-
Die Erfindung betrifft ein Bauteil einer Leuchtvorrichtung zur Verbindung mit mindestens einem Substrat der Leuchtvorrichtung, wobei das Bauteil mindestens eine Befestigungsdurchführung aufweist und zumindest im Bereich der Befestigungsdurchführung aus einem elastischen, verzögert verformbaren Material besteht. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem solchen Bauteil. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Leuchtvorrichtung. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf eine Leuchtvorrichtung in Form eines Leuchtmoduls, insbesondere mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle, insbesondere LED. Das Bauteil mag insbesondere eine Abdeckung sein, insbesondere für mindestens eine LED.
-
Bisher wird ein Lockern einer Verbindung des Bauteils mit dem Substrat aufgrund seiner verzögerten Verformung an einem Auflagebereich für ein Befestigungselement dadurch gelöst, dass das Bauteil mit durchgehenden, fest angebrachten Stahlbuchsen versehen wird und durch die Stahlbuchsen eine Schraube geführt wird, welche das Bauteil über die Stahlbuchse an das Substrat zieht. Dabei ist jedoch nachteilig, dass das Bauteil dann zeitlich formstabil, aber spaltbehaftet oder mit einem nur geringen Druck an dem Substrat angeordnet ist. Dies wiederum erhöht einen Wärmeübergangswiderstand zwischen diesen beiden Bauteilen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Befestigung von verzögert verformbaren Bauteilen an einem Substrat bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil einer Leuchtvorrichtung zur Verbindung mit mindestens einem Substrat der Leuchtvorrichtung, wobei das Bauteil (i) mindestens eine Befestigungsdurchführung aufweist, (ii) zumindest im Bereich der Befestigungsdurchführung aus einem elastischen, verzögert verformbaren Material besteht und (iii) an einem (der Befestigungsdurchführung zugehörigen) Auflagebereich für ein Befestigungselement eine höhenvariierte Auflagestruktur aufweist.
-
Dieses Bauteil weist den Vorteil auf, dass die höhenvariierte Auflagestruktur durch ein durch die Befestigungsdurchführung geführtes und auf den Auflagebereich drückendes Befestigungselement elastisch einfach verformbar ist und so eine signifikante elastische Spannung erzeugt. Diese elastische Spannung bedingt einen festen Sitz des Befestigungselements. Verformt sich das Material des Bauteils am Auflagebereich verzögert (z.B. durch Kriechvorgänge), mag die elastische Spannung verringert werden, bewirkt jedoch weiterhin, dass das Material des Bauteils gegen das Befestigungselement drückt. Somit wird ein Lockern des Befestigungselements und damit des Bauteils auch über einen längeren Zeitraum verhindert. Ein guter mechanischer und thermischer Kontakt des Bauteils mit einem daran mittels des Befestigungselements befestigten Substrats oder Trägers kann so langfristig sichergestellt werden.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass das Bauteil eine Abdeckung einer Leuchtvorrichtung ist, z.B. für mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlichtquelle.
-
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Bauteil ein Träger einer Leuchtvorrichtung für mindestens eine Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlichtquelle, ist. Der Träger mag beispielsweise eine Leiterplatte oder Platine sein. Aufgrund der höhenvariierten Auflagestruktur braucht die Leiterplatte keinen Metallkern aufzuweisen und mag beispielsweise eine preiswerte CEM- oder FR4-Platine sein.
-
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die Leuchtvorrichtung ein Leuchtmodul ist. Sie kann beispielsweise aber auch eine Lampe oder eine Leuchte sein.
-
Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Leuchtvorrichtung eine Halbleiter-Leuchtvorrichtung ist, also mindestens eine Halbleiterlichtquelle aufweist. Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiter-Lichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser oder Laserdiode umfassen.
-
Es ist außerdem eine Weiterbildung, dass das Substrat ein metallisches Substrat ist, insbesondere aufweisend oder bestehend aus Aluminium und/oder Kupfer, insbesondere mit einem Reinheitsgrad von mehr als 95%. Metall weist eine hohe Steifigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und ist unter typischen Spannungen von Leuchtvorrichtungen nicht signifikant verzögert verformbar, also langzeitstabil.
-
Es ist darüber hinaus eine Weiterbildung, dass das Substrat ein Kühlkörper ist. Der Kühlkörper mag insbesondere mindestens eine Kühlstruktur aufweisen, z.B. aufweisend Kühlrippen und/oder Kühlstifte.
-
Unter einer "Befestigungsdurchführung" kann jede durch das Bauteil durchgehende Durchführung verstanden werden, durch welche ein Befestigungselement durchführbar ist oder welches zur Durchführung eines Befestigungselements vorgesehen ist. Die Befestigungsdurchführung kann insbesondere eine geradlinige Durchführung sein. Die Befestigungsdurchführung kann insbesondere eine zylinderförmige Durchführung sein. Die Befestigungsdurchführung kann insbesondere als eine Bohrung ausgestaltet sein.
-
Dass das Material des Bauteils elastisch ist, mag insbesondere bedeuten, dass das Material bei einer externen Kraftaufgabe zumindest bis zu einem durch das Befestigungselement typischerweise erzeugbaren Spannungsniveau elastisch oder elastisch-plastisch verformbar ist.
-
Dass das Material des Bauteils verzögert verformbar ist, mag insbesondere bedeuten, dass sich das Material auch noch nach einer Änderung einer externen Kraftaufgabe oder eines extern aufgebrachten Spannungsniveaus verformen kann. Ein verzögert verformbares Material mag insbesondere ein festes, durch Kriechen, Relaxation und/oder Retardation verformbares Material sein. Das Material mag insbesondere ein kriechfähiges und/oder ein sich viskos verhaltendes Material sein, einschließlich eines sich viskoplastisch und/oder viskoelastisch verhaltenden Materials. Die (zeit)verzögerte Verformbarkeit mag insbesondere durch eine erhöhte Temperatur und/oder durch ein hohes mechanisches Spannungsniveau ausgelöst werden. Bei Leuchtvorrichtungen sind metallische Werkstoffe oder Materialien typischerweise nicht signifikant verzögert verformbar, Kunststoff hingegen schon.
