DE102009035370A1

DE102009035370A1 - Lampe

Info

Publication number: DE102009035370A1
Application number: DE102009035370A
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr. Bertram; Nicole Dr. Breidenassel; Günter HÖTZL; Robert Kraus
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03
Also published as: JP2013500560A; CN102472434B; AU2010277788A1; CA2769496A1; EP2459925A1; CN102472434A; WO2011012498A1; US8851716B2; US20120163001A1; EP2459925B1

Abstract

Lampe (1), mindestens aufweisend einen Kühlkörper (2), welcher mindestens eine Lichtquelle (10), insbesondere Halbleiterleuchtelement, speziell Leuchtdiode, trägt, und eine an dem Kühlkörper (2) befestigte, zumindest teilweise lichtdurchlässige Abdeckung (11) für die mindestens eine Lichtquelle (10), wobei die Abdeckung (11) eine Wandstärke (d) aufweist, welche sich zumindest abschnittsweise mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper (2) verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lampe, welche einen Kühlkörper aufweist, der mindestens eine Lichtquelle, insbesondere mindestens ein Halbleiterleuchtelement, trägt, als auch eine an dem Kühlkörper befestigte Abdeckung.
Generell weisen Leuchtdioden (LEDs) bei höheren Temperaturen geringere Helligkeiten und geringere Lebensdauern auf. Bei LED-Retrofitlampen wird zur Wärmeabfuhr bzw. Kühlung der LED(s) ein Kühlkörper verwendet. Der für den Kühlkörper zur Verfügung stehende Raum ist jedoch begrenzt durch eine meist genormte Außenkontur der zu ersetzenden Lampe und einen Raumbedarf für einen Kolben und eine Treiberelektronik. Durch die räumliche Begrenzung ist die Größe des effektiv zur Kühlung nutzbaren Volumens des Kühlkörpers begrenzt und damit die Kühlleistung. Bei den LED-Lampen mit normbegrenzter Größe wird entsprechend der begrenzten Kühlleistung die Leistung der Lichtquelle und damit die Helligkeit begrenzt.
US 2007/0080362 A1 offenbart eine LED-Anordnung mit einem Hochleistungs-LED-Chip, welcher eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die zweite Oberfläche auf einem Substrat angebracht ist. Die zweite Oberfläche steht in engem thermischen Kontakt mit einer lichtdurchlässigen Wärmesenke, welche eine thermische Leitfähigkeit von mehr als 30 W/(m·K) aufweist. Ein Bereitstellen der lichtdurchlässigen Wärmesenke kann die Wärmeleitung von den LED-Rohchips verdoppeln, was Lebensdauer, Wirkungsgrad oder Leuchtstärke oder ein Gleichgewicht aus diesen dreien erhöht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit einfachen Mitteln eine Verbesserung einer Wärmeabfuhr einer Lampe insbesondere der eingangs genannten Art bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lampe, welche mindestens aufweist: einen Kühlkörper, welcher mindestens eine Lichtquelle trägt, und eine an dem Kühlkörper befestigte, zumindest teilweise lichtdurchlässige (transparente oder transluzente bzw. opake) Abdeckung bzw. Abdeckelement für die mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterleuchtelement, wobei die Abdeckung eine Wandstärke aufweist, welche sich zumindest abschnittsweise mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper verjüngt. In anderen Worten weist die Abdeckung eine Wandstärke auf, welche sich zumindest abschnittsweise mit zunehmender Nähe (geringerem Abstand) zu dem Kühlkörper vergrößert.
Durch die vergleichsweise große Wandstärke im Bereich des Kühlkörpers wird eine entsprechend große Kontaktfläche zwischen der Abdeckung und dem Kühlkörper erzeugt. Dadurch wird ein stärkerer Wärmeübergang vom Kühlkörper in das Abdeckelement hinein ermöglicht als es ohne die verbreiterte Wandstärke möglich ist. Folglich wird die Abdeckung stärker aufgeheizt und gibt mehr Wärme an die Umgebung ab. In anderen Worten ermöglicht die verbreiterte (thermische) Kontaktfläche einen höheren Wärmeverlust über die Abdeckung. Eine dicke Wandstärke in einer größeren Entfernung von dem Kühlkörper bzw. der Kontaktfläche ergibt keinen signifikant gesteigerten Kühleffekt aufgrund des sich in der Abdeckung lateral bzw. flächig verteilenden (lateral gerichteten) Wärmeflusses mehr, da durch die Wärmeabgabe an die Umgebung (Entwärmung) mit größerer Entfernung von der Kontaktfläche immer weniger Wärme durch die direkte laterale Wärmeleitung ankommt.
Aufgrund der Entwärmung über die Abdeckung bzw. deren Oberfläche kann eine bessere Kühlung der Lichtquellen erreicht werden, ohne dass sich die Größe der Lampe verändert. Hiermit können ohne eine wesentliche Vergrößerung der Abmessungen der Lampe größere Verlustleitungen abgeführt werden.
