DE102009047489B4 - Leuchtmodul - Google Patents

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Abstract

Leuchtmodul (1; 21; 31), aufweisend – eine Leiterplatte (2; 23; 32), welche mit ihrer Rückseite (3) auf einem Kühlkörper (4) aufgesetzt ist und an ihrer Vorderseite (5) mit mindestens einer Lichtquelle (6), insbesondere Leuchtdiode, und mindestens einem elektronischen Bauteil (7) bestückt ist, – eine Abdeckung (10; 24; 33) für zumindest einen Teilbereich (9) der Leiterplatte (2), wobei die Abdeckung (10; 24; 33) auf der Leiterplatte (2) aufsitzt, wobei das Leuchtmodul (1; 21; 31) mindestens ein elastisches Befestigungselement (18) aufweist, welches an dem Kühlkörper (4) befestigt ist und an der Oberseite (13) der Abdeckung (10; 24; 33) aufliegt dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (10; 24; 33) zumindest in einem Bereich, in dem die Abdeckung (10; 24; 33) von dem mindestens einen Befestigungselement (18) überwölbt wird, einen nach oben gerichteten Vorsprung (20) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul, aufweisend eine Leiterplatte, welche mit ihrer Rückseite auf einem Kühlkörper aufgesetzt ist und an ihrer Vorderseite mit mindestens einer Lichtquelle und mindestens einem elektronischen Bauteil bestückt ist, und eine Abdeckung (Gehäuse) für zumindest einen Teilbereich der Leiterplatte, wobei die Abdeckung auf der Leiterplatte aufsitzt.
  • Bei Leuchtmodulen der eingangs genannten Art werden die Abdeckung, die Leiterplatte und der Kühlkörper bisher durch Schrauben aus Metall miteinander verbunden, wobei eine Schraube durch die Abdeckung und die Leiterplatte ragt und in dem Kühlkörper verschraubt wird. Dadurch wird die Abdeckung mit dem Kühlkörper verschraubt und die Leiterplatte dazwischen eingepresst. Auch bekannt ist ein Einsatz von Buchsen in Kombination mit Schrauben. Solche Leuchtmodule weisen den Nachteil auf, dass bei ihnen Montage- und/oder Bauteiltoleranzen mit daraus resultierenden thermischen Verlusten auftreten können. Auch können aufgrund einer durch eine Verlustwärme der mindestens einen Lichtquelle und des mindestens einen elektronischen Bauteils weitere Toleranzen, z. B. Spalte, auftreten. So können sich beispielsweise Schrauben bei einer Erwärmung stärker ausdehnen als ein Kunststoffgehäuse, wodurch sich die Abdeckung sogar von der Leiterplatte abheben kann. Zudem benötigen Schrauben und Buchsen Bauraum auf der Leiterplatte, was Probleme in Bezug auf eine Verkürzung elektrischer Kriechstrecken innerhalb des Leuchtmoduls aufwerfen kann. Aus der US 2006 0262544 A1 ist es bekannt, dass ein Leuchtmodul mindestens ein elastisches Befestigungselement aufweist, welches seitlich an einer Abdeckung aufliegt, um diese zu fixieren. Die Abdeckung sitzt jedoch auf keiner Leiterplatte auf, sondern scheint die Leiterplatte zu umschließen, was einen sehr aufwändigen Aufbau darstellt. Die WO 2007 128070 A1 zeigt eine Fixierung einer Leiterplatte ohne Abdeckung mittels eines elastischen Befestigungselements. Die Leiterplatte ist hier ungeschützt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leuchtmodul bereitzustellen, welches zumindest einige der vorliegenden Nachteile beseitigt oder abschwächt, und insbesondere ein Leuchtmodul bereitzustellen, welches mechanisch unempfindlicher gegenüber einer Wärmebeanspruchung ist, Bauraum einsparen kann und mit einfachen Mitteln ohne eine Verkürzung von Kriechstrecken auskommen kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtmodul, aufweisend eine Leiterplatte, welche mit ihrer Rückseite auf einem Kühlkörper aufgesetzt ist und an ihrer Vorderseite mit mindestens einer Lichtquelle und mindestens einem elektronischen Bauteil bestückt ist, und aufweisend eine Abdeckung für zumindest einen Teilbereich der Leiterplatte, wobei die Abdeckung auf der Leiterplatte aufsitzt. Das Leuchtmodul weist ferner mindestens ein elastisches Befestigungselement auf, welches an dem Kühlkörper