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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einer Befestigungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einer Befestigungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind LED-Module bekannt, die mittels Verschraubung an einem Kühlkörper befestigt werden. Durch die Verschraubung wird dabei gleichzeitig das Gehäuse des LED-Moduls fixiert, indem eine Schraube durch das Gehäuse, die Platine, ein eventuelles Wärmeleitmaterial und den Kühlkörper geführt wird und somit alle drei Komponenten verschraubt werden. Nachteilig bei derartigen Verschraubungen ist, dass der Kunststoff, aus dem das Gehäuse gebildet ist, mit der Zeit relaxiert. Beschleunigt wird diese Relaxation durch höhere Temperaturen, insbesondere wenn diese in die Nähe des Glaspunktes/Erweichungspunktes des Kunststoffes kommen. Typische Betriebstemperaturen (Tc – „case temperature”) von LED-Modulen sind inzwischen im Bereich von 80–90°C, während übliche Gehäusematerialien Erweichungstemperaturen um 100–120°C zeigen. Bei Betriebsdauern von 50000 und mehr Stunden lässt durch die Relaxation („Wegfließen”) des Kunststoffes die Anpresskraft der Verschraubung signifikant nach, so auch die Anpresskraft vom LED-Modul auf den Kühlkörper. Insbesondere bei Verwendung eines Wärmeleitmaterials (Thermal Interface Materials – TIM) wird die Wärmeabfuhr häufig deutlich schlechter, wenn der Anpressdruck nachlässt. Um dies zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik Befestigungsanordnungen bekannt, bei denen in das Loch des Gehäuses, in das die Schraube eingeführt wird, eine Metallhülse eingesetzt wird, damit die Anpresskraft der Schraube über die nicht relaxierende Metallhülse auf die Platine und den Kühlkörper wirkt. Der Schraubenkopf ist dabei so ausgebildet, dass er über die eingesetzte Metallhülse hinausragt und auch eine Anpresskraft auf das Gehäuse ausübt, wodurch das Gehäuse an der Platine fixiert wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 004 778 A1 offenbart ein Leuchtdioden-Beleuchtungsmodul mit mindestens einem Leuchtdiodenbauelement und einer optischen Einrichtung zur Strahlformung, die dem Leuchtdiodenbauelement in dessen Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 043 918 A1 offenbart eine Halbleiterlampe, insbesondere Retrofitlampe, mit mehreren Halbleiterlichtquellen und mindestens einem Reflektor.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 042 615 A1 ein Anschlusselement zur elektrischen Anbindung einer LED, die auf einer Platine angeordnet ist, welche zur Kontaktierung mit elektrischen Leitern Kontaktfelder aufweist, wobei das Anschlusselement Kontakte aufweist, welche einerseits mit Anschlusskabeln und andererseits mit den Kontaktfeldern verbindbar sind und mit einer die LED überfangenden, lichtdurchlässigen Abdeckung.
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Nachteilig dabei ist, dass die Herstellungskosten derartiger Gehäuse mit eingesetzten Metallhülsen relativ hoch sind.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung bereitzustellen, die eine kostengünstigere und wieder lösbare Befestigung eines Gehäuses eines LED-Moduls an einer Platine ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zur Befestigung eines LED-Moduls an einem Montageelement und Fixierung eines Gehäuses des LED-Moduls an einer Platine umfasst gemäß einem ersten Aspekt eine Platine, auf der mindestens eine LED angeordnet ist, wobei die Platine zumindest teilweise aus einem metallischen Material gebildet ist und mindestens eine Durchgangsöffnung in einem Bereich, der aus einem metallischen Material gebildet ist, aufweist. Weiterhin umfasst die Befestigungsanordnung ein Gehäuse, das aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, wobei das Gehäuse zumindest zum Teil an einer ersten Seite der Platine angeordnet ist, und mindestens ein Kraftübertragungselement, das kontaktierend am Gehäuse und kontaktierend an der Platine im Bereich der mindestens einen Durchgangsöffnung angeordnet ist. Dabei ist das Kraftübertragungselement derart angeordnet, dass bei einem Einführen einer Schraube mit einem Schraubenkopf in die Durchgangsöffnung und einem Festschrauben dieser Schraube eine Kraft vom Schraubenkopf auf das mindestens eine Kraftübertragungselement übertragbar ist. Des Weiteren ist das Kraftübertragungselement derart mit dem Gehäuse gekoppelt, dass eine Kraft vom mindestens einen Kraftübertragungselement auf das Gehäuse übertragbar ist, mittels welcher das Gehäuse zumindest im Bereich der Durchgangsöffnung an der Platine fixierbar ist.
