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Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe, insbesondere eine Glühlampen-Retrofitlampe, welche mindestens eine Halbleiterlichtquelle, einen Treiber zum Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und mindestens einen Kühlkörper zum Kühlen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und des Treibers aufweist.
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DE 10 2007 059 471 A1 bezieht sich auf eine Scheinwerferlampe mit einem Sockel und einer durch internationale Normung bezüglich Abstand und Lage zu einer Referenzebene des Sockels vorgegebenen Lichtabgabe, wobei die Lichtabgabe durch eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen erfolgt. Eine Betriebselektronik oder ein Teil der Betriebselektronik zum Betreiben der einen oder mehreren Halbleiterlichtquellen kann in dem Sockel der Scheinwerferlampe angeordnet sein. Eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen können auf einer tragenden Struktur mit einer ersten und einer zu dieser parallelen zweiten flächigen Seite angeordnet sein.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur besonders effektiven Kühlung von Halbleiterlampen, insbesondere Retrofitlampen, bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, einen Treiber zum Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und mindestens einen Kühlkörper zum Kühlen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle und des Treibers, wobei der mindestens eine Kühlkörper einen ersten Kühlkörper, welcher mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle thermisch verbunden ist, und einen zweiten Kühlkörper, welcher mit dem Treiber thermisch verbunden ist, umfasst, wobei der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper thermisch voneinander isoliert sind.
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Durch die Verwendung von thermisch isolierten Kühlkörpern für die Halbleiterlichtquelle(n) und den Treiber kann deren thermische Beeinflussung, insbesondere der empfindlicheren Bau teile, z. B. des Treibers, durch die thermisch unempfindlicheren Bauteile, z. B. die Halbleiterlichtquellen, gering gehalten werden. So kann beispielsweise ein Großteil der thermischen Verlustleistung an den Halbleiterlichtquellen anfallen. Durch die thermisch separaten Kühlkörper oder Kühlkörperteile wird die Treiberkühlung unabhängig von der Lichtquellenkühlung und kann somit auf einem geringeren Temperaturniveau aufsetzen. Für temperatursensitive Bauteile in dem Treiber, wie integrierte Bauelemente oder Elektrolytkondensatoren, bleibt ein größerer Temperaturunterschied zur Entwärmung, so dass auf zusätzliche Maßnahmen wie z. B. den Einsatz von Wärmepads verzichtet werden kann. Durch die geringeren Temperaturen an z. B. dem Treiber wird auch dessen Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert und seine Lebensdauer verlängert. Das Konzept des geteilten bzw. thermisch separaten Kühlkörpers kann sowohl für passiv gekühlte Lampen als auch für aktiv gekühlte Lampen verwendet werden.
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Eine thermische Isolation der Kühlkörper kann beispielsweise dann vorliegen, wenn eine Grenzfläche vorhanden ist, welche nicht mittels einer entsprechenden Anbindung und/oder Materialwahl für einen signifikanten Wärmefluss ausgelegt ist. In anderen Worten kann eine thermische Isolation der Kühlkörper beispielsweise dann vorliegen, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen den angrenzenden Kühlkörpern im Bereich der Grenzfläche besteht.
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Der Grad der thermischen Isolierung kann je nach Ausführungsform unterschiedlich sein. Um eine thermische Trennung der beiden Kühlkörper zu erreichen, kann zwischen ihnen z. B. ein Luftspalt und/oder ein schlecht wärmeleitendes Material, eine schlecht wärmeleitende Kleberverbindung, ein schlecht wärmeleitendes Tape, eine schlecht wärmeleitende Paste, ein Dichtungsmaterial wie Silikon/PU oder ein schlecht wärmeleitender Kunststoff usw. vorgesehen sein. Um einen Luftspalt zu garantieren, könnten z. B. geeignete Abstandshalterpins oder Aufrauungen an den Verbindungsflächen der beiden Kühlkörper vorgesehen werden.
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In einer Ausgestaltung mit einem thermisch gut leitenden ersten Kühlkörper, z. B. aus Metall, und einem relativ dazu weit schlechter wärmeleitenden zweiten Kühlkörper, z. B. aus Kunststoff, kann eine ausreichende thermische Isolierung der beiden Kühlkörper auch bei direktem Materialkontakt der beiden Kühlkörper erzielt werden, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Wärme des ersten Kühlkörpers eher an Luft abgeführt wird als an den schlechter thermisch leitenden zweiten Kühlkörper und so ein Aufheizen der Treiberelektronik durch die Verlustleistung der Lichtquelle reduziert bzw. verhindert wird.
