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Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, insbesondere LED-Leuchtvorrichtung, insbesondere für eine Verwendung als eine LED-Retrofitlampe. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Montieren einer Leuchtvorrichtung.
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Bei einer Anordnung von Leuchtdioden (LEDs) in einer LED-Retrofitlampe ergeben sich mehrere Probleme. Die LEDs weisen eine stark gerichtete Abstrahlcharakteristik auf, weshalb oft Diffusoren verwendet werden, um das Licht durch Streuung zu homogenisieren. Dabei verliert das Licht jedoch seine Brillanz. Ein weiteres Problem sind die hohen Temperaturen, welche in erster Linie einer Ansteuerelektronik oder Treiberelektronik zu schaffen machen. In herkömmlichen Vorrichtungen umschließt der Kühlkörper die Treiberelektronik und heizt diese zusätzlich auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zumindest einen der genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Leuchtvorrichtung bereitzustellen, welche bei einer guten Kühlung der Lichtquellen und ohne eine Treiberelektronik signifikant aufzuheizen eine brillantere Lichtabstrahlung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Leuchtvorrichtung, welche einen an einer Spitze der Leuchtvorrichtung angeordneten Kühlkörper, mindestens eine an einer Unterseite des Kühlkörpers angeordnete Lichtquelle und einen unterhalb des Kühlkörpers angeordneten Reflektor zur Reflexion mindestens eines Teils eines von der mindestens einen Lichtquelle abgestrahlten Lichts aufweist.
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Die Spitze kann auch als eine 'vordere' Spitze oder ein vorderes Ende bezeichnet werden. Weitere Elemente der Leuchtvorrichtung (zumindest in der näheren Umgebung) befinden sich 'hinter', 'unter' oder 'rückwärtig' bezüglich der Spitze. Dadurch, dass sich der Kühlkörper an der Spitze der Leuchtvorrichtung befindet, ist er großflächig bezüglich der Umgebung exponiert und kann so Wärme sehr effektiv abgeben.
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Dass die mindestens eine Lichtquelle an der Unterseite des Kühlkörpers angeordnet ist, bedeutet, dass sie ihr Licht nicht nach vorne abstrahlt. Vielmehr kann die mindestens eine Lichtquelle im Wesentlichen nach hinten bzw. rückwärts abstrahlen, d. h., in einen rückwärtig gerichteten Halbraum. Der rückwärtig gerichtete Halbraum kann z. B. um eine Längsachse der Leuchtvorrichtung herum zentriert sein. In anderen Worten kann die mindestens eine Lichtquelle eine Hauptabstrahlrichtung aufweisen, welche durch den rückwärtig gerichteten Halbraum läuft, insbesondere parallel zu der Längsachse der Leuchtvorrichtung. Da in dieser Anordnung die von der mindestens einen Lichtquelle erzeugte Verlustwärme direkt über den Kühlkörper durch die Spitze abgeleitet wird, gelangt sie nicht mehr wesentlich zu der Treiberelektronik und kann diese folglich auch nicht mehr signifikant aufwärmen.
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Dadurch, dass der Reflektor unterhalb des Kühlkörpers angeordnet ist, kann das von der mindestens einen Lichtquelle ausgestrahlte Licht seitlich und sogar teilweise nach schräg vorne bzw. oben abgelenkt werden, was eine Richtungsabhängigkeit des von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlten Lichts verringert und eine räumliche Homogenisierung der Lichtverteilung bewirkt. Diese räumliche Homogenisierung kann auch ohne Verwendung eines Diffusors erreicht werden, so dass die Brillanz der Lichtabstrahlung beibehalten werden kann.
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Die mindestens eine Lichtquelle kann insbesondere mindestens eine Halbleiterlichtquelle, wie mindestens eine Laserdiode und/oder mindestens eine Leuchtdiode, umfassen.
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Die Leuchtvorrichtung kann insbesondere ein Trägersubstrat (für die mindestens eine Lichtquelle) aufweisen, das an seiner Vorderseite mit mindestens einer Lichtquelle bestückt ist und das mit seiner Rückseite an dem Kühlkörper angebracht ist. Dies vereinfacht eine Herstellung und einen Zusammenbau.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper eine kappenförmige Grundform aufweist, d. h., dass seine Außenkontur oder Außenseite im Wesentlichen kugelkalottenförmig ist. Dies ergibt auch ohne eine zusätzliche äußere Kühlstruktur (welche jedoch grundsätzlich vorhanden sein kann) eine große Oberfläche und eignet sich insbesondere für einen Einsatz der Leuchtvorrichtung als eine LED-Retrofitlampe für eine Kopfschild-Glühlampe.
