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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und einem wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper ein der Halbleiterlichtquelle zugewandtes Basisteil aufweist, an das Kühlrippen angeformt sind, und wobei der Kühlkörper Öffnungen für den Durchtritt von Kühlluft aufweist
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Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist aus
DE 20 2009 001 475 U1 bekannt. Sie weist als Halbleiterlichtquelle eine Leuchtdiode auf, die an der Unterseite einer Leiterplatte montiert ist und nach unten Licht abstrahlt. Die der Leuchtdiode abgewandten Rückseite der Leiterplatte ist flächig wärmeleitend mit über der Leiterplatte angeordneten Kühlkörper verbunden. Der Kühlkörper ist als längliches Biegestanzteil ausgestaltet, das aus einem rechteckigen Stück Blech hergestellt ist, dessen Längsränder zur Bildung von Kühlrippen derart umgebogen sind, dass der Kühlkörper eine etwa halb-kreiszylindrische Grundform hat. Dabei weist der Kühlkörper ein ebenes Basisteil mit einer Befestigungsfläche für die Leiterplatte und zwei und zwei an den Längsrändern des Basisteils daran anschließenden Kühlrippen mit jeweils einem viertel-kreiszylindrischen Abschnitt auf. An den Kühlrippen weist der Kühlkörper schlitzförmige untere und obere Öffnungen auf. Die unteren Öffnungen befinden sich jeweils am unteren und die oberen Öffnungen am oberen Ende des viertel-kreiszylindrischen Abschnitts. Wenn sich die Leuchtdiode beim Betrieb erwärmt kann durch die Öffnungen ein Kamineffekt in dem Kühlkörper entstehen, bei dem Kühlluft an den unteren Öffnungen in den durch das Basisteil und die Kühlrippen begrenzten Innenraum des halb-kreiszylindrischen Kühlkörpers eintritt und nach Durchströmen des Innenraums an den oberen Öffnungen aus dem Kühlkörper austritt. Dennoch ermöglicht der Kühlkörper nur eine begrenzte Kühlung der Leuchtdiode. Dies ist insbesondere bei Hochleistungs-Leuchtdioden, die eine entsprechend hohe Verlustleistung aufweisen, und bei hohen Umgebungstemperaturen ungünstig. Ungünstig ist außerdem, dass der Kühlkörper relativ große Abmessungen aufweist.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen eine effektive Kühlung der Halbleiterlichtquelle und somit eine entsprechend lange Lebensdauer der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ermöglicht.
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US 2010/0124 058 A1 zeigt eine LED-Leuchte mit einer Halbleiterlichtquelle und einem wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper. Der Kühlkörper hat ein der Halbleiterlichtquelle zugewandtes Basisteil. Das Basisteil ist von einem Ring umgeben, an den sich radial von Mittelachse nach außen erstreckende Kühlrippen
36 angeformt sind. Zwischen den Kühlrippen sind Öffnungen durch die mittels eines Gebläses ein Kühlluft geblasen wird.
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DE 20 2009 005 266 U1 zeigt eine LED-Lampe mit einem ringförmigen Kühlkörper, an dem sich radial nach außen erstreckende Kühlrippen angeformt sind. Im Inneren des Rings ist ein sich quer zur Ringachse erstreckender Boden, der den Ring in einen ersten Aufnahmeraum und einen zweiten Aufnahmeraum unterteilt. An dem Boden liegt die eine Halbleiterlichtquelle mit ihrer Rückseite plan an.
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DE 20 2010 004 317 U1 zeigt eine LED-Leuchte mit einem LED-Modul, das wie üblich eine Anzahl von LEDs aufweist, die auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Die Rückseite der Leiterplatte wird an der unteren Seite einer Platte angeordnet. Die Platte bildet den Boden einer Lampenfassung. Die Lampenfassung wird von einem topfartigen Kühlkörper übergriffen. Der topfartige Kühlkörper hat einen Topfboden, der plan an der dem LED-Modul abgewandten Seite der Platte anliegt. In der ringförmigen Seitenwand des Topfes sind Längsschlitze, so dass die verbleibenden Teile der Seitenwand den Lampenschirm wie Finger übergreifen.
