DE102012202342B4

DE102012202342B4 - Leuchtvorrichtung mit Leiterplatte und Strukturbauteil

Info

Publication number: DE102012202342B4
Application number: DE102012202342.9A
Authority: DE
Inventors: Günter Hötzl; Peter Sachsenweger
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Inventronics De GmbH
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012202342A1; WO2013120964A1

Abstract

Leuchtvorrichtung (14; 33), aufweisend eine Leiterplatte (11; 31) und mindestens ein an der Leiterplatte (11; 31) befestigtes Strukturbauteil (13; 32), wobei das mindestens eine Strukturbauteil (13; 32) an der Leiterplatte (11, 31) formschlüssig oder direkt stoffschlüssig befestigt ist, wobei das Strukturbauteil ein Gehäuseteil (13) ist, wobei das mindestens eine Strukturbauteil (13) einen Grundkörper (24) aus Kunststoff aufweist, von welchem mindestens ein metallischer Niet (19) formschlüssig umgeben ist, wobei der Grundkörper (24) aus Kunststoff ein Spritzgusskörper ist und der mindestens eine metallische Niet (19) formschlüssig von dem Grundkörper (24) umspritzt ist, wobei mindestens ein thermoplastisches Strukturbauteil (32) an einem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte (31) mittels Laserschweißens direkt stoffschlüssig befestigt ist, wobei das thermoplastische Strukturbauteil (32) mit mindestens einer Lasche (34) an dem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte (31) mittels Laserschweißens befestigt ist, wobei das thermoplastische Strukturbauteil (32) ein zumindest sektorweise umlaufend ausgestaltetes Bauteil ist und die mindestens eine Lasche (34) nach innen vorsteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, aufweisend eine Leiterplatte und mindestens ein an der Leiterplatte befestigtes Strukturbauteil. Die Leuchtvorrichtung ist bevorzugt ein Leuchtmodul.
Es sind LED-Module bekannt, bei denen eine mit Leuchtdioden bestückte Leiterplatte von einem Gehäuse abgedeckt ist. Das Gehäuse ist an der Leiterplatte reibschlüssig befestigt, und zwar durch eine Übermaßpassung von Stiften des Gehäuses in einer entsprechend engen Bohrung der Leiterplatte. Dabei ist nachteilig, dass sich das Gehäuse bei einer typischerweise nicht allzu hohen mechanischen Beanspruchung lösen kann. Insbesondere kann das Gehäuse so auch gezielt unberechtigt entfernt und wieder aufgesetzt werden, ohne dass dies praktisch erkennbar ist.
Stand der Technik zur Befestigung von Strukturbauteilen bei Leuchtvorrichtungen ist beispielsweise in der DE 10 2007 034 123 A1 , der WO 2008/137 732 A1 , der JP 2003 068 129 A , der WO 2008/119 392 A1 , der US 5 595 438 A , der WO 2010/083 966 A1 und der DE 10 2005 020 908 A1 angegeben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Befestigung eines Strukturbauteils an einer Leiterplatte einer Leuchtvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend eine Leiterplatte und mindestens ein an der Leiterplatte befestigtes Strukturbauteil, wobei mindestens ein Strukturbauteil an der Leiterplatte formschlüssig oder direkt (also insbesondere ohne Verwendung eines Haftvermittlers) stoffschlüssig befestigt ist.
Dies ergibt den Vorteil, dass das mindestens eine Strukturbauteil besonders fest an der Leiterplatte befestigt ist. Zudem lässt sich so eine unberechtigte Abnahme des mindestens einen Strukturbauteils von der Leiterplatte einfacher erkennen. Ein ungewolltes Trennen des Strukturbauteils von der Leiterplatte kann vermieden werden.
Unter einem Strukturbauteil wird insbesondere ein Bauteil verstanden, dessen Funktion sich im Wesentlichen aus seiner dreidimensionalen Form ergibt, z. B. im Gegensatz zu elektrischen Bauelementen wie Widerständen, Kondensatoren oder integrierten Schaltkreisen oder auch Lichtquellen wie Leuchtdioden. Das Strukturbauteil kann auch als ein zumindest überwiegend ,mechanisches' Bauteil verstanden und bezeichnet werden.
Erfindungsgemäß ist das Strukturbauteil ein Gehäuseteil. Dies ermöglicht einen besonders sicheren Schutz von durch das Gehäuseteil abgedeckten Bauteilen. Das Gehäuseteil kann beispielsweise ein vollständiges Gehäuse oder eine umlaufende Gehäusewand sein. Die umlaufende Gehäusewand kann beispielsweise eine bandförmig umlaufende Gehäusewand sein und beispielsweise zur Befestigung einer lichtdurchlässigen Abdeckung eingerichtet sein.
Alternativ mag das Strukturbauteil z. B. ein Reflektor sein, insbesondere ein Schalenreflektor. In noch einer Weiterbildung mag das Strukturbauteil eine Halterung sein, z. B. für eine Optik.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterquelle, und/oder mindestens ein elektrisches Bauelement von einem Strukturbauteil seitlich umgeben ist. Dies ermöglicht einen umlaufend seitlichen Schutz der Lichtquelle und/oder des elektrischen Bauelements sowie einer Verdrahtung (z. B. von Bonddrähten).