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Beispielsweise kann von einer thermischen Isolation ausgegangen werden, wenn
- – ein Spalt zwischen den beiden Kühlkörpern mit mindestens einem wärmeisolierenden Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1 W/(m·K) oder weniger, insbesondere von nicht mehr als 0,5 W/(m·K), insbesondere von nicht mehr als 0,3 W/(m·K), insbesondere von nicht mehr als 0,1 W/(m·K) gefüllt ist, z. B. Luft oder einige Kunststoffe oder Kleber; und/oder
- – ein Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit zwischen den beiden Kühlkörpern zumindest im Bereich der Grenzfläche(n) mindestens einen Faktor 10 beträgt, z. B. bei einem ersten Kühlkörper aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung mit ca. 50 W/(m·K) und einem zweiten Kühlkörper aus Kunststoff mit nicht mehr als 5 W/(m·K)
vorliegt. Bei einem Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit um mindestens den Faktor 10 braucht kein Spalt zwischen den beiden Kühlkörpern vorhanden zu sein, kann es für eine noch weiter verbesserte Wärmeisolierung aber.
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Besonders bevorzugt wird eine Füllung des Spalts aus einer Kombination mit mindestens einem Luftspalt und mindestens einem wärmeisolierenden Material, in der Reihenfolge Luftspalt/wärmeisolierendes Material/Luftspalt.
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Für eine kompakte Ausgestaltung der Halbleiterlampe kann es eine bevorzugte Weiterbildung sein, dass ein kleinster Abstand zwischen den beiden Kühlkörpern ca. 5 mm oder weniger, insbesondere 3 mm oder weniger, insbesondere 1 mm oder weniger beträgt.
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Die Halbleiterlampe kann insbesondere eine Retrofitlampe, speziell eine Glühlampen-Retrofitlampe, sein. Jedoch ist die Halbleiterlampe nicht darauf beschränkt, sondern kann z. B. auch eine Halogenlampen-Retrofitlampe sein, insbesondere mit einer flachen Vorderseite.
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Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 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 (Multichip-LED) 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. 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. Als eine andere Halbleiterlichtquelle kann z. B. ein Diodenlaser verwendet werden.
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Der Treiber (auch als Treiberelektronik, Betriebselektronik oder Vorschaltelektronik bezeichnet) kann auf ein oder mehrere Bauelemente aufgeteilt sein und z. B. auf einer Treiberplatine angeordnet sein.
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Der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper können auch als thermisch voneinander isolierte Teile eines einzigen Kühlkörpers angesehen werden.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper jeweils Kühlvorsprünge, insbesondere Kühlrippen, aufweisen, wobei die Kühlvorsprünge der beiden Kühlkörper ineinandergreifen. Dies ermöglicht beiden Kühlkörpern oder Kühlkörperteilen einen Kontakt zur kühlen Frischluft, ohne in einem erwärmten Luftbereich des jeweils anderen Kühlkörpers zu liegen. Dies gilt unabhängig davon, ob die Lampe in einer Orientierung ”Licht nach unten” oder ”Licht nach oben” betrieben wird. In der ”Licht nach unten”-Orientierung kann dabei z. B. bei einer Glühlampen-Retrofitlampe die kühlende Frischluft durch freie Konvektion zunächst den Lampenkolben umströmen und danach nahezu gleichzeitig an beide Kühlkörper gelangen, die dann Kontakt zu der Frischluft auf etwa Raumtemperaturniveau haben. Dabei kann das zur Verfügung stehende Gesamtkühlkörpervolumen je nach dem individuellen Kühlbedarf für die Halbleiterlichtquellen und die Treiberelektronik entsprechend aufgeteilt sein.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe mindestens einen Lüfter zum Erzeugen eines Luftstroms an dem ersten Kühlkörper und/oder an dem zweiten Kühlkörper aufweist. Dadurch kann die Kühlleistung stark erhöht werden. Der Lüfter kann somit einen Luftstrom im Wesentlichen nur an dem ersten Kühlkörper, im Wesentlichen nur an dem zweiten Kühlkörper oder an beiden Kühlkörpern erzeugen.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper in einem Ausblasbereich des Lüfters angeordnet sind. Die Luft kann z. B. durch einen Luftspalt zwischen den beiden Kühlkörpern angesaugt werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der zweite Kühlkörper in einem Ansaugbereich des Lüfters und der erste Kühlkörper in einem Ausblasbereich des Lüfters angeordnet ist. Dadurch, dass an dem Treiber typischerweise nur ein geringerer Teil der Verlustleistung der Lampe anfällt, wird der erste Kühlkörper für die Halbleiterlichtquellen von dem zweiten Kühlkörper nur geringfügig vorgewärmt.