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WO 2011/000056 A1 beschreibt eine LED-Beleuchtungseinrichtung bei der eine Platine mit LEDs am Boden einer becherförmigen Ausnehmung eines Basisteils angeordnet ist. An der Rückseite des Basisteils sind Kühlrippen angeformt, die von der Rückseite des Bodens wegweisen. Wärme von den LEDs wird Biber die Platine und den Boden in das Basisteil eingekoppelt und über die Kühlrippen abgeführt. Der becherförmige Bereich des Basisteils wird von einer Seitenwand mit einer Schräge umrandet. Im Boden des Basisteils sind Öffnungen, die jedoch von der Platine abgedeckt werden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich in der Aufsicht auf das Basisteil die Kühlrippen in quer zueinander angeordneten Richtungen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle weg erstrecken, und dass die Öffnungen in dem Basisteil zwischen den Kühlrippen angeordnet sind.
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In vorteilhafter Weise kann dann beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle zwischen den Kühlrippen ein Kamineffekt auftreten, bei dem Kühlluft an einer relativ großen Oberfläche an den Kühlrippen vorbeiströmt. Da die Kühlrippen in quer zueinander angeordneten Richtungen von der Halbleiterlichtquelle weg verlaufen kann die von der Halbleiterlichtquelle abgegebene Wärme wirkungsvoll nach allen Seiten über die Kühlrippen zu den Stellen abgeleitet werden, die mit dem bei dem aufgrund des Kamineffekts auftretenden Kühlluftstrom in Kontakt geraten. Die Beleuchtungseinrichtung ermöglicht daher bei kompakten Abmessungen eine effektive Kühlung und somit eine lange Lebensdauer der Halbleiterlichtquelle. Die Beleuchtungseinrichtung kommt bevorzugt in Gebäudeinnenräumen zum Einsatz. Sie kann aber auch für andere Anwendungen verwendet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in der Aufsicht auf das Basisteil im Zentrum des Kühlkörpers vorgesehen, wobei die Kühlrippen etwa radial zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann die Halbleiterlichtquelle noch effektiver gekühlt werden. Der durch den Kamineffekt erzeugte Kühlluftstrom wird bevorzugt mit Abstand zur Halbleiterlichtquelle an den Kühlrippen vorbei geleitet, damit eine möglichst große Oberfläche der Kühlrippen gekühlt werden kann.
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Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen als Schlitze ausgestaltet, die sich in der Aufsicht auf das Basisteil radial zur mindestens einen Halbleiterlichtquelle erstrecken. Die durch die Schlitze hindurch tretende Kühlluft kann dann eine relativ große Fläche der Kühlrippen anströmen.
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Erfindungsgemäß ist das Basisteil im Wesentlichen becherförmig mit einem Boden und einer Seitenwand ausgestaltet, welche eine Innenhöhlung begrenzen, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in der Innenhöhlung am Boden des Basisteils angeordnet ist. Dabei kann die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle auftretende Verlustwärme über die Seitenwände noch großflächiger an die Umgebungsluft abgeführt werden. Außerdem ist die Halbleiterlichtquelle in der Innenhöhlung des Basisteils vor mechanischer Beschädigung geschützt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Innenhöhlung eine Optik zur Formung des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ausgesendeten Lichts angeordnet. Die Optik kann mindestens eine Linse und/oder wenigstens einen Reflektor aufweisen.