Es ist eine Weiterbildung davon, dass das mindestens eine elektrische Bauelement zumindest einen Teil eines Treibers zum Betrieb der mindestens einen Lichtquelle darstellt. Das mindestens eine elektrische Bauelement kann mindestens ein elektronisches Bauelement wie z. B. einen integrierten Schaltkreis, SMD-Widerstände oder Kondensatoren umfassen.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Strukturbauteil an der Leiterplatte mittels mindestens einer Nietverbindung formschlüssig befestigt ist. Die Nietverbindung weist den Vorteil auf, dass sie sehr fest ist und einfach, insbesondere automatisiert, herstellbar ist. Bei der Herstellung treten keine Vibrationen auf. Darüber hinaus kann eine Anpresskraft zwischen dem Strukturbauteil und der Leiterplatte mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Zudem ist eine Beschädigung der Nietverbindung besonders einfach erkennbar und ohne Hilfsmittel praktisch nicht zu kaschieren, so dass ein unberechtigtes Trennen des Strukturbauteils von der Leiterplatte einfach inspizierbar ist.
Ein zugehöriger Niet ist bevorzugt ein Hohlniet, was Gewicht und Materialkosten spart sowie eine einfache Verformung ermöglicht.
Erfindungsgemäß weist das mindestens eine Strukturbauteil einen Grundkörper aus Kunststoff auf, von welchem mindestens ein metallischer Niet formschlüssig umgeben ist. Dies ermöglicht eine Kombination aus einem leichten und vielseitig formbaren Grundkörper mit einem besonders fest verbindenden und einfach plastisch verformbaren Niet.
Es ist eine alternative Weiterbildung, dass das Strukturbauteil ein metallisches Strukturbauteil ist.
Dabei ist erfindungsgemäß der Grundkörper aus Kunststoff ein Spritzgusskörper und der mindestens eine metallische Niet ist formschlüssig von dem Grundkörper umspritzt. So kann der Grundkörper mit dem darin integrierten mindestens einen Niet gemeinsam gehandhabt werden, was einen Zusammenbau mit der Leiterplatte und auch eine Logistik erleichtert.
Beispielsweise kann der mindestens eine Niet in eine Spritzgussform eingebracht werden und der Grundkörper daran angespritzt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtvorrichtung, aufweisend eine Leiterplatte und mindestens ein an der Leiterplatte befestigtes Strukturbauteil aus Kunststoff, von welchem mindestens ein metallischer Niet formschlüssig umgeben ist, wobei mindestens ein Strukturbauteil an der Leiterplatte formschlüssig oder direkt (also insbesondere ohne Verwendung eines Haftvermittlers) stoffschlüssig befestigt ist, umfasst dann mindestens den Schritt, das Strukturbauteil mittels eines Spritzgussverfahrens herzustellen, wobei in die Spritzgussform der mindestens eine Niet eingebracht und der Grundkörper daran angespritzt wird.
Es ist eine alternative Weiterbildung dazu, dass der mindestens eine Niet zum Zusammenbau von Strukturbauteil und Leiterplatte gesondert eingesetzt und verformt wird, also als ein eigenständiges Bauteil vorliegt. So wird insbesondere auch eine einfache Nietverbindung zwischen einem metallischen Strukturbauteil und der Leiterplatte ermöglicht. Ein Niet mag auch in ein metallisches Strukturbauteil integriert sein, beispielsweise als ein entsprechender, z. B. unterseitig abstehender, Bauteilbereich.
Es ist eine Ausgestaltung davon, dass ein von dem Grundkörper umspritzter Teil des Niets mindestens einen seitlichen, insbesondere umlaufenden, Vorsprung aufweist. Dies ermöglicht eine formschlüssige Integration des Niets in den Grundkörper und eine hohe Stabilität in Längsrichtung des Niets.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Niet in einer jeweiligen Senkung der Leiterplatte angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Auflage der Leiterplatte, insbesondere falls die Senkung bzw. der Rücksprung sich an der dem Strukturbauteil entgegengesetzten Seite der Leiterplatte befindet. Insbesondere mag das mindestens eine Strukturbauteil an einer Vorderseite der Leiterplatte angebracht sein und sich die mindestens eine Senkung an einer Rückseite der Leiterplatte im Bereich einer Durchführung für den Niet befinden.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein thermoplastisches Strukturbauteil an einem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte mittels Laserschweißens direkt stoffschlüssig befestigt. Dadurch kann auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden. Das Laserschweißen ist ebenfalls automatisierbar, und es treten keine Vibrationen auf. Es werden außer dem Strukturbauteil und der Leiterplatte keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Das Laserschweißen ist zudem besonders preiswert durchführbar.
Erfindungsgemäß ist das thermoplastische Strukturbauteil mit mindestens einer Lasche an dem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte mittels Laserschweißens befestigt. Die Lasche stellt einen ausreichend großen und für das Laserschweißen gut zugänglichen Kontaktbereich bereit.
Auch ist das thermoplastische Strukturbauteil ein zumindest sektorweise umlaufend ausgestaltetes Bauteil und die mindestens eine Lasche steht nach innen vor. Dadurch kann die mindestens eine Lasche durch das Strukturbauteil verdeckt werden, was einen gestalterischen Eindruck verbessert. Beispielsweise mag die mindestens eine Lasche bei einem umlaufend geschlossenen, bandförmigen Gehäuseteil nach innen vorstehen.
Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung ein Leuchtmodul ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht ein an einer Leiterplatte aufgesetztes, mittels einer Nietverbindung zu befestigendes Strukturbauteil einer Leuchtvorrichtung;
2 zeigt einen Ausschnitt aus 1 im Bereich eines noch nicht verformten Niets;
3 zeigt den Ausschnitt aus 1 im Bereich eines verformten Niets;
4 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht ein an einer Leiterplatte aufgesetztes, mittels einer Laserverschweißung zu befestigendes weiteres Strukturbauteil einer weiteren Leuchtvorrichtung;
5 zeigt einen Ausschnitt aus 4 im Bereich einer Laserschweißverbindung.
1 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht ein an einer Leiterplatte 11 aufgesetztes, mittels einer Nietverbindung 12 zu befestigendes Strukturbauteil in Form eines Gehäuseteils 13 einer Leuchtvorrichtung 14. Die Leuchtvorrichtung 14 kann insbesondere ein Leuchtmodul sein.
Das Gehäuseteil 13 weist einen Grundkörper 24 aus Kunststoff mit einer umlaufend bandförmigen bzw. hohlzylindrischen Grundform auf. Das Gehäuseteil 13 sitzt mit seinem unteren Rand 15 auf der Leiterplatte 11 auf. Im Bereich seines oberen Rands 16 weist das Gehäuseteil 13 an seiner Innenwand 17 eine umlaufende Ringnut 27 zum Einsatz einer lichtdurchlässigen Abdeckung (o. Abb.) auf.
Von dem unteren Rand 15 gehen an drei Stellen, welche um eine Längsachse des Gehäuseteils 13 drehsymmetrisch verteilt sind, Befestigungslaschen 18 senkrecht nach außen ab. In die Befestigungslaschen 18 ist jeweils ein senkrecht stehender, nach unten vorstehender Hohlniet 19 aus Metall integriert. Der Hohlniet 19 kann beispielsweise abschnittsweise von dem als Spritzgusskörper ausgebildeten Gehäuseteil 13 umspritzt worden sein.
Die Leiterplatte 11 weist an ihrer Vorderseite 20 in einem zentralen Bereich mehrere Lichtquellen in Form von Leuchtdioden 21 auf sowie ggf. elektrische Bauelemente, Kontaktflächen, eine Verdrahtung usw. (o. Abb.). Das Gehäuseteil 13 ist ebenfalls an der Vorderseite 20 angeordnet und umgibt die Leuchtdioden 21 seitlich.
Die Leiterplatte 11 weist drei zu den Hohlnieten 19 konform angeordnete Durchführungen 28 auf, welche an einer Rückseite 22 der Leiterplatte 11 in eine Senkung 23 oder Rücksprung übergehen. Zum Zusammenbau des Gehäuseteils 13 mit der Leiterplatte 11 wird das Gehäuseteil 13 senkrecht so auf die Leiterplatte 11 aufgesetzt, dass die Hohlniete 19 durch die Durchführungen 28 durchgeführt sind und nach unten vorstehen, wie genauer in 2 gezeigt.
Der Hohlniet 19 weist in seinem von dem Kunststoff-Grundkörper 24 des Gehäuseteil 13 umgebenen Abschnitt einen ringförmig umlaufenden Vorsprung 25 auf, durch den der Hohlniet 19 entlang seiner Längserstreckung formschlüssig in dem Grundkörper 24 gehalten wird.
An der Unterseite 22 der Leiterplatte 11 befindet sich ein Haftvermittler in Form eines doppelseitigen Klebebands 26, z. B. zum Aufsatz auf einem Kühlkörper (o. Abb.) der Leuchtvorrichtung 14.
Wie in 3 gezeigt, wird zur Befestigung des Gehäuseteils 13 an der Leiterplatte 11 der Hohlniet 19 an seinem in der Senkung 23 befindlichen Abschnitt seitlich nach außen umgebogen und hält also das Gehäuseteil 13 an der Leiterplatte 11 formschlüssig fest. Dabei wird das Gehäuseteil 13 an die Leiterplatte 11 angedrückt. Dadurch, dass der Hohlniet 19 zudem ohne oder mit einem nur geringen seitlichen Spiel durch die Durchführungen 28 läuft, weist das Gehäuseteil 13 in Bezug auf die Leiterplatte 11 eine definierte, genau einstellbare Position auf.
4 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht ein an einer Leiterplatte 31 aufgesetztes, mittels einer Laserverschweißung zu befestigendes weiteres Strukturbauteil 32 einer weiteren Leuchtvorrichtung 33. 5 zeigt einen Ausschnitt aus 4 im Bereich einer Laserschweißverbindung.
Die Leuchtvorrichtung 33 ist ähnlich zu der Leuchtvorrichtung 14 aufgebaut. Jedoch weist das Strukturbauteil 32 nun keine nach außen ragenden Befestigungslaschen mit Nieten auf, sondern zwei nach innen ragende Befestigungslaschen 34, von denen hier eine gezeigt ist. Diese Befestigungslaschen 34 sind vorteilhafterweise von außen kaum sichtbar.
Die Befestigungslasche 34 liegt auf einem entsprechenden Befestigungsbereich der Leiterplatte 31 auf und besteht aus einem thermoplastisch verformbaren Kunststoff. Durch Laserschweißen kann die Befestigungslasche 34 direkt mit der Leiterplatte stoffschlüssig verbunden werden, insbesondere falls die Leiterplatte 31 zumindest an ihrem Kontaktbereich ebenfalls thermoplastisch verformbaren Kunststoff aufweist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
So mögen auch die Befestigungslaschen 18 innenseitig des Strukturbauteils 13 angeordnet sein. Das Strukturbauteil 13 mag aus Metall bestehen usw.
Bezugszeichenliste

