DE102010014128A1

DE102010014128A1 - Pendelleuchte

Info

Publication number: DE102010014128A1
Application number: DE102010014128A
Authority: DE
Inventors: Adelheid Wloschinski-Angelow; Dr. Angelow Gregor
Original assignee: VIVID CHI MATTER AND LIGHT GmbH
Current assignee: VIVID CHI MATTER AND LIGHT GmbH
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2011-10-13

Abstract

Pendelleuchte mit Lampenschirm bzw. Reflektor (1) aus wärmeleitendem Material und einer Tragbrücke (2) aus wärmeleitendem Material. Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, die Wärmeableitung aktueller Leuchtmittel, z. B. LED (4), an die optische und designerische Formerfordernis des Lampenschirms bzw. Reflektors anzupassen und dabei die Wärmeabfuhr auf einem vorgegebenen niedrigen Temperaturniveau zu optimieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Hauptanspruch aufgeführten Merkmale gelöst.

Description

Die Erfindung betrifft Pendelleuchten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Lampenschirm aus wärmeleitendem Material, einer oder mehreren LED als Leuchtmittel und einer wärmeleitenden Tragbrücke, welche die Aufhängung der Leuchte und den elektrischen Anschluss einschließt, die LED mechanisch fixiert und einen Wärmetransport zwischen LED und Lampenschirm herstellt.
Leuchtmittel auf Halbleiterbasis, insbesondere LED, vertragen im Vergleich zu klassischen Leuchtmitteln, wie Glühlampen und Entladungslampen, nur niedrige Temperaturen. Ein typischer Temperaturgrenzwert für die Sperrschicht (Junction) der LED ist 120°C, wobei durch das Bonding des Dies auf ein Substrat und dem damit einhergehenden Wärmewiderstand die Grenztemperatur einer High-Power LED an der Gehäuse- oder Chipunterseite signifikant niedriger sein kann. Viele derzeit auf dem Markt verfügbare High-Power LEDs sind mit einer Maximaltemperatur von 70–80°C an der Schnittstelle zur Integration in die Leuchte spezifiziert. Daneben ist eine niedrige Betriebstemperatur der LED vorteilhaft für eine lange Lebensdauer, die von einigen Herstellern mit 50.000 Stunden und mehr spezifiziert wird.
Aus den genannten Gründen ist bei der Entwicklung einer Leuchte mit LED als Leuchtmittel neben der lichttechnischen Auslegung die Abfuhr der Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau von grundlegender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Leuchte.
Nach dem Stand der Technik wird die Wärmedissipation auf verschiedene Weisen durchgeführt.
Der einfachste Aufbau besteht darin, dass der Lampenschirm bzw. Reflektor aus einer Schiene aus wärmeleitfähigem Material (z. B. Aluminium) hergestellt wird. Als Grundprofil werden nach dem Stand der Technik stranggepresste L- oder U-Profile eingesetzt, auf dessen plane Innenseiten die LED Chips direkt oder über eine wärmeleitende Platine flächig befestigt sind. Der Nachteil bei dieser Verfahrensweise besteht darin, dass für die Gestalt des Lampenschirms bzw. Lampengehäuses nur eine rechteckige oder quaderfömige Schienenform möglich ist, und damit die Freiheit für Formgebung beim Design und der Auslegung der lichttechnischen Eigenschaften eingeschränkt ist. Fehlender Hohlraum hinter der Befestigungsfläche der Leuchtmittel kann Befestigungs- oder Verkabelungsvorrichtungen nicht kaschieren, so dass diese komplett auf einer Seite des Lampengehäuses geführt werden müssen. Hierfür werden nach dem Stand der Technik elektrische Platinen (Leiterplatten) vorgeschlagen.
Eine Lösung zur Wärmeabfuhr wird in EP 1607679 B1 beschrieben. Hier ist der Lampenschirm bzw. Lampenreflektor in das Wärmemanagement einbezogen und als Formteil aus einem Stück wärmeleitendem Material hergestellt. Die Aufnahmefläche für die Leuchtmittel wird durch einen negativen Einzug in das Lampengehäuse ausgeformt. Diese Ausführung hat den Nachteil, dass die Herstellung des Lampenschirms bzw. -reflektors wegen der starken Strukturierung des einteiligen Reflektors, insbesondere bei größeren Lampenschirmen von Pendelleuchten, mit hohen Werkzeugkosten verbunden ist. Die monolithische Ausführung hat den weiteren Nachteil, dass die Wärmeleitfähigkeit im Bereich der LED-Aufnahme durch Materialauswahl und -stärke nicht optimiert werden kann.
Mehrere im Stand der Technik liegende Lösungen zur Kühlung der Leuchtmittel beruhen auf Kühlkörpern mit ausgeformten Kühlrippen auf der Sichtseite des Lampengehäuses. Diese Ausführungsform ist zwar hinsichtlich des Wärmeübergangs an das umgebende Medium vorteilhaft, weist aber für Pendelleuchten im Wohn- oder Geschäftsbereich eine oft unerwünschte technische Anmutung auf. Die beschriebenen Anwendungsfelder liegen daher vorwiegend im Bereich technischer Leuchten oder Automotive-Leuchten.
In WO 02/05356 A1 ist eine Leuchte mit einer LED-Lichtquelle beschrieben, wobei das Leuchtengehäuse innen einen optischen Reflektor aufweist und auf den Seitenflächen Kühlrippen angeformt hat. Die offenbarte Vorrichtung hat für Pendelleuchten den Nachteil, dass die technische Anmutung der Kühlrippen nicht kaschiert werden kann.