Allgemein ist die Art der Lichtquelle nicht beschränkt. Es wird jedoch bevorzugt, wenn die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle umfasst, z. B. eine Leuchtdiode oder einen Diodenlaser. Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung mindestens einer Leuchtdiode als der mindestens einen Lichtquelle. Dabei ist die Art der mindestens einen Leuchtdiode nicht beschränkt, sondern kann z. B. mehrere Einzel-LEDs oder ein oder mehrere LED-Cluster aus auf einem gemeinsamen Substrat aufgebrachten LED-Chips umfassen. Die Farbe(n) der mindestens einen Leuchtdiode ist ebenfalls nicht beschränkt und kann beispielsweise 'weiß' beinhalten. Die mindestens eine Leuchtdiode kann eine anorganische oder eine organische Leuchtdiode sein. Die Lichtquellen können allgemein mit nachgeschalteten Optiken ausgerüstet sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine größte Wandstärke an einer Kontaktfläche zu dem Kühlkörper aufweist. Dadurch wird eine besonders hohe Wärmeableitung von dem Kühlkörper in die Abdeckung ermöglicht.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass sich die Wandstärke der Abdeckung mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper kontinuierlich verjüngt. Eine kontinuierliche Verringerung der Wandstärke der Abdeckung mit zunehmendem Abstand von dem Kühlkörper bzw. der Kontaktfläche zu dem Kühlkörper bewirkt, dass ein guter Kompromiss zwischen lateraler und transversaler Wärmeleitung in bzw. durch die Abdeckung in den verschiedenen Bereichen von der Abdeckung realisierbar ist.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Wandstärke der Abdeckung sich abschnittsweise mit steigender Entfernung von der Kontaktfläche zu dem Kühlkörper verjüngt und anschließend daran die Wandstärke der Abdeckung im Wesentlichen konstant bleibt.
Eine geringe Wandstärke der Abdeckung in einem Bereich entfernt von dem Kühlkörper, insbesondere in der größten Entfernung von dem Kühlkörper, ist vorteilhaft, da dort eine Entwärmung an die Umgebungsluft größtenteils durch einen transversalen Wärmefluss aus einem aufgeheizten Innenraum oder Aufnahmeraum erzeugt wird und nicht durch den lateralen Wärmefluss von dem Kühlkörper. Der transversale Wärmefluss ist um so effektiver, je geringer die Wandstärke der Abdeckung ist. Eine geringe Wandstärke der Abdeckung ist auch aus optischer Sicht vorteilhaft, da eine Transmission mit abnehmender Wandstärke der Abdeckung zunimmt und damit zumindest die abgestrahlte Helligkeit in einem geringeren Maße gedämpft wird.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Abdeckung an dem Kühlkörper mittels mindestens eines gut wärmeleitenden Haftmittels befestigt ist. Die Verwendung des Haftmittels weist den Vorteil auf, dass die Verbindung bzw. die Kontaktflächen zwischen dem Kühlkörper und der Abdeckung geometrisch einfach ausgestaltbar ist, insbesondere ist die Verbindung an planen Kontaktflächen möglich.
Das Haftmittel kann ein thermisch gut leitendes Haftmittel sein, z. B. eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber oder mindestens ein Wärmeleitpad. Allgemein sollte der Effekt des Haftmittels auf eine Wärmedurchleitung minimiert werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Auswahl eines thermisch gut leitenden Haftmittels beschränkt. So ist bei einer geringen Dicke des Haftmittels, z. B. einer dünnen Klebeschicht, ein Einfluss des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten des Haftmittels auf einen Wärmefluss durch das Haftmittel bei ausreichend großer Kontaktfläche für die meisten Haftmittel gering.
Alternativ kann die Abdeckung auch mittels mechanischer Verbindungsmittel an dem Kühlkörper angebracht sein, z. B. mittels einer Steckverbindung oder einer Klammer- oder Klemmverbindung usw. Dabei kann auch ein geringer Luftspalt zwischen dem Kühlkörper und der Abdeckung vorhanden sein. Ist dieser Luftspalt schmal genug, kann bei ausreichend großer Kontaktfläche auch eine signifikante Wärmeübertragung durch den Luftspalt hindurch erfolgen. Die Kontaktfläche der Abdeckung ist dann eine rein thermische Kontaktfläche oder Wärmeübergangsfläche.
Alternativ kann die Abdeckung auch in den Kühlkörper eingeschraubt sein, wobei die Abdeckung z. B. an ihrer Kontaktfläche mit dem Kühlkörper eine Schraubenform und der Kühlkörper eine passende Gewindeform aufweisen kann. Dies erhöht die Kontaktfläche zwischen der Abdeckung und dem Kühlkörper weiter.
Das Material der Abdeckung braucht grundsätzlich nicht besonders nach seiner Wärmeleitfähigkeit ausgesucht zu sein. So kann für die Abdeckung ein üblicher Kunststoff oder Glas verwendet werden, z. B. ein herkömmliches Lampenkolbenmaterial. Jedoch wird ein gut wärmeleitendes Material bevorzugt. Eine gute Wärmeleitung verbessert eine laterale Wärmeverteilung in der Abdeckung, wodurch sich eine effektive Kühlungsfläche innerhalb der Abdeckung vergrößert und die Wärme stärker an die Umgebung abgegeben werden kann. Gleichzeitig verbessert die gute Wärmeleitung eine transversale Wärmeleitung von einem durch die Abdeckung umgebenen Innenraum durch die Abdeckung hindurch.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Abdeckung aus Glas besteht. Die Verwendung von Glas weist den Vorteil auf, dass Glas vergleichsweise preiswert, einfärbbar, gut formbar und alterungsbeständig ist. Glas kann ferner einfach aufgeraut oder auf andere Art diffus streuend ausgestaltet sein, um die Lichtquelle von außen nicht direkt sichtbar zu machen.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass die Abdeckung beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/(m·K) und 2 W/(m·K) aufweist. Insbesondere wird ein thermisch leitfähiges Glas mit einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ von ca. 1,2 W/(m·K) oder mehr bevorzugt. Während übliche Gläser, wie Fensterglas, einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ zwischen 0,8 und 1,0 W/(m·K) aufweisen, weist z. B. Borofloatglas ein λ von ca. 1,2 W/(m·K) auf, N-BK10 ein λ von ca. 1,32 W/(m·K) und Zerodur ein λ von ca. 1,46 W/(m·K). Durch die vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit wird eine großflächige Wärmeverteilung in der Abdeckung und damit eine effiziente Wärmeabfuhr über die äußere Oberfläche der Abdeckung erreicht.
