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Die Erfindung betrifft ein Lichtsystem, zum Beispiel mit einem Leuchtmittel, das von elektronischen Komponenten angesteuert wird.
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Das Leuchtmittel und die elektronischen Komponenten können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. In der Anmeldung wird der Begriff „elektronische Komponente” für alle Arten von elektrischen Komponenten benutzt. Er ist nicht auf Komponenten beschränkt, denen Halbleiter zugrundeliegen und umfasst zum Beispiel auch Kondensatoren. Die Verlustwärme des Leuchtmittels kann zu einer Erwärmung der elektronischen Komponenten führen. Die Erwärmung kann zu einer Begrenzung der Lebensdauer der elektronischen Komponenten führen.
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Um dieses Problem zu lösen, kann die Leiterplatte, auf der die elektronischen Komponenten montiert sind, mit einer Wärmesenke verbunden werden. Im Allgemeinen sind dazu jedoch teure Wärmekoppelmaterialien (Thermal Interface Material, TIM) erforderlich. Es können auch elektronische Komponenten eingesetzt werden, die für höhere Temperaturen ausgelegt sind. Derartige elektronische Komponenten sind jedoch teuer. Alternativ oder ergänzend kann die Leistung des Leuchtmittels reduziert werden, um die Verlustwärme zu reduzieren. Dies schränkt jedoch den Anwendungsbereich des Lichtsystems stark ein.
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Die
EP 2 267 361 A1 sowie die
DE 10 2008 038 857 A1 zeigen Stand der Technik für Lichtsysteme mit zwei sich in der Draufsicht nicht überlappenden Leiterplatten, bei denen eine erste Leiterplatte ein Leuchtmittel trägt und die zweite Leiterplatte eine elektronische Komponente zum Betrieb des Leuchtmittels.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lichtsystem anzugeben, mit dem das obige Problem gelöst wird.
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Die Erfindung stellt ein Lichtsystem bereit, aufweisend ein Gehäuse mit einem Boden, der ein Durchgangsloch aufweist, eine Wärmesenke, die an dem Gehäuse befestigt ist, wobei die Wärmesenke eine Erhöhung aufweist, die das Durchgangsloch des Gehäuses durchquert und auf der ein Wärmekoppelmaterial angeordnet ist, eine erste Leiterplatte, die in dem Gehäuse auf dem Wärmekoppelmaterial angeordnet ist, eine zweite Leiterplatte, die in dem Gehäuse angeordnet ist, die an dem Gehäuse befestigt ist, die elektrisch mit der ersten Leiterplatte verbunden ist und die eine Aussparung aufweist, in der die erste Leiterplatte angeordnet ist, wobei die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte zueinander einen Abstand (A) aufweisen, so dass ein Zwischenraum gebildet wird, der mit einem thermischen Isolator gefüllt ist (anders ausgedrückt, kann der Mindestabstand mit einem thermischen Isolator, insbesondere Luft oder einem anderen wärmeisolierenden Material wie z. B. Kunststoff, gefüllt sein), wobei in einer Draufsicht senkrecht zu einer Hauptebene der ersten Leiterplatte oder in einer Draufsicht senkrecht zu einer Hauptebene der zweiten Leiterplatte sich die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte nicht überlappen, mindestens ein Leuchtmittel, das auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, und mindestens eine elektronische Komponente zum Betreiben des Leuchtmittels, die auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist.
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Mit dem Begriff ”Hauptebene” werden insbesondere die Flächen der Leiterplatten bezeichnet, die flächenmäßig am größten sind.
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Durch den Abstand zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte wird ein Wärmefluss von der ersten Leiterplatte zu der zweiten Leiterplatte reduziert. Die elektronischen Komponenten auf der zweiten Leiterplatte werden so durch die Verlustwärme des Leuchtmittels weniger erhitzt. Da sich die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte in der Draufsicht senkrecht zu den Hauptebenen nicht überlappen, kann die Bauhöhe des Lichtsystems reduziert werden.
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Wenn die erste Leiterplatte in der Aussparung in der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, kann das Lichtsysteme sehr flach gebaut werden.
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Das Gehäuse kann das Lichtsystem verkleiden und schützen. Weiter kann es, falls es elektrisch isolierend ausgeführt ist, einen Schutz vor gefährlichen Spannungen bieten.
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Durch die Erhöhung der Wärmesenke können zum Beispiel Bauteile auf beiden Seiten der zweiten Leiterplatte angeordnet werden. Gleichzeitig kann der Abstand zwischen dem Boden des Gehäuses und der Wärmesenke vergrößert werden, wodurch die thermische Isolation verbessert werden kann.
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In einer Weiterbildung weist der thermische Isolator Luft auf.
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Luft ist ein ausgezeichneter thermischer Isolator. Der Abstand kann zum Beispiel ohne besonderen Aufwand durch Umgebungsluft gefüllt sein.
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Es ist zweckmäßig, wenn die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch wird eine sehr kompakte Anordnung mit niedriger Bauhöhe ermöglicht.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der Mindestabstand A zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte zwischen 0,5 und 3 mm, bevorzugt 1 mm beträgt. Dadurch wird zum einen eine gute thermische wie auch elektrische Isolation erzielt, zum anderen bleiben aber die Abmessungen der Anordnung hinreichend kompakt.
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In einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung sind die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte in einer Richtung senkrecht zu mindestens einer Hauptebene einer der Leiterplatten mit einem Abstand von 0,25 bis 1 mm, bevorzugt von 0,5 mm beabstandet angeordnet. Dadurch wird ein hinreichend großer Abstand zwischen den Platten erzielt ohne die Abmessungen in den Richtungen der Hauptebenen der Platten zu vergrößeren. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn bei einem Versatz in z-Richtung der Mindestabstand A zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte in jeder parallel zu einer der Hauptebenen der Leiterplatten liegenden Richtung zwischen 0,25 mm und 1 mm, bevorzugt 0,5 mm beträgt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Mindestabstand A zwischen zwei in eine zur Hauptebene mindestens einer der Leiterplatten parallelen Ebene (Projektionsebene) projizierten Abbildungen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte in der Projektionsebene zwischen 0,5 und 3 mm, bevorzugt 1 mm beträgt. Dadurch wird bei kompakten Abmessungen in den Richtungen der Hauptebenen ein ausreichend großer Abstand zwischen den Leiterplatten hergestellt, der eine gute thermische und elektrische Isolationswirkung bietet.
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In einer Weiterbildung kann ferner die zweite Leiterplatte in dem Gehäuse positioniert werden.
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Eine Weiterbildung weist ferner eine Halterung auf, wobei die Halterung in dem Gehäuse angeordnet ist, und mit der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte gekoppelt ist.
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Da die Halterung sowohl mit der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte gekoppelt ist, kann sie diese zueinander ausrichten.
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Die Befestigung des Gehäuses an der Wärmesenke erlaubt es, über die Halterung, die dem Gehäuse angeordnet ist, die erste Leiterplatte an die Wärmesenke anzudrücken.
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Eine Weiterbildung weist ferner mindestens ein Kontaktelement auf, wobei das mindestens eine Kontaktelement an der Halterung befestigt ist und eingerichtet ist, um mindestens eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte herzustellen.
