DE102010039012B4

DE102010039012B4 - 2LED-Lampe

Info

Publication number: DE102010039012B4
Application number: DE102010039012.7A
Authority: DE
Inventors: Peter Hummel; Stefan Mannhardt
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2030-08-07
Also published as: CN103069216A; CN103069216B; WO2012016877A3; WO2012016877A2; DE102010039012A1

Abstract

LED-Lampe (1), mit einem Wandler (6) und einer mit dem Wandler (6) verbundenen Anordnung von Leuchtdioden (8, 35, 49), die auf wenigstens einer LED-Platine (9, 35, 38) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (6) in einem den Wandler (6) vollständig umschließenden Gehäuse (20) aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist und das Gehäuse (20) zur Aufnahme einer aus dem Gehäuse (20) vorstehenden LED-Platine (35) ausgelegt ist und einen Vorsprung (27) aufweist, der einen spannungsführenden, mit dem Wandler (6) verbundenen Federkontakt (29) elastisch an die LED-Platine (35) andrückt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer LED-Lampe. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine mit einer solchen LED-Lampe ausgestattete Leuchte.
Stand der Technik
Dokument GB 2 465 966 A offenbart eine rohrförmige LED-Lampe (LED, light emitting diode or device, auch als Leuchtdiode bezeichnet), die als Ersatz für eine Leuchtstofflampe in die Leuchtstofflampen-Kontakte oder -Fassungen der Leuchte einsetzbar ist. Die LED-Lampe weist ein durchsichtiges Rohr auf, in dem eine lineare Anordnung von LEDs untergebracht ist. Diese Gestaltung bietet zwar guten Schutz gegenüber unerwünschter Berührung von spannungsführenden Teilen der LED-Anordnung, bringt jedoch eine schlechte thermische Kopplung der LEDs gegenüber der Umgebung mit sich, so dass die Kühlung der LEDs beeinträchtigt ist. Eine solche verschlechterte thermische Kopplung kann erhöhter Betriebstemperatur und in der Folge zu niedrigerer Lichtleistung der LEDs und einer Verkürzung der Lebensdauer führen. Generell sollten LED-Lampen, die als Ersatz für herkömmliche Leuchtstofflampen vorgesehen sind und auch als Leuchtstofflampen-Retrofit-LED-Module bezeichnet werden, lange Lebensdauer und hohe Lichtabgabe aufweisen. Spannungsführende Teile der Leuchtstofflampen-Retrofit-LED-Module sollten als Berührschutz isoliert aufgebaut werden, wobei aber eine Isolation die thermische Kopplung der LEDs zur Umgebung verschlechtern kann, was zugleich die Lebensdauer beeinträchtigt.
Aus der US 2007 / 0 242 466 A1 ist eine rohrförmige LED-Lampe bekannt, die als Ersatz für eine Leuchtstofflampe insbesondere in Leuchtschildern dient. Die LED-Lampe weist einen internen Wandler auf, der außenseitig an einer lichtdurchlässigen Röhre angebracht ist, innerhalb derer die LEDs beispielsweise auf einer Platine angeordnet sind.
Die DE 20 2010 001 832 U1 offenbart eine röhrenlose LED-Beleuchtungsvorrichtung, bei der ein Steuerschaltkreis innerhalb einer Basis aufgenommen, auf der die LED-Platine befestigt ist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Lampe zu schaffen, die sich durch guten Berührschutz und hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Weiterhin wird mit der Erfindung eine LED-Leuchte geschaffen, die eine LED-Lampe mit einer solchen Ausgestaltung aufweist.
Die erfindungsgemäße LED-Lampe ist als Leuchtstofflampen-Retrofit-LED-Modul einsetzbar und zeichnet sich durch hohen Wirkungsgrad und geringe thermische Belastung aus.
Weiterhin bietet sie guten Berührschutz gegenüber spannungsführenden Teilen.
Der Wirkungsgrad des Systems, in Lumen/W, ist hoch und insbesondere besser als derjenige der zu ersetzenden Leuchtstofflampe, wobei zugleich auch eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist. Es werden keine speziellen Wandler, z.B. Spannungs-Wandler mit sehr niedrigen Ausgangsspannungen von weniger als 50 V (SELV, Safe Extra Low Voltage) benötigt, deren Wirkungsgrad häufig unzureichend ist.
Indem der Wandler in einem den Wandler vollständig umschließenden Gehäuse aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist, wird eine besonders sichere Anordnung erzielt, da ein berühren von spannungsführenden Teilen des Wandlers sicher ausgeschlossen wird.
Es ist vorteilhaft, wenn das Gehäuse zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Gehäuseteile miteinander verrastet sind. Dadurch kann der Wandler einfach in das Gehäuse eingeführt und dieses verschlossen werden. Die Verrastung ist nicht ohne weiteres, insbesondere nicht ohne spezielles Werkzeug, besonderen Krafteinsatz und/oder Zerstörung des Gehäuses lösbar, wodurch der Zugang zu spannungsführenden Teilen weiter erschwert wird.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse zur Aufnahme einer aus dem Gehäuse vorstehenden LED-Platine ausgelegt und weist einen Vorsprung auf, der einen spannungsführenden, mit dem Wandler verbundenen Federkontakt elastisch an die LED-Platine andrückt. Dadurch wird eine einfache Kontaktierung der LED-Platine ermöglicht, die gleichzeitig eine gute Abschirmung spannungsführender Teile der LED-Platine und des Treibers ermöglicht.