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Vorteilhaft ist, wenn zwischen der Optik und der der Innenhöhlung zugewandten Innenfläche der Seitenwand mindestens ein Luftdurchtrittskanal gebildet wird, wobei der Luftdurchtrittskanal mit mindestens einer der Öffnungen verbunden ist. Die Optik erfüllt dann eine Doppelfunktion, bei der sie einerseits zur Lenkung des von der Halbleiterlichtquelle ausgesendeten Lichts dient und andererseits den bei dem Kamineffekt auftretenden Kühlluftstroms so führt, dass dieser an einem möglichst großen Oberflächenbereich des Kühlkörpers vorbeiströmt.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung durchsetzten die Kühlrippen den Boden und/oder die Seitenwand des Basisteils und kommen mit einem am Boden und/oder der Seitenwand in die Innenhöhlung vorstehenden Teilbereich an der Optik zur Anlage. Dadurch wird eine noch größere Oberfläche des Kühlkörpers ermöglicht.
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Erfindungsgemäß weist die Seitenwand eine Schräge auf, an der die lichte Weite der Innenhöhlung, ausgehend vom Boden zu dem vom Boden entfernten freien Rand der Seitenwand, zunimmt, wobei sich die Öffnungen vom Boden bis in die Schräge erstrecken. Dabei kann praktisch die gesamte durch die Öffnungen hindurch tretende Kühlluft an den Kühlrippen vorbeiströmen.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Teilquerschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung, die Leuchtdioden aufweist, die wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden ist, wobei die Querschnittsebene des Teilquerschnitts radial zur Leuchtdiode angeordnet ist,
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2 eine Seitenansicht auf die Rückseite einer Beleuchtungseinrichtung und
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3 eine Aufsicht auf die Rückseite der Beleuchtungseinrichtung.
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Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Beleuchtungseinrichtung weist als Leuchtmittel mehrere, in der Zeichnung nur schematish dargestellte, als Leuchtdioden ausgestaltete Halbleiterlichtquellen 2 auf, die jeweils in einen Halbleiterchip integriert sind. Die Halbleiterchips sind auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, der aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Aluminium, besteht. Die einzelnen Halbleiterchips sind an ihrer der Abstrahlseite abgewandten Rückseite jeweils flächig wärmeleitend mit dem Träger verbunden.
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Der Träger ist mit seiner den Halbleiterchips abgewandten Rückseite flächig wärmeleitend mit einem über dem Träger angeordneten Kühlkörper 3 verbunden, der aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff, wie z. B. Aluminium besteht. Der Träger kommt mit seiner Rückseite flächig an der Unterseite des Kühlkörpers 3 zur Anlage. Die beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 in den Halbleiterlichtquellen 2 auftretende Verlustwärme wird von den Halbleiterchips der Halbleiterlichtquellen 2 durch den Träger hindurch in den Kühlkörper 3 eingeleitet und von dort an die Umgebungsluft abgegeben.
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Wie in 1 und 2 erkennbar ist, weist der Kühlkörper 3 ein becherförmiges Basisteil 4 auf. Das Basisteil 4 hat in der in 3 gezeigten Aufsicht auf seine Rückseite eine etwa kreisförmige Außenkontur. Das Basisteil 4 hat einen Boden 5 und eine seitlich damit verbundene Seitenwand 6, die um den Boden 5 herumläuft.
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An das Baisteil 4 sind rückseitig Kühlrippen 7 angeformt, die jeweils radial vom Zentrum des Basisteils 4 weg nach außen verlaufen. In 2 ist deutlich erkennbar, dass die Kühlrippen 7 in quer zueinander angeordneten Richtungen um das Zentrum des Basisteils 4 herum angeordnet sind. Dabei erstrecken sich die Kühlrippen 7 in Radialebenen, die durch die Mittelachse 8 des Basisteils 4 und radial dazu verlaufende Achsen aufgespannt sind.
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In der Aufsicht auf die Abstrahlseite der Beleuchtungseinrichtung befinden sich die Halbleiterlichtquellen 2 im Zentrum des Kühlkörpers 3 auf der Mittelachse 8 oder dicht benachbart zu dieser, so dass die beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 in den Halbleiterlichtquellen 2 auftretende Verlustwärme nach allen Seiten gut abgeführt und über eine entsprechend große Kühlkörperoberfläche an die Umgebungsluft angegeben wird. In 1 ist die Wärmetransportrichtung schematisch durch einen Pfeil 9 angedeutet.
