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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Lichtmodul zum Einbau in ein Leuchtaggregat nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 024 390 A1 wird beispielsweise ein LED-Modul mit integrierter Ansteuerung beschrieben, das beispielsweise in ein Leuchtaggregat eines Kraftfahrzeuges eingebaut werden kann. Das beschriebene LED-Modul umfasst mehrere LED-Bauelemente, elektrische Anschlussmittel, über welche die LED-Bauelemente mit einer Stromversorgung des Leuchtaggregats verbindbar sind, und mindestens ein thermisches Kontaktelement, über das die Verlustwärme der wärmeleitend damit verbundenen LED-Bauelemente an das Leuchtaggregat abführbar ist, wobei eine Steuereinheit zur Ansteuerung der LED-Bauelemente in das LED-Modul integriert ist. Das thermische Kontaktelement ist durch ein offenes oder geschlossenes Gehäuse aus einem wärmeleitenden Material gebildet, in dem die LED-Bauelemente, die elektrischen Anschlussmittel, die Steuereinheit sowie gegebenenfalls vorgesehene weitere Komponenten des LED-Moduls aufgenommen sind. Das Gehäuse umfasst einen scheibenförmigen Sockel aus einem wärmeleitenden Material, auf dem die LED-Bauelemente und die Steuereinheit auf einander gegenüberliegenden Seiten oder auf einer gemeinsamen Seite des Sockels aufgenommen sind. Die Außenseiten des Gehäuses weisen zumindest teilweise eine Rändelung auf und das Gehäuse ist in eine Öffnung oder in eine Ausnehmung eines Kühlkörpers des Leuchtaggregats über die Rändelung eingepresst.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul zum Einbau in ein Leuchtaggregat mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass in eine erste Stirnseite des Sockels eine Ausnehmung mit einer ersten lichten Weite derart eingebracht ist, dass die Ausnehmung mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement der Steuereinheit aufnimmt. Dadurch kann die Größe des Lichtmoduls im Vergleich mit dem Stand der Technik weiter reduziert und die Handhabung und die Montage des Lichtmoduls weiter vereinfacht werden. Zudem ist das innerhalb der Ausnehmung im Sockel angeordnete mindestens eine elektrische und/oder elektronische Bauelement gegen eine mechanische Beschädigung geschützt. Auf diese Weise kann ein vorgefertigtes, kompaktes und einfach zu handhabendes Lichtmodul geschaffen werden, das neben einer Leuchteinheit mit mindestens einem Leuchtmittel und elektrischen Anschlussmitteln, über welche das mindestens eine Leuchtmittel mit einer Stromversorgung des Leuchtaggregats verbindbar ist, mindestens ein thermisches Kontaktelement, welches zur Abführung von Verlustwärme wärmeleitend mit dem mindestens einen Leuchtmittel gekoppelt ist, und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des mindestens einen Leuchtmittels umfasst. Das thermische Kontaktelement ist durch ein den Sockel umfassendes Gehäuse gebildet, wobei sowohl der Sockel als auch das Gehäuse aus einem wärmeleitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium usw. gefertigt sind. Das mindestens eine Leuchtmittel und die Steuereinheit sind am Sockel angeordnet, wodurch sich die kompakte und einfach zu handhabende Baugruppe ergibt.