Indem das Gehäuse mit einer optional in Form eines Rasthakens ausgebildeten Verrastung zur Verrastung mit einem Kühlkörper ausgebildet ist, wird eine einfache Montage der Lampe ermöglicht sowie eine sichere mechanische Verbindung zwischen Gehäuse und Kühlkörper. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da üblicherweise die LED-Platine auf dem Kühlkörper angeordnet ist und durch eine sichere mechanische Verbindung zwischen Kühlkörper und Gehäuse sichergestellt wird, dass nicht unbeabsichtigt spannungsführende Teile der LED-Platine berührbar sind.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn mindestens zwei LED-Platinen vorgesehen sind, die elektrisch vorzugsweise mittels einer Steckverbindung miteinander verbindbar sind. Dadurch können auch größere LED-Lampen einfach hergestellt werden, für die Einzelplatinen in hinreichender Größe oder Form nicht oder nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Eine Steckverbindung bietet, beispielsweise im Vergleich zu angelöteten Drahtverbindungen, zudem besonders guten Schutz vor Berührung spannungsführender Teile.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform stellt eine LED-Lampe dar, die mindestens eines der nachfolgenden Merkmale aufweist:

der Wandler weist einen Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller auf,
die LED-Lampe ist als Retrofit-Modul als Ersatz einer Leuchtstofflampe ausgebildet,
es ist eine Sicherung zur Verbindung zweier Anschlüsse der LED-Lampe miteinander, vorzugsweise als Ersatz für einen Starter einer Leuchtstofflampe, vorgesehen,
zwei Anschlüsse (14, 15) der LED-Lampe sind durch eine Kurzschlussleitung (13) miteinander verbunden.

Ein derartiger Wandler ist besonders effektiv. LED-Lampen die als Retrofit-Module zum Ersatz einer Leuchtstofflampe ausgebildet sind, sind besonders einfach einsetzbar, da dadurch vorhanden Leuchten für Leuchtstofflampen weitergenutzt werden können. Lampen für diese Leuchten müssen besondere Anforderungen an die Sicherheit erfüllen, so dass die Erfindung bei diesen Lampen besonders vorteilhaft zum Einsatz kommt. Die Sicherung dient zur Vermeidung gefährlich hoher Ströme, die die LED-Lampe beschädigen oder den Benutzer gefährden könnten. Ersetzt sie einen Starter, wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht und bei einer Beschädigung der Sicherung kann diese einfach ausgetauscht werden.
Indem der Kühlkörper einen flachen Abschnitt und optional einen im Querschnitt halbrunden Außenabschnitt zur effektiven Wärmeabfuhr aufweist, wobei die LED-Platine an den flachen Abschnitt des Kühlkörpers elastisch angedrückt ist, wird eine besonders einfache Befestigung der LED-Platine auf dem Kühlkörper mit einem gleichzeitig besonders guten Wärmeübergang erzielt. Durch die elastische Anpressung wird außerdem eine Beschädigung der Platine vermieden, was auch aus Sicherheitsaspekten, beispielsweise aufgrund des Kontakts spanungsführender Bauteile mit einem elektrisch leitenden Kühlkörper, wünschenswert ist. Der halbrunde Außenabschnitt ermöglicht eine einer herkömmlichen Leuchtstofflampe ähnliche Formgebung
Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem flachen Abschnitt und der LED Platine eine Isolierfolie angeordnet ist. Damit sind die LED-Platine und der Kühlkörper elektrisch voneinander isoliert, was insbesondere dadurch die Sicherheit erhöht, als zuverlässig vermieden wird, dass eine elektrische Spannung an dem Kühlkörper anliegt, die zu einer Gefährdung bei einer Berührung durch den Benutzer führen könnte.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die LED-Platine auf den flachen Abschnitt durch eine aus elektrisch nicht leitendem Material bestehende Spange elastisch angedrückt ist. Dies ermöglicht eine sichere Halterung der LED-Platine mit einfachen Mitteln, wobei durch die Isolationseigenschaft der Spange die Sicherheit weiter verbessert wird, da die von der Spange abgedeckten Bereiche der Platine somit vor Berührung geschützt sind. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Spange große Teile der LED-Platine abdeckt, insbesondere annähernd die ganze Oberfläche, beispielsweise, indem nur die Strahlungsaustrittsflächen der LEDs freigelassen sind oder - bei Verwendung einer durchsichtigen Spange - die auch die LEDs überdeckt sein können.
Ein besonders einfacher Aufbau wird erzielt, wenn die LED-Platine in eine Nut des Kühlkörpers eingesetzt ist und die Spange in einer Aussparung des Kühlkörpers gehalten ist. Dies ermöglicht insbesondere einen Berührschutz der Kante der Platine und einen sicheren Halt der Spange und somit einen besonders sicheren Aufbau der LED-Lampe.
Ein besonders einfacher Aufbau mit hohem Berührschutz wird erzielt, indem die Nut des Kühlkörpers zur Halterung der LED-Platine gleichzeitig als Aussparung zur Halterung der Spange ausgebildet ist.
Indem die elektrischen und elektronischen Bauteile auf einer Platine derart angeordnet sind, dass sie zum Rand der Platine einen Abstand von mehr als 6 mm aufweisen, wird ebenfalls eine erhöhte Sicherheit erzielt, da hierdurch die benötigten Kriech- und Luftstrecken sichergestellt werden können.