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass einer der Kühlkörper, insbesondere der zweite Kühlkörper, mindestens eine Ansaugöffnung oder Lufteinlassöffnung zum Ansaugen von Luft durch den oder Führen von Luft zu dem Lüfter aufweist. So lässt sich eine gut kühlbare und besonders kompakte Halbleiterlampe erreichen.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass der Lüfter zur Kühlung des ersten Kühlkörpers oder des zweiten Kühlkörpers eingerichtet und angeordnet ist. Dabei kann gewährleistet erden, dass der Kühlkörper mit dem größeren Kühlbedarf (in einem typischen Fall der mit der (den) Halbleiterlichtquelle(n) thermisch verbundene Kühlkörper) gezielt aktiv mit einem Lüfter gekühlt wird, und davon räumlich getrennt (z. B. 90° gedreht dazu) der Kühlkörper mit dem geringeren Kühlbedarf (z. B. für den Treiber) noch mit passiver Kühlung (freie Konvektion) auskommt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Ausgestaltung einer aktiven Kühlung, z. B. mit einem besonders kleinen und preiswerten Lüfter.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper mindestens bereichsweise mittels mindestens eines Luftspalts thermisch voneinander isoliert sind. Dies ergibt eine gute thermische Isolierung und spart ein dediziertes Isolationsmaterial ein.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper mittels mindestens eines Abstandshalters voneinander beabstandet fixiert sind. Dadurch kann ein Luftspalt präzise eingestellt werden, und die Kühlkörper können einfach und mechanisch stabil miteinander verbunden werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Lüfter Luft durch den mindestens einen Luftspalt ansaugt und durch die Kühlstruktur des ersten Kühlkörpers ausbläst.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper mindestens bereichsweise mittels mindestens einer Kunststofflage thermisch voneinander isoliert sind. Dies ergibt eine besonders stabile Verbindung und verhindert ein Eindringen von Schmutz zwischen die beiden Kühlkörper.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Kühlvorsprünge, insbesondere Kühlrippen (aber auch Kühlstifte, Kühllamellen usw.), senkrecht ausgerichtet sind und die Kühlvorsprünge des ersten Kühlkörpers und die Kühlvorsprünge des zweiten Kühlkörpers in einer Umfangsrichtung abwechselnd ineinandergreifen. Insbesondere bei ineinandergreifenden Kühlkörpern, die in einem Ausblasbereich eines Lüfters sitzen, gelangt kühle Frischluft gleichzeitig an beide Kühlkörperteile, eine Vorwärmung der Kühlluft kann dadurch vermieden werden. Bei entsprechender Anordnung des Lüfters können die ineinandergreifenden Kühlkörper auch in einem Ansaugbereich des Lüfters angeordnet werden. Dadurch kann die Gesamtkühloberfläche vergrößert werden und eine Kühlleistung gesteigert werden. Unter einer senkrechten Ausrichtung kann insbesondere eine Ausrichtung verstanden werden, bei der die Kühlvorsprünge im Wesentlichen in einer Ebene liegen, in welcher auch die Längsachse der Halbleiterlampe liegt.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Kühlvorsprünge, insbesondere Kühlrippen, der beiden Kühlkörper gruppenweise, insbesondere sektorweise, ineinandergreifen. In Umfangsrichtung können sich somit insbesondere Gruppen von Kühlvorsprüngen des ersten Kühlkörpers mit Gruppen von Kühlvorsprüngen des zweiten Kühlkörpers abwechseln. Beispielsweise können sich die Gruppen in entsprechenden Sektoren oder an entsprechenden Seiten befinden, z. B. um etwa 90° senkrecht zur Längsachse oder für einen Kühlkörper gegenüberliegend und in Bezug auf den anderen Kühlkörper um ca. 90° um die Längsachse gedreht.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Kühlvorsprünge, insbesondere Kühlrippen, des ersten Kühlkörpers und die Kühlvorsprünge, insbesondere Kühlrippen, des zweiten Kühlkörpers (z. B. in Längsrichtung) ineinander übergehend angeordnet sind und durch eine im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Halbleiterlampe liegende Ebene (horizontale Ebene) voneinander getrennt sind (horizontale Teilung. Dies ermöglicht eine besonders einfach herstellbare Halbleiterlampe. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine vertikale Teilung mit einer im Wesentlichen zu der Längsachse parallel liegenden vertikalen Trennebene möglich.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe eine Glühlampen-Retrofitlampe ist und wobei an dem ersten Kühlkörper ein lichtdurchlässiger Kolben befestigt ist und an dem zweiten Kühlkörper ein Sockel befestigt ist.
