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Die Erfindung betrifft eine, vorzugsweise als Außenleuchte, beispielsweise als Straßenlaterne ausgebildete, LED-Leuchte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein LED-Leuchten-System gemäß Anspruch 15.
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Die LED-Technologie ist auf dem Leuchtensektor auf dem Vormarsch. Probleme bestehen zum einen im teilweise sehr komplexen Aufbau bekannter LED-Leuchten und zum anderen in der Abfuhr der im Betrieb der, meist als Leistungs-LED ausgebildeten, LEDs entstehenden Abwärme.
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Aus der
DE 10 2006 017 718 A1 ist eine LED-Leuchte bekannt, bei der LEDs kontaktierende Leiterbahnen auf einem Kunststoffträger vorgesehen sind, der auf einem metallischen Abwärmeelement angeordnet ist.
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Die
DE 103 49 775 A1 zeigt einen Schaltungsträger für ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, wobei ein Kühlkörper aus Metall zur Wärmeabfuhr vorgesehen ist.
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Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine, einen möglichst einfachen Aufbau aufweisende, LED-Leuchte anzugeben, bei der die entstehende Betriebswärme zur Erzielung einer langen Standzeit optimal abführbar ist. Bevorzugt soll die LED-Leuchte ein ansprechendes, ggf. durch einfachste Maßnahmen veränderbares, Design aufweisen.
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Diese Aufgabe wird mit einer LED-Leuchte, insbesondere einer LED-Außenleuchte, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die mindestens einen Kunststoffträger umfasst, auf dessen Vorderseite eine aus einer Metallfolie ausgebildete Leiterbahnstruktur durch Heißprägen festgelegt ist, die von mindestens einer, vorzugsweise als Leistungs-LED ausgebildeten LED kontaktiert ist, wobei der Kunststoffträger an einer, bevorzugt massiven, insbesondere aus Aluminium bestehenden Metallhalterung zur Ableitung der LED-Abwärme festgelegt ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, als wesentliches Merkmal der LED-Leuchte einen Kunststoffträger für eine Leiterbahn zur Kontaktierung durch die LEDs vorzusehen, wobei die Leiterbahnstruktur durch Heißprägen auf der Vorderseite des Kunststoffträgers festgelegt ist. Um dies zu ermöglichen, muss es sich bei dem Kunststoffträgermaterial um einen Thermoplasten, vorzugsweise um Polycarbonat, handeln. Bevorzugt besteht die Leiterbahnstruktur aus zwei über die mindestens eine LED miteinander elektrisch leitend verbundenen Leitern, wobei es ganz besonders bevorzugt ist, zwei ineinander geschachtelte Leiterflächen vorzusehen. Das Vorsehen eines thermoplastischen Kunststoffträgers für die Leiterbahnstruktur hat gegenüber bekannten Technologien erhebliche Vorteile. So kann der Kunststoffträger beispielsweise in einer beliebigen Form, vorzugsweise als Kunststoffspritzgussteil oder als Pressformteil, ausgebildet werden, wodurch beliebig ausgeformte Vorderseiten des Kunststoffträgers durch Heißprägen mit der, vorzugsweise als Stanzteil ausgebildeten, Leiterbahnstruktur versehen werden können. Bevorzugt ist die Leiterbahnstruktur in einer Materialstärke ausgebildet, die eine Verformung der Leiterbahnstruktur während des Aufbringens ermöglicht, sodass die Form der Leiterbahnstruktur an die, vorzugsweise dreidimensional, insbesondere gebogen ausgebildete Vorderseitenkontur angepasst werden kann, um auf dieser flächig aufzuliegen bzw. in diese durch Heißprägen eingeprägt zu sein. Die Abfuhr der beim Betrieb der LEDs entstehenden Wärme wird dadurch gewährleistet, dass der Kunststoffträger, insbesondere flächig, an einer Metallhalterung festgelegt ist, welche die Wärme aufnimmt und an die Umgebung abgibt und/oder weiterleitet.