Zweckmäßigerweise sind die Leuchtdioden in Reihe geschaltet sind und zu jeder Leuchtdiode eine Zenerdiode antiparallel geschaltet. Durch die Reihenschaltung können die LED mit einer hohen Versorgungsspannung betrieben werden, was den Wirkungsgrad erhöht. Die Zenerdioden verhindern, dass bei Ausfall einer LED die gesamte Lampe ausfällt, wodurch kein Austausch nötig wird, der eine erhöhte Sicherheitsgefahr darstellt, da dabei die Gefahr, spannungsführende Teile zu berühren, besonders hoch ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine LED-Leuchte, mit einer erfindungsgemäßen LED-Lampe und optional einer mit dem Wandler in Reihe geschalteten Drossel und/oder einer einen Starter ersetzenden Sicherung. Eine LED-Leuchte mit einer erfindungsgemäßen LED-Lampe ist gemäß den für die LED-Lampe benannten Vorteilen besonders sicher und wirtschaftlich betreibbar. Die Positionierung der Sicherung in der Leuchte erleichtert deren Einbau und Austausch. Die Positionierung der Drossel und/oder der Sicherung spart Platz in der LED-Lampe, wodurch diese beispielsweise mehr Leuchtdioden aufnehmen kann. Auch aus Sicherheitsaspekten ist diese Anordnung vorteilhaft, da damit der Strom, der in die Leuchte fließt, begrenzt werden kann.
Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Erfassen der Alterung einer LED-Lampe, bei dem die an der Anordnung von Leuchtdioden abfallende Spannung gemessen wird, und aus dem Messergebnis auf den Alterungszustand der LED-Lampe geschlossen wird. Dadurch wird ein unnötiger und mit Sicherheitsrisiken verbundener verfrühter Austausch der Lampe ebenso vermieden, wie ein zu langer Betrieb mit reduzierter Leuchtstärke, was ebenfalls Sicherheitsgefahren im zu beleuchtenden Bereich bedeuten kann.
Zweckmäßigerweise wird die gemessene Spannung mit einem Referenzwert verglichen wird und aus dem Vergleichsergebnis ermittelt, ob die LED-Lampe ihr Lebensdauerende erreicht hat. Dies ist ein besonders einfaches Verfahren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, insbesondere bei der Anordnung einer elektrisch isolierenden Spange auf der Oberseite der LED-Platine und der Anordnung einer Isolierfolie zwischen LED-Platine und Kühlkörper ist eine Konstruktion vorgeschlagen, die eine doppelte und/oder verstärkte Isolation gegenüber spannungsführenden Teilen einfach ermöglicht und zugleich die thermische Kopplung und damit die Kühlung der LED-Lampe und ihrer Leuchtdioden verbessert. Die Konstruktion ist einfach ausführbar, so dass nahezu alle aufwendigen Verdrahtungen und/oder Verkabelungen entfallen können. Die konstruktive Ausgestaltung kann mit einer Vielzahl möglicher Wandlertopologien ausgestaltet werden und beispielsweise bis zu einer Betriebsspannung auf der Seite des LED-Anschlusses von 500 V oder mehr betrieben werden.
Der jeweilige Wandlertyp kann je nach zu ersetzendem Leuchtstofflampentyp im Hinblick auf die Erzielung bester Systemperformance ausgewählt werden, wobei z.B. für lange Module, die eine Leuchtstofflampe L58W ersetzen sollen, Hochsetzsteller (Boost Converter) gewählt werden können, während beispielsweise für kurze Lampen wie etwa L18W-Module, ein Tiefsetzsteller-Wandler (Buck Converter) verwendet werden kann.
Generell zeichnet sich die Erfindung durch einen hohen Wirkungsgrad des Systems aus und erlaubt eine sichere Trennung von spannungsführenden Teilen zu berührbaren Teilen. Eine sehr einfache kostensparende Montage ist möglich, wobei die Erfindung unabhängig von der jeweiligen Wandlertopologie (Buck Converter, Boost Converter, Passiver Wandler, SELV) eingesetzt werden kann. Ausführungsbeispiele erlauben eine hohe thermische Wärmeabführung, die besser als diejenige von LED-Modulen in Glaskolben ist, wobei zugleich erhöhte Lebensdauer der LED-Lampe erzielt wird. Ferner ergibt sich erhöhte Sicherheit z.B. im Vergleich zu LED-Modulen in Glaskolben mit der Gefahr eines Glas- oder Röhrenbruchs und nachfolgender Berührbarkeit von spannungsführenden Teilen.
Eine erfindungsgemäße LED-Lampe kann beispielsweise als Leuchtstofflampen-Retrofit-LED-Modul für die Sicherheitsklasse SKII eingesetzt werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Erfassen der Alterung einer LED-Lampe bereitgestellt. Hierbei wird die an der Anordnung von Leuchtdioden abfallende Spannung gemessen, und aus dem Messergebnis auf den Alterungszustand der LED-Lampe geschlossen. Der gemessene, altersabhängige Spannungsabfall ist ein guter Indikator für die Alterung und damit für die zu erwartende Restlebensdauer der LED-Lampe oder für das Erreichen des Lebensdauerendes. Hierbei kann die gemessene Spannung mit einem Referenzwert verglichen werden, und aus dem Vergleichsergebnis ermittelt werden, ob die LED-Lampe ihr Lebensdauerende erreicht hat oder zu erreichen droht. Die Messung des Spannungsabfalls, der Vergleich und die Auswertung können automatisch erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die von der LED-Lampe bei normaler Spannungsspeisung generierte Lichtstärke gemessen und mit einem Vergleichswert verglichen werden. Aus dem Spannungsabfall und/oder dem Absinken der Lichtstärke unter den Vergleichswert kann das (baldige) Erreichen des Lebensdauerendes erkannt werden.