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Mit dem Anordnen der Halterung in dem Gehäuse kann gleichzeitig über das Kontaktelemente eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte hergestellt werden, da das Kontaktelemente an der Halterung befestigt ist.
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Eine Weiterbildung weist ferner mindestens ein optisches Element auf, wobei das mindestens eine optische Element durch die Halterung fixiert werden kann und eingerichtet ist, um eine Strahlung des Leuchtmittels zu formen.
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Mit dem Anordnen der Halterung in dem Gehäuse kann gleichzeitig das optische Element insbesondere mit Bezug auf das Leuchtmittel ausgerichtet werden.
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Eine andere Weiterbildung weist ferner mindestens ein Anpresselement auf, wobei das mindestens eine Anpresselement an der Halterung befestigt ist und eingerichtet ist, um die erste Leiterplatte an eine Wärmesenke anzudrücken.
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Mit dem Anordnen der Halterung in dem Gehäuse kann gleichzeitig die erste Leiterplatte an die Wärmesenke an gedrückt werden. Eine separate Befestigung der ersten Leiterplatte an die Wärmesenke kann entfallen.
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In noch einer Weiterbildung ist ferner mindestens ein erstes Positionierelement vorgesehen, wobei das mindestens eine erste Positionierelement an der Halterung befestigt ist und eingerichtet ist, um die erste Leiterplatte bezüglich der zweiten Leiterplatte, beispielsweise bezüglich der Aussparung, so zu positionieren, dass die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte zueinander den Mindestabstand aufweisen und das Kontaktelement die erste und die zweite Leiterplatte an den dafür vorgesehenen Kontakten miteinander verbindet.
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Über das erste Positionierelement kann mit dem Anordnen der Halterung in dem Gehäuse gleichzeitig die erste Leiterplatte bezüglich der zweiten Leiterplatte positioniert und elektrisch kontaktiert werden.
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In noch einer Weiterbildung wird mindestens ein Anpresselement von einem jeweiligen von dem mindestens einen ersten Positionierelement gebildet.
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Ein separates Anpresselement oder ein separates erstes Positionierelement ist in diesem Fall nicht erforderlich.
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Eine Weiterbildung weist ferner ein Isolationselement auf, wobei das Isolationselement zwischen dem Boden des Gehäuses und der Wärmesenke angeordnet ist.
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Das Isolationselement reduziert den Wärmefluss zwischen dem Boden des Gehäuses und der Wärmesenke. Die Temperatur der elektronischen Komponenten kann so reduziert werden.
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Eine weitere Weiterbildung weist ferner auf mindestens ein erstes magnetisch aktives Element, mindestens ein zweites magnetisch aktives Element, und eine Wärmesenke, wobei das mindestens eine erste magnetisch aktive Element an dem Gehäuse befestigt ist, und das Lichtsystem eingerichtet ist, um entweder eine zweite Seite der ersten Leiterplatte durch eine Magnetkraft zwischen dem mindestens einen ersten magnetisch aktiven Element und dem mindestens zweiten magnetisch aktiven Element an die Wärmesenke anzudrücken, oder das Gehäuse durch eine Magnetkraft zwischen dem mindestens einen ersten magnetisch aktiven Element und dem mindestens zweiten magnetisch aktiven Element an dem mindestens zweiten magnetisch aktiven Element zu befestigen.
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Über die Magnetkraft zwischen dem ersten magnetisch aktiven Element und dem zweiten magnetisch aktiven Element kann das Lichtsysteme auf einfache Weise positioniert werden.
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In noch einer Weiterbildung ist die Wärmesenke mit dem zweiten magnetisch aktiven Element mechanisch verbunden oder bildet einen Teil des zweiten magnetisch aktiven Elements.
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Auf diese Weise kann die Handhabung und die Anzahl der Bauteile reduziert werden.
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In einer Weiterbildung bilden das mindestens eine erste magnetisch aktive Element, das mindestens eine zweite magnetisch aktive Element und, falls vorhanden, ein Magnet einen Abstandhalter zwischen dem Isolationselement oder dem Boden des Gehäuses und der Wärmesenke.
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Mit der magnetischen Befestigung des Lichtsystems wird gleichzeitig ein Abstand, der zur weiteren thermischen Isolation von der Wärmesenke dient, hergestellt.
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In einer Weiterbildung ist die erste Leiterplatte eine Metallkern-Leiterplatte oder eine Keramik-Leiterplatte.
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Derartige Leiterplatten weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Verlustwärme des Leuchtmittels kann effektiv an die Wärmesenke abgeführt werden.
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In einer Weiterbildung ist die zweite Leiterplatte eine faserverstärkte Kunststoff-Leiterplatte.
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Faserverstärkte Kunststoff-Leiterplatten sind kostengünstig.
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In einer Weiterbildung ist die zweite Leiterplatte zweiseitig bestückt.
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Da die zweite Leiterplatte zweiseitig bestückt werden kann, können die Dimensionen des Lichtsystems reduziert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Ausführungsbeispiele einer ersten Leiterplatte und einer zweiten Leiterplatte;
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2A bis 2D ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems beim Zusammenbau;
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems in Vergrößerung;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems mit Wärmeflüssen;
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5A und 5B ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems mit einer magnetischen Befestigung.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung.
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In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Der Übersicht halber können nicht alle Elemente der Figuren mit eigenen Bezugszeichen versehen sein. Dies gilt insbesondere für Elemente, die identisch zu anderen Elementen sind. Die Beschreibung und Bezugszeichen können so für alle grafisch gleich dargestellten Elemente in gleicher Weise gelten.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100 mit einer ersten Leiterplatte 101 und einer zweiten Leiterplatte 102.
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Auf der ersten Leiterplatte 101 ist ein Leuchtmittel 106 vorgesehen. Das Leuchtmittel 106 kann eine Verlustleistung haben. Die Verlustleistung kann zu einer Temperaturerhöhung führen. Die erste Leiterplatte 101 kann temperaturbeständig sein und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Sie kann zum Beispiel eine Metallkernplatine oder eine Keramik, zum Beispiel aus Aluminium-Oxid (Al2O3) sein. Um die Temperaturerhöhung zu begrenzen, kann eine Wärmesenke 200 vorgesehen sein, die in Kontakt mit einer zweiten Seite 213 der ersten Leiterplatte 101 ist.
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Das Leuchtmittel 106 kann ein oder eine Vielzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen, wie zum Beispiel Leuchtdioden aufweisen. Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente können unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und können in Gruppen zusammengefasst sein, die separat ansteuerbar sind. Die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente können mit Silikon, vergossen werden. Das Silikon kann Streupartikel aufweisen, wodurch die unterschiedlichen Wellenlängen vorgemischt werden. Durch gezieltes Ansteuern der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente mithilfe von elektronischen Komponenten 112, die auf der zweiten Leiterplatte 102 angeordnet sein können, kann zum Beispiel die Helligkeit und das von dem Leuchtmittel 106 emittierte Lichtspektrum eingestellt werden. Die Halbleiterkörper der strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente können direkt auf der ersten Leiterplatte 101 angeordnet und verdrahtet werden (englisch: Chip an Board, CoB). Das Leuchtmittel 106 kann auch auf einer Waferebene hergestellt sein (Wafer Level Integration).
