließrichtungselemente (30, 31) zwischen den Schichten des Doppelschichtelements angeordnet sind.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 12, worin die Fließrichtungselemente (30, 31) mit dem Doppelschichtelement (3, 3') integral geformt sind.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 12, worin die Fließrichtungselemente (30, 31) aus Klebstoff oder Polymerstreifen hergestellt sind.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 14, worin Konvektionsverstärkungselemente (20, 21, 22), zwischen den Schichten des Doppelschichtelements (3, 3') angeordnet sind.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 15, worin die Konvektionsverstärkungselemente Hitzleitungselemente (20, 21) oder Hitzeisolationselemente (22) umfassen.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 15, worin die Konvektionsverstärkungselemente Hitzleitungselemente (20, 21) und Hitzeisolierungselemente (22), die abwechselnd angeordnet sind, umfassen.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 16 oder 17, worin die Hitzeleitungselemente Stäbe (20) und/oder Führungen (21), die sich von einem Grenzbereich (I) des Hitzeableitungsmittels (2) und einem LED-Modul (M), der Hitzesenke (9) oder dem Basiselement (10) in den mit dem Hitzeübertragungsfluid (4) gefüllten Hohlraum (5) erstrecken, umfassen.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 16 oder 17, worin die Hitzeleitungselemente aus Hitze leitendem(n) Material(ien), beispielsweise (einem) Hitze leitenden Metall(e), hergestellt ist.
LED-Lampe (1, 1', 50) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, worin das Hitzeisolierungselement (22) aus Hitze (einem) leitendem Material(ien), z. B. Siliconschaum-Isolatoren, gebildet ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Hitzeübertragungsflüssigkeit (4) ein Gefrierschutzmittel auf Wasserbasis ist, das Alkohol oder Glykol oder Mineralöl oder Siliconöl, oder Mischungen daraus enthält.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Hitzeableitungsmittel (2, 2') ein Dochtmittel (40) zum Ansammeln des Hitze transportierenden Fluids (4) in einem Kerbenbereich (G) des Hitzeableitungsmittels (2, 2') nahe am Grenzbereich (I) mit einem aus dem LED-Modul (M), der Hitzsenke (9) oder dem Basiselement (10) umfasst.
LED-Lampe (1, 1') nach Anspruch 22, wobei das Dochtmittel (40) sich in den Hohlraum (5) von dem Kerbenbereich (G) weg vom LED-Modul (M) erstreckt.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 22 oder 23, worin das Dochtmittel (40) aus Glasfaser, einer porösen Beschichtung oder einer Endfertigung der inneren Oberfläche oder irgendeiner Art von Oberflächenmusterung hergestellt ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 22 bis 23, worin das Dochtmittel (14) transparent oder durchscheinend ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der Ansprüche 22 bis 25, worin die Hitzeübertragungsflüssigkeit (4) Wasser oder Aceton oder Alkohol oder eine Kombination daraus ist.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Schichten des Doppelschichtelements (3, 3') im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Schichten des Doppelschichtelements (3) sich mindestens in einem Kerbenbereich (G) des Hitzeableitungsmittels (2, 2') nahe an einem Grenzbereich (I) mit einem LED-Modul (M), der Hitzesenke (9) oder dem Basiselement (10) nähert, so dass Kapillarkräfte in diesem Kerbenbereich (G) wirksam sein können.
LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Doppelschichtelement (3, 3') aus Glas oder Kunststoffmaterial(ien) z. B. Carbonat (PC), Siliziumkautschuk, oder einem im Wesentlichen transparenten oder durchscheinenden Material hergestellt ist.
Scheinwerfer (50), der eine LED-Lampe (1, 1') nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
Scheinwerfer nach Anspruch 30, der weiterhin ein Scheinwerfergehäuse (52) aufweist, wobei das Scheinwerfergehäuse (52) mindestens teilweise das Hitzeableitungsmittel (2, 2') umfasst.
Verfahren zum Ableiten von Hitze aus einer LED-Lampe (1, 1'), das folgende Schritte aufweist: Übertragen der Hitze des LED-Moduls (M) auf die Hitzsenke (9, 51) und dann zu einem Grenzbereich (I) eines Hitzeableitungsmittels (2, 2') mit einem mindestens teilweise Doppelschichtelement (3, 3'), das mit einem Hitzeübertragungsfluid (4) gefüllt ist und Ableiten der Hitze über das Hitzeübertragungsfluid (4) durch Hitzekonvektion innerhalb des Hitzeableitungsmittels (2, 2').
Verfahren nach Anspruch 32, das weiterhin die Schritte aufweist: Verdampfen des Hitzübertragungsfluids (4), wenn es erhitzt wird, Kondensation des Dampfes an kälteren Bereichen des Hitzeableitungsmittels (2, 2') und Rückführen des Kondensats zu einem Kerbenbereich (G) des Hitzeableitungsmittels (2, 2') nahe am Grenzbereich (I) mit einem LED-Modul (M), der Hitzesenke (9) oder dem Basiselement (10) durch Kapillarkräfte.
Verfahren nach Anspruch 33, worin die Kapillarkräfte durch ein Dochtmittel und/oder die beiden Schichten (7, 8) des Doppelschichtelements (3, 3'), die sich in dem Kerbenbereich (G) nähern, bewirkt werden.