DE102009038827B4

DE102009038827B4 - LED-Lampe

Info

Publication number: DE102009038827B4
Application number: DE102009038827A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heine; Dirk Schade; Bela Michael Rohrbacher
Original assignee: Heine Optotechnik GmbH and Co KG; Heine Optotechnik KG
Current assignee: Heine Optotechnik GmbH and Co KG; Heine Optotechnik KG
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: DE102009038827A8; US20110051432A1; DE102009038827A1; EP2290285A1

Abstract

LED-Lampe mit einem hohlen Gehäuse (11), einem länglichen Kühlkörper (14, 32) aus Keramik, der in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, einer LED-Einheit (16), die auf der vorderen Stirnseite des Kühlkörpers (14, 32) angebracht ist, und einer Optik (12), die an dem vorderen Stirnende des Gehäuses (11) vor der LED-Einheit (16) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das hohle Gehäuse (11) aus Metall gebildet ist, – die Außenfläche des Kühlkörpers (14, 32) über dessen gesamte Länge an der Innenfläche des Gehäuses (11) anliegt, und – an der Außenseite des Kühlkörpers (14, 32) eine sich in dessen Längrichtung erstreckende Nut (18, 34) ausgebildet ist, in der wenigstens eine der Anschlussleitungen (20, 38) für die LED-Einheit (16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED-Lampe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 20219 987 U1 ist eine LED-Lampe bekannt, die eine LED-Einheit aufweist, die zusammen mit einer Anpasselektronik in einem Gehäuse untergebracht ist, das dem einer herkömmlichen Glühlampe entspricht. In dem transparenten Teil des Gehäuses ist eine Sammellinse integriert.
In letzter Zeit sind Hochleistungs-LED auf den Markt gekommen, die eine elektrische Leistung bis zu einigen Watt aufweisen. Wenn eine solche Hochleistungs-LED in einem Gehäuse untergebracht wird, wie es aus der DE 202 19 987 U1 bekannt ist, entsteht innerhalb des Gehäuses eine starke Wärmeentwicklung, die zu einer Beschädigung der Hochleistungs-LED führen kann.
Die DE 20 2005 006 332 U1 offenbart eine gattungsgemäße LED-Lampe mit einer Glühlampenfassung aus Metall, in die ein Fuß eines im oberen Bereich hohlzylindrischen Kühlkörpers aus Keramik geschraubt ist, an dessen oberem Ende eine Trägerplatte aus Metall angebracht ist, auf der mehrere LEDs angeordnet sind. Der hohlzylindrische Bereich des Kühlkörpers wird im Abstand von einem Gehäuse aus Kunststoff umgeben.
Die DE 20 2007 015 497 U1 beschreibt eine LED-Leuchte, deren Gehäuse einen massiven länglichen Kühlkörper aufweist, an dessen einer Außenseite LEDs angeordnet sind. An einer Außenseite des Kühlkörpers sind außerdem Kühlrippen ausgebildet. Im Bereich von Leitungsführungen sind die Kühlrippen unterbrochen.
In der DE 20 2008 007 862 U1 ist eine LED-Leuchte offenbart, die einen länglichen Kühlkörper aufweist, auf dessen einer Außenseite ein positiver und ein negativer Anschlussstreifen in Längsrichtung parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Außerdem sind auf der Außenseite eine Reihe von LEDs so befestigt, dass ihre Anschlüsse mit den Anschlussstreifen in Verbindung stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine LED-Lampe zu schaffen, bei der eine ausreichende Wärmeabführung gewährleistet ist, um die Beschädigung der LED-Einheit zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine LED-Lampe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen LED-Lampe sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.
Die erfindungsgemäße LED-Lampe weist ein hohles, vorzugsweise hohlzylindrisches Gehäuse aus Metall, vorzugsweise Messing, auf, in dem ein länglicher Kühlkörper aus Keramik angeordnet ist. Die Außenfläche des Kühlkörpers liegt an der Innenfläche des Gehäuses an. Eine LED-Einheit ist auf der vorderen Stirnseite des Kühlkörpers angebracht. An dem vorderen Stirnende des Gehäuses befindet sich vor der LED-Einheit eine Optik. Um eine elektrische Verbindung zwischen der LED-Einheit und einem am hinteren Ende des Gehäuses vorgesehenen Kontaktelement zu schaffen, das mit einer Stromversorgung in Kontakt gebracht werden kann, ist an der Außenseite des Kühlkörpers eine sich in dessen Längrichtung erstreckende Nut ausgebildet, in der wenigstens eine der Anschlussleitungen für die LED-Einheit angeordnet ist.