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Auf der ersten Leiterplatte 101 sind erste Kontakte 108 vorgesehen. Einige oder alle der ersten Kontakte 108 können zum Anschluss des Leuchtmittels 106 dienen. Erste Kontakte 108 können mit einer jeweiligen Gruppe von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen verbunden sein und diese mit Energie versorgen. Einer oder mehrere der ersten Kontakte 108 können auch mit einem jeweiligen Temperatursensor verbunden sein, so dass die Temperatur von zum Beispiel der ersten Leiterplatte 101 oder des Leuchtmittels 106 gemessen werden können.
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Die erste Leiterplatte 101 weist eine Kodierung 114 auf. Die Kodierung 114 kann zum Beispiel durch eine Position oder eine Anzahl oder beiden von einer oder mehreren Kerben oder Aussparungen, zum Beispiel an einer der Seiten der ersten Leiterplatte 101 realisiert sein. Durch die Kodierung 114 kann vermieden werden, dass eine erste Leiterplatte 101 mit einem nicht passenden Lichtsystem 100 oder einer nicht passenden zweiten Leiterplatte 102 betrieben wird und zum Beispiel aufgrund einer ungeeigneten Betriebsbedingung beschädigt wird.
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Die erste Leiterplatte 101 weist mindestens ein erstes Positionierelement 116 auf. In 1 sind zwei erste Positionierelemente 116 gezeigt, die in zwei sich diagonal gegenüberliegenden Ecken der ersten Leiterplatine 101 angeordnet sind. Es können auch eine andere Zahl von ersten Positionierelementen 116 verwendet werden, die auch an anderen Stellen angeordnet sein können. Sie können möglichst weit am Rand oder in den Ecken der ersten Leiterplatte 101 liegen. Das mindestens eine erste Positionierelement 116 kann zum Beispiel aus einem Loch, zum Beispiel einem Sackloch oder einem Durchgangsloch, mit einem Durchmesser D1 bestehen.
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Das Lichtsystem 100 kann mindestens ein zweites Positionierelement 118 aufweisen, welches in Kontakt mit einem jeweiligen ersten Positionierelement 116 steht. Die Anzahl der zweiten Positionierelemente 118 kann dabei der Anzahl der ersten Positionierelemente 116 entsprechen. In 1 sind zwei zweite Positionierelemente 118 gestrichelt gezeigt, die jeweils einem der zwei ersten Positionierelemente 116 zugeordnet sind.
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Mittels des oder der ersten und des oder der zweiten Positionierelemente 116, 118 kann die Position der ersten Leiterplatte 101 fixiert werden, zum Beispiel in Richtung der X-Achse oder der Y-Achse, in einer oder zwei Dimensionen. Das jeweilige zweite Positionierelemente 118 kann – wie gezeigt – dabei einen Durchmesser D2 aufweisen, der größer ist als der Durchmesser D1 des ersten Positionierelements 116. Ein Ende des zweiten Positionierelements 118 kann dabei den gleichen Durchmesser D1 wie das erste Positionierelement 116 aufweisen und in das erste Positionierelement 116 hinein gesteckt werden.
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Obwohl in 1 das erste Positionierelement 116 und das zweite Positionierelement 118 kreisförmig gezeigt sind, können sie auch andere, zum Beispiel rechteckige oder sechseckige Querschnitte, aufweisen. Das zweite Positionierelement 118 wird im Zusammenhang mit 2C weiter beschrieben. Es kann mit einem Anpresselement 216 verbunden oder durch dieses realisiert sein, welches die erste Leiterplatte 101 an eine Wärmesenke 200 andrückt. Das Anpresselement 216 wird im Zusammenhang mit 2C weiter beschrieben.
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Die zweite Leiterplatte 102 weist mindestens eine elektronische Komponente 112 auf. Die mindestens eine elektronische Komponente 112 kann zum Betreiben des Leuchtmittels 106 dienen. Sie kann zum Beispiel eine Helligkeit oder ein Farbspektrum des Leuchtmittels 106 steuern. Sie kann dabei die gemessene Temperatur eines Temperatursensors, der nicht in 1 eingezeichnet ist, berücksichtigen. Die mindestens eine elektronische Komponente 112 kann eine kleinere Verlustleistung als das Leuchtmittel 106 aufweisen. Die kleinere Verlustleistung führt zu einer kleineren Temperaturerhöhung. Die zweite Leiterplatte 102 kann aus einem faserverstärktem Kunststoff, wie zum Beispiel FR4, bestehen.
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Die zweite Leiterplatte 102 weist zweite Kontakte 110 auf. Jedem zweiten Kontakt 110 liegt ein jeweiliger erster Kontakt 108 gegenüber. Sie können entlang nur einer Seite oder Kante der ersten Leiterplatte 101 und entlang einer gegenüberliegen entsprechenden Seite oder Kante der zweiten Leiterplatte 102 angeordnet sein. Die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 können elektrisch miteinander verbunden werden, indem zum Beispiel die ersten Kontakte 108 mit den entsprechenden zweiten Kontakten 110 verbunden werden. Die Verbindung kann zum Beispiel mittels Drahtbondens oder mittels eines Kontaktelements, zum Beispiel einer Kontaktfeder, hergestellt werden. Die ersten Kontakte 108 und die zweiten Kontakte 110 können Lötpads sein.
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Die zweite Leiterplatte 102 weist eine Aussparung 104 auf, wobei die erste Leiterplatte 101 in der Aussparung 104 angeordnet ist. Die Aussparung 104 ist ein Durchgangsloch, d. h. ein Loch (auch bezeichnet als eine Öffnung), das von einer ersten Seite oder Oberfläche der zweiten Leiterplatte 102 zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite oder Oberfläche der zweiten Leiterplatte 102 reicht. Die Aussparung 104 kann die gleiche Geometrie wie die erste Leiterplatte 101 aufweisen. In 1 ist die Geometrie der ersten Leiterplatte 101 ein Rechteck und die Aussparung 104 ist ebenfalls ein Rechteck. Die erste Leiterplatte 101 und die Aussparung 104 können auch rund oder mit einer beliebigen Geometrie ausgeführt werden. Sie können auch zueinander verschiedene Geometrien aufweisen. Die Aussparung 104 kann in der zweiten Leiterplatte 102 mittig oder zentriert angeordnet sein. Die zweite Leiterplatte 102 kann auch U-förmig ausgeführt werden, wobei die erste Leiterplatte 101 in das U eingeführt werden kann. Die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 können auch nebeneinander, zum Beispiel in der X-Richtung oder der Y-Richtung oder in beiden Richtungen angeordnet sein. Die zweite Leiterplatte 102 braucht in diesem Fall keine Aussparung 104 für die erste Leiterplatte 101 aufweisen.
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Der Mindestabstand A kann in einer Ebene liegen, die durch die X-Achse und die Y-Achse aufgespannt wird. Er kann zum Beispiel über das erste Positionierelement 116 und das zweite Positionierelement 118 eingestellt werden, so dass ein Zwischenraum gebildet wird. Das zweite Positionierelement 118 kann dazu an die zweite Leiterplatte 102 gekoppelt sein, zum Beispiel über eine Halterung 214, an der das zweite Positionierelement 118 befestigt ist und über ein Gehäuse 202, in dem die zweite Leiterplatte 102 angeordnet ist.