Figurenliste
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen LED-Lampe,
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Konstruktion einer LED-Lampe,
3 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren LED-Platinen,
4 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Lampe im Bereich der Lampenfassungen,
5 eine Ausführungsform einer bei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen LED-Lampe einsetzbaren Platine, und
6 ein Ausführungsbeispiel einer bei der erfindungsgemäßen LED-Lampe einsetzbaren Verschaltung.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Lampe (Leuchtdiodenlampe) 1 gezeigt, die als Ersatz für eine herkömmliche Leuchtstofflampe ohne Umbaumaßen geeignet und in eine eigentlich zur Aufnahme einer Leuchtstofflampe, z. B. einer L36W-Leuchtstofflampe, ausgelegte herkömmliche Kontaktanordnung oder Fassung bzw. Leuchte einsetzbar ist. Die LED-Lampe 1 stellt bei diesem Ausführungsbeispiel also eine Retrofit-LED-Lampe, z.B. eine L36W-Retrofit-LED-Lampe, dar.
Zwischen zwei an das öffentliche Stromnetz anschließbaren Spannungsnetzanschlüssen 2, 16 ist eine Reihenschaltung aus einer gegebenenfalls auch überbrückbaren oder entfernbaren Drossel 3 und der LED-Lampe 1 geschaltet. Die LED-Lampe 1 weist Kontakte oder Fassungen 4, 5, 14, 15 auf, die der üblichen Anordnung und Ausgestaltung der Kontakte oder Fassungen der zu ersetzenden Leuchtstofflampe entsprechen. Der Kontakt 4 ist mit der Drossel 3 verbunden, während der Kontakt 14 an den Netzanschluss 16 angeschlossen ist. Die Kontakte 4, 5 sind mit einem Wandler 6 verbunden, der bei diesem Ausführungsbeispiel einen Hochsetzsteller mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC, Power Factor Correction) aufweist und eine Ausgangsspannung von z.B. 400 bis 500 V generieren kann. Der Wandler 6 ist mechanisch mit einem z.B. als Kühlkörper 7 oder in sonstiger Form ausgebildeten Träger in lösbarer Weise fest verbunden. Der Kühlkörper 7 stützt eine vorzugsweise als LED-Träger ausgebildete Platine 9 mechanisch ab, auf der Leuchtdioden (LEDs) 49 angeordnet sind. Die Platine 9 liegt auf dem Kühlkörper 7 auf und wird durch eine Klammer 46 (siehe 4) gehalten. Der Wandler 6 ist mit der Platine 9 zur Stromspeisung der Leuchtdioden 49 elektrisch kontaktiert. Oberhalb des Platine 9 ist eine lichtdurchlässige Abdeckung 8 angeordnet, die als Scheibe, als Halbzylinder oder, wie in 2 gezeigt ist, als im Querschnitt runde oder halbrunde Kappe (siehe Abdeckung 40) ausgebildet sein kann und vorzugsweise an beiden Längsseiten mit dem Kühlkörper 7 verbunden ist. Am anderen, von dem Wandler 6 abgewandten Ende der Platine 9 und/oder des Kühlkörpers 7 ist ein Gehäuse 12 angeordnet, das eine Brücke oder einen Teil des Gehäuses der LED-Lampe 1 bildet und einen Kurzschlusspfad 13 enthält, der die Kontakte 14, 15 kurzschließt.
Die Kontakte 5, 15 sind über eine Leitung 10 miteinander verbunden, in die eine Sicherung 11 eingefügt ist. Die Sicherung 11 ersetzt einen bei einer Leuchtstofflampe jeweils vorgesehenen Starter und ist so ausgestaltet, dass sie in die Starterfassung einsetzbar sein kann. Alternativ kann die Sicherung 11 auch an anderer Stelle der Platine oder der LED-Lampe 1 angeordnet werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann z.B. 100 bis 250, im konkreten Fall 143 Leuchtdioden aufweisen, die in Reihe geschaltet sind. Das Ausführungsbeispiel stellt damit ein LED-Retrofit-Modul mit Leistungsfaktorkorrektur als Ersatz für eine L36W-Leuchtstofflampe dar, das sich durch verbesserten Wirkungsgrad und lange Lebensdauer auszeichnet. Bei dem Ausführungsbeispiel ist keine Verdrahtung erforderlich und es genügt ein einfacher Treiber als Wandler 6. Anschlussmöglichkeiten können auf einer Seite der Platine 9 z. B. in Form eines Stecksystems vorgesehen sein. Die Leuchtdioden 49 können mittels der Platine 9 einfach an einen Kühlkörper, z.B. an den Kühlkörper 7, angebunden werden, so dass keine heißen Stellen (Hot Spots) auftreten.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des in 1 dargestellten Wandlers 6 gezeigt. Die Konstruktion gemäß 2 zeichnet sich dadurch aus, dass die Baugruppen steckbar und/oder einrastend sind, was einfachste Montage und hohe konstruktive und elektrische Sicherheit gewährleistet. Der Wandler 6 ist gemäß 2 von einem zweiteiligen Kunststoff-Gehäuse 20 umschlossen, das aus zwei ineinander einrastenden Gehäuseteilen 20a, 20b besteht, die ineinander einschiebbar sind. Die aus Kunststoff oder sonstigem elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Gehäuseteile 20a, 20b bilden gegenüber den spannungsführenden Teilen Luft- oder Kriechstrecken aus, so dass das Gehäuse 20 gefahrlos berührbar ist. Das Gehäuseteil 20a ist mit den Kontakten 4, 5 fest verbunden.