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Für eine einfache Aufbringung der mindestens einen Lichtquelle kann der Kühlkörper an seiner Innenseite bzw. Unterseite eine ebene Aufsatzfläche für die mindestens eine Leuchtdiode, insbesondere das Trägersubstrat, aufweisen.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Reflektor ein spekularer, insbesondere spiegelnder, Reflektor ist. Dadurch wird die Brillanz der Lichtabstrahlung erhalten.
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Der Reflektor kann insbesondere in der Hauptabstrahlrichtung der mindestens einen Lichtquelle liegen, um einen hohen Anteil des von der mindestens einen Lichtquelle erzeugten Lichts zu reflektieren.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Reflektor sich von dem Kühlkörper nach unten seitlich aufweitet. So kann ein großer Anteil des von der mindestens einen Lichtquelle abgestrahlten Lichts reflektiert werden.
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Für eine besonders ungerichtete Lichtverteilung kann es vorteilhaft sein, wenn der Reflektor eine zumindest teilweise gekrümmte Reflexionsoberfläche aufweist. Die Reflexionsoberfläche kann z. B. zumindest bereichsweise parabolisch und/oder hyperboloid gekrümmt sein. Auch sind freiförmig gekrümmte Reflexionsflächen möglich.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Reflektor eine maximale Breite aufweist, welche über eine seitliche Position der mindestens einen Lichtquelle hinausragt. Dadurch kann ein besonders großer Anteil des von der mindestens einen Lichtquelle abgestrahlten Lichts reflektiert werden.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung mehrere Lichtquellen aufweist, welche ringförmig um den Reflektor herum angeordnet sind. So kann eine Abstrahlungsinhomogenität verringert und eine Lichtstärke erhöht werden. Die mehreren Lichtquellen können insbesondere auf den gleichen Reflektor strahlen und/oder die gleiche Hauptabstrahlrichtung aufweisen.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der Reflektor ein zumindest an seinem hinteren Ende, bevorzugt an seinem vorderen Ende und an seinem hinteren Ende, offener Hohlkörper ist. Dadurch kann der Reflektor mit einem geringen Gewicht hergestellt werden. Ferner wird durch den Hohlraum des Reflektors eine Durchführung von elektrischen Leitungen ermöglicht, z. B. von einer rückwärtig positionierten Treiberelektronik zu der mindestens einen Lichtquelle.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass der Reflektor eine seitliche Durchführungsöffnung zu dem Trägersubstrat aufweist. Dadurch kann eine Stromversorgungs- und/oder Datenleitung von der Treiberelektronik zu der mindestens einen Lichtquelle einfach verlegt werden.
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Auch kann der Reflektor auf ein Gehäuse oder Gehäuseteil aufgesteckt werden, wodurch eine flexible Materialauswahl ermöglicht wird, z. B. optimiert auf eine Aufbringung der Reflexionsoberfläche für den Reflektor und auf eine mechanische Stabilität und geringe Wärmeleitung für das Gehäuseteil. Dazu ist der Reflektor vorzugsweise der zumindest einseitig offene Hohlkörper.
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Das Gehäuse kann z. B. eine Treiberkavität für eine Aufnahme der Treiberelektronik und einen Lampensockel (Edisonsockel, Bajonettsockel usw.) aufweisen. Der Lampensockel kann insbesondere an einem rückwärtigen oder hinteren Ende angeordnet sein.
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Das Gehäuse kann insbesondere zweiteilig ausgebildet sein. Ein oberes Gehäuseteil kann beispielsweise mit dem Kühlkörper und dem Reflektor verbunden sein. Ein unteres Gehäuseteil kann beispielsweise die Treiberkavität bzw. einen Großteil der Treiberkavität und den Sockel aufweisen. In einer Weiterbildung kann das obere Gehäuseteil einen Deckel für die Treiberkavität darstellen.