befestigt ist und an der Abdeckung aufliegt. Das Befestigungselement verläuft folglich außerhalb der Abdeckung, so dass dafür kein Bauraum auf der Platine bereitgestellt zu werden braucht. Auch brauchen so keine Kriechstrecken verkürzt zu werden oder es treten keine Probleme aufgrund einer Verkürzung von Kriechstrecken auf. Zudem erwärmt sich das Befestigungselement nicht stark, da eintretende Wärme über die Verbindung zum Kühlkörper effektiv abgeleitet wird. Somit kann ein Anpressdruck auf die Abdeckung auch bei einer wechselnden Wärmebeanspruchung aufrecht erhalten werden, wodurch Toleranzen effektiv kompensiert werden können. In anderen Worten können aufgrund der elastischen Eigenschaft des Befestigungselements Toleranzen, welche z. B. durch eine Bauteilerwärmung entstehen, ausgeglichen werden. Auch können dadurch Bauteilermüdungen, Deformationen durch Erwärmung und Materialalterungen zumindest teilweise ausgeglichen werden. Ein über die Lebensdauer dauernder Druck auf die Leiterplatte wirkt sich wiederum vorteilhaft auf eine Effizienz der Lichtquelle(n) aus.
  • Erfindungsgemäß weist die Abdeckung zumindest in einem Bereich, in dem die Abdeckung von dem mindestens einen Befestigungselement überwölbt wird, einen nach außen, insbesondere nach oben, gerichteten Vorsprung auf (”Kantenverstärkung”). Dadurch kann ein Abrutschen des Befestigungselements oder eine Abgleiten der Abdeckung unter dem Befestigungselement, was z. B. bei einer mechanischen Beanspruchung der Abdeckung auftreten kann, verhindert werden.
  • Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z. B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z. B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z. B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (”Submount”) montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. mit mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z. B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Auch können z. B. Diodenlaser verwendet werden. Alternativ kann die mindestens eine Lichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
  • Ein elektronisches Bauteil kann z. B. einen Widerstand, einen Kondensator und/oder eine integrierte Schaltung umfassen, z. B. zur Verwendung als ein Treiber für die mindestens eine Lichtquelle.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine Befestigungselement auch im thermischen unbelasteten Zustand unter einer Zugspannung steht. So können die Abdeckung und die Leiterplatte dauernd unter Druck gehalten werden. Alternativ kann das mindestens eine Befestigungselement im thermischen unbelasteten Zustand (Ausgangszustand) im Wesentlichen spannungslos sein.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass des mindestens eine Befestigungselement an der Oberseite der Abdeckung aufliegt. Dadurch kann das mindestens eine Befestigungselement einfach auf die Abdeckung aufgesetzt werden.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass des mindestens eine Befestigungselement an dem Kühlkörper verschraubt ist. So kann eine thermische Belastung des Befestigungselements gering gehalten werden. Gleichzeitig kann der Kühlkörper eine ausreichend große und gut zugängliche Montagefläche bereitstellen.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass das Leuchtmodul genau ein elastisches Befestigungselement aufweist. Des elastische Befestigungselement kann in Verbindung mit mindestens einem anderen Befestigungsmittel, z. B. einer Schraube, verwendet werden, um die Abdeckung und die Leiterplatte an dem Kühlkörper zu fixieren. Insbesondere kann eine Schraube dazu verwendet werden, um die Abdeckung und damit die Leiterplatte auf den Kühlkörper zu drücken und die Leiterplatte und die Abdeckung an einer translatorischen Bewegung zu hindern. Durch das eine elastische Befestigungselement kann ein Toleranzausgleich durchgeführt werden, und es kann eine rotatorische Bewegung unterdrückt werden.