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Die Fixierung des Kraftübertragungselements kann dabei dadurch bewerkstelligt werden, dass ein Schraubenkopf einer festgeschraubten Schraube das Kraftübertragungselement kontaktiert, aber auch dadurch, dass der Schraubenkopf das Kraftübertragungselement nicht kontaktiert, quasi in Form einer mechanischen Verriegelung, so dass eine Kraft vom Schraubenkopf auf das Kraftübertragungselement übertragbar ist, wenn das Gehäuse, das mit dem Kraftübertragungselement gekoppelt ist, aus der Ausgangsanordnung wegbewegt wird.
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Somit wird das Gehäuse nicht durch den Schraubenkopf direkt fixiert, sondern dadurch, dass die Kraft, die von der Schraube auf das Kraftübertragungselement übertragen wird, bewirkt, dass das Gehäuse durch das Kraftübertragungselement fixiert wird, das mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Somit unterliegt die Ausbildung und Anordnung des Kraftübertragungselements nicht solch hohen Anforderungen der Passgenauigkeit, wie dies bei der Verwendung von Metallhülsen der Fall ist, da Metallhülsen passgenau in das Gehäuseloch eingesetzt sein müssen um einen möglichst gleichmäßigen Kraftübertrag vom Schraubenkopf auf die Hülse und das Gehäuse zu gewährleisten. Die erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung weist mehr Toleranzbereiche bezüglich der Fertigung, Ausbildung und Anordnung des Kraftübertragungselements auf, was die Herstellungskosten erheblich mindert.
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Bevorzugt ist die vom auf das Gehäuse übertragbare Kraft vom Gehäuse in Richtung Platine gerichtet. So kann das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zur Platine fixiert werden. Darüber hinaus kann aber auch eine Fixierung des Gehäuses in horizontaler Richtung erfolgen durch entsprechende Kopplung des Kraftübertragungselements mit dem Gehäuse.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse mindestens eine Aussparung im Bereich der mindestens einen Durchgangsöffnung der Platine auf, wobei die Aussparung derart ausgebildet ist, dass eine Begrenzung der Aussparung einen Abstand von der Durchgangsöffnung der Platine aufweist. So kann eine Schraube in die Durchgangsöffnung der Platine eingeführt werden. Weiterhin kann der Abstand der Begrenzung der Aussparung zur Durchgangsöffnung so bemessen sein, dass der Schraubenkopf das Gehäuse nicht kontaktiert und die Fixierung des Gehäuses durch das Kraftübertragungselement bewerkstelligt wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Kraftübertragungselement im festgeschraubten Zustand eine mechanische Verriegelung für das Gehäuse bildet. Dadurch kann auch bei Relaxation des Materials und damit schwindender Kraft auf das Gehäuse ein Lösen der Verbindung zuverlässig verhindert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Aussparung des Gehäuses kreisförmig um die mindestens eine Durchgangsöffnung der Platine herum ausgebildet ist, wobei die kreisförmige Aussparung einen Durchmesser aufweist der größer ist als ein Durchmesser der Durchgangsöffnung der Platine. So kann das Kraftübertragungselement beispielsweise zumindest zum Teil innerhalb dieser kreisförmigen Aussparung angeordnet sein und mit dem Gehäuse koppeln. Durch den größeren Durchmesser der Aussparung kann auch hier wieder ermöglicht werden, eine Schraube mit einem Schraubenkopf in die Durchgangsöffnung der Platine einzuführen, so dass der Schraubenkopf das Gehäuse nicht kontaktiert. Insbesondere kann die Schraube derart in die Durchgangsöffnung eingeführt werden, dass der Schraubenkopf innerhalb der kreisförmigen Aussparung des Gehäuses angeordnet ist und nicht über das Gehäuse hinausragt.
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Weiterhin kann das Gehäuse auch derart an der ersten Seite der Platine angeordnet sein, dass das Gehäuse einen horizontalen Abstand zu der mindestens einen Durchgangsöffnung der Platine aufweist, wobei eine horizontale Ebene durch die Platine definiert ist. Beispielsweise kann die Verschraubung des Gehäuses mit der Platine an einem Rand der Platine erfolgen, wobei das Gehäuse einen gewissen Abstand vom Rand der Platine hat, insbesondere ist der Abstand wiederum so bemessen, dass der Schraubenkopf beim Verschrauben das Gehäuse nicht kontaktiert und die Fixierung des Gehäuses durch das mit dem Gehäuse gekoppelten Kraftübertragungselement bewirkt wird.