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Für eine einfache Montage sind das obere Gehäuseteil und das untere Gehäuseteil miteinander durch ein Verrasten fixierbar bzw. verrastbar. Dies kann z. B. durch eine oder mehrere Rastmittel und Rastgegenmittel erreicht werden, z. B. Schnapphaken als Rastmittel und Rastaussparungen als Rastgegenmittel.
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Es wird dazu besonders bevorzugt, dass der Reflektor flächig mit dem Gehäuse verbunden ist, insbesondere mit seiner Unterseite vollflächig.
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Allgemein kann der Reflektor ein von dem Gehäuse getrennt hergestelltes Bauteil sein (z. B. eine beschichtete oder lackierte Hülse oder Vollkörper). Alternativ kann der Reflektor einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein, z. B. mittels einer reflektierenden Beschichtung oder Lackierung des Gehäuses. In anderen Worten kann das Gehäuse dann eine Reflektorfunktion aufweisen.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Kühlkörper und das Gehäuse miteinander verbindbar, insbesondere verschraubbar sind. Dadurch kann eine besonders stabile Leuchtvorrichtung bereitgestellt werden. Alternativ kann – bei entsprechender Ausgestaltung des Reflektors und des Gehäuses – der Kühlkörper mit dem Reflektor und der Reflektor mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine lichtdurchlässige Abdeckung aufweist, welche den Reflektor zumindest teilweise seitlich umgibt, z. B. einen Kolben. Um eine Brillanz der Lichtabstrahlung zu erhalten, kann die Abdeckung vorzugsweise transparent sein. Für eine verstärkte Homogenisierung der Lichtverteilung bei einer immer noch hohen Brillanz kann die Abdeckung aber auch leicht diffus streuend ausgebildet sein.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Kühlkörper und das Gehäuse in dem verbundenen Zustand den Reflektor und/oder die Abdeckung halten. So kann eine Montage besonders einfach und mit wenigen Verbindungselementen und in wenigen Montageschritten erreicht werden.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung eine Retrofitlampe ist, insbesondere eine Glühlampen-Retrofitlampe. Die zu ersetzende Glühlampe oder Glühbirne kann insbesondere eine Glühlampe mit einem Kopfschild sein (”Kopfschild-Glühlampe”). Diese Art von herkömmlicher Glühlampe weist einen nach vorne (d. h. meist in Hauptabstrahlrichtung) verspiegelten Glaskolben auf, welcher den Lichtstrom reflektiert und lediglich einen seitlichen Austritt gestattet.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Montieren einer Leuchtvorrichtung wie oben beschrieben, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist:
- – Aufsetzen der Abdeckung auf den Kühlkörper,
- – Aufsetzen des mit dem Reflektor verbundenen Gehäuses auf den Kühlkörper und
- – Befestigen des Kühlkörpers an dem Gehäuse, so dass der Reflektor und die Abdeckung zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse gehalten werden.
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Dabei können die Aufsatzschritte in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden. Dadurch können der Reflektor, die Abdeckung und der Kühlkörper mittels eines einzigen Verbindungsvorgangs, z. B. eines Verschraubens, fixiert werden, was eine Montage vereinfacht.
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Es ist eine für eine einfache Verbindung der Stromversorgungs- und/oder Datenleitung(en) vorteilhafte Ausgestaltung, dass ein folgender Schritt vorausgeht:
- – Befestigen mindestens einer durch das Gehäuse geführten elektrischen Leitung an der mindestens einen Lichtquelle, insbesondere an dem mit der mindestens einen Lichtquelle bestückten Trägersubstrat.
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Das Verfahren kann ferner einen vorhergehenden Schritt eines Verklebens des LED-Moduls an dem Kühlkörper, insbesondere auf der ebenen Aufsatzfläche an der Innenseite des Kühlkörpers, aufweisen.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt in einer Ansicht von schräg seitlich eine LED-Retrofitlampe zum Ersatz einer Glühlampe mit einem Kopfschild;
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2 zeigt die LED-Retrofitlampe von schräg unten;
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3 zeigt in einer Ansicht von schräg seitlich eine Schnittdarstellung der LED-Retrofitlampe;
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4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung aus 3.
