DE102010033298A1

DE102010033298A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Straßen

Info

Publication number: DE102010033298A1
Application number: DE102010033298A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kerpe; Hendrik Kleinemeier
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09
Also published as: EP2601438B1; ES2501769T3; WO2012016999A3; EP2601438A2; PL2601438T3; WO2012016999A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Straßen mit einer Anzahl von Lichtquellen, mit einer Leiterplatte, auf deren Oberseite die Lichtquelle angeordnet ist, und mit einem Kühlkörper (Gehäuse), der auf einer der Lichtquelle abgewandten Unterseite der Leiterplatte mit derselben verbunden ist, wobei der Kühlkörper (Gehäuse) einen Befestigungsdom aufweist, der sich durch eine Bohrung der Leiterplatte aus einer Erstreckungsebene derselben erhebt und dass an dem Befestigungsdom ein Federelement befestigt ist, das mit einem unter einem Winkel von dem Befestigungsdom abragenden Federarm auf eine Oberseite der Leiterplatte drückt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Straßen mit einer Anzahl von Lichtquellen, mit einer Leiterplatte, auf deren Oberseite die Lichtquelle angeordnet ist, und mit einem Kühlkörper oder einem Gehäuse, der bzw. das auf einer der Lichtquelle abgewandten Unterseite der Leiterplatte mit derselben verbunden ist.
Beleuchtungsvorrichtungen für Straßen weisen ein Gehäuse zur Aufnahme von Lichtquellen, optischen Teilen wie Reflektoren und Linsen auf und sind üblicherweise an einem Mast angebracht, von dem aus sie die Straße ausleuchten. Als Lichtquellen werden mittlerweile LED-Lichtquellen bzw. LED-Chips verwendet, die neben gegebenenfalls weiteren elektronischen Bauelementen auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Zur verbesserten Abfuhr von durch die elektronischen Bauelemente erzeugten Wärme ist an einer zu der Lichtquelle abgewandten Unterseite der Leiterplatte ein Kühlkörper oder ein Gehäuse mit guter Wärmeleitfähigkeit befestigt. Üblicherweise wird die Leiterplatte durch Verschraubung oder Klebung mit dem Kühlkörper oder mit dem Gehäuse verbunden. Nachteilig hieran ist, dass keine langzeitstabile Anpresskraft zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper aufrechterhalten werden kann, so dass die Wärmeabfuhr zum Kühlkörper nicht in jedem Fall sichergestellt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Anzahl von Lichtquellen, die auf einer Leiterplatte platziert sind, derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise langzeitstabil eine Wärmeabfuhr zu einem Kühlkörper oder einem Gehäuse gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper oder das Gehäuse einen Befestigungsdom aufweist, der sich durch eine Bohrung der Leiterplatte aus einer Erstreckungsebene derselben erhebt und dass an dem Befestigungsdom ein Federelement befestigt ist, das mit einem unter einem Winkel von dem Befestigungsdom abragenden Federarm auf eine Oberseite der Leiterplatte drückt.