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Gemäß der Erfindung ist das Kraftübertragungselement als Hutscheibe aus einem metallischen Material ausgebildet, wobei die Hutscheibe ein kreisförmiges Grundelement umfasst, das eine Durchgangsöffnung aufweist, eine zylinderförmige Seitenfläche, die am Grundelement angeordnet ist, und ein Randelement, das an der Seitenfläche angeordnet ist. Dabei ist die Hutscheibe derart in der Aussparung des Gehäuses angeordnet, dass das Grundelement an der Platine kontaktierend angeordnet ist, und wobei das Randelement derart ausgebildet ist, dass es das Gehäuse auf der der Platine abgewandten Seite kontaktiert.
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Bevorzugt ist dabei die Durchgangsöffnung des Grundelements der Hutscheibe derart angeordnet, dass eine Schraube in die Durchgangsöffnung des Grundelements und die Durchgangsöffnung der Platine einführbar ist.
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Die Hutscheibe ist dabei bevorzugt so bemessen, dass beim Einführen einer Schraube in die Durchgangsöffnung des Grundelements und der Platine und insbesondere beim Festschrauben der Schraube der Schraubenkopf innerhalb der Hutscheibe angeordnet ist und das Grundelement kontaktiert. So ist die Anpresskraft der Schraube auf die metallische Hutscheibe, insbesondere auf deren Grundelement übertragbar und bewirkt ein Zusammenpressen der Platine und beispielsweise eines Montageelements, wie eines Kühlkörpers, auf dem das LED-Modul angeordnet werden kann. So wirken diese Anpresskräfte nur über metallische Materialien, die bei Erwärmung nicht relaxieren oder in ihrer Festigkeit nachgeben, wodurch eine temperaturfeste Verbindung, insbesondere zwischen der Platine und einem Kühlkörper, geschaffen werden kann. Weiterhin ist die Hutscheibe so ausgebildet, dass ihr Randelement an der Öffnung der Aussparung des Gehäuses auf das Gehäuse greift, insbesondere dieses von oben, d. h. auf der der Platine abgewandten Seite, um die Aussparung des Gehäuses herum kontaktiert und somit beim Festschrauben der Schraube so mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dass eine Anpresskraft von der Hutscheibe, insbesondere von deren Randelement von oben auf das Gehäuse übertragbar ist, wodurch dieses fixierbar ist. Zum einen ist dabei eine Kraft übertragbar, die vom Gehäuse in Richtung Platine gerichtet ist, wodurch das Gehäuse in einer Richtung senkrecht zur Platinenfläche fixierbar ist. Zum anderen wird beim Festschrauben der Schraube in der Hutscheibe auch die Hutscheibe fixiert, d. h. durch die Kopplung der Hutscheibe mit dem Gehäuse, insbesondere durch die Anordnung der Hutscheibe zumindest zum Teil in der Aussparung des Gehäuses, ist somit auch das Gehäuse in horizontaler Richtung fixierbar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das kreisförmige Grundelement einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser der kreisförmigen Aussparung des Gehäuses, und die zylinderförmige Seitenfläche einen Durchmesser, der vom Grundelement zum Randelement hin zunimmt.
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Insbesondere ist das Kraftübertragungselement derart ausgebildet, dass die Befestigungsanordnung Toleranzbereiche aufweist. Durch die konische Ausbildung der Hutscheibe, die sich von ihrem Randelement zum Grundelement hin verjüngt, wird ein einfaches Einsetzen der Hutscheibe in die Aussparung des Gehäuses ermöglicht. Durch das Anziehen einer in die Durchgangsöffnungen der Hutscheibe und der Platine eingeführten Schraube wird eine Verspannung der Hutscheibe bewirkt und somit eine feste Verbindung zwischen Gehäuse und Platine bewerkstelligt, ohne dass ein passgenaues Einsetzen durch aufwendige Herstellungsverfahren, wie bei der Verwendung von Metallhülsen, erforderlich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hutscheibe an einer Außenseite der Seitenfläche ein ringförmiges Befestigungselement auf, das in eine ringförmige Vertiefung an einer Innenseite der Aussparung des Gehäuses derart einführbar ist, dass die Hutscheibe am Gehäuse befestigbar ist. So kann die Hutscheibe einfach in die Aussparung des Gehäuses eingeklipst werden. Weiterhin ist so auch eine Befestigung der Hutscheibe am Gehäuse, insbesondere in dessen Aussparung möglich, ohne zur Fixierung der Hutscheibe eine Schraube festschrauben zu müssen. Dies ist vorteilhaft, falls beispielsweise eine Verschraubung des LED-Moduls mit einem Montageelement erst später, z. B. nach Auslieferung eines solchen Moduls an einen Kunden, erfolgen soll.