In DE 10 2007 050 909 A1 ist ein Leuchtdiodenring beschrieben, der über einen Flansch an den Reflektor einer Leuchte befestigt wird. Aufgrund der Konstruktion mit einem Befestigungsflansch ist diese Vorrichtung für eine Pendelleuchte nicht formschön auf der Sichtseite auszuführen. Aufgrund der Ausführungsbeispiele ist die geschützte Vorrichtung für Deckeneinbauleuchten vorgesehen und betrifft auch nur eine ringförmige Anordnung von Leuchtdioden ohne auf deren Anforderungen an die Wärmeabfuhr einzugehen.
Eine weitere bekannte Lösung für die Kühlung von Pendelleuchten wird in DE 20 2009 012 571 U1 beschrieben. Hier kann die Einbeziehung des Lampenschirms bzw. -reflektors in die Kühlung übergangen werden, da die Kühlung über einen Kühlkreislauf mit im Wesentlichen flüssigem Kühlmittel gewährleistet wird. Aus wärmetechnischer Sicht und für die Freiheit bei der Formgebung der Leuchte ist diese Lösung sehr leistungsfähig. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass der Aufwand für den Kühlkreislauf beträchtlich und mit hohen Kosten bei Installation und Betrieb verbunden ist. Entweder muss die Wärme an die Raumdecke im Bereich der Aufhängung abgeführt werden, oder der Kühlkreislauf ist als Gebäudeinstallation mit einem zentralen Wärmetauscher oder einer Wärmerückgewinnung auszuführen. Aus Kostengründen dürfte diese Lösung nur in besonderen Fällen, etwa für gewerbliche Räume mit hoher Beleuchtungsstärke, attraktiv sein.
Mehrere nach dem Stand der Technik bekannte Ausführungen heben darauf ab, die Leuchtmittel auf Leiterplatinen bzw. gedruckten Schaltungen angeordnet werden, die ihrerseits mit weiteren Kühlvorrichtungen verbunden sein können. In EP 2 071 227 A1 ist eine Leuchte beschrieben, bei der die Leuchtmittel auf einer Leiterplatine angeordnet sind. In DE 10 2004 053 680 A1 und US 2009/0290348 werden Beleuchtungsvorrichtungen mit LED offenbart, bei denen die Leuchtmittel auf einer Leiterplatte befestigt sind, die ihrerseits mit wärmeableitenden Elementen des Gehäuses in Verbindung steht. Diese Ausführungen sind hinsichtlich der Wärmeableitung nicht vorteilhaft. Normale Leiterplatten weisen einen hohen Wärmewiderstand auf, so daß eine Kühlung durch sie hindurch nur wenig effizient ist. Es gibt zwar Verfahren, die Wärmeleitung von Leiterplatten zu verbessern, etwa durch Thermal-Vias oder Metallkern-Leiterplatten, aber es bleibt als Defizit, dass die Leiterplatte in ihrer planaren Gestalt nicht an die Form des umgebenden Gehäuses angepasst werden kann, um einen geringen Wärmeübergangswiderstand zu erzielen. Bei den vorgenannt bevorzugten Ausführungsformen als Deckeneinbauleuchte ist dies weniger nachteilig als bei einer allseitig der Ansicht ausgesetzten Pendelleuchte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorrangig eine hohe Wärmedissipation zu erreichen, dabei bezüglich der Formgebung des Leuchtengehäuses bzw. Lampenschirms geringe technisch bedingte Einschränkungen aufzuerlegen und mit einem kostengünstigen Herstellungsverfahren produziert werden zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Tragbrücke (2) zwischen LED und Lampenschirm entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die material- und herstellungsbezogene Trennung von Lampenschirm und Tragbrücke bietet mehrere Vorteile: Auf der Seite der Materialdiversität kann bzgl. der Materialkosten und der Materialkennzahlen ein günstiger Kompromiss gefunden werden. In der vorzugsweisen Ausführung bietet sich Aluminium für die Herstellung des Lampenschirms als vorteilhaftes Material an, da es eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit hat, ein relativ niedriges spezifisches Gewicht, wodurch das Gewicht der Leuchte niedrig ist, und sich leicht und kostengünstig verarbeiten lässt, etwa durch Drücken von Aluminiumblech. Als Material der Tragbrücke bietet sich in der vorzugsweisen Ausführung Kupfer an, das hinsichtlich der Wärmeleitung noch bessere Eigenschaften bietet. Der Formschluss zwischen Tragbrücke und Lampenschirm wird dadurch erreicht, dass die Tragbrücke an ihrer Mantelfläche der lokalen Kontur des Lampenschirms angepasst ist. Die Tragbrücke kann ebenso wie der Lampenschirm kostengünstig durch Drücken oder Tiefziehen hergestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen einer vorzugsweisen Ausführung näher beschrieben.
In 1 ist die perspektivische Ansicht der Pendelleuchte abgebildet. Der Tragkörper 2 sitzt formschlüssig im Lampenschirm 1, um einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Die Enden der Tragseile 3 sind am Tragkörper befestigt, wobei die Stromführung zu den LED-Modulen 4 über isoliert aufgebrachte Leitungen 5 erfolgt.
In 2 ist der Leuchtenkörper im Querschnitt dargestellt.
In 3 ist der Querschnitt einer langgestreckten (linearen) Leuchte mit parabelförmigem Querschnitt des Lampenschirms dargestellt. Zur Erhöhung der Wärmeübertragung füllt in dieser Ausführungsform die Tragbrücke die gesamte Parabelkalotte aus.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1607679 B1 [0006]
WO 02/05356 A1 [0008]
DE 102007050909 A1 [0009]
DE 202009012571 U1 [0010]
EP 2071227 A1 [0011]
DE 102004053680 A1 [0011]
US 2009/0290348 [0011]