Als Keramikmaterial für den Kühlkörper kann beispielsweise CeramCool^® verwendet werden, das von der Firma CeramTec AG vertrieben wird.
Durch das Keramikmaterial kann die Wärme zuverlässig von der LED-Einheit abgeführt werden. Da der Kühlkörper mit seiner Außenfläche an der Innenfläche des Gehäuses aus Metall anliegt, wird die Wärme hervorragend nach außen abgeleitet, so dass eine Überhitzung der LED-Einheit vermieden wird. Um einen optimalen Wärmeübergang zwischen den zwei Flächen des Kühlkörpers und des Gehäuses zu gewährleisten, kann Wärmeleitpaste oder Wärmeleitkleber verwendet werden.
Vorzugsweise sind mit den Anschlussleitungen in Kontakt stehende Anschlüsse für die LED-Einheit auf die vordere Stirnfläche des Kühlkörpers aus Keramik z. B. durch Galvanisierung metallisiert. Der Kühlkörper aus Keramik kann direkt beschichtet und daher als Schaltungsträger verwendet werden. Gleichzeitig ist er zuverlässig elektrisch isoliert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die LED-Einheit über eine auf die vordere Stirnseite des Kühlkörpers metallisierte Kontaktfläche mit dem Kühlkörper verbunden. Eine Hochleistungs-LED weist oft neben den elektrischen Anschlüssen auch eine metallische Fläche auf, über die Wärme abgeführt werden kann. Diese metallische Fläche wird mit der metallisierten Kontaktfläche auf dem Kühlkörper verbunden, wodurch eine zuverlässige Abfuhr von Wärme gewährleistet wird.
Zusätzlich kann eine Schaltungselektronik, z. B. für die Stromregelung für die LED-Einheit in einer Aussparung in dem Kühlkörper untergebracht werden, die vorzugsweise in der Seitenwand des Kühlkörpers ausgebildet ist. Leiterbahnen für die Schaltungselektronik können ebenfalls durch Metallisierung aufgebracht werden.
Es ist auch möglich, die Aussparung in der hinteren Stirnseite des Kühlkörpers auszubilden.
Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen, bei denen eine Schaltungselektronik in einer Aussparung angeordnet ist, kann eine Speicherdrossel bestehend z. B. aus einem Ferritkern und einer diesen umgebenden Drosselspule angrenzend an die hintere Stirnseite des Kühlkörpers in dem Gehäuse angeordnet werden.
Die hintere Stirnseite des Gehäuses wird vorzugsweise durch eine Isolierbuchse verschlossen, in der wenigstens ein Kontaktstift angeordnet ist, der mit der wenigstens einen Anschlussleitung verbunden ist.
Die Optik kann abhängig vom Einsatzgebiet der LED-Lampe von einer Kondensorlinse, einer Stablinse oder anderen Linsen oder im einfachsten Fall von einem Schutzglas gebildet werden. Zwischen der LED-Einheit und Linsenoptik können auch verschiedenste Blendenelemente untergebracht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer LED-Lampe,
2 einen Längsschnitt durch die LED-Lampe von 1,
3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der LED-Lampe,
4 die Einzelheit X von 3,
5 eine Seitenansicht des Kühlkörpers der LED-Lampe von 3,
6 eine Stirnansicht des Kühlkörpers von 5.
Die in 1 und 2 gezeigte LED-Lampe 10 weist ein insgesamt zylindrisches, längliches Gehäuse 11 aus Metall, zum Beispiel aus Messing auf. Die vordere stirnseitige Öffnung des Gehäuses 11 ist durch eine Sammellinse 12 verschlossen, die konzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses 11 angebracht ist. An dem hinteren Ende weist das Gehäuse 11 einen sich nach außen erstreckenden Ringbund 24 auf. Die Öffnung der hinteren Stirnseite des Gehäuses 11 ist durch eine Isolierbuchse 22 aus Isoliermaterial verschlossen. Das hintere Ende der Isolierbuchse 22 ist bündig mit dem hinteren Ende des Gehäuses 11. Die vordere Stirnseite der Isolierbuchse 22 verläuft in einer Radialebene zur Mittelachse des Gehäuses 11. An der vorderen Stirnseite der Isolierbuchse 22 liegt ein länglicher, insgesamt zylindrischer Keramikkörper 14 mit seiner hinteren Stirnseite an. Der Außendurchmesser des Keramikkörpers 14 entspricht dem Innendurchmesser des Gehäuses 11 in diesem Bereich, so dass er mit seiner Außenfläche die Innenfläche des Gehäuses 11 berührt. Die vordere Stirnseite des Keramikkörpers 14 ist im Abstand zur Kondensorlinse 12 angeordnet, so dass ein Zwischenraum 13 zwischen ihnen gebildet ist. Auf der vorderen Stirnseite ist mittig eine LED-Einheit 16 angebracht, deren vordere Stirnseite sich in geringem Abstand zur Kondensorlinse 12 befindet. Eine erste Anschlussleitung 21 der LED-Einheit 16 ist in dem Zwischenraum 13 zwischen Kondensorlinse 12 und Kühlkörper 14 mit dem Gehäuse 11 verbunden. Dieser Verbindung diametral gegenüberliegend ist in der Außenfläche des Kühlkörpers 14 eine in seiner Längsrichtung verlaufende Außennut 18 ausgebildet, die sich über die ganze Länge des Kühlkörpers 14 erstreckt und so einen Durchgang zwischen dem Zwischenraum 13 und dem hinteren Ende des Kühlkörpers 14 bildet.