Alternativ ist beispielsweise auch die Verwendung eines lichtdurchlässigen Kunststoffs (z. B. Polycarbonat) oder einer lichtdurchlässigen Keramik (z. B. einer Aluminiumoxid-Keramik) möglich. So kann eine lichtdurchlässige Keramik einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten λ von 30 W/(m·K) oder mehr erreichen. Als ein Kunststoff kann beispielsweise ein mit einem hoch thermisch leitfähigen Material verfüllter Kunststoff verwendet werden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine domartige Form aufweist. Eine solche Abdeckung ist beispielsweise für eine Retrofit-Glühlampe besonders geeignet.
Die Abdeckung kann alternativ eine offene oder eine geschlossene Röhrenform aufweist. Eine solche Abdeckung ist beispielsweise für eine Retrofit-Leuchtstoffröhre oder eine Retrofit-Linienlampe (z. B. vom Typ Linestra der Fa. Osram) geeignet.
Es ist eine spezielle Ausgestaltung, dass eine (insbesondere thermische) Kontaktfläche der Abdeckung zu dem Kühlkörper einer (unteren) Auflagefläche der Abdeckung zumindest teilweise entspricht. Bei der domartigen Form und der offenen Röhrenform stellt die Kontaktfläche der Abdeckung gleichzeitig die Auflagefläche der Abdeckung auf dem Kühlkörper dar und damit üblicherweise deren tiefsten Punkt. Dabei kann sich insbesondere die Wandstärke mit steigender Entfernung von der Kontaktfläche bzw. mit steigender Höhe verringern, insbesondere kontinuierlich verringern. Der höchste Punkt, die Apsis, weist somit die geringste Wandstärke auf.
Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine scheibenartige Form aufweist. Dadurch ist die Abdeckung insbesondere für eine PAR(Parabolic Aluminized Reflector)-Scheinwerfer-Retrofitlampe oder Leuchte bzw. für dessen Leuchtmittel geeignet. Die Abdeckung ist insbesondere auch für Lampen oder Retrofitlampen vom Typ MR16 geeignet, alternativ auch für andere MR-Lampenformen, z. B. MR11 oder MR8.
Es ist dann eine weitere spezielle Ausgestaltung, dass eine Kontaktfläche der Abdeckung zu dem Kühlkörper seitlich angeordnet ist. Bei der scheibenartigen Form stellt die Kontaktfläche der Abdeckung gleichzeitig die seitliche Anlagefläche der Abdeckung (welche meist dem Seitenrand der Abdeckung entspricht) auf dem Kühlkörper dar und damit üblicherweise deren äußersten Punkt. Dabei kann sich insbesondere die Wandstärke mit steigender Entfernung von der Kontaktfläche verringern. Der innerste Punkt der Abdeckung, insbesondere deren Mittelpunkt, weist somit die geringste Wandstärke auf.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine optische Funktion aufweist. Dies hat den Vorteil, dass gleichzeitig eine Strahlführung oder Strahlkorrektur ermöglicht wird.
Es ist eine dazu alternative Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine im Wesentlichen optisch nicht aktive Abdeckung ist, also im Wesentlichen zum Schutz der Lampe dient.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterleuchtelement, über mindestens ein Substrat auf dem Kühlkörper befestigt ist. Das Substrat kann beispielsweise ein Substrat eines LED-Clusters, d. h. ein gemeinsames Substrat für mehrere LED-Chips, sein. Das Substrat kann zusätzlich oder alternativ mindestens eine Leiterplatte umfassen, z. B. zur Kontaktierung des LED-Clusters oder mindestens einer Einzel-LED (LED-Modul) und ggf. zur Bestückung mit elektronischen Bauelementen.
Es kann eine weitere Ausgestaltung sein, dass die Abdeckung eine zumindest mantelseitig geschlossene Röhrenform aufweist und der Kühlkörper zumindest teilweise von der Abdeckung aufgenommen ist und zumindest teilweise an einem unteren Bereich der Abdeckung befestigt ist, wobei der untere Bereich der Abdeckung und ein oberer Bereich der Abdeckung eine vergleichsweise geringere Wandstärke aufweisen als die beiden seitlichen Bereiche der Abdeckung.
Es ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, dass die Abdeckung an ihrer Innenseite im Wesentlichen frei von Hinterschnitten ist, also im Wesentlichen keinen Hinterschnitt aufweist. Dadurch ist die Möglichkeit einer Fertigung im Spritzgussverfahren (bei Kunststoff) oder im Pressverfahren (bei Glas oder Keramikmaterial) gegeben. Die Innenseite der Abdeckung begrenzt den Innenraum der Lampe.
Es kann eine spezielle Ausgestaltung sein, dass die Abdeckung an ihrer Innenseite zumindest seitlich im Wesentlichen gerade Konturen aufweist. Dies vereinfacht eine Fertigung im Spritzgussverfahren oder im Pressverfahren besonders.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Lampe eine Retrofit-Lampe ist, deren Außenkontur nicht oder nicht Wesentlich über eine Außenkontur einer zu ersetzenden Lampe hinausgeht.
Insbesondere zur Verwendung mit einer Glühlampen-Retrofitlampe ist es vorteilhaft, dass die Abdeckung in ihren äußeren Abmessungen der Kontur, insbesondere Rundung, der zu ersetzenden Glühlampe folgt. Dies gilt vorzugsweise analog Retrofitlampen zum Ersatz einer Lampe herkömmlichen Typs, z. B. einer Linienlampe, Reflektorlampe usw.