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Gemäß der Erfindung ist das Kraftübertragungselement an einer Seite des Gehäuses angeordnet, die der Platine zugewandt ist, wobei das Kraftübertragungselement einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist und über eine Begrenzung des Gehäuses hinausragt, wobei die Platine mindestens eine Aussparung in Form einer Nut im Bereich der Durchgangsöffnung der Platine aufweist, und wobei das Kraftübertragungselement derart ausgebildet ist, dass es in der Nut anordenbar ist.
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Das Kraftübertragungselement kann dabei beispielsweise als Zunge ausgebildet sein. Weiterhin können so auch das Gehäuse und das Kraftübertragungselement aus dem selben Material gefertigt sein. Insbesondere können das Gehäuse und das Kraftübertragungselement mit einfachen Spritzgusswerkzeugen gefertigt werden ohne dass Hinterschnitte nötig sind. Darüber hinaus werden so keine zusätzlichen metallischen Elemente wie Metallhülsen benötigt und so die Herstellungskosten noch weiter gesenkt.
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Gemäß der Erfindung ist beim Einführen einer Schraube mit einem Schraubenkopf in die Durchgangsöffnung der Platine, mittels des Schraubenkopfes die Platine und das Kraftübertragungselement kontaktierbar.
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Dabei ist die Nut derart im Bereich der Durchgangsöffnung der Platine angeordnet und das Kraftübertragungselement in der Nut angeordnet, dass das Kraftübertragungselement durch den Schraubenkopf einer in die Durchgangsöffnung eingeführten Schraube kontaktierbar ist. Beispielsweise kann sich die Nut mit einem Ende bis zur Durchgangsöffnung der Platine erstrecken, wobei das Kraftübertragungselement derart in der Nut angeordnet ist, dass es sich ebenfalls mit einem Ende bis zur Durchgangsöffnung erstreckt. Darüber hinaus kann die Platine auch eine Nut an mehreren Seiten der Durchgangsöffnung aufweisen, so dass ein Gehäuse auf mehreren Seiten der Durchgangsöffnung der Platine fixierbar ist, dadurch dass das Gehäuse mehrere Kraftübertragungselemente aufweist, die jeweils in den Nuten im Bereich der Durchgangsöffnung angeordnet sind. Das Gehäuse kann dabei auch eine Aussparung um die Durchgangsöffnung der Platine herum aufweisen, wobei mehrere Kraftübertragungselemente, die im Bereich dieser Aussparung am Gehäuse angeordnet sind, in auf die Durchgangsöffnung zulaufenden Nuten der Platine angeordnet sind.
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Weiterhin ist es durch die Anordnung des als Zunge ausgebildeten Kraftübertragungselements in einer Nut oder einem Langloch der Platine möglich, die Befestigungsanordnung so auszubilden, dass kein Höhenversatz zwischen der Platine und dem Kraftübertragungselement besteht, so dass beim Einführen einer Schraube in die Durchgangsöffnung der Platine und beim Festschrauben der Schraube deren Schraubenkopf gleichzeitig die Platine und das Kraftübertragungselement kontaktiert. So übt der Schraubenkopf eine Anpresskraft auf die Platine aus um diese fest an einem Montageelement befestigen zu können, wobei die Kraft wieder nur über metallisches Material, das der Platine und beispielsweise das eines Kühlkörpers, wirkt, wodurch eine temperaturfeste Verbindung geschaffen wird. Des Weiteren wird so auch eine Anpresskraft vom Schraubenkopf auf das Kraftübertragungselement übertragen. Durch die Kopplung des Kraftübertragungselements mit dem Gehäuse, insbesondere durch die Befestigung des Kraftübertragungselements an der Unterseite des Gehäuses und der einstückigen Ausbildung des Gehäuses und des Kraftübertragungselements, wirkt so die Anpresskraft auch auf das Gehäuse, das somit an der Platine fixierbar ist. Dabei wird das Gehäuse zum einen in einer Richtung senkrecht zur Platinenfläche fixiert, zum anderen wird durch die Fixierung des Kraftübertragungselements unter dem Schraubenkopf und der Kopplung des Kraftübertragungselements mit dem Gehäuse auch eine Fixierung des Gehäuses in horizontaler Richtung bewerkstelligt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Nut derart ausgebildet, dass die Durchgangsöffnung der Platine in der Nut der Platine angeordnet ist, wobei das Kraftübertragungselement, das in der Nut anordenbar ist, eine Durchgangsöffnung aufweist, die so ausgebildet ist, dass eine Schraube mit einem Schraubenkopf in die Durchgangsöffnung des Kraftübertragungselements und in die Durchgangsöffnung der Platine einführbar ist, wobei die Nut eine Breite aufweist, die kleiner ist als der Durchmesser des Schraubenkopfes, so dass mittels des Schraubenkopfes die Platine und das Kraftübertragungselement kontaktierbar ist.