  • Alternativ kann das Leuchtmodul mehrere elastische Befestigungselemente aufweisen, und zwar alleine oder in Verbindung mit mindestens einem anderen Befestigungsmittel, z. B. einer Schraube. Durch die miehreren elastischen Befestigungselemente kann ein verbesserter Toleranzausgleich erreicht und eine Verschiebung zwischen der Abdeckung und der Leiterplatte stärker unterdrückt werden. Die mehreren Befestigungselemente können, auch zusammen mit dem mindestens einen anderen Befestigungsmittel, im Wesentlichen symmetrisch, insbesondere rotationssymmetrisch, an der Abdeckung angebracht sein. So kann eine besonders gleichmäßige Druckbelastung auf die Abdeckung ausgeübt werden.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Befestigungselement zumindest teilweise in einem durch einen gemeinsamen seitlichen Rücksprung der Leiterplatte und der Abdeckung gebildeten Bereich angeordnet ist. So kann ein Einbauraum des Leuchtmoduls weiter verringert werden, insbesondere, falls es keine Probleme bei den Kriechstrecken gibt. Insbesondere kann das mindestens eine Befestigungselement vollständig in einem durch den gemeinsamen seitlichen Rücksprung der Leiterplatte und der Abdeckung gebildeten Bereich angeordnet sein, was den Einbauraum weiter verringert.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Abdeckung eine Ringabdeckung ist und das mindestens eine Befestigungselement außenseitig der Ringabdeckung befestigt ist.
  • Insbesondere in diesem Fall kann der Vorsprung eine durch eine Außenwand der Ringabdeckung gebildete Randerhöhung sein. Die Randerhöhung kann abschnittsweise (segmentweise) oder vollständig um einen Umfang der Außenwand verlaufen.
  • Das Befestigungselement kann insbesondere ein metallisches Befestigungselement sein.
  • 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 Ansicht von schräg vorne bzw. oben ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 zeigt das Leuchtmodul gemäß der ersten Ausführungsform als Schnittdarstellung schräg von einer Seite;
  • 3 zeigt einen Ausschnitt aus 2 im Bereich eines elastischen Befestigungsmittels;
  • 4 zeigt ein Leuchtmodul gemäß einer zweiten Ausführungsform als Schnittdarstellung schräg von einer Seite im Bereich eines elastischen Befestigungsmittels; und
  • 5 zeigt ein Leuchtmodul gemäß einer dritten Ausführungsform als Schnittdarstellung schräg von einer Seite im Bereich eines elastischen Befestigungsmittels.
  • Bezug nehmend auf 1, 2 und 3 wird ein Leuchtmodul 1 gezeigt, welches eine im Wesentlichen kreisscheibenförmige Leiterplatte 2 aufweist, welche mit ihrer Rückseite 3 auf einem Kühlkörper 4 aufgesetzt ist und an ihrer Vorderseite 5 mit mehreren Lichtquellen in Form von Leuchtdioden 6 und mehreren elektronischen Bauteilen 7 bestückt ist. Der Kühlkörper 4 weist eine im Wesentlichen zylinderförmige Grundform auf. Die Leuchtdioden 6 sind in einem zentralen Bereich 8 der Leiterplatte 2 kompakt angeordnet, und die elektronischen Bauteile 7 befinden sich in einem kreisringförmigen Umgebungsbereich 9, welcher den zentralen Bereich 8 konzentrisch umgibt.