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Allgemein kann einer der Kühlkörper, insbesondere der erste Kühlkörper, zur besonders guten Wärmeabfuhr aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, insbesondere Metall, z. B. Aluminium und/oder Kupfer, aber z. B. auch aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Kunststoff. Alternativ kann der Kühlkörper auch elektrisch isolierenden, aber thermisch leitfähigen Kunststoff oder Keramik aufweisen. In diesem Fall braucht die Halbleiterlichtquelle nicht besonders elektrisch gegen den ersten Kühlkörper isoliert zu sein. Eine Wärmeleitfähigkeit dieses Kühlkörpers kann insbesondere mindestens 5 W/(m·K), insbesondere mehr als 15 W/(m·K), insbesondere mehr als 20 W/(m·K), insbesondere mehr als 50 W/(m·K), betragen.
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Allgemein kann einer der Kühlkörper, insbesondere der zweite Kühlkörper, aus einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Material bestehen, z. B. entsprechenden Kunststoffen oder Keramik. So kann der Treiber ausreichend gekühlt und elektrisch isoliert werden. Eine Wärmeleitfähigkeit dieses Kühlkörpers kann insbesondere mindestens zwischen ca. 1 bis 2,5 W/(m·K) betragen, bevorzugt von ca. 3,5 bis ca. 5 W/(m·K), besonders bevorzugt von mehr als 5 W/(m·K).
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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.
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1 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer ersten Ausführungsform in einer nach unten gerichteten Orientierung;
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2 zeigt die Halbleiterlampe gemäß der ersten Ausführungsform als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
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3 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer zweiten Ausführungsform mit nach unten gerichteter Orientierung;
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4 zeigt die Halbleiterlampe gemäß der zweiten Ausführungsform als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
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5 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer dritten Ausführungsform in einer nach oben gerichteten Orientierung;
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6 zeigt in Ansicht von schräg unten einen ersten Kühlkörper der Halbleiterlampe gemäß der dritten Ausführungsform;
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7 zeigt in Seitenansicht einen zweiten Kühlkörper der Halbleiterlampe gemäß der dritten Ausführungsform;
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8 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe gemäß einer vierten Ausführungsform;
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9 zeigt die Halbleiterlampe gemäß der vierten Ausführungsform als Schnittdarstellung in Seitenansicht;
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10 zeigt als Schnittdarstellung in Draufsicht eine Anordnung von Kühlrippen der Halbleiterlampe gemäß der vierten Ausführungsform; und
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11 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine nach oben ausgerichtete Halbleiterlampe gemäß einer fünften Ausführungsform.
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1 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 1, welche als eine Glühlampen-Retrofitlampe ausgestaltet ist. 2 zeigt die Halbleiterlampe 1 als Schnittdarstellung in Seitenansicht.