Der besondere Vorteile der Erfindung besteht darin, dass eine langzeitstabile Anpresskraft zwischen einer mindestens eine Lichtquelle aufweisenden Leiterplatte einerseits und einem Kühlkörper oder einem Gehäuse andererseits erzielt wird, die eine gute Wärmeübertragung von der Leiterplatte an den Kühlkörper bzw. an das Gehäuse ermöglicht. Grundgedanke der Erfindung ist es, ein Federelement beabstandet zu einer Erstreckungsebene der Leiterplatte an einem Befestigungsdom des Kühlkörpers zu befestigen, so dass mindestens ein von dem Befestigungspunkt abragender Federarm des Federelementes auf eine Oberseite der Leiterplatte drückt und diese damit gegen eine Fläche des Kühlkörpers bzw. des Gehäuses presst. Das Federelement dient somit als Anpressfeder, die in einem Abstand zu der Oberseite der Leiterplatte an dem Befestigungsdom des Kühlkörpers bzw. des Gehäuses festgelegt ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Federelement einen Zentralabschnitt mit einer Öffnung und mindestens einem seitlich abragenden Federarm auf, der sich in einem spitzen Winkel zu dem Zentralabschnitt erstreckt. Die Öffnung des Zentralabschnitts ermöglicht die Befestigung in einem Bereich eines freien Endes des Befestigungsdoms. Der Abstand des Befestigungspunktes zu der Erstreckungsebene der Leiterplatte ist so gewählt, dass eine ausreichende Anpresskraft durch die Federarme auf die Leiterplatte ausgeübt werden kann.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Befestigungsdom als ein Nietdom ausgebildet sein, der einstückig mit dem Kühlkörper oder dem Gehäuse verbunden ist. Im Bereich eines Nietkopfes des Nietdoms ist das Federelement über seinen Zentralabschnitt eingespannt. Vorzugsweise kann im Bereich des Nietkopfes ein Optikelement der Beleuchtungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Reflektor oder eine Linse, gehaltert werden. Das Federelement leitet die Kraft ausschließlich auf die Leiterplatte und den Nietdom, jedoch nicht auf das Optikelement. Ein Setzprozess im Kunststoffmaterial des Optikelements hat somit keinen Einfluss auf die Befestigung der Leiterplatte. Die Federgeometrie und Materialstärke des Federelementes bestimmen die Größe der Krafteinleitung auf die Leiterplatte. Vorteilhaft kann die Befestigung der Leiterplatte und des Optikelements in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Befestigungsdom als ein hohlförmiger Aufnahmedom ausgeführt sein, der mit einer Befestigungsschraube zusammenwirkt und einen Zentralabschnitt des Federelementes an dem Kühlkörper oder dem Gehäuse einspannt. Vorzugsweise kann zusätzlich ein Optikelement, beispielsweise ein Reflektor oder eine Linse bzw. ein Halteteil für dasselbe, gehaltert werden, ohne dass das Federelement eine Kraft auf das Optikelement ausübt. Vorteilhaft kann die Befestigung der Leiterplatte und des Optikelements in einem Arbeitsschritt erfolgen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Befestigungsschrauben als eine selbstschneidende Schraube ausgebildet, so dass der Herstellungsaufwand reduziert ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Federelement einstückig ausgebildet und besteht aus einem dauerstabilen Material, vorzugsweise aus einem Federstahlmaterial. Die Ausrichtung des Federarms bzw. die Federgeometrie sowie die Wandstärke des Federelementes bestimmen den Anpressdruck auf die Leiterplatte. Vorzugsweise kann das Federelement als ein gestanztes Teil ausgebildet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Federarm des Federelementes an einem freien Ende einen abgeknickten Fuß auf, der linienförmig oder flächig ausgebildet ist und somit eine Linienpressung bzw. Flächenpressung auf der Oberseite der Leiterplatte ermöglicht. Die Anzahl der Befestigungsdome bzw. Federelemente ist abhängig von der Größe der Leiterplatte. Vorzugsweise sind die hierdurch gebildeten Befestigungspunkte gleichmäßig über die Fläche der Leiterplatte verteilt angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Federelement einen quer zum Zentralabschnitt desselben verlaufenden Steg auf, der mit einer Ausnehmung des Befestigungsdoms zusammenwirkt zur Bildung eines Verdrehschutzes. Insbesondere wenn das Federelement nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann hierdurch eine definierten Anpressstellung eingestellt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen teilweisen Querschnitt durch eine Leiterplatte im Bereich eines Befestigungspunktes zwischen der Leiterplatte und einem Kühlkörper oder einem Gehäuse mit einem Befestigungsdom nach einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Explosionsdarstellung der Befestigungsteile gemäß 1,
3 einen teilweisen Querschnitt durch eine Leiterplatte im Bereich eines Befestigungspunktes zwischen der Leiterplatte und einem Kühlkörper oder einem Gehäuse mit einem Befestigungsdom nach einer zweiten Ausführungsform und
4 eine schematische Explosionsdarstellung der Befestigungsteile gemäß 3.