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Der Mindestabstand A, oder anders ausgedrückt, der Zwischenraum, kann mit einem thermischen Isolator teilweise oder ganz gefüllt sein. Der thermische Isolator kann beispielsweise Luft sein, die das Lichtsystem 100 umgibt. Durch den Mindestabstand A ist die erste Leiterplatte 101 thermisch von der zweiten Leiterplatte 102 getrennt. Die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 können ohne Kontakt zueinander sein, das heißt, sie berühren sich nicht. Wärmeenergie, die von dem Leuchtmittel 106 auf der ersten Leiterplatte 101 erzeugt wird, wird nicht in dem gleichen Ausmaß an die zweite Leiterplatte 102 weitergeleitet, als wenn die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 nicht durch den Mindestabstand A voneinander thermisch getrennt sind. Die elektronischen Komponenten 112, die auf der zweiten Leiterplatte 102 angeordnet sind, können daher für geringere Temperaturen ausgelegt werden. Der Abstand A kann zwischen 0,5 und 3 mm liegen und bevorzugt 1 mm sein.
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Eine weitere Vergrößerung des Abstands der ersten Leiterplatte 101 von der zweiten Leiterplatte 102 kann durch einen Versatz der beiden Platinen in Z-Richtung realisiert werden, was in 2B näher beschrieben wird. Die Z-Richtung kann orthogonal, das heißt rechtwinklig zur X-Achse und zur Y-Achse sein. Bei einem Versatz in z-Richtung kann der Abstand A in der X-Richtung und der Y-Richtung im Bereich von 0,25 bis 1 mm liegen und kann bevorzugt 0,5 mm sein. Der Versatz in Z-Richtung kann in einem Bereich von 1,5 bis 6 mm liegen und bevorzugt 3 mm sein.
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Die erste Leiterplatte 101 kann eine Hauptebene 120 aufweisen. Die zweite Leiterplatte 102 kann eine Hauptebene 122 aufweisen. Mit dem Begriff ”Hauptebene” können die Flächen der Leiterplatten bezeichnet werden, die flächenmäßig am größten sind. Eine Leiterplatte kann zwei, sich gegenüberliegende Hauptebenen aufweisen.
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Die Hauptebene 120 der ersten Leiterplatte 101 kann zum Beispiel die erste Seite 210 der ersten Leiterplatte 101 oder die zweite Seite 213 der ersten Leiterplatte 101 sein. Die Hauptebene 122 der zweiten Leiterplatte 102 kann zum Beispiel die erste Seite 212 der zweiten Leiterplatte 102 oder die zweite Seite 506 der zweiten Leiterplatte 102 sein.
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In einer Draufsicht senkrecht zu den Hauptebenen überlappen sich die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte nicht. Mit anderen Worten, können die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte nebeneinander in der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet sein. Noch anders ausgedrückt, kann keine Stelle der ersten Leiterplatte 101 die gleichen (X, Y)-Koordinaten aufweisen wie eine Stelle der zweiten Leiterplatte 102 und umgekehrt. Die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 überdecken sich in X-Richtung und in Y-Richtung nicht.
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2A bis 2D zeigen, wie ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100 zusammengesetzt werden kann. Das gezeigte Ausführungsbeispiel 100 baut auf das im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel 100 auf, so dass dessen Beschreibung auch für 2A bis 2D gelten kann. Gezeigt sind Querschnitte durch ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100.
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2A zeigt eine Wärmesenke 200 und ein Gehäuse 202. Die Wärmesenke 200 und das Gehäuse 202 sind aneinander befestigt, zum Beispiel mithilfe von Schrauben oder mindestens einer Schnappverbindung. Die Befestigungen können lösbar sein. Das Gehäuse 202 weist eine Öffnung 204 auf, die groß genug ist, damit die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 in das Gehäuse 202 eingefügt werden können. Das Gehäuse 202 ist nach oben hin ganz offen, das heißt, die Öffnung 204 erstreckt sich von einer Seitenwand 217 zur gegenüberliegenden Seitenwand 217. Eine Strahlung des Leuchtmittels 106 kann das Gehäuse 202 durch die Öffnung 204 verlassen. Das Gehäuse 202 hat einen Boden 201. Der Boden 201 weist Durchgangsloch 203 im Bereich einer Erhöhung 205 der Wärmesenke 200 auf. Der Boden 201 erstreckt sich von den Seitenwänden 217 bis zur Erhöhung 205. Er kann auch einen Abstand zur Erhöhung 205 haben, so dass er nicht in direktem Kontakt mit dieser ist. Er kann auch einen Abstand zu anderen Teilen der Wärmesenke 200 haben, so dass er nicht in direktem Kontakt mit diesen ist. Die Erhöhung 205 der Wärmesenke 200 kann den Boden 201 des Gehäuses 202 durchdringen und weiter in das Gehäuse 202 hinein dringen als der Boden 201.
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Die Wärmesenke 200 kann gegossen sein und kann aus einem thermisch leitfähigen Material, wie zum Beispiel Aluminium, bestehen oder aufweisen. Sie kann auch tiefgezogen sein. Die Wärmesenke 200 kann an einer Leuchte befestigt werden. Sie kann auch ein Teil der Leuchte sein, so dass sie nicht separat hergestellt werden muss. Das Gehäuse 202 kann in diesem Fall an der Leuchte befestigt werden. Die Wärmesenke 200 kann eine Erhöhung 205 aufweisen. Wenn die Wärmesenke 200 ein Teil einer Leuchte ist, wie z. B. ein Blech, kann die Erhöhung 205 auch tiefgezogen sein und insbesondere eine trapezförmige Form annehmen.
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Das Gehäuse 202 kann thermisch leitfähig sein, um Verlustwärme von elektronischen Komponenten 112 und dem Leuchtmittel 106 effizienter an die Umgebung abzugeben. Insbesondere können Teile des Gehäuses, die mit heißen Teilen in Berührung oder benachbart zu diesen sind wie z. B. der Boden 201, aus thermisch isolierendem Material sein, wie z. B. Kunststoff, während Teile des Gehäuses, die nicht mit heißen Teilen in Berührung oder zu diesen benachbart sind wie z. B. das Seitenteil des Gehäuses 217, aus thermisch leitfähigem Material sein, wie z. B. wärmeleitender Kunststoff oder ein Metallblech.
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Das in 2B gezeigte Ausführungsbeispiel 100 baut auf das im Zusammenhang mit 2A beschriebene Ausführungsbeispiel 100 auf, so dass dessen Beschreibung auch für 2B gelten kann.
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Ein Wärmekoppelmaterial 206 (Thermal Interface Material, TIM) ist auf der Erhöhung 205 der Wärmesenke 200 angebracht. Das Wärmekoppelmaterial 206 kann Unebenheiten zwischen zwei Oberflächen ausgleichen und den Wärmetransport zwischen den Oberflächen verbessern. Es kann zum Beispiel eine Wärmeleitpaste oder eine nanokeramische Schicht sein.