Im Gehäuse 20 ist eine Wandlerplatine 21 angeordnet, die über Leitungen 22 mit den Kontakten 4, 5 elektrisch leitend verbunden ist. Auf der Wandlerplatine 21 sind die vom Wandler benötigten elektrischen Bauteile, wie etwa eine Drossel 23 oder ein beispielsweise als Elektrolytkondensator ausgebildeter Kondensator 24, angeordnet. Die Wandlerplatine 21 setzt die über die Kontakte bzw. Anschlüsse 4, 5 zugeführte Eingangsspannung in eine entsprechende Ausgangsspannung um, die je nach Bedarf und Anzahl der zu versorgenden Leuchtdioden tiefer oder höher als die Eingangsspannung sein kann, und an einem an der Wandlerplatine 21 angebrachten Ausgangsanschluss 25 abgegeben wird.
Das Gehäuse 20 kann einen runden oder rechteckigen Querschnitt oder sonstigen, zur Aufnahme der Wandlerplatine 21 und der elektrischen Komponenten geeigneten Querschnitt aufweisen. Das Gehäuseteil 20b ist mit einer quer zur Wandlerplatine 21 verlaufenden Vertiefung 26 versehen, die einen Kühlkörper 7a aufnehmen kann und diesem mechanische Stabilität verleiht. Der Kühlkörper 7a kann mit dem in 2 schematisch dargestellten Kühlkörper 7 direkt oder thermisch leitend verbunden sein, so dass eine effektive Gesamtkühlung der Wandlerkomponenten und der Leuchtdioden 49 erzielt wird. Der Kühlkörper 7 ist unterhalb einer der LED-Platine 9 entsprechenden LED-Platine 35 in der in 1 gezeigten Weise angeordnet. Das Gehäuseteil 20b weist ferner an seiner in Richtung zu einer LED-Platine 35 weisenden, den Kontakten 4, 5 abgewandten Stirnseite, einen nasenförmigen Vorsprung 27 auf, der mit Ausnahme einer nach unten zur LED-Platine 35 weisenden Öffnung 28 vollständig geschlossen ist. Die LED-Platine 35 kann die in 1 gezeigte LED-Platine 9 sein.
Der Vorsprung 27 dient als Kontaktbügel, der eine als Metallfeder 29 ausgebildete elektrisch leitende Kontaktzunge (Federkontakt) auf die LED-Platine 35 drückt. Die Metallfeder 29 ist mit dem Ausgangsanschluss 25 der Wandlerplatine 21 elektrisch verbunden und in der gezeigten Weise gekrümmt so ausgebildet, dass sie durch den nasenförmigen Vorsprung 27 intern verläuft und mit einer U-förmigen Abwinklung durch die Öffnung 28 nach unten austretend auf die LED-Platine elektrisch leitend und elastisch angedrückt wird. Durch den Vorsprung 27 wird die Metallfeder 29 mit ausreichendem Kontaktdruck auf einen leitenden Abschnitt (Kontaktfläche) 9a der LED-Platine 35 angedrückt, wobei der Vorsprung 27 zugleich die elektrische Isolation der Metallfeder 29 gegenüber der Umgebung sicherstellt.
Der Kühlkörper 7, oder alternativ die LED-Platine 35, kann mit der Wandlerplatine 21 über eine Führung 30 mechanisch verbunden sein, beispielsweise durch Einrasten, Verkleben oder durch gleitverschiebliche Aufnahme. In vorteilhafter Ausgestaltung weist das Gehäuseteil 20b einen vorzugsweise aus Kunststoff oder sonstigem Material bestehenden Schnapper 31 auf, der als Rastnase ausgebildet ist und in eine entsprechende Aussparung 32 des Kühlkörpers 7 35 einrasten kann. Zum Einrasten muss lediglich der Kühlkörper 7, oder alternativ die LED-Platine 35, in die Führung 30 unter Durchtritt durch eine entsprechende Öffnung des Gehäuseteils 20b so weit eingeschoben werden, bis der Schnapper 31 in den Kühlkörper 7 einrastet. Hierbei erfolgt zugleich automatisch die elektrische Kontaktierung der LED-Platine 35 durch die Metallfeder 29. Da die Metallfeder 29 lediglich im Bereich der Öffnung 28 austritt und dort unterseitig durch die LED-Platine 35 sowie oberseitig und randseitig durch den Vorsprung 27 elektrisch vollständig abgeschirmt ist, ist hoher Berührschutz gegenüber elektrischen Spannungen gegeben.
Mittels des Schnappers 31 lässt sich die Kappe, d.h. der Gehäuseteil 20b, in den mit dieser verbundenen Kühlkörper 7 (siehe 1, 4) bzw. in eine entsprechende Aussparung 32 desselben einschnappen bzw. einrasten, so dass keine Schrauben notwendig sind und eine vollständige elektrische Isolation erzielt wird.
Bei der Montage ist durch die Metallfeder 29 zugleich automatisch für die Spannungsversorgung der LED-Platine 35 gesorgt, so dass ein Anlöten von Drähten entfallen kann.