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Bevorzugt kann das Kraftübertragungselement auch geringfügig dünner als die Platine ausgebildet sein. Damit wirkt der Schraubenkopf lediglich als mechanische Verriegelung für das Kraftübertragungselement, die ein Herausfallen des Gehäuses verhindert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Kraftübertragungselement Deformationselemente auf, die elastisch ausgebildet sind. Diese können an der der Platine zugewandten oder abgewandten Seite angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise können die Deformationselemente als elastische Stege ausgebildet sein.
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Dadurch wird bewerkstelligt, dass auch hier kein passgenaues Einsetzen des Kraftübertragungselements mehr erforderlich ist. Durch die elastischen Deformationselemente kann bei einem Festschrauben einer Schraube ein möglicher Höhenversatz, beispielsweise herstellungsbedingt, zwischen dem Kraftübertragungselement und der Platine durch Deformation der Deformationselemente ausgeglichen werden. Alternativ kann das Kraftübertragungselement auch aus einem Material gebildet sein, dass eine ausreichende Deformation erlaubt, um einen Höhenversatz zwischen Platine und Kraftübertragungselement auszugleichen. Insbesondere ist das Kraftübertragungselement auch hier derart ausgebildet, dass die Befestigungsanordnung Toleranzbereiche aufweist. So ist auch hier kein passgenaues Einsetzen, wie bei Metallhülsen, erforderlich, was die Herstellungskosten einer derartigen Befestigungsanordnung reduziert.
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Des weiteren können auch alle beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, insbesondere kann die Befestigungsanordnung mehrere Kraftübertragungselemente aufweisen, die zum einen als Zunge am Gehäuse und zum anderen als Hutscheibe ausgebildet sind und zur Befestigung des Gehäuses an der Platine und zur Befestigung der Platine an einem Montageelement an mehreren Stellen des Moduls dienen können.
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Eine Befestigungsanordnung, die nicht von der Erfindung umfasst ist, zur Befestigung eines Gehäuses eines LED-Moduls an einer Platine des LED-Moduls, umfasst eine Platine, die zumindest teilweise aus einem metallischen Material gebildet ist und ein Gehäuse, das aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, wobei das Gehäuse zumindest zum Teil kontaktierend an einer ersten Seite der Platine angeordnet ist. Weiterhin weist die Befestigungsanordnung mindestens ein elastisch ausgebildetes Verbindungselement auf, das am Gehäuse angeordnet ist. Darüber hinaus weist die Platine an einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, mindestens eine Aussparung auf, wobei das Verbindungselement derart ausgebildet ist, dass es an der zweiten Seite der Platine in der mindestens einen Aussparung einhakbar ist. Insbesondere kann das Verbindungselement hakenförmig, bevorzugt als Schnapphaken, ausgebildet sein. Des Weiteren ist die Aussparung bevorzugt derart ausgebildet, dass die Platine auf einer Montagefläche anordenbar ist, insbesondere so, dass die Verbindungselemente, die an der Unterseite der Platine in der Aussparung einhaken, nicht über die Unterseite der Platine hinausstehen.