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Die Halbleiterlampe 1 weist in etwa die äußere Form einer herkömmlichen Glühlampe einschließlich eines Sockels 2 zum elektrischen Anschluss der Halbleiterlampe 1 durch Verbinden mit einer geeigneten Fassung einer Leuchte (o. Abb.) sowie einen lichtdurchlässigen Kolben 3 auf. Der Kolben 3 kann transparent oder opak (diffus) ausgestaltet sein. Die Halbleiterlampe 1 ist hier nach unten orientiert dargestellt, wobei eine Lichtabstrahlung durch den Kolben 3 im Wesentlichen in einen unteren Halbraum ermöglicht wird (”Licht nach unten”). Die Spitze des Kolbens 3 stellt ein vorderes Ende der Halbleiterlampe dar, und der Sockel 2 entspricht einem hinteren Ende oder Bereich der Halbleiterlampe 1. Die Halbleiterlampe 1 weist ferner eine Längsachse L auf, um welche sie im Wesentlichen eine rotationssymmetrische Grundform aufweist.
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Zwischen dem Sockel 2 und dem Kolben 3 befindet sich ein Gehäuse 4, in welchem zumindest ein Teil eines Treibers 5 untergebracht ist. Das Gehäuse 4 bildet dazu einen Hohlraum 6, welcher, wie in 2 gezeigt, bis in den Sockel 2 weitergeführt wird. Dieser Hohlraum 6 ist an seiner vorderen Seite durch eine Trennplatte 8 des Gehäuses 4 abgeschlossen.
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Auf einer Vorderseite der Trennplatte 8 des Gehäuses 4 befindet sich eine Platine 9, welche mit mindestens einer Leuchtdiode 10 als der Halbleiterlichtquelle bestückt ist. Genauer gesagt liegt die Rückseite der Platine 9 auf der Trennplatte 8 flächig auf, um eine gute Wärmeübertragung zu ermöglichen, und ist an ihrer Vorderseite mit der mindestens einen LED 10 bestückt. Zur Durchführung elektrischer Leitungen von dem Treiber 5 zu der Platine 9 bzw. der mindestens einen LED 10 ist eine den Hohlraum 6 und die Vorderseite der Platine 9 verbindende Kabeldurchführung 11 vorhanden. An einem äußeren Rand der Vorderseite des Gehäuses 4 sitzt der Kolben 3 so auf, dass er die gesamte Vorderseite des Gehäuses 4 einschließlich der mindestens einen LED 10 überwölbt.
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Der Sockel 2 ist nicht auf eine bestimmte Sockelart beschränkt sondern kann beispielsweise als ein Edison-Sockel, ein Bajonettsockel, ein Stecksockel usw. ausgebildet sein.
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Das Gehäuse 4 weist an seiner Außenseite eine Kühlkörperstruktur auf.
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Bei einer herkömmlichen LED-Lampe ist das Gehäuse einstückig aus einem gut leitenden Material, z. B. Aluminium, gefertigt und kann an seiner Außenseite Kühlrippen aufweisen. Bei einem Betrieb einer solchen LED-Lampe wird der Kühlkörper durch die Abwärme der mindestens einen LED erwärmt, welche über die Platine auf ihn übertragen wird. Gleichzeitig gibt auch der Treiber Wärme ab. Häufig ist die Wärmeabgabe durch die mindestes eine LED erheblich höher als die Wärmeabgabe durch den Treiber. Dadurch kann das Gehäuse so stark aufgewärmt werden, dass ein Temperaturunterschied zwischen dem Treiber und dem Gehäuse für eine effektive Kühlung des Treibers zu klein wird oder im Extremfall der Treiber sogar darüber weiter erwärmt wird.
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Bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Halbleiterlampe 1 wird zur Vermeidung einer Überhitzung des Treibers 5 das Gehäuse 4 in einen ersten Kühlkörper 12 und einen zweiten Kühlkörper 13 unterteilt, welche voneinander praktisch thermisch isoliert sind. Die Halbleiterlampe 1, der erste Kühlkörper 12 und der zweite Kühlkörper 13 sind entlang einer horizontalen Ebene H, welche senkrecht zu der Längsachse L liegt, voneinander getrennt. An dem ersten Kühlkörper 12 ist somit der Kolben 3 befestigt, während an dem zweiten Kühlkörper 13 der Sockel 2 befestigt ist. Der Hohlraum 6 wird durch den ersten Kühlkörper 12 und den zweiten Kühlkörper 13 gebildet. Je nach Kühlbedarf des Treibers 5 bzw. der Leuchtdiode 10 kann die Teilungsebene entlang der Längsachse L verschoben werden. Der erste Kühlkörper 12 und der zweite Kühlkörper 13 sind an ihrer Außenseite jeweils mit Kühlrippen 14 bzw. 15 ausgestattet, welche jeweils im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet sind und sich in einem in Umfangsrichtung gleichen Abstand um die Längsachse L befinden. Die Kühlrippen 14, 15 sind aneinander anschließend angeordnet, wobei sich ein oberer Rand einer Kühlrippe 15 an einen unteren Rand einer Kühlrippe 14 anschließt. Alternativ kann es vorteilhaft sein, dass die aneinandergrenzenden Kühlrippen 14 und 15 gegeneinander versetzt sind. Die Kühlrippen 14 und 15 können auch versetzt ineinander eingreifen, z. B. kammartig.