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Die erste Leiterplatte 101 ist auf dem Wärmekoppelmaterial 206 angeordnet. Verlustwärme des Leuchtmittels 106, welches auf der ersten Leiterplatte 101 angeordnet ist, kann an die Wärmesenke 200 weitergeleitet und abgegeben werden.
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Die zweite Leiterplatte 102 ist in dem Gehäuse 202 angeordnet oder darin positioniert. Sie liegt auf einer Kante 207 des Gehäuses 202 auf. Das Lichtsystem 100 weist mindestens eine Abstützung 208 auf, mit der die zweite Leiterplatte 102 abgestützt wird. Die mindestens eine Abstützung 208 befindet sich in Nähe der Erhöhung 205. Sie kann ein Teil des Gehäuses 202, ein Teil der zweiten Leiterplatte 102 oder eine Komponente auf der zweiten Leiterplatte 102 sein. Sie kann thermisch isolierend sein, wodurch eine direkte Wärmeübertragung von der Wärmesenke 200 an die zweite Leiterplatte 102 reduziert wird. Sie kann auch weggelassen werden, falls eine Unterstützung der zweiten Leiterplatte 102 nicht erforderlich ist oder eine zusätzliche thermische Isolation der ersten Leiterplatte von der zweiten Leiterplatte nicht notwendig ist. Die zweite Leiterplatte 102 kann an dem Gehäuse 202 befestigt sein, zum Beispiel über Schnappverschlüsse. Der mindestens eine Schnappverschluss kann lösbar sein und kann von einer Außenseite des Gehäuses 202 geöffnet werden, indem er zum Beispiel von außen zugänglich ist.
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Elektronische Komponenten 112 sind auf der ersten Seite 212 und der zweiten Seite 213 der zweiten Leiterplatte 102 angeordnet. Die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 weisen zueinander einen Mindestabstand A auf, der mit einem thermischen Isolator, wie zum Beispiel Luft, die in dem Gehäuse 202 vorhanden ist, gefüllt ist. Die Verlustwärme des Leuchtmittels 106, welche an die erste Leiterplatte 101 und die Wärmesenke 200 weitergeleitet wird, führt so zu einer geringeren Erwärmung der zweiten Leiterplatte 102 und den darauf angeordneten elektronischen Komponenten 112 als wenn die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 in direkten thermischen Kontakt miteinander stehen oder wenn gar nur eine Leiterplatte verwendet werden würde.
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Die Erhöhung 205 der Wärmesenke 200 und die Abstützung der zweiten Leiterplatte 102 an den Kanten 207, und den Abstützungen 208, falls sie vorhanden ist, können so gewählt werden, dass eine erste Seite 210 der erste Leiterplatte 101 in der gleichen Ebene liegt, wie eine erste Seite 212 der zweiten Leiterplatte 102, um die Kontaktierung zu erleichtern. Sie können auch auf unterschiedlichen Ebenen liegen. Insbesondere kann die erste Leiterplatte 101 in Z-Richtung näher am Boden 201 positioniert werden, bzw. mit dem Boden bündig abschließen, was möglich wird wenn die Erhöhung 205 in gleichem Maß verringert wird. Durch diese Maßnahme wird der Abstand der ersten Leiterplatte 101 von der zweiten Leiterplatte 102 weiter vergrößert und daher die thermische Isolationswirkung verbessert.
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Wie in 2B gezeigt, überdecken sich die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 nicht. Mit anderen Worten, können die erste Leiterplatte 101 und die zweite Leiterplatte 102 unabhängig voneinander in Z-Richtung bewegt werden. Ein Austausch von einer der Leiterplatten 101, 102 ist es somit möglich, ohne die andere Leiterplatte 102, 101 zu bewegen.
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Das in 2C gezeigte Ausführungsbeispiel 100 baut auf das im Zusammenhang mit 2B beschriebene Ausführungsbeispiel 100 auf, so dass dessen Beschreibung auch für 2C gelten kann.
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Das Ausführungsbeispiel des Lichtsystems 100 weist eine Halterung 214 auf. Die Halterung 214 ist an dem Gehäuse 202 befestigt. Die Befestigung kann eine Bewegung der Halterung 214 gegenüber dem Gehäuse 202 verhindern. Die Halterung 214 kann durch die Öffnung 204 in das Gehäuse 202 eingeführt werden. Sie kann an einer Oberseite 215 eine nicht eingezeichnete Öffnung aufweisen, durch welches eine Strahlung des Lichtelements 106 durchtreten kann. Die Halterung 214 kann aus einem elektrisch nicht leitenden Material, wie zum Beispiel Kunststoff, hergestellt sein. Die Oberseite 215 der Halterung 214 kann sich bis zu den Seitenteilen 217 des Gehäuses 202 erstrecken. Die Halterung 214 kann so ein Berührungsschutz vor elektrischen Spannungen, die auf der ersten Leiterplatte 101 oder der zweiten Leiterplatte 102 vorhanden sein können, sein.
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Die Halterung 214 weist mindestens ein Anpresselement 216 auf. Das Anpresselement 216 kann so ausgelegt sein, dass es eine Kraft auf die erste Leiterplatte 101 aufbringt, welche die erste Leiterplatte 101 auf die Wärmesenke 200 oder auf das Wärmekoppelmaterial 206, falls es vorhanden ist, andrückt. Die Kraft kann in Richtung der Z-Achse wirken. Auf diese Weise kann die Wärmekopplung zwischen der ersten Leiterplatte 101 und der Wärmesenke 200 verbessert werden.
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Die Halterung 214 weist mindestens ein zweites Positionierelement 118 auf, welches an der Halterung 214 befestigt ist. Das zweite Positionierelement 118 dient, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, zur Positionierung der ersten Leiterplatte 101 relativ zur zweiten Leiterplatte 102 auf der Oberfläche der Erhöhung 205. Die Positionierung kann dabei bezüglich der Aussparung 104 in der zweiten Leiterplatte 102 oder bezüglich der Wärmesenke 200 erfolgen. Sie kann in zwei Richtungen erfolgen, zum Beispiel der in 1 gezeigten Richtung der X-Achse und der Y-Achse. Das mindestens eine zweite Positionierelement 118 und das mindestens eine Anpresselement 216 können durch das gleiche Bauelement realisiert sein.
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Die Halterung 214 weist weiter mindestens ein Kontaktelement 218 auf. Jedes Kontaktelement 218 kann einen ersten Kontakt 108 auf der ersten Leiterplatte 101 mit einem zweiten Kontakt 110 auf der zweiten Leiterplatte 102 elektrisch verbinden. Die ersten Kontakte 108 und die zweiten Kontakte 110 sind in 1 und 3 gezeigt. Ein Kontaktelement 218 kann auch mehrere erste Kontakte 108 mit mehreren zweiten Kontakten 110 elektrisch verbinden. Das Kontaktelement 218 kann eine Kontaktfeder sein. Eine Kontaktfeder kann einen elektrisch leitenden Teil aufweisen, der eine elektrische Verbindung zwischen zwei Kontakten herstellt und einen federnden Teil, der den elektrisch leitenden Teil auf die zu verbindenden Kontakte andrückt oder anpresst. Das Kontaktelement 218 wird im Zusammenhang mit 3 weiter beschrieben.