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Als elektrische und/oder elektronische Bauelemente kann die Steuereinheit Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, elektronische Schaltkreise, die beispielsweise als IC (IC = Integrated Circuit bzw. integrierte Schaltung) ausgeführt sind, Transformatoren usw. umfassen. Die Leuchteinheit des erfindungsgemäßen Lichtmoduls kann dabei sowohl mehrere einzelne LED-Chips und/oder ein oder mehrere strukturierte Substrate mit eingebetteten, insbesondere eingelöteten LED-Chips als Leuchtmittel umfassen. Die Steuereinheit kann mindestens eine Treiberschaltung umfassen, welche die Leuchtmittel einzeln oder gruppenweise ansteuert. Zudem kann die Steuereinheit mindestens eine Mehrkanalansteuerschaltung umfassen, durch welche verschiedenfarbige Leuchtmittel, wie beispielsweise RGB-LEDs angesteuert werden können. Die Verwendung einer Mehrkanalansteuerschaltung gestattet somit einen flexiblen Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtmodule auch in Leuchtaggregaten für solche Bereiche, in denen es auf mehrfarbige Lichtsignale ankommt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Lichtmoduls zum Einbau in ein Leuchtaggregat möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Steuereinheit mindestens eine Steuerplatine umfasst, auf welcher das mindestens eine elektrische und/oder elektronische Bauelement angeordnet ist, wobei das Gehäuse an einer Stirnseite, die mit der ersten Stirnseite des Sockels korrespondiert, eine Vertiefung mit einer zweiten lichten Weite zur Aufnahme der mindestens einen Steuerplatine aufweist, wobei die zweite lichte Weite der Vertiefung größer als die ersten lichte Weite der Ausnehmung ist, so dass sich die mindestens eine Steuerplatine an dem resultierenden Absatz abstützt. Dadurch ist ein einfacher schneller Einbau der Steuerplatine möglich, die bis zur Anlage am Absatz in die Vertiefung eingeführt wird, wobei gleichzeitig das mindestens eine auf der Oberseite der Steuerplatine angeordneten elektrische und/oder elektronische Bauelement in die Ausnehmung im Sockel eingeführt und somit vor mechanischer Beschädigung bei einem Transport des Lichtmoduls vor dem Einbau in das Leuchtaggregat geschützt wird.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls umfasst die Leuchteinheit mindestens eine Trägerplatine, auf welcher das mindestens ein Leuchtmittel angeordnet ist, wobei die mindestens eine Trägerplatine an einer zweiten Stirnseite des Sockels angeordnet ist. Durch die Anordnung auf verschiedenen Seiten des Sockels, wird die Steuereinheit vor der während des Betriebs entstehenden Verlustwärme der Leuchteinheit geschützt, so dass wärmebedingte Ausfälle der Steuereinheit in vorteilhafter Weise reduziert werden können. Die zweite Stirnseite des Sockels weist beispielsweise einer Erhöhung auf, auf welcher die mindestens eine Trägerplatine angeordnet ist. Des Weiteren kann das mindestens eine Leuchtmittel über elektrische Anschlussmittel, welche in Durchführungen im Sockel geführt sind, mit Energie versorgt und von der Steuereinheit angesteuert werden. Durch eine direkte Anordnung der Trägerplatine des mindestens einen Leuchtmittels auf dem Sockel aus einem gut wärmeleitenden Material kann die Abwärme dann über den Sockel, der vorzugsweise speziell an die Anzahl und Größe der aufzunehmenden Leuchtmittel des Lichtmoduls angepasst ist, je nach Art der Modulaufnahme entweder direkt oder mittelbar über das Gehäuse weiter an das Leuchtaggregat abgeführt werden. Der Sockel ist insbesondere einstückig mit dem Gehäuse ausgeführt und besteht somit ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium. Durch die direkte Anordnung der Steuereinheit und der Leuchteinheit am oder innerhalb des Sockels kann eine robuste und besonders kompakte Ausbildung des Lichtmoduls erzielt werden. Dadurch ist das Lichtmodul leicht zu handhaben und ermöglicht gleichzeitig auch einen besonders effektiven Übergang der abzuführenden Wärme. So kann bei einer geeigneten Anbringung des Lichtmoduls in einer wärmeleitenden Aufnahme des Leuchtaggregats, insbesondere unmittelbar in einem Kühlkörper des Leuchtaggregats, die Wärme