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Die beiden Kühlkörper 12, 13 können auch als Teile eines einzigen, zweigeteilten Kühlkörpers angesehen werden.
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Der erste Kühlkörper 12 und der zweite Kühlkörper 13 sind dadurch thermisch voneinander isoliert, dass sich zwischen ihnen eine schlecht wärmeleitende Kunststoffschicht 16 befindet, welche auch den Hohlraum 6 zur Herstellung ausreichender Kriechstrecken und Luftstrecken auskleidet und die Kühlkörper 12, 13 gegen den Treiber 5 elektrisch isoliert. Anstelle der Kunststofflage können der erste Kühlkörper 12 und der zweite Kühlkörper 13 auch durch einen Luftspalt voneinander getrennt sein; der Hohlraum 6 kann dann immer noch durch eine Kunststofflage, z. B. eine Kunststoffhülse, ausgekleidet sein.
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Diese Halbleiterlampe 1 weist den Vorteil auf, dass nun der Treiber 5 nur noch in einem geringeren Maße von der Verlustwärme der mindestens einen LED 10 beeinflusst ist. Im Bereich des zweiten Kühlkörpers 13 ist die Temperaturdifferenz zu dem Treiber 5 und damit die Wärmeübertragung von dem Treiber 5 auf den zweiten Kühlkörper 13 höher als bei einem einstückigen Gehäuse bzw. Kühlkörper. Die gezeigte geometrisch einfache Teilung zwischen dem ersten Kühlkörper 12 und dem zweiten Kühlkörper 13 ermöglicht eine einfache Herstellung und Montage. Alternativ zu der horizontalen Aufteilung zwischen den Kühlkörpern 12, 13 kann zusätzlich oder alternativ auch eine vertikale Aufteilung (parallel zu der Längsachse L) durchgeführt werden.
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3 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 21 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 4 zeigt die Halbleiterlampe 21 als Schnittdarstellung in Seitenansicht. Die Halbleiterlampe 21 ist eine Glühlampen-Retrofitlampe und ähnlich zu der Halbleiterlampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Jedoch sind der erste Kühlkörper 22 und der zweite Kühlkörper 23 nun nicht mehr entlang einer horizontalen Ebene H aufgeteilt, sondern weisen jeweils durchgehende senkrecht ausgerichtete Kühlrippen 24 bzw. 25 auf. Die Kühlrippen 24 und 25 sind jeweils senkrecht und zinnenartig oder kammartig in Richtung des jeweils anderen Kühlkörpers 23 bzw. 22 gerichtet, so dass sie bei einem Zusammensetzen der Halbleiterlampe 21 in Umfangsrichtung wechselseitig ineinander eingreifen, jedoch ohne sich zu berühren. Der erste Kühlkörper 22 und der zweite Kühlkörper 23 und deren Kühlrippen 24 bzw. 25 sind weiterhin thermisch voneinander isoliert, z. B. durch eine Kunststofflage 26 oder einen Luftspalt. Durch das zinnenartige oder kammartige Ineinandergreifen der Kühlrippen 24 und 25 wird erreicht, dass jede der Kühlrippen 24, 25 unabhängig von einer Orientierung oder Raumlage der Halbleiterlampe 21 ausreichend mit Kühlluft versorgt werden kann, so dass eine ausreichende Kühlung der mindestens einen LED 10 und des Treibers 5 sichergestellt werden kann. Beispielsweise kann bei der in 3 und 4 gezeigten nach unten ausgerichteten Orientierung ”Licht nach unten” Kühlluft an beiden Kühlrippen 24, 25 entlangströmen, ohne dass diese zuvor durch die andere Art von Kühlrippen 25 bzw. 24 erwärmt worden ist.