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Auch dies stellt eine kostengünstige und wieder lösbare Befestigungsanordnung eines Gehäuses eines LED-Moduls an einer Platine bereit.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung weist eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zur Befestigung eines LED-Moduls an einem Montageelement und Fixierung eines Gehäuses des LED-Moduls an einer Platine oder eines ihrer Ausgestaltungsvarianten gemäß einem ersten Aspekt auf und weiterhin eine erfindungsgemäße Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Gehäuses eines LED-Moduls an einer Platine. So kann das Gehäuse mit elastischen Verbindungselementen an der Platine befestigt werden, beispielsweise für den Transport des LED-Moduls, und zusätzlich kann durch Verschraubung das LED-Modul an einer Montagefläche, wie einem Kühlkörper, befestigt werden, beispielsweise nach dem Transport des LED-Moduls.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1a eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung mit einer Hutscheibe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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1b eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung mit einer Hutscheibe und einem Befestigungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung mit einem als Zunge ausgebildeten Kraftübertragungselement in einer Nut der Platine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die in 2a dargestellte Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3a schematische Darstellung einer ersten Ausbildungsform der Zunge einer Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3b schematische Darstellung einer zweiten Ausbildungsform der Zunge einer Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3c schematische Darstellung einer dritten Ausbildungsform der Zunge einer Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3d schematische Darstellung einer vierten Ausbildungsform der Zunge einer Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3e schematische Darstellung einer fünften Ausbildungsform der Zunge einer Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung mit einem als Zunge ausgebildeten Kraftübertragungselement und einem mehrseitig an der Durchgangsöffnung der Platine angeordneten Gehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung mit einem als Zunge ausgebildeten Kraftübertragungselement mit Deformationselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6a eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Gehäuses an einer Platine mittels elastischen Verbindungselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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6b eine schematische und perspektivische Darstellung der in 6a dargestellten Befestigungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1a zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10a mit einer Hutscheibe 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist auf einer Platine 11, beispielsweise einer Metallkernplatine, oberseitig ein Gehäuse 12 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoff, angeordnet. Die Platine 11 kann dabei eine Schicht aus einem Wärmeleitmaterial 24 umfassen, beispielsweise in Form einer Folie oder einer Wärmeleitpaste. Um die Platine 11 an einem Montageelement, wie beispielsweise einem Kühlkörper, befestigen zu können, weist die Platine eine Durchgangsöffnung auf, in die eine Schraube 17 zum Verschrauben der Platine 11 mit dem Kühlkörper einführbar ist. An der Stelle dieser Durchgangsöffnung weist das Gehäuse 12 eine Aussparung auf, die bevorzugt kreisförmig ausgebildet ist. In diese Aussparung kann eine Hutscheibe 13 aus Metall eingesetzt werden, so dass das Grundelement 14 der Hutscheibe 13, das ebenfalls kreisförmig ausgebildet ist, die Platine 11 kontaktiert. Die Seitenfläche 15 der Hutscheibe 13 ist zylinderförmig ausgebildet und weist an ihrer Oberseite bezüglich der abgebildete Darstellung ein Randelement 16 auf, das so ausgebildet ist, dass es das Gehäuse 12 an seiner Oberseite, d. h. der Seite, die der Platine 11 abgewandt ist, kontaktiert. Weiterhin weist auch das Grundelement 14 der Hutscheibe 13 eine Durchgangsöffnung auf, die über der Durchgangsöffnung der Platine 11 liegt, bevorzugt kreisförmig und mit in etwa dem selben Durchmesser wie die Durchgangsöffnung der Platine 11 ausgebildet ist, so dass eine Schraube 17 in diese Durchgangsöffnung und gleichzeitig in die Durchgangsöffnung der Platine 11 einführbar ist. Des Weiteren ist die Hutscheibe 13 so ausgebildet, dass beim Einführen einer Schraube 17 mit einem Schraubenkopf 18, der Schraubenkopf 18 das Grundelement 14 der Hutscheibe 13 kontaktiert. Der Schraubenkopf 18 übt somit beim Festschrauben der Schraube 17 eine Kraft auf die Hutscheibe 13, insbesondere deren Grundelement 14 aus, wobei die Hutscheibe 13 diese Kraft zum einen auf die Platine 11 überträgt und diese somit an beispielsweise einen Kühlkörper angepresst wird, mit dem die Platine 11 verschraubt werden kann. Zum anderen überträgt die Hutscheibe 13 über das Randelement 16 der Hutscheibe 13, das auf die Oberseite des Gehäuses 12 greift, eine Anpresskraft auf das Gehäuse 12, das somit gleichzeitig an der Platine 11 fixiert werden kann. Auch bei Erwärmung des LED-Moduls, wie im Betrieb üblich, bleibt das Gehäuse 12 auch bei Relaxation des elektrisch isolierenden Materials noch fixiert und gleichzeitig wird eine thermisch feste Verbindung zwischen der Platine 11 und einem Montageelement, mit dem es verschraubt werden kann, gewährleistet, da die Kraftwirkung der Schraube 17 nur über metallisches Material, wie das der Hutscheibe 13, der Platine 11 und des Kühlkörpers, übertragen wird, das bei Erwärmung nicht relaxiert. Weiterhin kann die Hutscheibe 13 leicht konisch ausgeformt sein, insbesondere kann der Durchmesser der zylinderförmigen Seitenfläche vom Grundelement 14 zum Randelement 16 der Hutscheibe 13 hin größer werden, was ein leichteres Einsetzen der metallischen Hutscheibe 13 in die Aussparung des Gehäuses 12 ermöglicht und somit die Herstellungskosten eines solchen LED-Moduls reduziert, da ein passgenaues Einsetzen, wie bei einer Metallhülse, nicht erforderlich ist.