Die Erfindung kann insbesondere ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:
Eine Lampe, insbesondere eine LED-Lampe, weist einen Sockel, einen Kühlkörper, ein LED-Modul und eine semitransparente oder transparente Abdeckung, z. B. einen Lampenkolben bzw. eine semitransparente oder transparente Optik oder Abdeckscheibe auf.
Die Abdeckung (z. B. der Kolben/die Optik/die Abdeckscheibe) ist vorzugsweise zum Kühlkörper hin dicker ausgeführt und weist eine breitflächige Anbindungsfläche bzw. Kontaktfläche zur thermischen Anbindung an den Kühlkörper auf.
Die Abdeckung ist über die Kontaktfläche vorzugsweise mittels eines gut wärmeleitfähigen Haftmittels, z. B. einer Paste, eines Klebers und/oder eines Pads usw. an den Kühlkörper angebunden. Das Haftmittel kann insbesondere ein TIM (Thermal Interface Material) sein.
Die Abdeckung wird vorzugsweise mit zunehmendem Abstand von der Kühlkörperkontaktfläche dünner.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Kolben-Retrofitlampe;
2 zeigt einen Ausschnitt aus der Glühlampen-Retrofitlampe aus 1 im Bereich einer Abdeckung;
3 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Reflektor-Retrofitlampe;
4 zeigt in Schrägansicht eine Querschnittsdarstellung einer Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe;
5 zeigt in Vorderansicht eine Querschnittsdarstellung der Retrofitlampe aus 4; und
6 zeigt in Vorderansicht eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe;
7 zeigt in Vorderansicht eine Querschnittsdarstellung eine Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Kolben-Retrofitlampe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Kolben-Retrofitlampe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
1 zeigt in teilweiser Seitenansicht eine Glühlampen-Retrofitlampe 1. Die Glühlampen-Retrofitlampe 1 weist einen in Seitenansicht gezeigten Kühlkörper 2 auf, welcher eine im Wesentlichen um eine Längsachse L der Glühlampen-Retrofitlampe 1 winkelsymmetrische Form aufweist. Dabei sind an der Außenseite der Mantelfläche 3 radial nach außen gerichtete Kühlrippen 4 vorhanden. An einer Unterseite 5 des Kühlkörpers 2 ist ein Sockel 6 für eine in Seitenansicht gezeigte Glühlampenfassung vorhanden, z. B. ein Edisonsockel.
Auf einer Oberseite 7 des Kühlkörpers 2 ist ein LED-Modul 8 befestigt, welches über den Sockel 6 mit Strom versorgt wird. Das LED-Modul 8 weist mindestens ein Substrat in Form einer Leiterplatte 9 auf. Auf der Leiterplatte 9 befinden sich ein oder mehrere Leuchtdioden 10, und zwar hier in Form eines LED-Clusters, bei dem mehrere, ggf. auch unterschiedlich farbig strahlende, LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) angebracht sind. Die Leiterplatte 9 kann auch zusätzlich mit anderen elektronischen Bauelementen bestückt sein, z. B. einem Treiberbaustein.
An der Oberseite 7 des Kühlkörpers 2 ist ferner eine im Querschnitt gezeigte domartige Abdeckung 11 angeklebt. Die Abdeckung 11 ist um die Längsachse L herum rotationssymmetrisch geformt und überwölbt das LED-Modul 8 vollständig. Durch die Abdeckung 11 und den Kühlkörper 2 wird somit ein Aufnahmeraum für das LED-Modul 8 bzw. ein Innenraum 12 der Glühlampen-Retrofitlampe 1 geschaffen. Die Abdeckung 11 liegt mit einer unterseitigen Kontaktfläche 13 mittels eines Klebers 14 flächig und eben auf dem Kühlkörper 2 auf.
Der Kleber 14, mittels welchem die Abdeckung 11 an dem Kühlkörper 2 haftet, kann beispielsweise als eine dünne Klebeschicht aus Silberleitkleber oder einem mit einer leitfähigen Keramik verfüllten Kleber realisiert sein.
Die Abdeckung 11 ist opak, um eine weitgehend homogene Abstrahlcharakteristik zu unterstützen, welche der einer herkömmlichen Glühbirne zumindest angenähert ist.
Die Abdeckung 11 weist eine Wandstärke d auf, welche sich kontinuierlich mit steigender Entfernung (steigender Höhe) von dem Kühlkörper 2 verjüngt. Folglich bildet die Kontaktfläche 13, welche gleichzeitig die untere Aufsatzfläche der Abdeckung 11 darstellt, den Bereich der Abdeckung 11 mit der höchsten Wandstärke d.
Die Abdeckung 11 besteht aus einem Glas mit einer Wärmeleitfähigkeit λ in einem Bereich zwischen 1 W/(m·K) und 2 W/(m·K), z. B. einem Borofloatglas.
Die Abdeckung 11 ist im Wesentlichen optisch nicht aktiv, weist somit keine Funktion eine Linse o. ä. auf.
Die Funktion der Abdeckung 11 wird im Folgenden näher erläutert.
2 zeigt einen Ausschnitt aus der Glühlampen-Retrofitlampe 1 im Bereich der Abdeckung 11. Bei Betrieb des LED-Moduls 8 erwärmt sich dieses aufgrund einer Verlustwärme der LEDs 10 und ggf. weiterer elektronischer Komponenten. Die Verlustwärme W wird teilweise auf den Kühlkörper 2 übertragen und teilweise in den Aufnahmeraum 12 abgegeben. Der Kühlkörper 2 wiederum gibt die Wärme W im Wesentlichen durch Wärmekonvektion oder Strahlungswärme an die Umgebung ab, insbesondere über die Kühlrippen 4.