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5 zeigt in Seitenansicht eine Halbleiterlampe 31 mit einer Ausrichtung nach oben entsprechend einer Orientierung ”Licht nach oben”. Die Halbleiterlampe 31 weist nun einen ersten Kühlkörper 32 auf, an dessen unteren Ende ein Lüfter 37 befestigt ist. 6 zeigt den ersten Kühlkörper 32 mit dem Lüfter 37 in Schrägansicht. Von einer als Ansaugseite dienenden Unterseite 38 des Lüfters 37 wird Luft angesaugt und durch beabstandete Kühlrippen 34 wieder ausgeblasen. Dadurch kann ein starker forcierter Luftstrom an den Kühlrippen 34 vorbei erzeugt werden, was eine sehr gute Kühlung ergibt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Kühlung der ein hohes Maß an Verlustwärme abgebenden Leuchtdioden 10. Der erste Kühlkörper 32 ist jedoch nicht entlang seiner gesamten Umfangsrichtung mit den Kühlrippen 34 ausgestattet, sondern nur an zwei gegenüberliegenden Seiten bzw. Sektoren.
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Bei der Halbleiterlampe 31 wird die Luft zur Unterseite 38 des Lüfters 37 durch einen breiten Luftspalt 39 zwischen dem ersten Kühlkörper 32 und dem zweiten Kühlkörper 33 angesaugt. Der zweite Kühlkörper 33 wird somit praktisch nicht durch den Lüfter 37 mitgekühlt, was auch aufgrund der vergleichsweise geringeren Wärmeabstrahlung des Treibers 5 nicht notwendig ist. Dadurch kann ein vergleichsweise kompakter, energiesparender und preiswerter Lüfter 37 verwendet werden. Von den beiden Kühlkörpern 32, 33 ist somit der erste Kühlkörper 32 aktiv kühlbar und der zweite Kühlkörper 33 im Wesentlichen nur passiv kühlbar.
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Zum Zusammensetzen der beiden Kühlkörper 32, 33 weist der zweite Kühlkörper 33, wie auch in 7 gezeigt, eine obere Aussparung 40 auf, in welche der erste Kühlkörper 32 eingesetzt werden kann. Dabei befindet sich zwischen den beiden Kühlkörpern 32, 33 ein Luftspalt oder eine Kunststofflage 36. Die Aussparung 40 wird seitlich durch zwei sich gegenüberliegende Gruppen von Kühlrippen 35 gebildet. Die Kühlrippen 34 des ersten Kühlkörpers 32 und die Kühlrippen 35 des zweiten Kühlkörpers 33 schließen somit als jeweilige Seite bzw. Gruppe in Umfangsrichtung aneinander an, sind aber bezüglich der Längsachse L um 90° gegeneinander verdreht.
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Unterhalb der Kühlrippen 35 befindet sich in dem zweiten Kühlkörper 33 eine Aufnahme 41 zur Unterbringung des Treibers 5.
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8 zeigt als Seitenansicht eine Halbleiterlampe 51 gemäß einer vierten Ausführungsform. 9 zeigt die Halbleiterlampe 51 als Seitenansicht in Schnittdarstellung.
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Die Halbleiterlampe 51 weist einen ersten Kühlkörper 52 auf, welcher in Umfangsrichtung umlaufende Kühlrippen oder Kühlstreben 54 aufweist. Die Kühlstreben 54 umgeben zumindest einen Ausblasbereich 57b eines Lüfters 57, so dass der Lüfter 57 Luft zwischen den Kühlstreben 54 hindurch ausblasen kann und so eine Zwangskühlung des ersten Kühlkörpers 52 ermöglicht.
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Ein Ansaugbereich 57a des Lüfters 57 ist von dem zweiten Kühlkörper 53 umgeben, wobei der Ansaugbereich 57a über einen oder mehrere Luftkanäle 58 mit Lufteinlassöffnungen 59 in dem zweiten Kühlkörper 53 lufttechnisch verbunden ist. Während des Betriebs des Lüfters 57 wird Kühlluft von außen durch die Lufteinlassöffnungen 59 und durch die Luftkanäle 58 zu dem Ansaugbereich 57a gesaugt, wodurch auch der zweite Kühlkörper 53 etwas gekühlt wird. Auch hier sind der erste Kühlkörper 52 und der zweite Kühlkörper 53 durch eine Isolationsschicht 56, z. B. auch Kunststoff oder einen Luftspalt, voneinander thermisch getrennt.