Claims

Pendelleuchte mit – einem Lampenschirm (1) bzw. Reflektor, der aus wärmeleitendem Material besteht, – einer Aufhängevorrichtung (2, 3) für den Lampenschirm, – wenigstens einem Leuchtmittel (4) mit Kühlungsbedarf, insbesondere Leuchtdioden (LED), – mindestens einer Tragbrücke (2), dadurch gekennzeichnet, – dass die Leuchtmittel (4) auf der wärmeleitenden Tragbrücke (2) direkt befestigt sind, – dass auf der Tragbrücke (2) die lampenseitige Aufhängung (3) der Leuchte befestigt ist und – dass die Tragbrücke (2) an ihrer gesamten Berandung oder einem Teil davon in ihrer Oberflächengestalt der lokalen Krümmung oder Schräge des Lampenschirms angeglichen ist, so dass zwischen Tragbrücke und Lampenschirm ein flächig ausgedehnter und formschlüssiger Kontakt entsteht, durch den ein Wärmeübergang erfolgt.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- oder Mantelfläche der Tragbrücke Teil einer Fläche zweiter Ordnung ist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- oder Mantelfläche der Tragbrücke Teil einer Kegelfläche ist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ober- oder Mantelfläche der Tragbrücke Teil einer Pyramidenfläche ist.
Pendelleuchte nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte entlang einer Achse linear ausgebildet ist und in der hierzu senkrechten Ebene die Ober- oder Mantelfläche der Tragbrücke einen in den Ansprüchen 2 bis 4 genannten Querschnitt aufweist.
Pendelleuchte nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte entlang einer Achse toroidal ausgebildet ist und in der hierzu tangentialen Ebene die Ober- oder Mantelfläche der Tragbrücke einen in den Ansprüchen 2 bis 4 genannten Querschnitt aufweist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragbrücke auf der konkaven Seite des Lampenschirms mit diesem verbunden ist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragbrücke auf der konvexen Seite des Lampenschirms mit diesem verbunden ist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragbrücke aus Aluminium oder Kupfer oder einer Legierung mit diesen Bestandteilen hergestellt ist.
Pendelleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragbrücke einen Wärmewiderstand von weniger als 2 K/W aufweist.