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Die Figuren zeigen eine LED-Retrofitlampe 1 zum Ersatz einer Glühlampe mit einem Kopfschild. An der vorderen Spitze bzw. an dem vorderen Ende (welche folglich am weitesten in z-Richtung positioniert ist) der LED-Retrofitlampe 1 befindet sich ein Kühlkörper 2. Der Kühlkörper 2 weist eine im Wesentlichen halbkugelförmige Außenseite 3 auf. Eine Unterseite 4 des Kühlkörpers 2 weist in einem bezüglich einer Längsachse L zentralen Bereich eine ebene Aufsatzfläche 5 auf, welche seitlich in einen kugelstreifenförmigen Rand 6 übergeht. Der kugelstreifenförmigen Rand 6 erstreckt sich seitlich und in eine rückwärtige Richtung (entgegen der z-Richtung) über die ebene Aufsatzfläche 5 hinaus.
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Der Kühlkörper 2 ist über eine von außen durch eine mittige Aussparung 7 in der Spitze geführte Schraube 8 mit einem oberen Gehäuseteil 9 verschraubt. Das obere Gehäuseteil 9 schließt sich von unten an den Kühlkörper 2 an. Von seinem oberen Ende 17 aus weitet sich das obere Gehäuseteil 9 nach unten hin (entgegen der z-Richtung) seitlich (in r-Richtung) auf, und zwar mit größer werdendem Krümmungsradius. Dieser sich aufweitende Bereich 10 des oberen Gehäuseteils 9 geht in einen sich nach hinten bzw. unten ersteckenden Randbereich 11 über. Das obere Gehäuseteil 9 ist als ein oben und unten offener Hohlkörper ausgestaltet, wobei das obere Ende 17, welches mit der Schraube 8 verschraubt wird, ein Innengewinde aufweisen kann.
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Das obere Gehäuseteil 9 und ein daran rückwärtig anschließendes unteres Gehäuseteil 12 bilden ein Gehäuse, in welchem sich eine Treiberkavität 13 befindet. Dabei bildet das obere Gehäuseteil 9 einen Deckel der Treiberkavität 13. In der Treiberkavität 13 befindet sich zumindest ein Teil einer Treiberelektronik (o. Abb.). An einem rückwärtigen Ende des unteren Gehäuseteils 10 befindet sich ein Edisonsockel 14 zum Anschluss an eine entsprechende Edisonfassung. Das untere Gehäuseteil 12 wird hier über Schnappverschlüsse (o. Abb.) mit dem oberen Gehäuseteil 9 verbunden.
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An der ebenen Aufsatzfläche 5 ist ein ringförmiges LED-Modul 15 mit einer LED-Platine und mehreren Lichtquellen (beide nicht explizit abgebildet) in Form von Leuchtdioden befestigt, z. B. verklebt. Die LED-Platine des LED-Moduls 15 ist mit seiner (nach oben gerichteten) Rückseite an der ebenen Aufsatzfläche 5 befestigt und an seiner (nach unten gerichteten) Vorderseite mit mehreren nach unten strahlenden Leuchtdioden bestückt. Durch eine zentrale Aussparung der LED-Platine bzw. des LED-Moduls 15 hindurch ragt das obere Ende 17 des oberen Gehäuseteils 9 in die Aussparung 7 des Kühlkörpers 2, um mit der Schraube 8 verschraubt zu werden.
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Die Leuchtdioden sind bezüglich der z-Achse bzw. der Längsachse L ringförmig um den sich aufweitenden Bereich 10 des oberen Gehäuseteils 9 herum angeordnet. Das LED-Modul 15 kann zudem mit elektronischen Bauelementen ausgerüstet sein, z. B. einem elektrischen Widerstand oder einer Gleichrichterdiode.
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Über den sich aufweitenden Bereich 10 des oberen Gehäuseteils 9 ist ein dünnwandiger Reflektor 16 aufgesetzt, welcher sich somit ebenfalls in die rückwärtige Richtung seitlich aufweitet, und zwar seitlich (in r-Richtung) über die Position der Leuchtdioden hinaus. Dadurch ist die Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdioden, welche hier parallel zu der Längsachse L liegt, auf den Reflektor 16 gerichtet, so dass dieser einen hohen Anteil des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichts reflektiert. Da der Reflektor 16 zudem eine mit wachsender Entfernung zu den Leuchtdioden und dem Kühlkörper 2 stärker werdende Krümmung aufweist, wird eine breitwinklige Streuung erreicht.