über die Oberfläche des gesamten Lichtmodulgehäuses abgeführt werden. Das Gehäuse kann dabei eine beliebig geformte Außenkontur aufweisen, die an die an das Leuchtaggregat gestellten Anforderungen angepasst werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls sind in das Gehäuse optische Mittel, insbesondere eine Kunststoffoptik, aufgenommen oder eingepasst. Die optischen Mittel sind beispielsweise als Abdeckkappe ausgeführt, welche die zweite Stirnseite des Sockels überdecken. Die als Abdeckkappe ausgeführten optischen Mittel sind beispielsweise über mindestens eine Rastverbindung in einer korrespondierenden umlaufenden Vertiefung an der zweiten Stirnseite des Sockels mit dem Gehäuse verrastet. Durch die optischen Mittel, wie beispielsweise eine Kunststoffoptik oder optische Konvertierungsmittel kann die Lichtabgabe so beeinflusst werden, dass eine gewünschte Lichtverteilung und/oder Lichtintensität und/oder Lichtfarbe erzeugt wird. So kann beispielsweise ein optisches Füllmedium zur Farbumwandlung des von den Leuchtmitteln des Moduls emittierten Lichts in dem Gehäuse aufgenommen oder darin eingepasst werden. Vorzugsweise kann durch die optischen Mittel das zur zweiten Stirnseite hin offene Gehäuse durch eine entsprechend ausgebildete Primäroptik abgeschlossen werden, um eine bestimmte Fokussierung zu erzielen. Durch die Rastverbindung bzw. Clipsverbindung kann die Kunststoffoptik auf besonders einfache Weise in das Gehäuse eingesetzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls sind die Steuereinheit und/oder die Leuchteinheit über einen gemeinsamen Anschlussstecker mit dem Leuchtaggregat elektrisch verbindbar. Durch die Verwendung einer Steckerverbindung kann in vorteilhafter Weise auf die Verwendung von flexiblen Kabeln verzichtet werden, die eine einfache Montage behindern können.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls weisen Außenseiten des Gehäuses zumindest teilweise eine Rändelung auf, wobei das Gehäuse über die Rändelung oder Zahnung in eine Öffnung oder in eine Ausnehmung eines Kühlkörpers des Leuchtaggregats eingepresst werden kann, um einen dauerhaft effektiven Wärmeübergang zu gewährleisten. Über eine derartige gezahnte oder gerändelte Gehäusekontur kann das Gehäuse des Lichtmoduls besonders gut wärmeleitend in einen Kühlkörper des Leuchtaggregats eingepresst werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls zum Einbau in ein Leuchtaggregat.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lichtmoduls zum Einbau in ein Leuchtaggregat aus 1.
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3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lichtmoduls zum Einbau in ein Leuchtaggregat aus 1 oder 2 ohne Gehäuse.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nicht nur bei Kraftfahrzeugen werden zunehmend Leuchtdioden eingesetzt, da sie gegenüber konventionellen Glühlampen einige wesentliche Vorteile aufweisen. So haben Leuchtdioden eine längere Lebensdauer, eine geringere Baugröße sowie einen besseren Wirkungsgrad bei der Umwandlung elektrischer Energie in Licht. Ferner zeichnen sich Leuchtdioden durch eine Unempfindlichkeit gegenüber Stößen und Erschütterungen aus, was insbesondere bei Kraftfahrzeugen einen erheblichen Vorteil darstellt.
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Trotz der im Vergleich zu Glühlampen geringeren Wärmeabgabe muss vor dem Hintergrund einerständig fortschreitenden Leistungssteigerung auch bei Leuchtdioden die als Verlust auftretende Abwärme abgeführt werden, um eine Überhitzung und damit eine Funktionsbeeinträchtigung oder sogar eine Zerstörung der Leuchtdioden zu verhindern. Üblicherweise wird die Abwärme von der Unterseite der Leuchtmittel über ihre elektrischen Anschlüsse und/oder über einen als Wärmeanschluss dienenden dritten Kontakt an einen metallischen Kühlkörper abgeführt.