Eine Beleuchtungsvorrichtung für Straßen weist ein Gehäuse auf, in dem ein Lichtmodul zur Lichtabstrahlung angeordnet ist. Das Lichtmodul kann eine oder mehrere Lichtquellen (LED-Lichtquellen bzw. LED-Chips) aufweisen, die auf einer Leiterplatte 1 angeordnet sind. Zusätzlich können weitere elektronische Bauelemente auf der Leiterplatte 1 angeordnet sein. Der Lichtquelle kann ein Optikelement 2 zugeordnet sein, das beispielsweise als Reflektor oder Linse ausgebildet sein kann.
Zur Ableitung der durch die optischen Bauelemente erzeugten Wärme ist die Leiterplatte 1 flächig mit einem Kühlkörper 3 oder einem Gehäuse (Modulgehäuse mit guter Wärmeleitfähigkeit), der bzw. das beispielsweise aus einem Aludruckgussteil bestehen kann, verbunden. Der Kühlkörper 3 erstreckt sich im Wesentlichen unter flächiger Anlage an einer Unterseite 4 der Leiterplatte 1. Die elektronischen Bauelemente, wie die LED-Lichtquelle und die Optikteile, sind an einer gegenüberliegenden Oberseite 5 der Leiterplatte 1 angeordnet.
Zur Befestigung der Leiterplatte 1 an dem Gehäuse oder dem Kühlkörper 3 ist ein Federelement 6 aus einem dauerstabilen Material, insbesondere Federstahlmaterial, vorgesehen. Das Federelement 6 ist flügelförmig ausgebildet und weist einen Zentralabschnitt 7 mit einer Öffnung 8 sowie sich an gegenüberliegenden Randseiten des Zentralabschnitts 7 anschließende Federarme 9 auf, die sich in einem spitzen Winkel α von dem Zentralabschnitt 7 abragen. An freien Enden weist der Federarm 9 einen abgeknickten Fuß 10 auf zur Anlage an die Oberseite 5 der Leiterplatte 1. Die Federarme 9 sind im Wesentlichen eben ausgebildet. Der Fuß 10 erstreckt sich entlang einer Linie und eignet sich somit zu einer Linienpressung auf der Oberseite 5 der Leiterplatte 1.
Das Federelement 6 wirkt mit einem Befestigungsdom zusammen, der mit dem Kühlkörper 3 oder dem Gehäuse verbunden ist und durch eine Bohrung 11 der Leiterplatte 1 ragt. Der Befestigungsdom erstreckt sich somit aus einer Erstreckungsebene E der Leiterplatte 1 heraus, wobei ein freies Ende des Befestigungsdoms beabstandet zu der Leiterplatte 1 angeordnet ist.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 1 und 2 ist der Befestigungsdom als ein Nietdom 12 ausgebildet, der einstückig mit dem Kühlkörper 3 oder dem Gehäuse verbunden ist. Der Zentralabschnitt 7 des Federelementes 6 ist an einem Nietkopf 13 des Nietdoms 12 fest an demselben eingespannt. Zusätzlich ist in einer Ringausnehmung 14 des Nietdoms 12 das ein Halteteil 2 des weiteren Optikelements an dem Nietdom 12 befestigt, wobei der Kraftschluss lediglich über den Nietkopf 13 bzw. den Nietdom 12 und das Federelement 6 verläuft unter Aussparung des Optikteils 2. Somit haben Setzprozesse des aus Kunststoff bestehenden Optikteils 2 keine Auswirkungen auf die Befestigung des Kühlkörpers 3 an der Leiterplatte 1.
Von dem Zentralabschnitt 7 des Federelementes 6 ragt senkrecht ein Steg 15 ab, der außenseitig in einer Ausnehmung 16 des Nietdoms 12 geführt ist. Der Steg 15 und die Ausnehmung 16 dienen als Verdrehschutz für das Federelement 6, so dass es stets in der gleichen Befestigungslage zu der Leiterplatte 1 gehaltert ist.