In die Isolierbuchse 22 ist koaxial ein Kontaktstift 26 eingesetzt, der mit seinem vorderen Ende an der hinteren Stirnseite des Kühlkörpers 14 anliegt und dessen hinteres Ende über die Isolierbuchse 22 vorsteht. In der vorderen Stirnseite der Isolierbuchse 22 ist eine Radialnut 28 ausgebildet, die mit der Außennut 18 in dem Kühlkörper 14 in Verbindung steht und zu dem Kontaktelement 26 führt. Eine zweite Anschlussleitung 20 der LED-Einheit 16 ist mit einem Ende an der LED-Einheit 16 und mit ihrem anderen Ende mit dem Kontaktelement 26 kontaktiert und verläuft über den Zwischenraum 13 durch die Außennut 18 und die Radialnut 28.
In der in den 1 und 2 gezeigten LED-Lampe 10 ist keine Schaltungselektronik für die LED-Einheit 16 untergebracht. Die Schaltungselektronik (nicht gezeigt) ist außerhalb angeordnet und steht über den Kontaktstift 26 und Gehäuse 11 mit der LED-Einheit 16 in Verbindung.
Die LED-Einheit 16 weist an ihrer hinteren Seite eine metallische Fläche 15 auf, die mit einer auf die vordere Stirnseite des Kühlkörpers 14 aufgalvanisierten Kontaktfläche z. B. durch Löten verbunden ist, wodurch ein ausgezeichneter Wärmeübergang zwischen der LED-Einheit 16 und dem Kühlkörper 14 gewährleistet wird.
Es ist auch möglich, die Anschlussleitungen 21 und 20 mit auf die vordere Stirnseite des Kühlkörpers 14 metallisierten Kontaktflächen zu verbinden, die ihrerseits mit Anschlüssen der LED-Einheit 16 in Kontakt stehen.
Eine weitere Möglichkeit ist einen Hochleistungs-LED-Chip direkt auf den Keramikkörper aufzubringen und die Anschlüsse des Chips direkt zu den metallisierten Anschlussflächen des Keramikkörpers zu bonden.
Die in 3 gezeigte LED-Lampe unterscheidet sich von der LED-Lampe 10 von 1 und 2 im Wesentlichen dadurch, dass eine Schaltungselektronik 37 in die LED-Lampe 30 integriert ist. Elemente, die auch bei der Ausführungsform von 1 vorhanden sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Schaltungselektronik 37 ist in einer Aussparung 36 in dem Kühlkörper 32 angeordnet, die von einem erweiterten Abschnitt der Nut 34 gebildet wird. Die Leiterbahnen für die Schaltungselektronik 37 sind in der Aussparung 36 auf das Material des Kühlkörpers 32 aufgalvanisiert. Die eine Anschlussleitung 21 der LED-Einheit 16 kann auch hier mit dem Gehäuse 11 in Verbindung stehen. Die zweite Anschlussleitung 38 verläuft über den Zwischenraum 13 und den vorderen Abschnitt 34a der Außennut 34 in die Aussparung 36.
Das hintere Ende des Gehäuses 11 ist durch eine Isolierbuchse 52 verschlossen. Zwischen der vorderen Stirnseite der Isolierbuchse 52 und der hinteren Stirnseite des Kühlkörpers 32 ist eine Speicherdrossel 44 angeordnet, die von einem Ferritkern 42 gebildet wird, der von einer Drosselspule 40 umgeben wird.
Die Drosselspule 40 steht über zwei Anschlussleitungen mit der Schaltelektronik 37 in Verbindung, die durch den hinteren Abschnitt 34b der Außennut 34 geführt sind.
In die hintere Stirnseite der Isolierbuchse 52 sind drei Kontaktstifte 46, 48, 50 eingesetzt, die über Anschlussdrähte mit der Schaltungselektronik in Verbindung stehen. Dabei kann ein Anschluss für die Stromversorgung, ein Anderer z. B. für das schnelle zeitsynchrone Ein- und Ausschalten der LED und der Nächste z. B. für die Einstellung der Helligkeit verwendet werden. Die Anzahl der Anschlüsse kann abhängig von den benötigten Steuersignalen variieren. Eine serielle Busverbindung für die verschiedenen Einstellungen und Steuerfunktionen ist ebenso realisierbar. Die Anschlüsse können, wie abgebildet als Kontaktstifte, aber auch als mehrpoliger Miniatur-Steckverbinder ausgeführt werden.