Bei dem in den 1, 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 20 bzw. der Wandler 6 über einen oder mehrere Schnapper 32 an dem Kühlkörper 7 fixiert und gehalten. Ebenso kann das weitere Gehäuse 12, das die Fassungen 14, 15 trägt, 6 über einen oder mehrere Schnapper an dem Kühlkörper 7 fixiert und gehalten werden. Der Kühlkörper 7 bildet die feste Verbindung, mit der die beiden Gehäuse (Gehäuseteile) 20, 12, das heißt der Wandler 6 und der gegenüberliegende Fassungsträger, und damit das gesamte LED-Lampenmodul, fixiert und stabilisiert sind. Die LED-Platine 35 ragt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht in die Gehäuse 12, 20 hinein.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine Verbindung mehrerer LED-Platinen ermöglicht. Sofern eine Vielzahl von LED-Platinen je nach gewünschter Lichtstärke untergebracht werden soll, kann es auch aus mechanischen oder platztechnischen Gründen bzw. zur Erzielung gleichmäßiger Helligkeitsverteilung wünschenswert sein, die Leuchtdioden auf zwei oder mehr Platinen anzuordnen. Die elektrische und mechanische Verbindung von zwei oder mehr LED-Platinen kann durch Löten oder in sonstiger Weise realisiert werden, wird aber vorzugsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 in Form einer elektrischen Steckverbindung implementiert. Die LED-Platine 35 weist hierzu einen randseitig angeordneten Stecker 36 auf, der in eine entsprechende elektrische Buchse 37 auf einer LED-Platine 38 eingreifen kann. Die LED-Platinen 35 und 38 können damit in einfacher Weise durch in Längsrichtung erfolgendes Zusammenschieben elektrisch miteinander verbunden werden. Die Anordnung von Buchse und Stecker auf den Platinen 35, 38 kann auch umgekehrt werden. Ebenso können beide LED-Platinen in gleichartiger Weise mit weiteren Platinen verbunden werden, um einen Verbund aus drei oder mehr Platinen bereitzustellen.
In 4 ist ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer LED-Lampe dargestellt, die z. B. die Ausgestaltung gemäß den 1 bis 3 aufweisen kann. Die LED-Lampe gemäß 4 weist einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf und umfasst eine LED-Platine, z. B. die LED-Platine 35 gemäß den 2, 3 oder die LED-Platine 9 gemäß 1, sowie eine im Wesentlichen transparente oder lichtdurchlässig eingefärbte, im Querschnitt halbrundförmige Abdeckung 40 auf, die der in 1 gezeigten Abdeckung 8 entspricht und mit auf beiden Seiten der Abdeckung 40 angebrachten, festen oder vorzugsweise elastischen, hakenförmigen Rastnasen 41 in als Aufnahmen dienende Ausnehmungen 42 zur Verrastung eingreifen kann. Die Ausnehmungen 42 sind an dem Kühlkörper 7 ausgebildet, so dass eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Kühlkörper 7 und der Abdeckung 40 sichergestellt ist. Der Kühlkörper 7 umfasst einen im Querschnitt halbrunden oder halbkreisförmigen, gut wärmeleitenden, z.B. metallischen Außenkorpus 44, mit dem ein vorzugsweise ebenfalls gut wärmeleitender, optional elektrisch nicht leitender Rahmenabschnitt 43 verbunden ist. Der Rahmenabschnitt 43 ist mit dem Außenkorpus 44 fest verbunden und trägt nach innen vorspringende Vorsprünge 42a, die zwischen sich die jeweiligen Ausnehmungen 42 definieren. Die Abschnitte 42a, 43, 44 und gegebenenfalls 48 können einstückig, z.B. als Stranggussprofil, aus Aluminium oder einem anderen metallischen oder gut wärmeleitenden Material gefertigt sein.
In die Ausnehmungen 42 greift eine aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise Kunststoff, bestehende Spange 46 ein, die die LED-Platine 35 elastisch federnd nach unten drückt, so dass die LED-Platine 35 unter Zwischenlage einer elektrisch nicht leitenden, jedoch thermisch gut leitenden Isolierfolie 47 auf einen flachen plattenförmigen Abschnitt 48 des Kühlkörpers 7 flächig aufgedrückt wird. Dies gewährleistet eine gute Wärmeleitung zwischen der LED-Platine 35 und dem Kühlkörperabschnitt 48 und damit dem Kühlkörper 7. Hierdurch wird die von den LEDs der LED-Platine 45, z.B. LEDs 49, erzeugte Wärme effektiv über den Kühlkörper 7 nach draußen abgeführt, so dass die Betriebstemperatur der LEDs 49 niedrig gehalten wird und hierdurch hoher Wirkungsgrad und lange Lebensdauer gewährleistet werden. Der Kühlkörper 7 ist vorzugsweise gegenüber der Umgebung frei, so dass die Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Die LED-Platine 35 kann beispielsweise eine Dicke von 0,8 mm aufweisen, was effektive Wärmeabfuhr gewährleistet.
Die Kunststoff-Spange 46 kann, quer zur Zeichnungsebene, eine lang gestreckte Ausgestaltung aufweisen, kann aber auch durch einzelne, über die LED-Platine 35 in deren Längsrichtung verteilte Spangen gebildet sein.
Die Spange 46 kann weiterhin an denjenigen Stellen, an denen sich die LEDs 49 befinden, durchbrochen sein, so dass die LEDs durch die Spange 46 in Richtung zur Abdeckung 40 vorstehen und eine effektive Lichtabgabe in Richtung zur Abdeckung 40 und durch diese hindurch nach außen sicherstellen. Die Spange 46 kann ferner auf ihrer zur Abdeckung 40 hin zeigenden Seite reflektierend ausgeführt sein, so dass eine effektive Lichtabgabe in Richtung zur Abdeckung 40 und durch diese hindurch gewährleistet ist und ferner auch die LED-Platine 35 unsichtbar bleibt.