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Erfindungsgemäß ist mit Vorteil vorgesehen, dass zur Optimierung der Wärmeableitung von den LEDs auf der von der Vorderseite abgewandten, insbesondere parallel zur Vorderseite verlaufenden, besonders bevorzugt flächigen Rückseite des Kunststoffträgers eine Metallfolie festgelegt ist, bevorzugt flächig festgelegt ist, um den Wärmeübergang zur Metallhalterung zu optimieren. Versuche haben gezeigt, dass der Wärmetransport von der Vorderseite des Kunststoffträgers in die Metallhalterung hinein durch das Vorsehen der rückwärtigen, insbesondere als Kupferfolie ausgebildeten Metallfolie wesentlich verbessert wird. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der Metallfolie um eine stanzbare Metallfolie, insbesondere um eine Kupferfolie, aus der das auf die Rückseite des Kunststoffträgers aufzubringende Teilstück ausgestanzt werden kann. Im Falle der Ausbildung der Metallfolie aus Kupferfolie kann die Stanzbarkeit dadurch gewährleistet werden, dass die Kupferfolie durch galvanisches Abscheiden von Kupfer hergestellt wird. Bevorzugt entspricht die Größe bzw. Flächenerstreckung der Metallfolie zumindest der möglichen Kontaktfläche zur Metallhalterung.
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Wie eingangs bereits angedeutet, ist es besonders bevorzugt, wenn der Kunststoffträger nicht als in erster Näherung zweidimensionale, rechteckige Platte ausgebildet ist, sondern dreidimensional konturiert ist. Bevorzugt ist der Kunststoffträger gebogen ausgeführt, insbesondere in der Art eines Hohlzylindersegmentes mit geringer Radialerstreckung.
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In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Leiterbahnstruktur als, bevorzugt einstückiges, Stanzteil ausgebildet ist – gegebenenfalls kann die Leiterbahnstruktur aus mehreren Stanzteilen zusammengesetzt sein. Bevorzugt werden metallische Verbindungen (Brücken) zwischen zwei Leiter der Leiterbahnstruktur beim Heißprägeprozess zerstört, sodass mindestens zwei, über mindestens eine LED miteinander kontaktierbare, separate Leiterbahnen entstehen.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Folie, aus der die Leiterbahnstruktur ausgestanzt ist, eine Kupferfolie ist, die ganz besonders bevorzugt durch galvanisches Abscheiden hergestellt ist.
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Um die LEDs vor Witterungseinflüssen zu schützen, ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Kunststoffträger mit seiner mindestens einen LED innerhalb einer Kunststoffeinfassung, insbesondere einer Plexiglaseinfassung, und/oder einer Glaseinfassung angeordnet ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn diese Einfassung an der Metallhalterung festgelegt ist, welche mehrere Metallscheiben, insbesondere mit einer Dickenerstreckung von 1 bis 3 cm, umfasst. Ganz besonders bevorzugt sind die Metallscheiben flachzylindrisch ausgeformt und tragen unmittelbar den, vorzugsweise durch Verschrauben festgelegten, Kunststoffträger.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Metallhalterung nicht nur eine, sondern mehrere, insbesondere parallel angeordnete Metallscheiben, insbesondere mit Dickenerstreckung von mehr als 1 cm, umfasst, von denen mindestens zwei jeweils mindestens eine, vorzugsweise zwei Kunststoffträger tragen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn mindestens zwei der Metallscheiben über mindestens einen sich senkrecht dazu erstreckenden Metallstab voneinander beabstandet sind, sodass Wärme auch über den Metallstab abgegeben und ggf. weitergeleitet werden kann.
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Um eine Abgabe von Wärme an die Umgebung noch weiter zu optimieren, ist es bevorzugt, wenn die Metallhalterung eine oberste und/oder eine unterste, keinen Kunststoffträger tragende Abschlussplatte aus Metall umfasst.
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Idealerweise ist auf dem Kunststoffträger nicht nur eine einzige LED, sondern es sind mehrere LEDs angeordnet, die die Leiterbahnstruktur kontaktieren. Beson- ders zweckmäßig ist es dabei, wenn zumindest eine Gruppe von diesen LEDs parallel geschaltet ist. Ganz besonders zweckmäßig sind auf einem Kunststoffträger mindestens zwei, vorzugsweise ausschließlich zwei, in Reihe geschaltete Leiterbahnabschnitte vorgesehen, wobei die LEDs jedes Leiterbahnabschnittes parallel geschaltet sind.