Ein Teil der Wärme W des Kühlkörpers 2 wird jedoch durch die Klebeschicht 14 und weiter durch die Kontaktfläche 13 auf die Abdeckung 11 übertragen. Dort breitet sich die Wärme W mittels einer lateralen Wärmeleitung (eines lateral gerichteten Wärmeflusses WL) innerhalb der Abdeckung 11 aus. Diese von der Kontaktfläche 13 ausgehende Aufwärmung der Abdeckung 11 führt dazu, dass die Wärme des lateral gerichteten Wärmeflusses WL über eine Außenseite 15 der Abdeckung 11 durch Wärmekonvektion oder Strahlungswärme an die Umgebung abgegeben wird, wie durch die aus der Abdeckung 11 nach außen abgehenden Pfeile WL angedeutet. Durch die Wärmeabgabe nach außen (Entwärmung) wird der lateral gerichtete Wärmefluss WL mit steigender Entfernung von der Kontaktfläche 13 immer geringer.
Aufgrund des aufgeheizten Aufnahmeraums 12 tritt jedoch auch ein transversal gerichteter Wärmefluss WT von dem Aufnahmeraum 12 im Wesentlichen senkrecht durch die Abdeckung 11 nach Außen auf. Die beiden Wärmeflüsse oder Wärmeverteilungen WL und WT überlagern sich in der Abdeckung 11.
An und kurz hinter der Kontaktfläche 13 wird der lateral gerichtete Wärmefluss WL überwiegen, entfernt von der Kontaktfläche 13 der transversal gerichtete Wärmefluss WT. Insbesondere an dem höchsten Punkt der Abdeckung 11, der Apsis A, ist der Einfluss des lateral gerichteten Wärmeflusses WL am geringsten.
Durch die relative Verbreiterung der Wandstärke d zu der Kontaktfläche 13 hin wird der lateral gerichtete Wärmefluss WL verstärkt und so die Abdeckung 11 stärker aufgeheizt. Somit wird auch eine Wärmeabfuhr von der Abdeckung 11 nach außen verstärkt, was wiederum eine verstärkte Wärmeabfuhr von dem und eine verbesserte Kühlung des LED-Modul(s) 8 bewirkt.
Andererseits wird durch die relative Verringerung der Wandstärke d mit zunehmender Entfernung von der Kontaktfläche 13 erreicht, dass ein Durchlass des transversal gerichteten Wärmeflusses WT durch die Abdeckung 11 nur geringfügig behindert wird, also die Wärmeisolierungswirkung der Abdeckung 11 gering ist. Die geringste Wandstärke d tritt folglich an der Apsis A auf. Die Wandstärke d an jedem Punkt der Abdeckung kann so auf eine maximale Wärmeabgabe nach außen hin optimiert werden. Aufgrund der sich typischerweise örtlich nicht sprunghaft ändernden Wärmeflüsse WT und WL wird in den meisten Fällen eine kontinuierliche Änderung der Wandstärke d eine besonders effektive Wärmeabfuhr ermöglichen.
Für eine Glühlampen-Retrofitlampe 1 mag eine Änderung der Wandstärke d von der Kontaktfläche 13 zu der Apsis A vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen einer Hälfte und einem Fünftel liegen. In anderen Worten kann die Wandstärke d an der Kontaktfläche bevorzugt um einen Faktor zwei bis fünf Mal breiter sein als an der Apsis A, insbesondere ca. vier Mal.
3 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine weitere Retrofitlampe 16, z. B. zum Einsatz in einer Lampe vom Typ MR16 oder als ein PAR-Leuchtmittel, z. B. PAR30. Im Gegensatz zu der Glühlampen-Retrofitlampe 1 aus 1 und 2 ist der Kühlkörper 17 nun becherförmig mit einer oberen Öffnung 18 ausgebildet. Die Öffnung 18 ist mittels einer Abdeckung 19 mit einer scheibenartigen Grundform abgedeckt. Die Abdeckung 19 und der Kühlkörper 17 bilden auch hier wieder einen Aufnahmeraum 12 für das LED-Modul 8.
In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Kontaktfläche 13 nicht einer unteren Auflagefläche, sondern einer seitlichen, für einen festen Sitz an dem Kühlkörper 17 leicht angeschrägten Randfläche der Abdeckung 19.
In einer dem Ausführungsbeispiel aus 1 und 2 grundsätzlich ähnlichen Weise wird auch hier ein lateral gerichteter Wärmefluss WL von dem Kühlkörper 17 durch die Kontaktfläche 13 in die Abdeckung 19 hinein erzeugt, welcher umso schwächer wird, je weiter er sich von der Kontaktfläche 13 entfernt bzw. je näher er einem Mittelpunkt M der Abdeckung 19 kommt. Der lateral gerichtete Wärmefluss WL wird auch hier von einem transversal gerichteten Wärmefluss WT überlagert, welcher Wärme aus dem Aufnahmeraum 12 durch die Abdeckung 19 hindurch nach außen transportiert.
Am Mittelpunkt M ist der relative Einfluss des lateral gerichteten Wärmeflusses WL am geringsten und folglich derjenige des transversal gerichteten Wärmeflusses WT am größten, so dass für eine effektive Wärmeabfuhr von der Abdeckung 19 an die Umgebung dort eine geringere Wandstärke d bevorzugt wird als am Rand. Andererseits wird zur Erzeugung eines starken lateralen Wärmeflusses WL eine größte Wandstärke d an der Kontaktfläche 13 bzw. am Randbereich der Abdeckung 19 bevorzugt.
4 zeigt in Schrägansicht eine Querschnittsdarstellung einer Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe 20. 5 zeigt die Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe 20 als Schnittdarstellung in Vorderansicht.