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst ein Lichtmodul 1 zum Einbau in ein Leuchtaggregat eine Leuchteinheit 20 mit mehreren Leuchtmitteln 31, einer Trägerplatine 32 und elektrischen Anschlussmitteln 33, 34, eine Steuereinheit 20 zur Ansteuerung der Leuchtmittel 31 mit einer Steuerplatine 22, auf welcher eine Ansteuerschaltung mit mindestens einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement 26 angeordnet ist, und ein thermisches Kontaktelement zur Abführung von Verlustwärme, welches durch ein einen Sockel 15 umfassendes zylindrisches Gehäuse 10 aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium gebildet und wärmeleitend mit den Leuchtmitteln 31 gekoppelt ist. Der Sockel 15 ist einstückig mit der hülsenförmigen Wandung 10.1 des Gehäuses 10 verbunden und besteht somit ebenfalls vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium, wobei die Leuchtmittel 31 und die Steuereinheit 20 am Sockel 15 angeordnet sind,
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Derartige Leuchtaggregate können sowohl zu Zwecken der Innenraumbeleuchtung als auch bei der Außenbeleuchtung insbesondere in oder an Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Als lichtabgebende Leuchtmittel 31 können beispielsweise optische Halbleiterbauelemente in Form von Leuchtdioden bzw. LED-Bauelementen (LED = Light Emitting Diode), insbesondere Leuchtdiodenchips eingesetzt werden, die auch als LED-Chips bezeichnet werden. Üblicherweise wird dabei eine Mehrzahl von Leuchtmitteln zu einem Array angeordnet, wobei die Leuchtmittel vorzugsweise als oberflächenmontierte SMD-Elemente (SMD = Surface Mounted Device) durch Löten oder Kleben auf einem Träger oder einer Leiterplatte montiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Leuchteinheit 20 insgesamt sechs als oberflächenmontierte LED-Chips ausgeführte Leuchtmittel 31. Die einzelnen LED-Chips 31 sind dabei in einem 6×1-Array auf der Trägerplatine 32 angeordnet, welche direkt auf einer Erhöhung an einer Stirnseite 15.2 des Sockels 15 befestigt ist. Auf diese Weise sind die LED-Chips 31 wärmeleitend über die Trägerplatine 32 und den Sockel 15 mit der Wandung 10.1 des Modulgehäuses 10 verbunden. Das Modulgehäuse 10 stellt dabei ein thermisches Kontaktelement dar, über das die Verlustwärme der Leuchtmittel 31 an das das Lichtmodul 1 aufnehmende Leuchtaggregat bzw. an einen Kühlkörper des Leuchtaggregats abgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist in eine weitere Stirnseite 15.1 des Sockels 15 eine Ausnehmung 16 mit einer ersten lichten Weite D1 derart eingebracht, dass die Ausnehmung 16 mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 26 der Steuereinheit 20 aufnimmt.
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An einer Stirnseite, welche mit der die Ausnehmung 16 aufweisende Stirnseite 15.1 des Sockels 15 korrespondiert, weist das Gehäuse 10 eine Vertiefung 13 mit einer zweiten lichten Weite D2 zur Aufnahme der Steuerplatine 22 auf, wobei die zweite lichte Weite D2 der Vertiefung 13 größer als die ersten lichte Weite D1 der Ausnehmung 16 im Sockel 15 ist, so dass sich die Steuerplatine 22 an dem resultierenden Absatz 14 abstützt. Die Steuerplatine 22 mit der darauf aufgebrachten Ansteuerschaltung, welche das mindestens eine elektrische und/oder elektronische Bauelement 26 umfasst, bildet die Steuereinheit 20 für die Leuchtmittel 31 der Leuchteinheit 20, wobei die Ansteuerschaltung mit den elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 26 gegen mechanische Beschädigung geschützt innerhalb der Ausnehmung 16 im Sockel 15 angeordnet ist. Über sechs isolierend durch den Sockel 15 hindurch geführte Kontaktstifte 33 ist die Steuereinheit 20 mit den Leuchtmitteln 31 verbunden. Im Bereich der Durchführungen 17 im Sockel 15 sind die Kontaktstifte 33 jeweils von einer Isolation 35 umhüllt, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstiften 33 und dem Sockel 15 zu verhindern. Zur elektrischen Verbindung zwischen der Steuerplatine 22 und den Leuchtmitteln 31 sind die vorderseitigen Endflächen der Kontaktstifte 33 durch Bonddrähte 34 mit der Trägerplatine 32 bzw. mit den darauf angebrachten Leuchtmitteln 31 verbunden. Die rückseitigen Endbereiche der Kontaktstifte 33 kontaktieren jeweils eine in der Steuerplatine 22 eingelassene Anschlussbuchse 24 der Steuereinheit 20. Somit können die Leuchtmittel 31 über die Kontaktstifte 33 mit Energie versorgt und von der Steuereinheit 20 angesteuert werden.