Claims

LED-Lampe mit einem hohlen Gehäuse (11), einem länglichen Kühlkörper (14, 32) aus Keramik, der in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, einer LED-Einheit (16), die auf der vorderen Stirnseite des Kühlkörpers (14, 32) angebracht ist, und einer Optik (12), die an dem vorderen Stirnende des Gehäuses (11) vor der LED-Einheit (16) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das hohle Gehäuse (11) aus Metall gebildet ist, – die Außenfläche des Kühlkörpers (14, 32) über dessen gesamte Länge an der Innenfläche des Gehäuses (11) anliegt, und – an der Außenseite des Kühlkörpers (14, 32) eine sich in dessen Längrichtung erstreckende Nut (18, 34) ausgebildet ist, in der wenigstens eine der Anschlussleitungen (20, 38) für die LED-Einheit (16) angeordnet ist.
LED-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Anschlussleitungen (20, 38) in Kontakt stehende Anschlüsse für die LED-Einheit (16) auf die vordere Stirnfläche des Kühlkörpers (14, 32) metallisiert sind.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einheit (16) über eine auf die vordere Stirnseite des Kühlkörpers (14, 32) metallisierte Kontaktfläche mit dem Kühlkörper (14, 32) verbunden ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltungselektronik (37) für die LED-Einheit (16) in einer Aussparung (36) in dem Kühlkörper (14, 32) untergebracht ist.
LED-Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (36) in der Seitenwand des Kühlkörpers (14, 32) ausgebildet ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (11) angrenzend an die hintere Stirnseite des Kühlkörpers (32) eine Speicherdrossel als Bestandteil der Schaltungselektronik angeordnet ist.
LED-Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdrossel (44) einen Ferritkern (42) und eine diesen umgebende Drosselspule (40) umfasst.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Stirnseite des Gehäuses (11) durch eine Isolierbuchse (22, 52) verschlossen ist, in der wenigstens ein Kontaktstift (26; 46, 48, 50) angeordnet ist, der mit der wenigstens einen Anschlussleitung (20, 38) verbunden ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik von einer integrierten Blenden- und Linsenoptik (12) für eine Strahlverformung am Lichtaustritt gebildet wird.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik von einer Stablinse gebildet wird.