Die Retrofitlampe 20 weist eine im Wesentlichen röhrenförmige Grundform auf und dient z. B. als ein Ersatz einer herkömmlichen Leuchtstoffröhre oder einer Linienlampe. Ein unterer Bereich der Retrofitlampe 20 weist einen entlang einer Längsachse L der Retrofitlampe 20 länglich ausgedehnten Kühlkörper 21 auf, welcher eine plattenförmige Basis 22 aufweist. Auf einer Oberseite der plattenförmigen Basis 22 sind entlang der Längsrichtung L mehrere Leuchtdioden 10 äquidistant angeordnet, z. B. auf einem flexiblen bandförmigen Träger 9. Dies kann beispielsweise durch ein LED-Modul 8 in Form eines LED-Bands vom Typ LinearLight Flex der Fa. Osram realisiert sein. An einer Unterseite der plattenförmigen Basis 22 gehen mehrere Kühlrippen 4 senkrecht nach unten ab.
Auf der Oberseite 7 des Kühlkörpers 21 ist eine entsprechend passende längliche Abdeckung 23 befestigt, welche mit dem Kühlkörper 21 den Aufnahmeraum 12 für das LED-Modul 8 bildet. Im Querschnitt kann die Form der Abdeckung 23 der Form der Abdeckung 11 aus 1 und 2 im Wesentlichen entsprechen, so dass die Wirkungsweise der Abdeckung 23 an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt zu werden braucht, sondern analog auf 1 und 2 verwiesen wird.
6 zeigt in Vorderansicht eine Querschnittsdarstellung einer weiteren Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe 24. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 4 und 5 ist der Kühlkörper 25 mit dem LED-Modul 8 nun zumindest mantelseitig vollständig von einer röhrenförmigen Abdeckung 26 umgeben. Ferner ist der Kühlkörper 25 aus einem massiven Material ausgebildet, so dass er mit der Abdeckung 26 eine großflächige Kontaktfläche 27 ausbildet, welche einen großen Teil der unteren Hälfte der Abdeckung 26 einnimmt.
In diesem Fall weisen seitliche Scheitelpunkte S die größte Wandstärke d auf, während ein oberer Scheitelpunkt A1 und ein unterer Scheitelpunkt A2 die geringste Wandstärke d aufweisen. Dabei wird vorausgesetzt, dass das LED-Modul 8 in einen oberen Halbraum abstrahlt und der Kühlkörper 25 auf einen unteren Bereich der Abdeckung 26 aufgesetzt wird.
In anderen Worten weist die Abdeckung 26 eine zumindest mantelseitig geschlossene Röhrenform auf, und der Kühlkörper 25 ist zumindest teilweise in der Abdeckung 26 aufgenommen. Der Kühlkörper 25 ist größtenteils an einem unteren Bereich I (unterem Viertelsektor) der Abdeckung 26 befestigt, wobei der untere Bereich I und ein diesem gegenüberliegender oberer Bereich II (oberer Viertelsektor) der Abdeckung 26 eine vergleichsweise geringere Wandstärke d aufweisen kann als die beiden seitlichen Bereiche III (seitliche Viertelsektoren) der Abdeckung 26. Dabei geht die Sektorierung von einer Schnittlinie aus, welche der Längsachse L zumindest im Wesentlichen entspricht.
Insbesondere ändert sich die Wandstärke d der Abdeckung 26 kontinuierlich und weist in dem oberen Bereich I an einem oberen Scheitelpunkt A1 und in dem unteren Bereich II an einem unteren Scheitelpunkt A2 die geringste Wandstärke d auf. Hingegen sind die beiden seitlichen Scheitelpunkte S. welche sich in dem jeweiligen seitlichen Bereich III befinden, die Orte der größten Wandstärke d.
Eine solche Form der Abdeckung 26 kann beispielsweise so erzeugt werden, dass eine Querschnittskontur einer Innenseite 28 der Abdeckung 26 im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist, während eine Querschnittskontur einer Außenseite 29 der Abdeckung 26 eine im Wesentlichen ovale Form aufweist.
Die Abdeckung 26 weist somit für ihre obere Hälfte bzw. ihren oberen Abschnitt oberhalb der seitlichen Scheitelpunkte S eine Wandstärke d auf, welche sich mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper 25 bzw. seiner Kontaktfläche 27 mit dem Kühlkörper 25 verjüngt.
Während in dem oberen Bereich I der transversal gerichtete Wärmestrom WT dominiert, hat es sich gezeigt, dass auch an dem unteren Bereich II eine geringe Wandstärke d vorteilhaft ist, da dort eine direkte Wärmeableitung von dem Kühlkörper 25 in transversaler Richtung durch die Abdeckung 26 hindurch eine effektivere Wärmeabgabe ermöglicht als eine Optimierung im Hinblick auf eine Wärmeableitung bzw. Wärmespreizung im Abdeckelement 26. Auch hat es sich gezeigt, dass eine erhöhte Wandstärke d in den seitlichen Bereichen III der Abdeckung 26 eine effektivere Wärmeabgabe ermöglicht als eine Optimierung im Hinblick auf eine transversal gerichtete Wärmeableitung durch das Abdeckelement 26 hindurch.