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Die LED-Retrofitlampe 1 weist ferner eine Abdeckung in Form eines transparenten, in Umfangsrichtung umlaufenden Kolbens 18 auf, welcher den Reflektor 16 zumindest teilweise seitlich umgibt. Der Kolben 18 reicht von einem unteren Rand des Kühlkörpers 2 bis zu einem seitlichen Rand des oberen Gehäuseteils 9 unterhalb des Reflektors 16. Der Kolben wird dort jeweils in umlaufenden Ringnuten gehalten. Der Kolben 18 bildet mit dem Kühlkörper 2 und dem oberen Gehäuseteil 9 einen schützenden Hohlraum zur Aufnahme des LED-Moduls 15 und des Reflektors 16. Der Kolben 18 und der Reflektor 16 brauchen bei dieser Anordnung nicht gesondert fixiert zu werden, sondern werden durch das obere Gehäuseteil 9 und den Kühlkörper 2 in Position gehalten.
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Aufgrund der Ausgestaltung des oberen Gehäuseteils 9 als ein Hohlkörper kann das Innere des oberen Gehäuseteils 9 als ein Kabelkanal zur Durchführung mindestens einer elektrischen Leitung (Kabel, Draht usw.) von der Treiberelektronik (die sich in der Treiberkavität 13 befindet) zu dem LED-Modul 15 verwendet werden. Für eine einfache Verlegung und Befestigung der mindestens einen elektrischen Leitung befinden sich in dem oberen Gehäuseteil 9 und in dem Reflektor 16 jeweils eine seitliche Durchführungsöffnung 19 bzw. 20. Über die Durchführungsöffnungen 19, 20 wird somit die Treiberelektronik mittels der elektrischen Leitung(en) mit dem LED-Modul 15, insbesondere der LED-Platine, verbunden. Es ist montagetechnisch besonders günstig, dass die mindestens eine elektrische Leitung zunächst auf dem LED-Modul 15 befestigt werden und folgend der Kolben 18 und daraufhin die Kombination aus dem oberen Gehäuseteil 9 und dem Reflektor 16 auf dem Kühlkörper 2 aufgesetzt werden. Es folgt die Verschraubung durch die Schraube 8.
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Die gezeigte LED-Retrofitlampe 1 birgt unter anderem folgende Vorteile:
Da die Leuchtdioden und der Kühlkörper 2 thermisch von der Treiberelektronik getrennt sind, können größere Leistungsklassen realisiert werden.
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Das Licht muss nicht über einen Diffusor verteilt werden, so dass sich die Lichtintensität und die Qualität des Lichts (Brillanz) nicht oder nur unwesentlich verschlechtert.
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Über eine unterschiedliche Auslegung des Reflektors lässt sich die Abstrahlcharakteristik auf einfache Weise genau an verschiedene Bedürfnisse anpassen.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Es ist z. B. auch möglich, an der Durchführung bzw. den sich überdeckenden Durchführungsöffnungen 19, 20 eine Einrastposition für einen kleinen Stecker anzubringen. Werden auf dem LED-Modul, insbesondere der LED-Platine, entsprechende Pins angebracht, lässt sich die Konstruktion einfach zusammenstecken.
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Auch mag der Kühlkörper durch die Abdeckung überwölbt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Retrofitlampe
- 2
- Kühlkörper
- 3
- Außenseite des Kühlkörpers
- 4
- Unterseite des Kühlkörpers
- 5
- Aufsatzfläche
- 6
- Rand
- 7
- Aussparung
- 8
- Schraube
- 9
- oberes Gehäuseteil
- 10
- sich aufweitender Bereich des oberen Gehäuseteils
- 11
- Randbereich
- 12
- unteres Gehäuseteil
- 13
- Treiberkavität
- 14
- Edisonsockel
- 15
- LED-Modul
- 16
- Reflektor
- 17
- oberes Ende des oberen Gehäuseteils
- 18
- Kolben
- 19
- Durchführungsöffnung
- 20
- Durchführungsöffnung
- L
- Längsachse