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Wie in 1 besonders gut erkennbar ist, sind die Kühlrippen 7 in Umfangsrichtung des Basisteils 4 durch seitliche Zwischenräume voneinander beabstandet. Im Bereich der Zwischenräume weist das Basisteil 4 Öffnungen 10 für den Durchtritt von Kühlluft auf. Die Öffnungen 10 sind als schlitzförmige Wandungsdurchbrüche ausgestaltet, die sich in Radialebenen erstrecken, die durch die Mittelachse 8 des Basisteils 4 und radial dazu verlaufende Achsen aufgespannt sind. In 3 ist erkennbar, dass die Öffnungen 10 im äußeren Bereich des Kühlkörpers 3 mit Abstand von dessen Zentrum angeorndet sind.
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Anhand von 1 wird deutlich, dass der Boden 5 und die Seitenwand 6 eine Innenhöhlung begrenzen, und dass die Halbleiterlichtquellen in der Innenhöhlung am Boden 5 des Basisteils 4 angeordnet sind. In der Innenhöhlung ist außerdem eine Optik 11 zur Formung des von den Halbleiterlichtquellen 2 ausgesendeten Lichts angeordnet.
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In 1 ist erkennbar, dass zwischen der Optik 11 und der dieser zugewandten Innenfläche der Seitenwand 6 ein Luftdurchtrittskanal 12 gebildet ist. Der Luftdurchtrittskanal 12 weist an seinem unteren Ende eine Ansaugöffnung 13 auf, die zwischen dem freien Rand der Seitenwand 6 und dem Außenumfang der Optik 11 kreisringförmig oder kreisringsegmentförmig um die Optik 11 herum verläuft. An seinem oberen Ende ist der Luftdurchtrittskanal 12 mit den Öffnungen 10 verbunden. Beim Betrieb der Halbleiterlichtquellen 2 tritt im Luftdurchtrittskanal 12 ein Kamineffekt auf, bei dem eine Luftströmung entsteht, die entlang der punktierten Linie 14 von der Ansaugöffnung 13 durch die Öffnungen 10 hindurch an dem Kühlrippen 7 vorbeiströmt.
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In 1 ist noch erkennbar, dass die Kühlrippen 7 den Boden 5 und die Seitenwand 6 des Basisteils 4 durchsetzten. Außerdem ist erkennbar, dass die Optik durch einen Freiraum 15 vom Boden 5 des Basisteils 4 beabstandet ist und dass die Halbleiterlichtquellen 2 in dem Freiraum 15 angeordnet sind. Bei Bedarf kann in dem Freiraum 15 auch die Ansteuereinrichtung für die Halbleiterlichtquellen 2 vorgesehen sein.
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Anhand von 1 wird deutlich, dass die Seitenwand 6 eine zumindest segmentweise in Umfangsrichtung um die Mittelachse 8 umlaufende Schräge aufweist, an der die lichte Weite der Innenhöhlung, ausgehend vom Boden 5 zu dem vom Boden 5 entfernten unteren Rand der Seitenwand 6, zunimmt. Die Öffnungen befinden sich im Boden 5 und in der Schräge.
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Erwähnt werden soll noch, dass die Kühlrippen 7 durch einen konzentrisch um die Mittelachse 8 umlaufenden Ringwulst 16 miteinander verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 2
- Halbleiterlichtquellen
- 3
- Kühlkörper
- 4
- Basisteil
- 5
- Boden
- 6
- Seitenwand
- 7
- Kühlrippe
- 8
- Mittelachse
- 9
- Pfeil
- 10
- Öffnung
- 11
- Optik
- 12
- Luftdurchtrittskanal
- 13
- Ansaugöffnung
- 14
- punktierte Linie
- 15
- Freiraum
- 16
- Ringwulst