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Um eine möglichst einfache Designanpassung der LED-Leuchte zu ermöglichen, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass die Metallhalterung Mittel, insbesondere in Form mindestens eines Gewindes, ganz besonders bevorzugt eines Innengewindes, zum Festlegen eines Lampenschirms aufweist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn an den Mitteln ein derartiger Lampenschirm festgelegt ist.
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Insbesondere für eine Ausführungsform der LED-Leuchte als Straßenlaterne ist es bevorzugt, wenn mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei, Metallscheiben vorgesehen sind, die jeweils eine Horizontalebene definieren, in der bzw. an der zwei diametral gegenüberliegende Kunststoffträger, jeweils umfassend mehrere LEDs, festgelegt sind. Bevorzugt sind die Kunststoffträger in jeder Horizontalebene symmetrisch zu einer Spiegelebene angeordnet, wobei sich die Spiegelebenen jeweils zweier in Hochrichtung nebeneinander angeordneter Horizontalebenen rechtwinklig schneiden. Ganz besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Kunststoffträger als gebogene Elemente ausgebildet sind, die sich zumindest näherungsweise über einen Viertelkreis erstrecken.
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Insbesondere dann, wenn die LED-Leuchte als Außenleuchte, vorzugsweise als Straßenleuchte, ausgebildet ist, ist es bevorzugt, wenn die LED-Leuchte einen Ständer, insbesondere aus Metall, umfasst, der die Halterung mit den Kunststoffträgern und ggf. der Glaseinfassung trägt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die LED-Leuchte oder eine Gruppe von LED-Leuchten mit Hilfe von Steuersignalen ansteuerbar ist, ganz besonders bevorzugt über Funk, insbesondere über WLAN. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die LED-Leistung über die Ansteuerung einstellbar bzw. regelbar ist, insbesondere mit dem Ziel, die Leuchtintensität zum Zwecke der Energieeinsparung gezielt einstellen zu können.
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Die Erfindung führt auch auf ein System mit mindestens einer wie zuvor beschrieben ausgebildeten LED-Leuchte und/oder mindestens einer Gruppe solcher LED-Leuchten, wobei Mittel zum Empfang von Steuersignalen, insbesondere über Funk, vorgesehen sind, die beispielsweise in einer LED-Leuchte angeordnet sein können oder separat davon, um die Betriebsleitung der LEDs der einen Leuchte oder der Gruppe von Leuchten – nach Bedarf – einstellen zu können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1: eine als Außenleuchte ausgebildete LED-Leuchte,
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2: einen vergrößerten Ausschnitt aus 1,
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3: eine Ausführungsvariante der LED-Leuchte mit Lampenschirm,
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4: eine optisch anders gestattete Ausführungsvariante einer LED-Leuchte.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet
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In 1 ist eine als Außenleuchte, hier als Straßenlaterne ausgebildete LED-Leuchte 1 gezeigt. Die LED-Leuchte ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ohne Glaseinfassung gezeigt, die zwischen einer obersten Abschlussplatte 2 und einer untersten Abschlussplatte 3 aufgenommen werden kann. Hierzu sind in den Abschlussplatten 2, 3 Ringnuten 4 mit Randabstand eingebracht.
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Kernstücke der LED-Leuchte sind aus einem Thermoplast, hier: Polycarbonat, ausgebildete Kunststoffträger 5, die als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt sind. Die Kunststoffträger 5 sind als dreidimensionale Hohlkreiszylindersegmente ausgeformt, die sich über mehr als 90° Umfangserstreckung erstrecken. Die Kunststoffträger 5 sind auf ihrer nach radial außen weisenden, flächigen, konvex gewölbten Vorderseite 6 Träger einer Leiterbahnstruktur 7, an der eine Vielzahl von als Leistungs-LEDs ausgebildeten LEDs 8 elektrisch kontaktierend festgelegt sind. Die Leiterbahnstruktur 7 ist als Stanzbiegeteil aus einer stanzbaren Kupferfolie ausgebildet. Wesentlich ist, dass die Leiterbahnstruktur 7 durch Heißprägen des Stanzteils auf die Vorderseite 6 aufgebracht wurde.