  • Der Umgebungsbereich 9 der Leiterplatte 2 ist von einer unterseitig offenen Ringabdeckung 10 abgedeckt bzw. überwölbt. Die Ringabdeckung 10 weist eine Außenwand 11 mit einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Form und eine dazu konzentrische Innenwand 12 mit einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Form mit geringerem Durchmesser auf. Die Außenwand 11 und die Innenwand 12 sind durch eine kreisringförmige, horizontal ebene Abdeckplatte 13 oder Decke miteinander verbunden. Die Ringabdeckung 10 weist in anderen Worten eine Querschnittsform auf, die im Wesentlichen einem umgekehrten ”U” entspricht. Die Rindabdeckung 10 sitzt auf der Leiterplatte 2 auf, und zwar außenseitig bündig mit der Leiterplatte 2. Die Innenwand 12 umgibt die Leuchtdioden 6 und ist an ihrer den Leuchtdioden 5 zugewandten Seite als ein spiegelnder oder diffuser Reflektor ausgebildet, um einen Lichtkanal für die Leuchtdioden 6 zu bilden.
  • Die Ringabdeckung 10 weist eine Schraubenhalterung 14 zur aufsitzenden Aufnahme einer Schraube 15 auf, wobei die Schraube 15 durch eine Durchführungsöffnung 16 in der Leiterplatte 2 in ein Schraubloch 17 in dem Kühlkörper 4 führt und dort verschraubt ist. Durch ein Anziehen der Schraube 15 wird die Ringabdeckung 10 an den Kühlkörper 4 herangezogen und presst dadurch die Leiterplatte 2 zu ihrer Fixierung zwischen die Ringabdeckung 10 und den Kühlkörper 4 ein.
  • An einer bezüglich einer Symmetrieachse S gegenüberliegenden Seite der Ringabdeckung 10 wird diese mittels eines elastischen Befestigungselements 18 an dem Kühlkörper gehalten. Das Befestigungselement 18 ist als ein gebogener Blechstreifen aus Metall ausgebildet, welcher an einem Endbereich mittels einer Schraube 19 direkt an dem Kühlkörper 4 befestigt ist und mit seinem anderen Endbereich an der Abdeckplatte 13 der Ringabdeckung 10 aufliegt. Das Befestigungselement 18 steht dabei unter einer (Vor-)Spannung, so dass es die Ringabdeckung unter allen thermischen Belastungszuständen auf die Leiterplatte 2 drückt, um Fehlanpassungen aufgrund von Herstellungstoleranzen, Verlustwärme und Alterungsprozessen usw. zu unterdrücken. So kann die Ringabdeckung 10 auch dann auf die Leiterplatte 2 gedrückt werden, wenn die Schraube 15 sich unter einer thermischen Belastung so weit ausgedehnt hat, dass sie die Leiterplatte 2 nicht mehr andrückt.
  • In dem gezeigter ersten Ausführungsbeispiel ragt die Außenwand 11 nach vorne über die Abdeckplatte 13 hinaus, und zwar über den gesamten Umfang. Dadurch weist die Ringabdeckung 10 auch in einem Bereich, in dem sie von dem Befestigungselement 18 überwölbt wird, einen nach oben gerichteten Vorsprung 20 auf (welcher durch den über die Abdeckplatte 13 nach vorne überstehenden Bereich der Außenwand 11 gebildet wird). So kann ein Abrutschen des Befestigungselements 18 von der Ringabdeckung 10 oder umgekehrt verhindert werden.
  • 4 zeigt ein Leuchtmodul 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform als Schnittdarstellung schräg von einer Seite im. Bereich des elastischen Befestigungselements 18. Das Leuchtmodul 21 entspricht dem Leuchtmodul 1, außer dass nun das Befestigungselement 18 teilweise in einem durch einen gemeinsamen seitlichen Rücksprung der Leiterplatte 23 und die Ringabdeckung 24 gebildeten Bereich angeordnet ist. Genauer gesagt weisen die Außenwand 25 der Ringabdeckung 24 und die Leiterplatte 23 den Rücksprung 22 auf, dessen Außenseite wie ein Längsstreifen eines Hohlzylinders geformt ist. So kann ein besonders kompaktes Leuchtmodul 21 bereitgestellt werden.