Die LED-Platine 35 ist vorzugsweise in dem zwischen dem plattenförmigen Kühlkörperabschnitt 48 und der Unterseite der Vorsprünge 42a gebildeten Raum fest und unverlierbar gehalten und kann z.B. vor fester Verbindung der Abschnitte 43, 44 in den Raum unterhalb der Vorsprünge 42a eingebracht werden.
Temperaturmessungen am LED-Modul ergaben, dass der thermische Einfluss der Isolierfolie 47 gering ist, so dass effektive elektrische Isolation durch die Isolierfolie 47 erzielt wird, ohne dass der thermische Wärmetransport von der LED-Platine 35 zum Kühlkörper 43, 44, 48 nennenswert beeinträchtigt wird. Die Temperaturdifferenz betrug beispielsweise nur 2°C bei Ausgestaltungen mit und ohne Isolierfolie 47.
Die Montage des LED-Moduls kann, wie aus 4 ersichtlich ist, auch hier ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen, Schrauben oder dergleichen erfolgen. Die Abdeckung 40 kann in dem Kühlkörper eingeschnappt werden. Ebenso kann die Spange 46 in die Ausnehmungen 42 nach Einbringung der LED-Platine 35 unterhalb der Vorsprünge 42a eingeklipst werden. Damit ist eine einfache kostengünstige Montage sichergestellt und zugleich auch ein guter elektrischer Berührschutz gewährleistet, da alle spannungsführenden Teile unzugänglich sind.
In 5 ist schematisch und längenverkürzt ein Ausführungsbeispiel eines Leiterplatten-Designs der Platine 35 dargestellt, das eine doppelte bzw. verstärkte Isolierung bietet. Das in 5 gezeigte Platinen-Layout bietet eine doppelte oder verstärkte Isolierung durch Luft- und/oder Kriechstrecken von mindestens 6 mm bei einer Spannung von 500 V. Die Platine 35 umfasst einen an ihrem unteren Rand (gemäß der Darstellung in 5) ausgebildeten Abschnitt 50, mit dem die Platine 35 in eine Kühlkörper-Nut, z. B. die in 4 gezeigte, zwischen den unteren Vorsprüngen 42a und dem plattenförmigen Kühlkörperabschnitt 48 ausgebildete Nut einführbar ist.
Weiterhin weist die Platine 35 einen Abschnitt 51 auf, der breiter und höher als 6 mm ist und ohne spannungsführende Komponenten ausgebildet ist. Der Abschnitt 51 umgibt, wie aus 5 ersichtlich ist, die Platine 35 an ihrem gesamten Umfang, d.h. auch links und rechts sowie oberhalb der in 5 dargestellten Bestückungsplätze für die elektrischen Komponenten und Bauteile.
Auf der Platine 35 sind Kontaktflächen 52 für die Eingangsspannungsanschlüsse von 0 V und +500 V, eine Kontaktfläche 53 für die Montage eines Vorwiderstands R1 von beispielsweise 100 Q oder einem anderen geeigneten Wert, mehrere Anschluss- bzw. Montageflächen 54 für die Montage der Leuchtdioden (LED1, LED2, ...), mehrere Montageflächen 55 für die Anbringung von antiparallel zu der jeweiligen Leuchtdiode geschalteten Dioden, insbesondere Zenerdioden, elektrische Verbindungsleitungen 56 und eine Verbindungsleitung 57 für die elektrische Verbindung der gemäß 5 rechts außen dargestellten Montageflächen 54, 55 für die Leuchtdiode und Zenerdiode mit der Kontaktfläche 52 für den Eingangsanschluss von z.B. +500 V angeordnet. Die einzelnen Montageplätze für die jeweils in Reihe geschalteten Leuchtdioden und Zenerdioden sind optional in einem Abstand von z.B. 6 mm oder mehr angeordnet. Die Breite der Platine 35 kann beispielsweise 20 bis 25 mm, z. B. 22,8 mm oder beliebige andere geeignete Werte aufweisen. Die Montageplätze für die elektrischen und elektronischen Komponenten wie Widerstand, Leuchtdioden und Zenerdioden sowie die Kontaktflächen für die Eingangsanschlüsse sind vorzugsweise in einer Breite von weniger als 10 mm, z. B. 7,7 mm, angeordnet und erstrecken sich über eine durch die Anzahl von je Platine vorzusehenden Leuchtdioden bestimmte Länge. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine schmale, langgestreckte Platine realisieren, die sehr gute Isolierung gegenüber der Umgebung und den mit der Platine in Berührungen kommenden Komponenten aufweist.