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1b zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10a wie in 1a, wobei die Hutscheibe 13 ein Befestigungselement 19 an der Außenseite ihrer Seitenfläche 15 aufweist. Dieses ist bevorzug als Ring ausgebildet. Weiterhin weist das Gehäuse 12 an der Innenseite der Aussparung auch eine ringförmige Vertiefung oder eine Nut auf, so dass die Hutscheibe 13 mittels dieses Befestigungselements 19 am Gehäuse 12 befestigt werden kann, beispielsweise durch Einklipsen der Hutscheibe 13 in die Aussparung des Gehäuses 12.
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2a zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10a mit einem als Zunge 20 ausgebildeten Kraftübertragungselement in einer Nut der Platine 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kraftübertragungselement kann dabei aus dem selben Material wie das Gehäuse gebildet sein und einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein. Auch dies ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung eines solchen LED-Moduls, da das Gehäuse 12 und das Kraftübertragungselement als ein Stück mit einfachen Spritzgusswerkzeugen und ohne Hinterschnitte herstellbar sind und keine weiteren Befestigungselemente wie zusätzliche Metallhülsen erforderlich sind. In diesem Beispiel ist die Nut oder das Langloch in der Platine 11 so angeordnet, dass es von unterhalb des Gehäuses 12 bis zur Durchgangsöffnung der Platine 11 reicht. Das Kraftübertragungselement, insbesondere die Zunge 20, ist an der Unterseite des Gehäuses 12 angeordnet, d. h. auf der der Platine 11 zugewandten Seite, und zwar so, dass das Kraftübertragungselement in der Nut der Platine 11 angeordnet ist. Beim Einführen einer Schraube 17 mit einem Schraubenkopf 18 in die Durchgangsöffnung, insbesondere beim Festschrauben der Schraube 17 kontaktiert der Schraubenkopf 18 das Kraftübertragungselement. Dadurch dass das Kraftübertragungselement am Gehäuse befestigt ist, und insbesondere mit diesem einstückig ausgebildet ist, wird die Anpresskraft vom Schraubenkopf 18 auf das Kraftübertragungselement und somit auch auf das Gehäuse 12 übertragen, wodurch das Gehäuse 12 an der Platine 11 fixierbar ist. Weiterhin kontaktiert der Schraubenkopf 18 auch die Platine 11, wodurch eine Kraft von der Platine 11 direkt auf das mit der Platine 11 zu verschraubende Montageelement ausgeübt werden kann. Der Kraftübertrag erfolgt wiederum großteils über metallisches Material, so dass eine temperaturfeste Verbindung, beispielsweise zwischen dem LED-Modul und einem Kühlkörper geschaffen werden kann. Vorzugsweise ist das Kraftübertragungselement leicht deformierbar, so dass das Gehäuse sicher gehalten werden kann, ohne den Kraftübertrag auf die Platine zu beeinflussen. Die Zunge kann auch geringfügig dünner als die Platine ausgeführt sein, damit wirkt der Schraubenkopf lediglich als mechanische Verriegelung für das Kraftübertragungselement, die ein Herausfallen des Gehäuses verhindert.