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10 zeigt als Schnittdarstellung in Draufsicht eine mögliche Anordnung von Kühlrippen 54a des ersten Kühlkörpers 52 und von optional vorhandenen Kühlrippen 55 des zweiten Kühlkörpers 53 der Halbleiterlampe 51. Die Kühlrippen 54a und 55 greifen radial kammartig ineinander ein. So kann ein erhöhter Kühlbedarf des zweiten Kühlkörpers 53 abgedeckt werden.
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11 zeigt als Seitenansicht in Schnittdarstellung eine Halbleiterlampe 61 gemäß einer fünften Ausführungsform. Der erste Kühlkörper 62 und der zweite Kühlkörper 63 sind durch einen Luftspalt 66 thermisch voneinander isoliert. Zur Realisierung der mechanischen Fixierung der beiden Kühlkörperteile 62, 63 miteinander weist der untere, zweite Kühlkörper 63 mehrere mit Rasthaken ausgerüstete Distanzbolzen 64 auf, welche in entsprechende Rastausnehmungen 65 des ersten Kühlkörpers 62 einrasten oder einschnappen können und diesen festhalten.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
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So kann der Hohlraum 6 zur Aufnahme des Treibers 5 (Treiberkavität) allgemein bis in den Sockel 2 ragen, oder der Sockel 2 mag nicht zur Bildung des Hohlraums beitragen.
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Auch kann beispielsweise bei der Halbleiterlampe 1 auf ein Vorsehen eines definierten Spalts 16 zwischen den Kühlkörpern verzichtet werden und sich diese, z. B. innerhalb einer Herstellungstoleranz auch berühren. Zur Beibehaltung einer thermischen Isolation zwischen den beiden Kühlkörpern kann z. B. der erste (vordere) Kühlkörper aus einem weit besser leitenden Material, z. B. einer Aluminiumlegierung mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 50 W/(m·K), bestehen als der zweite (hintere) Kühlkörper, welcher z. B. aus einem Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von nicht mehr als 1 W/(m·K) bestehen kann. Dann wird die in dem ersten Kühlkörper vorhandene Wärme trotz eines mechanischen Kontakts zwischen den beiden Kühlkörpern im Wesentlichen an die Luft abgegeben und nicht auf den zweiten Kühlkörper übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleiterlampe
- 2
- Sockel
- 3
- Kolben
- 4
- Gehäuse
- 5
- Treiber
- 6
- Hohlraum
- 8
- Trennplatte
- 9
- Platine
- 10
- LED
- 11
- Kabeldurchführung
- 12
- erster Kühlkörper
- 13
- zweiter Kühlkörper
- 14
- Kühlrippe
- 15
- Kühlrippe
- 16
- Kunststoffschicht
- 21
- Halbleiterlampe
- 22
- erster Kühlkörper
- 23
- zweiter Kühlkörper
- 24
- Kühlrippe
- 25
- Kühlrippe
- 26
- Kunststofflage
- 31
- Halbleiterlampe
- 32
- erster Kühlkörper
- 33
- zweiter Kühlkörper
- 34
- Kühlrippe
- 35
- Kühlrippe
- 36
- Kunststofflage
- 37
- Lüfter
- 38
- Unterseite des Lüfters
- 39
- Luftspalt
- 40
- Aussparung
- 41
- Aufnahme
- 51
- Halbleiterlampe
- 52
- erster Kühlkörper
- 53
- zweiter Kühlkörper
- 54
- Kühlstrebe
- 54a
- Kühlrippe
- 55
- Kühlrippe
- 56
- Isolationsschicht
- 57
- Lüfter
- 57a
- Ansaugbereich
- 57b
- Ausblasbereich
- 58
- Luftkanal
- 59
- Lufteinlassöffnung
- 61
- Halbleiterlampe
- 62
- erster Kühlkörper
- 63
- zweiter Kühlkörper
- 64
- Distanzbolzen
- 65
- Rastausnehmung
- 66
- Luftspalt
- L
- Längsachse
- H
- horizontale Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007059471 A1 [0002]