Zur Montage wird die Leiterplattel auf den Kühlkörper 3 ( bzw. in das Gehäuse) unter Eingreifen des Nietdoms 12 in die Bohrung 11 der Leiterplatte 1 eingelegt. Der Kühlkörper 3 kann beispielsweise fest oder einstückig mit dem Gehäuse des Leuchtmoduls verbunden sein. In einem weiteren Schritt wird nun das Optikteil mit seinem eine Bohrung aufweisenden Halteteil 2 auf den konusförmig in Richtung des freien Endes verlaufenden Nietdoms 12 sowie das Federelement 6 unter Aufsetzen des Zentralabschnitts 7 auf den Nietdom 12 gesetzt. Nachfolgend kann in einem Arbeitsschritt der Nietvorgang unter Ausbildung des Nietkopfs 13 erfolgen, wobei eine entsprechende Anpresskraft über den Fuß 10 des Federelementes 6 auf die Leiterplatte 1 ausgeübt wird. Vor dem Nietvorgang wird das Federelement 6 gegebenenfalls so verdreht, dass der Steg 15 in die Ausnehmung 16 einschnappt.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 3 und 4 ist der Befestigungsdom als hohlförmiger Aufnahmedom 22 ausgebildet, der vorzugsweise einstückig mit dem Kühlkörper 3 bzw. dem Gehäuse) verbunden ist. Der hohlförmige Aufnahmedom 22 wirkt mit einer Befestigungsschraube 23 zusammen zum Einspannen des Federelementes 6. Im Unterschied zu der nicht lösbaren Befestigung des Federelementes 6 an dem Nietdom 12 nach der ersten Ausführungsform ermöglicht der hohlförmige Aufnahmedom 22 eine lösbare Befestigung des Federelementes 6 an dem Kühlkörper 3.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Befestigungsschraube 23 ist als eine selbstschneidende Schraube ausgebildet, die ein Innengewinde in den hohlförmigen Aufnahmedom 22 einschneidet. Der hohlförmige Aufnahmedom 22 ist wie der Nietdom 12 in Richtung zu einem freien Ende domförmig ausgebildet und weist entsprechende Ausnehmungen 16 zur Aufnahme der Stege 15 auf. Ein Kopf 24 der Befestigungsschraube 23 liegt in der Montagestellung flächig auf dem Zentralabschnitt 7 des Federelementes 6 auf. Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich das weitere Optikelement gehaltert werden, ohne dass der Kraftfluss über das Federelement 6 und den Aufnahmedom 22 bzw. die Befestigungsschraube 23 geändert wird. Das Optikelement 2 (Reflektor) weist ein erstes Halteteil sowie ein mit demselben verbundenes zweites Halteteil 2' (Reflektorgrundplatte) auf.
In 4 sind Positionsdome 25 dargestellt, die zur Positionierung der Reflektorhalteplatte 2' dienen.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weist die Leiterplatte 1 im Bereich der Füße 10 des Federelementes 6 eine keine Kupferschicht aufweisende Aussparung 26 auf, so dass die Füße 10 nicht gegen eine Kupferschicht pressen.
Zur Montage wird die Unterseite 4 der Leiterplatte 1 flächig auf den Kühlkörper 3 bzw. das Gehäuse angelegt, wobei der hohlförmige Aufnahmedom 22 in die Bohrung 11 der Leiterplatte 1 eingreift. Nachfolgend wird das Halteteil 2 des weiteren Optikelementes sowie der Zentralabschnitt 7 des Federelementes 6 auf dem Aufnahmedom 22 stirnseitig platziert. Dann wird die Befestigungsschraube 23 durch die Öffnung 8 des Zentralabschnitts 7 bzw. des Halteteils 2 unter Einschneiden des Innengewindes in dem Aufnahmedom 22 eingeschraubt, bis der gewünschte Presssitz des Federelementes 6 gegenüber der Leiterplatte 1 erreicht ist.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Befestigungsdom auch zylinder- bzw. hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Die Federarme 9 können auch bogenförmig ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Federelement 6 auch rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei der Federarm 9 sich kegelförmig an dem Zentralabschnitt 7 anschließt. Die Füße 10 können alternativ auch flächig ausgebildet sein.