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2b zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf die in 2a dargestellte Befestigungsanordnung 10a gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 3a bis 3e zeigen mögliche Ausgestaltungsvarianten des als Zunge 20 ausgebildeten Kraftübertragungselements. Der dunkle Bereich der abgebildeten Zungen 20 kennzeichnet den Bereich der Zunge 20, der am Gehäuse 12 angeordnet ist. Dabei kann das Gehäuse 12 einseitig am Kraftübertragungselement angeordnet sein, wie in 3a bis 3c oder auch beidseitig wie in 3d und 3e. Bei einer Beidseitigen Anordnung des Gehäuses 12 kann das Gehäuse 12 beispielsweise eine Aussparung aufweisen, beispielsweise eine kreisförmige um die Durchgangsöffnung der Platine 11 herum oder auch eine andersförmige wie beispielsweise eine rechteckige. Das Gehäuse 12 kann aber auch wie in 2b ausgebildet sein, wobei ein derartiges Gehäuse 12 auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung der Platine 11 angeordnet sein kann. Weiterhin kann das Kraftübertragungselement auch derart ausgebildet sein, dass eine mehr als zweiseitige Anordnung des Gehäuses 12 am Kraftübertragungselement möglich ist, beispielsweise mit einem kreuzförmigen Kraftübertragungselement. Darüber hinaus kann das Kraftübertragungselement ebenfalls eine Durchgangsöffnung aufweisen, wie in 3c bis 3e dargestellt, wobei die Zunge 20 und die Nut der Platine 11, in der die Zunge 20 angeordnet ist, in ihrer Breite schmaler ausgestaltet sind als ein Durchmesser eines Schraubenkopfes einer in die Durchgangsöffnung einzuführenden Schraube 17, um zu gewährleisten, dass beim Festschrauben der Schraube 17 der Schraubenkopf 18 sowohl die Zunge 20 als auch die Platine 11 kontaktiert. Weiterhin kann die Zunge 20 auch mit einer Aussparung, insbesondere einer kreisbogenförmigen, an der der Durchgangsöffnung der Platine 11 zugewandten Seite ausgebildet sein, wie in 3b, oder auch ohne Aussparung wie in 3a.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10a mit einem als Zunge 20 ausgebildeten Kraftübertragungselement und einem mehrseitig an der Durchgangsöffnung der Platine 11 angeordneten Gehäuse 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei kann das Kraftübertragungselement beispielsweise wie in 3e ausgebildet sein, mit einer Durchgangsöffnung und beidseitiger Befestigungsmöglichkeit des Gehäuses 12 oder das Gehäuse 12 kann auf beiden Seiten der Durchgangsöffnung der Platine 11 jeweils an einem Kraftübertragungselement wie in 3a oder 3b angeordnet sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10a mit einem als Zunge 20 ausgebildeten Kraftübertragungselement mit Deformationselementen 21 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Deformationselemente 21 können dabei beispielsweise als Spitzen und/oder Stege ausgebildet sein, die bei der Verschraubung deformiert werden und so das Gehäuse 12 wackelfrei halten ohne den Kraftschluss auf die Platine 11 wesentlich zu vermindern. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein möglicher Höhenversatz zwischen der Zungenoberfläche und der Platinenoberfläche beim Verschrauben durch die Anpresskraft eines Schraubenkopfes auf die Zunge 20 und durch die daraus resultierende Deformation der Deformationselemente 21 ausgeglichen werden kann.
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6a zeigt eine schematische Darstellung einer Befestigungsanordnung 10b, die nicht von der Erfindung umfasst ist, zur Befestigung eines Gehäuses 12 an einer Platine 11 mittels elastischen Verbindungselementen 22. die Verbindungselemente 22 können dabei hakenförmig, insbesondere als Schnapphaken, ausgebildet sein. Durch die elastische Ausbildung der Verbindungselemente 22 kann so das Gehäuse 12 einfach an die Platine 11 angeklipst werden. Die Verbindungselemente 22 sind dabei seitlich am Gehäuse 12 angeordnet und sind in einer Aussparung der Platine 11 an der dem Gehäuse 12 abgewandten Seite der Platine 11 einhakbar. Insbesondere weist die Platine 11 in ihrer Aussparung Anlageflächen 23 auf, an denen die Haken der Verbindungselemente 22 anliegen. Die Aussparung der Platine 11 ist dabei so ausgebildet, dass die Verbindungselemente 22 unterseitig nicht über die Platine 11, insbesondere der dem Gehäuse 12 abgewandten Seite der Platine 11 hinausstehen, um eine bündige Anordnung der Platine 11 auf einem Montageelement, wie einem Kühlkörper, zu ermöglichen. In 6b ist die in 6a dargestellte Befestigungsanordnung 10b zur besseren Veranschaulichung noch mal perspektivisch dargestellt, wobei das Gehäuse 12 seitlich jeweils exemplarisch drei Verbindungselemente 22 aufweist.
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Insgesamt wird so eine Befestigungsanordnung bereitgestellt, die eine thermisch gute Verbindung zwischen einem LED-Modul und einem Kühlkörper ermöglicht sowie eine gleichzeitige Fixierung des Gehäuses des LED-Moduls an der Platine. Weiterhin stellt die Befestigungsanordnung eine wieder lösbare Verbindungsmöglichkeit dar, was eine einfache Montage und Demontage ermöglicht. Darüber hinaus ist durch die Ausbildung des Verbindungselements und/oder des Kraftübertragungselements sowie dessen Kopplung mit dem Gehäuse die Herstellung einer solchen Befestigungsanordnung wesentlich günstiger, da kein passgenaues Einsetzen dieser Elemente, wie bei Metallhülsen, erforderlich ist.