11: Leiterplatte
12: Nietverbindung
13: Gehäuseteil
14: Leuchtvorrichtung
15: unterer Rand
16: oberer Rand
17: Innenwand
18: Befestigungslasche
19: Hohlniet
20: Vorderseite
21: Leuchtdiode
22: Rückseite
23: Senkung
24: Grundkörper
25: ringförmiger Vorsprung
26: doppelseitiges Klebeband
27: Ringnut
28: Durchführung
31: Leiterplatte
32: Strukturbauteil
33: Leuchtvorrichtung
34: Befestigungslasche

Claims

Leuchtvorrichtung (14; 33), aufweisend eine Leiterplatte (11; 31) und mindestens ein an der Leiterplatte (11; 31) befestigtes Strukturbauteil (13; 32), wobei das mindestens eine Strukturbauteil (13; 32) an der Leiterplatte (11, 31) formschlüssig oder direkt stoffschlüssig befestigt ist, wobei das Strukturbauteil ein Gehäuseteil (13) ist, wobei das mindestens eine Strukturbauteil (13) einen Grundkörper (24) aus Kunststoff aufweist, von welchem mindestens ein metallischer Niet (19) formschlüssig umgeben ist, wobei der Grundkörper (24) aus Kunststoff ein Spritzgusskörper ist und der mindestens eine metallische Niet (19) formschlüssig von dem Grundkörper (24) umspritzt ist, wobei mindestens ein thermoplastisches Strukturbauteil (32) an einem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte (31) mittels Laserschweißens direkt stoffschlüssig befestigt ist, wobei das thermoplastische Strukturbauteil (32) mit mindestens einer Lasche (34) an dem thermoplastischen Bereich der Leiterplatte (31) mittels Laserschweißens befestigt ist, wobei das thermoplastische Strukturbauteil (32) ein zumindest sektorweise umlaufend ausgestaltetes Bauteil ist und die mindestens eine Lasche (34) nach innen vorsteht.
Leuchtvorrichtung (14; 33) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Lichtquelle (21) und/oder mindestens ein elektrisches Bauelement von einem Strukturbauteil (13; 32) seitlich umgeben ist.
Leuchtvorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Strukturbauteil (13) an der Leiterplatte (11) mittels mindestens einer Nietverbindung (12) formschlüssig befestigt ist.
Leuchtvorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei ein von dem Grundkörper (24) umspritzter Teil des Niets (19) mindestens einen seitlichen, insbesondere umlaufenden, Vorsprung (25) aufweist.
Leuchtvorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Niet (19) in einer jeweiligen Senkung (23) der Leiterplatte (11) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung (14; 33) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchtvorrichtung (14; 33) ein Leuchtmodul ist.