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An der Rückseite der Steuerplatine 22 ist ein zentraler Anschlussstecker 7 angeordnet, welcher die Steuereinheit 20 bzw. die Leuchteinheit 20 gemeinsam mit dem Leuchtaggregat elektrisch verbindet. Über die nicht dargestellten Steckerkontakte des Anschlusssteckers 7 können einerseits die Leuchtmittel 31 mit Strom versorgt werden und andererseits können der Steuereinheit 20 auch externe Steuersignale zugeführt werden.
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Um das Lichtmodul 1 abzuschließen, kann eine aus Kunststoff bestehende Abdeckkappe 5 mit Primäroptik die zweite Stirnseite 15.2 des Sockels 15 überdecken, wobei die Abdeckkappe 5 aufgeklebt und/oder in eine entsprechende Vertiefung 12 eingesetzt und insbesondere verrastet bzw. eingeclipst werden kann. Die Abdeckkappe 5 ist über mindestens eine Rastverbindung 4 in der korrespondierenden umlaufenden Vertiefung 12 an der Stirnseite 15.2 des Sockels 15 mit dem Gehäuse 10 verrastet.
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Bei dem hier gezeigten Lichtmodul 1 sind die sechs als LED-Chips ausgeführte Leuchtmittel 31 in einer Reihe nebeneinander auf der Trägerplatine 32 angeordnet. Grundsätzlich können je nach Einsatzzweck beliebig viele Leuchtmittel 31 in beliebiger Anordnung in dem Lichtmodul 1 vorgesehen werden. Auch die andere Seite des Gehäuses 10 kann durch eine geeignete Abdeckung abgeschlossen werden, wobei durch die Anordnung der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 26 innerhalb der Ausnehmung 16 im Sockel 15 die Rückseite der Steuerplatine 22 bereits eine gewisse Abdeckfunktion übernimmt.
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Eine besonders leichte Montage des Lichtmoduls 1 ergibt sich dann, wenn die Leuchtmittel 31 zunächst auf einer Trägerplatine 32 vormontiert über Bonddrähte 34 mit den Kontaktstiften 33 verbunden werden. Danach werden die Kontaktstifte in korrespondierende Durchführungen 17 im Sockel 15 eingeführt, bis die Trägerplatine 32 auf der Erhöhung des Sockels 15 aufliegt. Danach wird die Steuerplatine 22 in die Vertiefung 13 des Gehäuses 10 bis zur Anlage am Absatz 14 eingeführt, wobei gleichzeitig die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 26 der Steuereinheit 20 in die Ausnehmung 16 im Sockel 15 eingeführt werden und die Kontaktstifte 33 mit den Anschlussbuchsen 24 der Steuerplatine 22 elektrisch und mechanisch kontaktiert werden.
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In jedem Fall wird ein fertig vormontiertes Lichtmodul 1 erhalten, in das bereits eine Steuereinheit 20 zur Ansteuerung der Leuchtmittel 31 integriert ist. Die vormontierten Lichtmodule 1 können später besonders schnell und einfach in geeignete Ausnehmungen eines Kühlkörpers eines Leuchtaggregats eingesetzt und über den zentralen Anschlussstecker 7 elektrisch kontaktiert werden.
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Um eine besonders effektive Abgabe der Verlustwärme an den Kühlkörper zu gewährleisten können die Lichtmodule 1 an ihrem Gehäuse 10 eine außenseitige Rändelung 11 aufweisen, über die sie form- und kraftschlüssig in die Ausnehmungen des Kühlkörpers eingepresst werden können. Gleichzeitig ist dabei eine besonders einfache, aber dennoch hoch genaue optische Ausrichtung der einzelnen Lichtmodule 1 zueinander erzielbar, so dass eine nachträgliche Justierung einzelner Lichtmodule 1 zur gewünschten Fokussierung des Leuchtaggregats bei der Montage nicht erforderlich ist. Die Lichtmodule 1 können direkt in ihrer durch die Ausnehmungen vorgegebenen positionsgenauen Ausrichtung in den Kühlkörper eingepresst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007024390 A1 [0002]