7 zeigt in Vorderansicht eine Querschnittsdarstellung eine Retrofitlampe 30 in Form einer Leuchtstoffröhren- oder Linienlampen-Retrofitlampe gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Abdeckung 31 ist in Gegensatz zu der Retrofitlampe 20 aus 4 an ihrer Außenseite 15 lediglich halbzylinderförmig ausgeführt, so dass sie bei ihrer Herstellung aus einer Gussform herauslöst werden kann. An ihrer Innenseite 32 (welche zusammen mit der Basis 22 des Kühlkörpers 21 den Aufnahmeraum 12 begrenzt) ist sie ebenfalls frei von Hinterschnitten. Insbesondere ist die Innenseite 32 zur Vereinfachung einer Herstellung im Spritzgussverfahren oder Pressverfahren so ausgestaltet, dass eine seitliche Fläche 33 bzw. Seitenwand der Innenseite 32 von der Unterseite der Abdeckung 31 ausgehend senkrecht verläuft. Eine an die seitliche Fläche 33 nach oben anschließende Deckenfläche 34, welche den Aufnahmeraum 12 überdeckt, ist hingegen wieder gewölbt, insbesondere zylindersektorförmig, ausgestaltet.
Die Wandstärke d ist an der Kontaktfläche 13 am größten und verringert sich in einem Abschnitt 35 oder Bereich, welcher die seitliche Fläche 33 beinhaltet, kontinuierlich mit steigender Abstand von der Kontaktfläche 13. Der daran anschließende Abschnitt 36 oder Bereich, welcher die Deckenfläche 34 beinhaltet, weist hingegen eine konstante Wandstärke d auf. Die Abdeckung 31 weist folglich weiterhin wie die Retrofitlampe 20 an der Kontaktfläche 13 zu dem Kühlkörper 21 eine größere Wandstärke d auf als an dem von dem Kühlkörper 21 am weitesten beabstandeten Punkt, nämlich der (linienförmigen) Apsis A. Speziell ist die Wandstärke d an der Kontaktfläche 13 am größten.
Alternativ kann sich der Abschnitt 36 auch ausgehend von seinem Ansatz an dem Abschnitt 35 zur Apsis A hin weiter verjüngen.
8 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Retrofitlampe 37 in Form einer Kolben-Retrofitlampe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Abdeckung 38 ist in Gegensatz zur Retrofitlampe 1 aus 1 und 2 an ihrer Außenseite 15 lediglich halbkugelförmig ausgeführt, so dass sie bei ihrer Herstellung aus einer Gussform herauslöst werden kann. An ihrer Innenseite 32 (welche zusammen mit dem Kühlkörper 2 den Aufnahmeraum 12 begrenzt) ist sie ebenfalls frei von Hinterschnitten. Insbesondere ist die Innenseite 32 zur Vereinfachung einer Herstellung im Spritzgussverfahren oder Pressverfahren so ausgestaltet, dass eine seitliche Fläche 33 bzw. Seitenwand der Innenseite 32 von der Unterseite der Abdeckung 31 ausgehend senkrecht verläuft, also z. B. eine Zylinderform oder zylinderförmig angeordnete Gruppe von ineinander übergehenden senkrechten Flächen aufweisen kann. Eine an die seitliche Fläche 33 nach oben anschließende Deckenfläche 34, welche den Aufnahmeraum 12 überwölbt, ist hingegen wieder nach oben gewölbt bzw. domartig, insbesondere sphärisch, ausgestaltet.
Die Wandstärke d ist an der Kontaktfläche 13 am größten und verringert sich in einem Abschnitt 35 oder Bereich kontinuierlich mit steigendem Abstand von der Kontaktfläche 13, welcher die seitliche Fläche 33 beinhaltet. Der daran anschließende Abschnitt 36 oder Bereich, welcher die Deckenfläche 34 beinhaltet, weist hingegen eine konstante Wandstärke d auf. Die Abdeckung 38 weist folglich weiterhin wie die Retrofitlampe 1 an der Kontaktfläche 13 zu dem Kühlkörper 2 eine größere Wandstärke d auf als an dem von dem Kühlkörper 2 am weitesten beabstandeten Punkt, nämlich der (punktförmigen) Apsis A.
Alternativ kann sich der Abschnitt 36 auch von seinem Ansatz an dem Abschnitt 35 zur Apsis A hin weiter verjüngen.
9 zeigt in Seitenansicht teilweise im Querschnitt eine Retrofitlampe 39 in Form einer Kolben-Retrofitlampe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform. Im Gegensatz zur Retrofitlampe 37 weist sie nun keine Abdeckung 40 mit einer halbkugelförmigen Außenseite auf, sondern eine mehr als halbkugelförmige Außenseite 15 wie die Abdeckung 11 aus 1 und 2. Gleichzeitig weist die Abdeckung 40 an ihrer Innenseite 32 eine senkrechte seitliche Fläche 33 auf.
Folglich ist die Wandstärke d nicht mehr an der Kontaktfläche 13 am größten, sondern an einer größten seitlichen Ausdehnung der Abdeckung 40 in einem geringen Abstand von der Kontaktfläche 13 und verringert sich ab dort kontinuierlich mit steigendem Abstand von der Kontaktfläche 13. Aber auch diese Abdeckung 40 weist an der Kontaktfläche 13 zu dem Kühlkörper 2 eine größere Wandstärke d auf als an dem von dem Kühlkörper am weitesten beabstandeten Punkt, nämlich der (punktförmigen) Apsis A. Auch diese Abdeckung 40 weist gegenüber einer Abdeckung mit konstanter Wandstärke, insbesondere einer geringen Wandstärke wie z. B. im Bereich der Apsis A, den Vorteil der stärkeren Wärmeableitung von dem Kühlkörper 2 auf.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So braucht ferner die Abdeckung der mantelseitig geschlossenen röhrenförmigen Abdeckung nicht bezüglich einer Längsachse symmetrisch ausgebildet zu sein.
Der Unterschied der Wandstärke d zwischen der dicksten Stelle der Abdeckung und der dünnsten Stelle der Abdeckung kann allgemein bevorzugt einen Faktor zwischen zwei und fünf annehmen.