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Das in 2D gezeigte Ausführungsbeispiel 100 baut auf das im Zusammenhang mit 2C beschriebene Ausführungsbeispiel 100 auf, so dass dessen Beschreibung auch für 2D gelten kann.
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Das Ausführungsbeispiel des Lichtsystems 100 weist ein optisches Element 220 auf. Das optische Element 220 kann ein Totalreflektionsbauelement (Total Internal Reflection, TIR) sein, welches sehr kostengünstig und mit hoher Effizienz Strahlung auf einen kleinen Austrittswinkel bündelt. Das optische Element 220 kann auch ein Reflektor sein, der das Licht in die Seitenbereiche lenkt und im Zusammenhang mit 3 weiter beschrieben wird. Das optische Element 220 kann in der Halterung 214 angeordnet werden. Die Halterung 214 kann das optische Element 220 in seiner Position bezüglich der ersten Leiterplatte 101 oder des Leuchtmittels 106 fixieren.
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Das Lichtsystem 100 weist ferner eine Abdeckung 222 aufweisen. Sie kann das Leuchtmittels 106 und elektronische Komponenten 112 vor Feuchtigkeit schützen. Sie kann transparent für die Strahlung, zum Beispiel von sichtbarem Licht, des Leuchtmittels 106 sein und kann die Strahlung des Leuchtmittels 106 streuen. Die Abdeckung 222 kann an der Halterung 214 befestigt sein. Sie kann dann zusammen mit der Halterung 214 in das Gehäuse 202 eingesetzt und durch diese positioniert werden. Die Abdeckung 222 kann auch durch die Anpresskraft des Anpresselements 216 zwischen dem Gehäuse 202 und der Oberseite 215 der Halterung 214 fixiert werden. Die Abdeckung 222 kann auch an dem Gehäuse 202 befestigt werden und, wenn die Halterung 214 an der Abdeckung 222 befestigt ist, diese fixieren.
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Das Andrücken, die Ausrichtung und die Kontaktierung der ersten Leiterplatte 101 und das Ausrichten des optischen Elements 220 durch die Halterung 214 erlauben es, das Leuchtmittel 106 ohne Werkzeuge auszutauschen. Eine neue erste Leiterplatte mit einem neuen Leuchtmittel 106 kann auf der Wärmesenke 200 ausgerichtet werden. Die zweite Leiterplatte 102 kann mittels der Halterung 214 angeschlossen werden. Das optische Element 220 kann in die Halterung 214 eingelegt werden und durch diese fixiert werden. Die Abdeckung 222 kann auf der Oberseite 215 der Halterung 214 aufgelegt werden und kann an dem Gehäuse 202 befestigt werden. Das Gehäuse 202 kann an der Wärmesenke 200 befestigt werden, wodurch die Halterung 214 über die Anpresselemente 216 die erste Leiterplatte 101 an die Wärmesenke 200 anpresst.
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Das in den 2A bis 2D gezeigte Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100 kann auch in einer anderen Reihenfolge montiert oder zusammengesetzt werden. Die erste Leiterplatte 101 kann zum Beispiel an der Wärmesenke 200 befestigt sein, zum Beispiel durch Schrauben, wie zum Beispiel in 3 gezeigt ist.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100, bei dem das optische Element 220, die Kontaktelemente 218, die Anpresselemente 216 und die zweiten Positionierelemente 118 weiter beschrieben werden. Das Ausführungsbeispiel baut auf die im Zusammenhang mit den vorigen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, so dass deren Beschreibung auch für das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel gelten können.
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Das optische Element 220 des Ausführungsbeispiels kann z. B. auch so ausgelegt werden, dass das Licht bevorzugt in die Seitenbereiche gelenkt wird, wie z. B. bei einem so genannten Batwing(Fledermausflügel)-Reflektor. Die dazu benötigten optischen Komponenten sind in der Halterung 214 angeordnet. Die optischen Komponenten weisen strahlungsformende Oberflächen 300, einen Reflektor 302 und ein optisches Element zum Strahlenformen 304 auf. Die strahlungsformenden Oberflächen 300 können Mikrolinsen oder Mikroprismen aufweisen und können z. B. ein Teil der Abdeckung 222 sein. Der Reflektor 302 ist an Seitenteile 306 der Halterung 214 angebracht oder kann als eine Beschichtung der Halterung vorgesehen sein. Er kann kegelförmig sein. Das optische Element zum Strahlenformen 304 kann kegelförmig ausgebildet und ein halbdurchlässiger Reflektor sein. Es kann zwischen den strahlungsformenden Oberflächen 300 angeordnet sein und an der Oberfläche 215 der Halterung 214 befestigt sein. Strahlung von dem Leuchtmittel 106 kann die strahlungsformende Oberfläche 300 direkt oder nach einer Reflektion an dem optischen Element zum Strahlenformen 304 oder nach Reflexionen an dem optischen Element zum Strahlenformen 304 und dem Reflektor 302 durchtreten. Die Strahlung kann das Gehäuse 202 in geringem Maße auch durch das optische Element zum Strahlenformen 304 verlassen. Sie kann durch die strahlungsformende Oberflächen 300 gestreut werden. Durch geeignete Dimensionierung der einzelnen optischen Komponenten ist es somit möglich, Strahlungsverteilungen zu realisieren, die unter dem Gesichtspunkt der Entblendung als angenehm empfunden werden und den Strahlungsverteilungen von bekannten Batwing-Verteilungen entsprechen können.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 218. Das Kontaktelement 218 weist einen Stamm 310 auf, welcher an der Halterung 214 befestigt ist. Der Stamm 310 kann an einem Seitenteil 306, der Oberseite 215 oder einer Unterseite 314 der Halterung 214 befestigt sein. Der Stamm 310 kann eine Feder aufweisen, welche, wenn die Halterung 214 in das Gehäuse 202 eingesetzt wird, ein elektrisch leitendes Verbindungsteil 312 des Kontaktelements 218, auf erste Kontakte 108 und zweite Kontakte 110 andrückt. Durch das leitende Verbindungsteil 312 kann eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontakt 108 und dem zweiten Kontakt 110 hergestellt werden. Der Stamm 310 kann auch starr ausgeführt werden und die Andruckkraft kann durch Federn des leitenden Verbindungsteils 312 erzielt werden. Auf den Stamm 310 kann auch verzichtet werden, wenn zum Beispiel die Unterseite 314 der Halterung 214 sich weit genug zur zweiten Leiterplatte 102 erstreckt und ein federndes, elektrisch leitendes Verbindungsteil 312 direkt an der Unterseite 314 befestigt wird. Die Anzahl der elektrisch leitenden Verbindungsteile 312 des Kontaktelements 218 kann dabei der Anzahl der Paare von ersten Kontakten 108 und zweiten Kontakten 110, die elektrisch verbunden werden sollen, entsprechen. Die elektrisch leitenden Verbindungsteile 312 können jeweils eigene Stämme 310 aufweisen. Sie können auch einzeln an der Halterung 214 befestigt werden, falls keine Stämme 310 benutzt werden. Es können auch mehrere elektrische Verbindungsteile 312 an einem Stamm 314 befestigt sein.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Anpresselements 216. Das Anpresselement 216 ist an der Halterung 214 befestigt, zum Beispiel an einem Seitenteil 306 oder der Unterseite 314 der Halterung 214. Es kann mit der ersten Leiterplatte 101 verbunden sein, zum Beispiel mit dem ersten Positionierelement 116. Es kann federnd, zum Beispiel aus Kunststoff, ausgeführt sein. Wird die Halterung 214 in Richtung der ersten Leiterplatte 101 geführt, wie zum Beispiel beim Einlegen der Halterung 214 in das Gehäuse 202, wird die erste Leiterplatte 101 durch das mindestens eine Anpresselement 216 an die Wärmesenke 200 angepresst.