Es versteht sich, dass die oben genannten Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise kann die Leiterplatte 1 auch an den Befestigungspunkten über Nietdome 12 und hohlförmige Aufnahmedome 22 mit den entsprechenden Federelementen 6 befestigt sein.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2: Halteteil/Optikelement
3: Kühlkörper/Gehäuse
4: Unterseite
5: Oberseite
6: Federelement
7: Zentralabschnitt
8: Öffnung
9: Federarm
10: Fuß
11: Bohrung
12: Nietdom
13: Nietkopf
14: Ringausnehmung
15: Steg
16: Ausnehmung
22: hohlförmiger Aufnahmedom
23: Befestigungsschraube
24: Kopf
25: Positionsdome
26: Aussparung
α: spitzer Winkel
E: Erstreckungsebene

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Straßen mit einer Anzahl von Lichtquellen, mit einer Leiterplatte, auf deren Oberseite die Lichtquelle angeordnet ist, und mit einem Kühlkörper oder mit einem Gehäuse, der bzw. das auf einer der Lichtquelle abgewandten Unterseite der Leiterplatte mit derselben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) oder das Gehäuse einen Befestigungsdom (12, 22) aufweist, der sich durch eine Bohrung (11) der Leiterplatte (1) aus einer Erstreckungsebene (E) derselben erhebt, und dass an dem Befestigungsdom (12, 22) ein Federelement (6) befestigt ist, das mit einem unter einem Winkel (α) von dem Befestigungsdom (12, 22) abragenden Federarm (9) auf eine Oberseite (5) der Leiterplatte (1) drückt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) einen Zentralabschnitt (7) mit einer Öffnung (8) aufweist, wobei sich der Federarm (9) von dem Zentralabschnitt (7) unter einem spitzen Winkel (α) anschließt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsdom als ein Nietdom (12) ausgebildet ist, der einstückig mit dem Kühlkörper (3) oder dem Gehäuse verbunden ist, und dass ein Nietkopf (13) des Nietdoms (12) den Zentralabschnitt (7) des Federelementes (6) einspannt und/oder ein Halteteil (2) eines weiteren Optikelement haltert.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsdom als ein hohlförmiger Aufnahmedom (22) ausgebildet ist, der einstückig mit dem Kühlkörper (3) oder dem Gehäuse verbunden ist, und dass der Zentralabschnitt (7) des Federelementes (6) durch eine in den hohlförmigen Aufnahmedom (22) einführbare Befestigungsschraube (23) gegenüber demselben eingespannt ist und/oder dass zwischen einem Kopf (24) der Befestigungsschraube (23) und einer Stirnseite des hohlförmigen Aufnahmedoms (22) ein Halteteil (2) eines weiteren Optikelementes gehaltert ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube (23) als eine selbstschneidende Schraube ausgebildet ist, die ein Innengewinde in den hohlförmigen Aufnahmedom (22) einschneidet.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) einstückig ausgebildet ist aus einem dauerstabilen Material.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federarm (9) des Federelementes (6) an einem freien Ende einen abgeknickten Fuß (10) aufweist, mittels dessen das Federelement (6) durch Linienpressung oder Flächenpressung auf die Oberseite der Leiterplatte (1) drückt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (6) einen quer zu dem Zentralabschnitt (7) desselben verlaufenden Steg (15) aufweist, der mit einer außenseitigen Ausnehmung (16) des Befestigungsdoms (12, 22) zusammenwirkt zur Bildung eines Verdrehschutzes.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsdom (12, 22) zu einem freien Ende desselben konusförmig oder zylinderförmig verläuft.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1) im Bereich des Fußes (10) eine Aussparung (26) in der Kupferoberfläche aufweist.