Bezugszeichenliste

1: Glühlampen-Retrofitlampe
2: Kühlkörper
3: Mantelfläche des Kühlkörpers
4: Kühlrippe
5: Unterseite des Kühlkörpers
6: Sockel
7: Oberseite des Kühlkörpers
8: LED-Modul
9: Leiterplatte
10: Leuchtdiode
11: Abdeckung
12: Aufnahmeraum
13: Kontaktfläche
14: Klebeschicht
15: Außenseite der Abdeckung
16: Retrofitlampe
17: Kühlkörper
18: Öffnung des Kühlkörpers
19: Abdeckung
20: Retrofitlampe
21: Kühlkörper
22: Basis des Kühlkörpers
23: Abdeckung
24: Retrofitlampe
25: Kühlkörper
26: Abdeckung
27: Kontaktfläche
28: Innenseite der Abdeckung
29: Außenseite der Abdeckung
30: Retrofitlampe
31: Abdeckung
32: Innenseite
33: seitliche Fläche der Innenseite
34: Deckenfläche der Innenseite
35: Abschnitt der Abdeckung
36: Abschnitt der Abdeckung
37: Retrofitlampe
38: Abdeckung
39: Retrofitlampe
40: Abdeckung
A: Apsis
A1: oberer Scheitelpunkt
A2: unterer Scheitelpunkt
I: unterer Bereich
II: oberer Bereich
III: seitlicher Bereich
L: Längsachse
M: Mittelpunkt
S: seitlicher Scheitelpunkt
WL: lateral gerichteter Wärmefluss
WT: transversal gerichteter Wärmefluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0080362 A1 [0003]

Claims

Lampe (1; 16; 20; 24; 30; 37; 39), mindestens aufweisend: – einen Kühlkörper (2; 17; 21; 25), welcher mindestens eine Lichtquelle (10), insbesondere Halbleiterleuchtelement, speziell Leuchtdiode, trägt, und – eine an dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) befestigte, zumindest teilweise lichtdurchlässige Abdeckung (11; 19; 23; 26) für die mindestens eine Lichtquelle (10), – wobei die Abdeckung (11; 19; 23; 26; 31; 38; 40) eine Wandstärke (d) aufweist, welche sich zumindest abschnittsweise mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) verjüngt.
Lampe (1; 16; 20; 24; 30; 37; 39), insbesondere nach Anspruch 1, mindestens aufweisend: – einen Kühlkörper (2; 17; 21; 25), welcher mindestens eine Lichtquelle (10), insbesondere Halbleiterleuchtelement, speziell Leuchtdiode, trägt, und – eine an dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) befestigte, zumindest teilweise lichtdurchlässige Abdeckung (11; 19; 23; 26; 31; 38; 40) für die mindestens eine Lichtquelle (10), – wobei die Abdeckung (11; 19; 23; 26; 31; 38; 40) an einer Kontaktfläche (13) zu dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) eine größere Wandstärke (d) aufweist als an dem von dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) am weitesten beabstandeten Punkt (A).
Lampe (1; 16; 20; 30; 38) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine größte Wandstärke (d) an einer Kontaktfläche (13) zu dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) aufweist.
Lampe (1; 16; 20; 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Wandstärke (d) der Abdeckung (11; 19; 23) mit steigender Entfernung von dem Kühlkörper (2; 17; 21) kontinuierlich verjüngt.
Lampe (30; 37) nach Anspruch 3, bei der die Wandstärke (d) der Abdeckung (31; 38) sich abschnittsweise mit steigender Entfernung von der Kontaktfläche (13) zu dem Kühlkörper (21) verjüngt und anschließend daran die Wandstärke (d) der Abdeckung im Wesentlichen konstant bleibt.
Lampe (1; 16; 20; 24; 30; 37; 39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung (11; 19; 23; 26; 31; 38; 40) an dem Kühlkörper (2; 17; 21; 25) mittels mindestens eines gut wärmeleitenden Haftmittels (14) befestigt ist.
Lampe (1; 16; 20; 24; 30; 37; 39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung (11; 19; 23; 26) eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/(m·K) und 2 W/(m·K) aufweist, insbesondere aus Glas mit einer Wärmeleitfähigkeit zwischen 1 W/(m·K) und 2 W/(m·K) besteht.
Lampe (1; 37; 39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung (11) zumindest abschnittsweise eine domartige Form aufweist.
Lampe (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Abdeckung (23) eine offene Röhrenform aufweist.
Lampe (1; 20; 30; 37; 39) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Kontaktfläche (13) der Abdeckung (11; 23) zu dem Kühlkörper (2; 23) einer unteren Auflagefläche der Abdeckung (11; 23) zumindest teilweise entspricht.
Lampe (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Abdeckung (19) eine scheibenartige Form aufweist.
Lampe (16) nach Anspruch 11, bei der eine Kontaktfläche (13) der Abdeckung (19) zu dem Kühlkörper (17) seitlich angeordnet ist.
Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung eine optische Funktion aufweist.
Lampe (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung an ihrer Innenseite im Wesentlichen frei von Hinterschnitten ist.
Lampe (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abdeckung (26) eine zumindest mantelseitig geschlossene Röhrenform aufweist und der Kühlkörper (25) zumindest teilweise in der Abdeckung (26) aufgenommen ist und zumindest teilweise an einem unteren Bereich (I) der Abdeckung (26) befestigt ist, wobei der untere Bereich (I) der Abdeckung (26) und ein oberer Bereich (II) der Abdeckung (26) eine vergleichsweise geringere Wandstärke (d) aufweisen als die beiden seitlichen Bereiche (III) der Abdeckung (26).