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Auf jeder konkav gewölbten Rückseite 9, die sich parallel zur Vorderseite 6 erstreckt, ist eine als Kupferfolie ausgebildete, rechteckig konturierte, Metallfolie 10 festgelegt, über die sich die Kunststoffträger 5 radial innen an einer Metallhalterung 11, genauer an flachzylindrischen, beispielsweise aus Aluminium ausgebildeten, Metallscheiben 12 der Metallhalterung 11, abstützen. Wie sich aus 1 ergibt, sind mehrere, aus Vollmaterial ausgebildete, Metallscheiben 12 übereinander angeordnet, wobei an jeder Metallscheibe 12 zwei diametral gegenüberliegende Kunststoffträger 5, über jeweils eine Kopfschraube 13, festgelegt sind, wobei jede Kopfschraube ein korrespondierendes Durchgangsloch des zugehörigen Kunststoffträgers 5 durchsetzt und mit einem Innengewinde einer Radialbohrung in der Metallscheibe 12 verschraubt ist. Die elektrische Kontaktierung der Leiterbahnstrukturen 7 der Kunststoffträger 5 erfolgt beispielsweise über nicht dargestellte Drähte bzw. isolierte Leiter, die bevorzugt mit einem nicht dargestellten Transformator elektrisch leitend verbunden sind, der bevorzugt in einem Aufnahmeraum unterhalb der untersten Abschlussplatte 3 der Metallhalterung angeordnet ist.
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Wie sich aus 1 weiter ergibt, sind die einzelnen, jeweils zwei identische Kunststoffhalterungen 5 tragenden, Metallscheiben 12 über jeweils vier Haltestangen 14 voneinander beabstandet angeordnet, wobei die Haltestangen 14 mit den Metallscheiben 12 verschraubt sind. Die in erster Linie der Wärmeabführung dienende Metallhalterung 11 ist mit Abstand zu den Metallscheiben 12 mit den vorerwähnten Abschlussplatten 2, 3 versehen, die wiederum die Metallscheiben 12 in radialer Richtung überragen, d. h. einen größeren Durchmesser aufweisen.
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Die Metallhalterung 11, genauer ein die Metallhalterung 11 tragender Hohlkörper 15, an den die Abschlussplatte 3 angrenzt, ist getragen von einem langgestreckten, zylindrischen Ständer 16.
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Wie sich aus 1 ergibt, sind in der obersten Abschlussplatte 2 als vier Innengewindelöcher ausgebildete Mittel 17 zum Festlegen eines Leuchtenschirms vorgesehen, wie dieser beispielsweise in 3 mit dem Bezugszeichen 18 versehen dargestellt ist, um der LED-Leuchte 1 ein völlig anderes optisches Erscheinungsbild zu geben.
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Im Folgenden wird anhand von 2 im Detail der Aufbau der einzelnen Leuchteinheiten, umfassend die LEDs 8 und jeweils einen Kunststoffträger 5, erläutert. Wie erwähnt, ist hier der Kunststoffträger 5 über eine Kopfschraube 13 an einer zylindrischen, hier aus Aluminium ausgebildeten, Metallscheibe 12 festgelegt. Auf der nach außen gewandten Vorderseite 6 ist eine als Stanzteil ausgebildete Leiterbahnstruktur durch Heißprägen festgelegt. Auf der von der Vorderseite 6 abgewandten Rückseite 9 befindet sich eine ebenfalls durch Heißprägen aufgebrachte Metallfolie, bei der es sich bevorzugt ebenfalls um ein Stanzteil, insbesondere aus Kupfer, handelt.