  • 5 zeigt ein Leuchtmodul 31 gemäß einer dritten Ausführungsform als Schnittdarstellung schräg von einer Seite im Bereich, des elastischen Befestigungselements 18. Das Befestigungselement 18 ist vollständig in einem durch einen gemeinsamen seitlichen Rücksprung 35 der Leiterplatte 32 und der Außenwand 34 der Abdeckung 33 gebildeten Bereich angeordnet. So kann ein noch kompakteres Leuchtmodul 31 bereitgestellt werden. Außerdem steht die Außenwand 34 nur in dem Bereich des Rücksprungs 35 abschnittweise über die Abdeckplatte 13 nach vorne bzw. oben hinaus.
  • Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leuchtmodul
    2
    Leiterplatte
    3
    Rückseite der Leiterplatte
    4
    Kühlkörper
    5
    Vorderseite der Leiterplatte
    6
    Leuchtdiode
    7
    elektronisches Bauteil
    5
    zentraler Bereich der Leiterplatte
    9
    Umgebungsbereich der Leiterplatte
    10
    Ringabdeckung
    11
    Außenwand der Ringabdeckung
    12
    Innenwand der Ringabdeckung
    13
    Abdeckplatte der Ringabdeckung
    14
    Schraubenhalterung
    15
    Schraube
    16
    Durchführungsöffnung in der Leiterplatte
    17
    Schraubloch
    13
    Befestigungselement
    19
    Schraube
    20
    Vorsprung
    21
    Leuchtmodul
    22
    Rücksprung
    23
    Leiterplatte
    24
    Ringabdeckung
    25
    Außenwand der Ringabdeckung
    31
    Leuchtmodul
    32
    Leiterplatte
    33
    Abdeckung
    34
    Außenwand
    35
    Rücksprung
    S
    Symmetrieachse

Claims (9)

  1. Leuchtmodul (1; 21; 31), aufweisend – eine Leiterplatte (2; 23; 32), welche mit ihrer Rückseite (3) auf einem Kühlkörper (4) aufgesetzt ist und an ihrer Vorderseite (5) mit mindestens einer Lichtquelle (6), insbesondere Leuchtdiode, und mindestens einem elektronischen Bauteil (7) bestückt ist, – eine Abdeckung (10; 24; 33) für zumindest einen Teilbereich (9) der Leiterplatte (2), wobei die Abdeckung (10; 24; 33) auf der Leiterplatte (2) aufsitzt, wobei das Leuchtmodul (1; 21; 31) mindestens ein elastisches Befestigungselement (18) aufweist, welches an dem Kühlkörper (4) befestigt ist und an der Oberseite (13) der Abdeckung (10; 24; 33) aufliegt dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (10; 24; 33) zumindest in einem Bereich, in dem die Abdeckung (10; 24; 33) von dem mindestens einen Befestigungselement (18) überwölbt wird, einen nach oben gerichteten Vorsprung (20) aufweist.
  2. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement (18) unter einer Zugspannung steht.
  3. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement (18) unter Spannung an der Oberseite (13) der Abdeckung (10; 24; 33) aufliegt.
  4. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement (18) an dem Kühlkörper (4) verschraubt ist.
  5. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul mehrere elastische Befestigungselemente (18) aufweist.
  6. Leuchtmodul (21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (18) zumindest teilweise in einem gemeinsamen seitlichen Rücksprung (22; 35) der Leiterplatte (23; 32) und der Abdeckung (24; 33) angeordnet ist.
  7. Leuchtmodul (31) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Befestigungselement (18) vollständig in einem gemeinsamen seitlichen Rücksprung (35) der Leiterplatte (32) und der Abdeckung (33) angeordnet ist.
  8. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung eine Ringabdeckung (10; 24; 33) ist und das mindestens eine Befestigungselement (18) außenseitig der Ringabdeckung (10; 24; 33) befestigt ist.
  9. Leuchtmodul (1; 21; 31) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (20) eine durch eine Außenwand (11; 25; 34) der Ringabdeckung (10; 24; 33) gebildete Randerhöhung (20) ist.
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