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Das zweite Positionierelement 118 kann in ähnlicher Weise wie das Anpresselement 216 ausgeführt sein. Das Anpresselement 216 und das zweite Positionierelement 118 können durch das gleiche Bauteil realisiert werden.
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Das mindestens eine Kontaktelement 218 kann ein spritzgegossener Schaltungsträger (Molded Interconnect Device, MID) sein, bei dem eine mechanische Funktion mit einer elektrischen Funktion kombiniert wird. Auf einen gegossenen Kunststoffträger kann eine Metallschicht selektiv aufgebracht werden. Der Kunststoffträger kann das federnde Element sein und die Metallschicht kann das elektrisch leitende Verbindungsteil 312 sein. Die Herstellung kann mithilfe von direkter Laserstrukturierung (Laser Direct Structuring, LDS) erfolgen. Die Halterung 214 mit den Anpresselementen 216, den Kontaktelementen 218 und den zweiten Positionierelementen 118 können als spritzgegossener Schaltungsträger realisiert sein.
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4 zeigt Wärmeflüsse Q1, Q2, Q3 und Q4, die in einem Ausführungsbeispiel des Lichtsystems 100 auftreten können. Die Größe der Pfeile, die die Wärmeflüsse Q1, Q2, Q3 und Q4 darstellen, kann ein Maß für den jeweiligen Wärmefluss sein. Wärme kann durch das Leuchtmittel 106, die elektronischen Komponenten 112 und das optische Element 220 erzeugt werden.
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Um den Wärmestrom von der Wärmesenke 200 zu der zweiten Leiterplatte 102 zu reduzieren, kann der Boden 201 des Gehäuses 202 wärmeisolierend ausgeführt sein. Die Isolierung kann sich von den Seitenteilen 217 des Gehäuses 202 bis hin zu der Aussparung 104 erstrecken. Elektronische Komponenten 112 und die zweite Leiterplatte 102 werden durch den wärmeisolierenden Boden 201 vor den höheren Temperaturen der Wärmesenke 200 geschützt.
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Zwischen dem Boden 201 des Gehäuses 202 – auch wenn er nicht wie oben beschrieben wärmeisolierend ausgeführt ist – und der Wärmesenke 200 kann ein Luftspalt 402 mit einem Abstand D vorgesehen sein, der die thermische Isolation weiter verbessert. Alternativ kann der Luftspalt auch durch eine Schicht aus wärmeisolierendem Material, wie z. B. einer Styroporplatte, gefüllt sein.
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Q1 kann den Wärmestrom von dem Leuchtmittel 106 zu der Wärmesenke 200 darstellen. Idealerweise wird die ganze Verlustwärme des Leuchtmittels 106 an die Wärmesenke 200 abgeführt, so dass die zweite Leiterplatte 102 und die darauf angeordneten elektronische Komponenten 112 nicht erwärmt werden.
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Q2 kann den Wärmestrom von der zweiten Leiterplatte 102 zu dem Gehäuse 202 darstellen. Die Wärme kann von den auf der zweiten Leiterplatte 102 angeordneten elektronischen Komponenten 112 stammen. Sie kann auch Wärme sein, die von dem Leuchtmittel 106 erzeugt wird. Die zweite Leiterplatte 102 kann im Bereich der Auflageflächen mit dem Gehäuse thermische Durchkontaktierungen (thermal vias) aufweisen, um den Wärmefluss zu dem Gehäuse 202 zu verbessern, welches in diesem Bereich bevorzugt gute Wärmeleiteigenschaften hat und wie oben beschrieben z. B. aus wärmeleitendem Kunststoff gefertigt ist.
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Q3 kann den Wärmestrom von dem Gehäuse 202 an die Umgebung darstellen. Die Wärme kann von dem Leuchtmittel 106 und den elektronischen Komponenten 112 stammen. Das Gehäuse 202 kann ein thermisch leitfähiger Kunststoff sein, der die Wärme an die Umgebung, zum Beispiel Umgebungsluft, abgeben kann.
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Q4 kann den Wärmestrom von der Wärmesenke 200 zu dem Gehäuse 202 darstellen. Q4 ist unerwünscht, da er die elektronischen Komponenten 112, die auf der zweiten Leiterplatte 102 angeordnet sind, erwärmt. Um Q4 zu minimieren, kann das wärmeisolierende Material des Bodens 201 so dimensioniert werden, dass das Gehäuse 202, welches im Bereich des Bodens bevorzugt aus thermisch nicht leitfähigem Kunststoff bestehen kann, über das wärmeisolierende Material des Bodens 201 an der Wärmesenke 200 befestigt ist.
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5A und 5B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100, das mit Hilfe von Magnetkraft an einer Wärmesenke 200 befestigt werden kann. Das in 5A und 5B gezeigte Ausführungsbeispiel baut auf die im Zusammenhang mit den vorigen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele auf, so dass deren Beschreibungen auch für 5A und 5B gelten können.
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5A zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsystems 100, bei dem das Gehäuse 202 zunächst nicht an der Wärmesenke 200 befestigt ist. Als optisches Element 220 kann ein Totalreflektionsbauelement (TIR-Linse) eingesetzt werden. Das Lichtsystem 100 kann mindestens ein erstes magnetisch aktives Element 500 aufweisen. Das erste magnetisch aktive Element 500 kann ein Magnet oder ein ferromagnetisches Material sein. Es kann an dem Boden 201 des Gehäuses 202 befestigt sein, zum Beispiel indem es in das Gehäuse 202 eingespritzt wird oder auf den Boden 201 aufgeklebt wird
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Die Wärmesenke 200 kann mindestens ein zweites magnetisch aktives Element 502 aufweisen. Sie kann auch selber das zweite magnetisch aktive Element 502 sein. Das zweite magnetisch aktive Element 502 kann ein Magnet sein oder ein ferromagnetisches Material sein. Das erste magnetisch aktive Element 500 und das zweite magnetisch aktive Element 502 können so ausgewählt werden, dass zwischen ihnen eine Magnetkraft entsteht. Falls das erste magnetisch aktive Element 500 und das zweite magnetisch aktive Element 502 keine Magnetkraft aufeinander ausüben, weil sie nicht magnetisiert sind, kann mindestens ein Magnet 516 vorgesehen werden, der zwischen dem ersten magnetisch aktiven Element 500 und dem zweiten magnetisch aktiven Element 502 angeordnet werden kann. Da der Magnet 516 nicht fest mit der Wärmesenke 200, dem Boden 201 oder der Halterung 202 verbunden ist, kann er für verschiedene Lichtsysteme 100 wiederverwendet werden. Die Wärmesenke 200 kann eine Aussparung 514 aufweisen, die das zweite magnetisch aktive Element 502 oder den Magnet 516 aufnehmen kann. Die Aussparung 514 kann zum Positionieren der Wärmesenke 200 bezüglich des ersten magnetisch aktiven Elements 500 dienen.