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Zu erkennen ist, dass die Leiterbahnstruktur 7 im Wesentlichen zwei in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Leiterbahnstrukturabschnitte 19, 20 umfasst. Jeder Leiterbahnstrukturabschnitt 19 weist eine äußere, U-förmige, beispielsweise auf Masse liegende, Leiterbahn 21 bzw. 22 und eine von dieser umschlossene, rechteckförmige Leiterbahn 23 bzw. 24 auf. Die Leiterbahnen 21, 23; 22, 24 jedes Leiterbahnstrukturabschnittes sind kontaktiert über jeweils acht in zwei Reihen vier Stock angeordneten LEDs 8. Die LEDs 8 jedes Leiterbahnstrukturabschnittes 19, 20 sind parallel geschaltet. Die U-förmige Leiterbahn 21 ist über eine Leitungsbrücke 26 mit der rechteckigen, zentrischen Leiterbahn 24 des zweiten Leiterbahnstrukturabschnittes 20 elektrisch leitend verbunden, sodass sich eine Reihenschaltung der Leiterbahnstrukturabschnitte 19, 20 ergibt. Bevorzugt sind die LEDs 8 durch Löten an den Leiterbahnen 21, 22, 23, 24 der Leiterbahnstrukturabschnitte 19, 20 der Leiterbahnstruktur 7 festgelegt.
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Wie sich aus 2 ergibt, sind die jeweils zwei Kunststoffträger 5 einer Horizontalebene um 90° versetzt zu den Kunststoffträgern 5 des oder der benachbarten Horizontalebene(n) angeordnet, wobei sich die Kunststoffträger 5 der benachbarten Horizontalebenen ein Stück wert in Umfangsrichtung überlappen, jedoch axial, d. h. in Hochrichtung, voneinander beabstandet sind.
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Die aus den 1 und 2 ersichtliche LED-Leuchte weist eine nicht dargestellte Steuereinheit sowie eine Empfangseinheit zum Empfang von Steuersignalen über Funk auf, wobei die Steuereinheit die Betriebsleistung und damit die Helligkeit der LEDs 8 in Abhängigkeit der empfangenen Steuersignale einstellend ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann gemäß einer ersten Alternative nur der einen, gezeigten, LED-Leuchte zugeordnet sein, oder alternativ einer ganzen Gruppe von LED-Leuchten, wobei die Steuereinrichtung dann die Helligkeit der LEDs der gesamten Gruppe von LED-Leuchten, vorzugsweise synchron, in Abhängigkeit von Steuersignalen einstellend ausgebildet ist. Bevorzugt befindet sich die Steuereinrichtung in einer LED-Leuchte – dies ist jedoch nicht zwingend, ggf. kann die Steuereinrichtung und/oder die Empfangseinheit außerhalb der LED-Leuchte angeordnet und über Kabel mit dieser verbunden sein.
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Das Ausführungsbeispiel einer LED-Leuchte 1 gemäß 3 unterscheidet sich von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel lediglich durch das Vorsehen eines Leuchtenschirms 18, der an der obersten Abschlussplatte 2, hier durch Verschrauben, festgelegt ist.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit einer Einfassung 27 aus Glas oder transparentem Kunststoff dargestellt, wobei die Einfassung 27 zwischen den Abschlussplatten 2, 3 gehalten ist. Bei Bedarf kann die Einfassung, die auch zylindrisch konturiert sein kann, mit einem Blendschutz, vorzugsweise in Form einer Mattierung ausgebildet werden. Bevorzugt ist die Einfassung nicht vollständig mattiert, sondern abschnittsweise transparent. Besonders bevorzugt sind mehrere voneinander beabstandete Mattierungsringstreifen im Wechsel mit transparenten Ringstreifen vorgesehen (nicht gezeigt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Leuchte
- 2
- oberste Abschlussplatte
- 3
- unterste Abschlussplatte
- 4
- Ringnut
- 5
- Kunststoffträger
- 6
- Vorderseite
- 7
- Leiterbahnstruktur
- 8
- LEDs
- 9
- Rückseite
- 10
- Metallfolie
- 11
- Metallhalterung
- 12
- Metallscheibe
- 13
- Kopfschraube
- 14
- Haltestange
- 15
- Hohlkörper
- 16
- Ständer
- 17
- Mittel
- 18
- Leuchtenschirm
- 19
- Leiterbahnstrukturabschnitt
- 20
- Leiterbahnstrukturabschnitt
- 21
- Leiterbahn
- 22
- Leiterbahn
- 23
- Leiterbahn
- 24
- Leiterbahn
- 26
- Leitungsbrücke
- 27
- Einfassung