In 6 ist ein elektrisches Schaltbild der Verschaltung der in 5 gezeigten Platine 35 dargestellt. Der in 6 gezeigte Stromlaufplan ist für ein LED-Modul gemäß der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung oder einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, das hier mit z.B. 50 bis 250, etwa 143, Leuchtdioden 62 ausgestattet ist, die in Reihe mit einem Vorwiderstand 61 geschaltet sind. Die Leuchtdioden 62 sind seriell zwischen die Eingangsanschlüsse 60a, 60b gemeinsam mit dem Vorwiderstand 61 geschaltet. Da bei einem Ausfall einer Leuchtdiode 62 die gesamte Reihenschaltung funktionslos würde, ist optional jede Leuchtdiode mit einer antiparallel geschalteten Zenerdiode 63 überbrückt, die bei Ausfall (hoch-ohmiger Zustand) der zugeordneten Leuchtdiode 62 aufgrund des dann an der Leuchtdiode auftretenden Spannungsabfalls leitend wird und damit die funktionsunfähige Leuchtdiode 62 überbrückt. Somit werden die weiteren, funktionsfähigen Leuchtdioden weiterhin mit Strom gespeist und generieren Licht. Der Funktionsausfall beschränkt sich damit ausschließlich auf die funktionsunfähig gewordene Leuchtdiode 62. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 entsprechen die Eingangsanschlüsse 60a, 60b den Kontaktflächen 52 gemäß 5. Der Widerstand 61 ist am Bestückungsplatz 53 der 5 angeordnet, während die Leuchtdioden 62 und Zenerdioden 63 an den Bestückungs- bzw. Kontaktplätzen 54 bzw. 55 der 5 montiert sind.
Nachfolgend wird weiterhin ein Verfahren zum Erfassen der Alterung einer LED-Lampe, z.B. gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei wird die an der Anordnung von Leuchtdioden 49 oder 62, z.B. an den Eingangsanschlüssen 60a, 60b, abfallende Spannung gemessen, und aus dem Messergebnis auf den Alterungszustand der LED-Lampe geschlossen. Hierbei kann die gemessene Spannung mit einem Referenzwert oder Schwellwert verglichen werden, und aus dem Vergleichsergebnis auf die noch zu erwartende Lebensdauer geschlossen oder ermittelt werden, ob die LED-Lampe ihr Lebensdauerende erreicht hat. Dies kann mit einer Steuereinrichtung automatisch durchgeführt werden, wobei bei Erreichen des Lebensdauerendes ein entsprechendes Warnsignal generiert werden kann.
Alle vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Merkmale lassen sich in beliebiger Weise einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander kombinieren, wodurch jeweils eigenständige Ausführungsbeispiele der Erfindung realisiert sind. Bei einem Verfahren zur Montage einer LED-Lampe können die einzelnen Komponenten in der in den 1 bis 6 gezeigten Weise zusammengesteckt oder ohne Notwendigkeit von Schrauben zusammenmontiert werden.

Claims

LED-Lampe (1), mit einem Wandler (6) und einer mit dem Wandler (6) verbundenen Anordnung von Leuchtdioden (8, 35, 49), die auf wenigstens einer LED-Platine (9, 35, 38) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (6) in einem den Wandler (6) vollständig umschließenden Gehäuse (20) aus elektrisch nicht leitendem Material angeordnet ist und das Gehäuse (20) zur Aufnahme einer aus dem Gehäuse (20) vorstehenden LED-Platine (35) ausgelegt ist und einen Vorsprung (27) aufweist, der einen spannungsführenden, mit dem Wandler (6) verbundenen Federkontakt (29) elastisch an die LED-Platine (35) andrückt.
LED-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) zweiteilig ausgebildet ist und die beiden Gehäuseteile (20a, 20b) miteinander verrastet sind.
LED-Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) mit einer optional in Form eines Rasthakens (32) ausgebildeten Verrastung zur Verrastung mit einem Kühlkörper (7) ausgebildet ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei LED-Platinen (35, 38) vorgesehen sind, die elektrisch vorzugsweise mittels einer Steckverbindung (36, 37) miteinander verbindbar sind.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem der nachfolgenden Merkmale: der Wandler (6) weist einen Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller auf, die LED-Lampe ist als Retrofit-Modul als Ersatz einer Leuchtstofflampe ausgebildet, es ist eine Sicherung (11) zur Verbindung zweier Anschlüsse (5, 15) der LED-Lampe miteinander, vorzugsweise als Ersatz für einen Starter einer Leuchtstofflampe, vorgesehen, zwei Anschlüsse (14, 15) der LED-Lampe sind durch eine Kurzschlussleitung (13) miteinander verbunden.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (43, 44, 48), der einen flachen Abschnitt (48) und optional einen im Querschnitt halbrunden Außenabschnitt zur effektiven Wärmeabfuhr aufweist, wobei die LED-Platine (9, 35, 38) an den flachen Abschnitt (48) des Kühlkörpers (43, 44, 48) elastisch angedrückt ist.
LED-Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem flachen Abschnitt (48) und der LED-Platine (9, 35, 38) eine Isolierfolie (47) angeordnet ist.
LED-Lampe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Platine (9, 35, 38) auf den flachen Abschnitt (48) durch eine aus elektrisch nicht leitendem Material bestehende Spange (46) elastisch angedrückt ist.
LED-Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Platine (9, 35, 38) in eine Nut des Kühlkörpers (43, 44, 48) eingesetzt ist und dass die Spange (46) in einer Aussparung (42) des Kühlkörpers gehalten ist.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen und elektronischen Bauteile auf der LED-Platine (9, 35, 38) derart angeordnet sind, dass sie zum Rand der Platine einen Abstand von mehr als 6 mm aufweisen.
LED-Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (62) in Reihe geschaltet sind und zu jeder Leuchtdiode (62) eine Zenerdiode (63) antiparallel geschaltet ist.
LED-Leuchte mit einer LED-Lampe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, und optional einer mit dem Wandler (6) in Reihe geschalteten Drossel (3) und/oder einer einen Starter ersetzenden Sicherung (11) .