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Durch die auf das erste magnetisch aktive Element 500 und das zweite magnetisch aktive Element 502 wirkende Magnetkraft kann die zweite Seite 213 der ersten Leiterplatte 101 an die Wärmesenke 200 angedrückt werden, wodurch eine gute Wärmekopplung zwischen dem wärmeerzeugenden Leuchtmittel 106 und der Wärmesenke 200 entstehen kann. Die erste Leiterplatte 101 kann an der Halterung 214 befestigt sein, damit sie nicht herausfällt, oder sie kann über elektrische Verbindungselemente fest mit der zweiten Leiterplatte 102 verbunden sein. Die Befestigung kann federnd dimensioniert sein, zum Beispiel über Anpresselemente 216, die fest mit der ersten Leiterplatte 101 verbunden sind, so dass die erste Leiterplatte 101 durch die Magnetkraft mit einer Federkraft an die Wärmesenke 200 angedrückt wird.
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Alternativ zu der obigen Vorgehensweise kann zunächst das Gehäuse 202 über die Magnetkraft zwischen dem ersten magnetisch aktiven Element 500 und dem zweiten magnetisch aktiven Element 502, oder die Magneten 516, falls notwendig, an der Wärmesenke 200 befestigt werden. Anschließend wird die erste Leiterplatte 101 auf die Erhöhung 205 der Wärmesenke 200 angebracht und die zweite Leiterplatte 102 in das Gehäuse 202 eingesetzt. Über die Halterung 214, die an dem Gehäuse 202 oder an der Abdeckung 222 befestigt sein kann, wird die erste Leiterplatte 101 durch die Anpresselemente 216 an die Wärmesenke 200 angedrückt.
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Das Lichtsystem 100 kann mindestens eine Kontaktfeder 508 aufweisen. Die Kontaktfeder 508 kann an der zweiten Leiterplatte 102 befestigt sein. Sie kann mit der Leiterplatte 102 elektrisch verbunden sein und ihr einen Strom oder eine Spannung zuführen.
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Die Wärmesenke 200 kann mindestens eine Isolationsschicht 512 aufweisen, auf der eine jeweilige Stromschiene 510 angeordnet ist. Die Isolationsschicht 512 isoliert die Stromschiene 510 elektrisch von der Wärmesenke 200. Sie kann eine Klebefolie sein. Die Stromschiene 510 und die Kontaktfeder 508 können zueinander so angeordnet werden, dass beim Andrücken durch die Magnetkraft die Stromschiene 510 und die Kontaktfeder 508 aufeinanderstoßen und elektrisch miteinander verbunden werden. Das Lichtsystem 100 kann so über die mindestens eine Stromschiene 510 versorgt werden. Die Kontaktfeder 508 und die Stromschiene 510 können in Nähe des ersten magnetisch aktiven Elements 500 und des zweiten magnetisch aktiven Elements 502 angeordnet werden.
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5B zeigt das Lichtsystem 100 von 5A in einem Zustand, in dem eine Magnetkraft zwischen dem ersten magnetisch aktiven Element 500 und dem zweiten magnetisch aktiven Element 502 wirkt. Durch die Magnetkraft wird die zweite Seite 213 der ersten Leiterplatte 101 oder, in der alternativen Vorgehensweise, das Gehäuse 202, an die Wärmesenke 200 angedrückt. Außerdem wird die Kontaktfeder 508 mit der Stromschiene 510 elektrisch verbunden.
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Das erste magnetisch aktive Element 500, das zweite magnetisch aktive Element 502 oder beide können so gewählt werden, dass der Boden 201 des Gehäuses 202 einen Abstand D zu einer Oberfläche 518 der Wärmesenke 200 aufweist. Durch den Abstand D, der beispielsweise einen Raum bildet, und von Luft, die das Lichtsystem 100 umgibt, gefüllt sein kann oder mit einem wärmeisolierenden Stoff wie z. B. Styropor ausgekleidet sein kann, kann eine thermische Isolation zwischen der Wärmesenke 200 und dem Boden 201 erreicht werden.
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Falls ein Magnet 516 erforderlich ist, um eine Magnetkraft zwischen dem ersten magnetisch aktiven Element 500 und dem zweiten magnetisch aktiven Element 502 zu erzeugen, kann die Kombination aus dem ersten magnetisch aktiven Element 500, dem zweiten magnetisch aktiven Element 502 und dem Magnet 516 so ausgestaltet werden, dass ein oben beschriebener Abstand D zwischen dem Boden 201 und der Wärmesenke 200 entsteht. Die magnetische Befestigung an der Wärmesenke 200 kann so gleichzeitig als Abstandhalter für eine thermische Isolation dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lichtsystem
- 101
- erste Leiterplatte
- 102
- zweite Leiterplatte
- 104
- Aussparung
- 106
- Leuchtmittel
- 108
- erste Kontakte
- 110
- zweite Kontakte
- 112
- elektronische Komponente
- 114
- Kodierung
- 116
- erstes Positionierelement
- 118
- zweites Positionierelement
- 120
- Hauptebene der ersten Leiterplatte
- 122
- Hauptebene der zweiten Leiterplatte
- 200
- Wärmesenke
- 201
- Boden
- 202
- Gehäuse
- 203
- Durchgangsloch
- 204
- Öffnung
- 205
- Erhöhung
- 206
- Wärmekoppelmaterial
- 207
- Kante
- 208
- Abstützung
- 210
- erste Seite der erste Leiterplatte
- 212
- erste Seite der zweiten Leiterplatte
- 213
- zweite Seite der ersten Leiterplatte
- 214
- Halterung
- 215
- Oberseite der Halterung
- 216
- Anpresselement
- 217
- Seitenteil des Gehäuses
- 218
- Kontaktelement
- 220
- optisches Element
- 222
- Abdeckung
- 300
- strahlungsformende Oberflächen
- 302
- Reflektor
- 304
- optisches Element zum Strahlenformen
- 306
- Seitenteil der Halterung
- 310
- Stamm des Kontaktelements
- 312
- elektrisch leitendes Verbindungsteil
- 314
- Unterseite der Halterung
- 402
- Luftspalt
- 500
- erste magnetisch aktive Element
- 502
- zweite magnetisch aktive Element
- 506
- zweite Seite der zweiten Leiterplatte
- 508
- Kontaktfeder
- 510
- Stromschiene
- 512
- Isolationsschicht
- 514
- Aussparung
- 516
- Magnet
- 518
- Oberfläche der Wärmesenke
- A
- Mindestabstand
- D
- Abstand
- D1
- Durchmesser erstes Positionierelement
- D2
- Durchmesser zweites Positionierelement
- Q1–Q4
- Wärmeströme