-
Dass das Bauteil zumindest im Bereich der Befestigungsdurchführung verzögert verformbar ausgebildet ist, mag insbesondere umfassen, dass ein die Befestigungsdurchführung umgebender, insbesondere vollständig umgebender, Bereich aus einem solchen Material besteht. Der Bereich um die Befestigungsdurchführung mag insbesondere eine scheibenförmige oder plattenförmige Grundform aufweisen. Dieser Bereich der Befestigungsdurchführung mag insbesondere einen Bereich unterhalb der höhenvariierten Auflagestruktur umfassen, z.B. projiziert entlang einer Längsachse der Befestigungsdurchführung.
-
Unter einem Auflagebereich für das Befestigungselement wird insbesondere ein Oberflächenbereich des Bauteils verstanden, welches von dem Befestigungselement überdeckt wird. Der Auflagebereich mag insbesondere von einem seitlich über die Befestigungsdurchführung überstehenden Teil des Befestigungselements überdeckt sein.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass das Befestigungselement eine Schraube oder ein Niet ist. Ein seitlich über die Befestigungsdurchführung überstehender Teil des Befestigungselements mag dann insbesondere einem Schraubenkopf bzw. einem Kopf oder Kragen eines Niets entsprechen.
-
Anstatt dass der seitlich über die Befestigungsdurchführung überstehende Teil des Befestigungselements vollflächig auf dem Auflagebereich des Bauteils aufliegt, weist der Auflagebereich nun eine höhenvariierte Auflagestruktur auf. Dadurch bestehen relativ erhöhte Teilbereiche des Auflagebereichs, welche als Kontaktbereiche oder Kontaktflächen des Befestigungselements dienen, und es bestehen relativ vertiefte oder rückspringende Teilbereiche, welche durch das Befestigungselement überdeckt sind, aber zumindest im noch befestigten oder aktivierten Zustand des Befestigungselements nicht in Kontakt mit dem Befestigungselement stehen. Bei einem Befestigen oder Aktivieren des Befestigungselements (z.B. durch Anziehen einer Schraube) werden die erhöhten Teilbereiche gequetscht und zumindest teilweise elastisch in den leeren Raum der rückspringenden Teilbereiche verdrängt. So ergibt sich eine hohe elastische Verformung und damit Spannung.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass die höhenvariierte Auflagestruktur eine Höhendifferenz entlang einer Längsachse der Befestigungsdurchführung von ca. 0,2 Millimetern aufweist.
-
Es ist noch eine Weiterbildung, dass erhöhte (Teil-)Bereiche in Bezug auf eine die höhenvariierte Auflagestruktur umgebende Oberfläche erhöht sind, insbesondere in Bezug auf eine Längserstreckung der Befestigungsdurchführung. Sie können aber auch flächenbündig an die umgebende Oberfläche anschließen bzw. ein gleiches Höhenniveau aufweisen. Die erhöhten Bereiche mögen sogar gegenüber der umgebenden Oberfläche vertieft oder abgesenkt sein.
-
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Auflagebereich eine ringförmig um die Befestigungsdurchführung verlaufende, abwechselnd erhöhte und vertiefte Auflagestruktur aufweist („Zahnkranzstruktur“). So ist eine in Umfangsrichtung um die Befestigungsdurchführung gleichmäßige Restspannung erzeugbar.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass die Auflagestruktur gleichmäßig winkelversetzte Rippen als erhöhte Teilbereiche aufweist. Die Rippen mögen beispielsweise eine Breite in Umfangsrichtung von ca. ein bis zwei Millimetern aufweisen. Die Rippen mögen z.B. ringsektorartig ausgeformt sein.
-
Es ist noch eine Weiterbildung, dass ein Höhenunterschied zwischen einem erhöhten Teilbereich und einem vertieften Teilbereich mindestens 0,2 Millimeter beträgt. Die erhöhten Teilbereiche und die vertieften Teilbereiche mögen insbesondere ebene Bereiche sein.
-
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das feste, verzögert verformbare Material Kunststoff ist. Das Kriechen beispielsweise von Thermoplasten und Elastomeren mag durch ein Gleiten bzw. Entknäueln von verknäulten Molekülketten unter äußerer Belastung bewirkt werden, woraus eine Dehnung resultiert. Da Polymere sich unter Belastung zudem typischerweise viskoelastisch verhalten, ist bei Kriechversuchen eine deutliche Spannungsrelaxation zu erkennen.
-
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass in der Befestigungsdurchführung eine Buchse angeordnet ist. So kann eine Verformung des Bauteils im Bereich der Befestigungsdurchführung definiert begrenzt werden. Das Material der Buchse mag dazu insbesondere eine höhere Steifigkeit aufweisen als das Material des Bauteils im Bereich der Befestigungsdurchführung. Zudem kann so eine verbesserte thermische Leitfähigkeit zwischen dem Bauteil und dem Substrat erreicht werden, insbesondere falls das Material der Buchse eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als Material des Gehäuses.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass die Buchse eine metallische Buchse ist. Diese ist preiswert herstellbar, von hoher Steifigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Buchse mag insbesondere eine Buchse aus Stahl sein.
-
Es ist noch eine Weiterbildung, dass das Bauteil ein mehrteiliges Bauteil ist mit einem ersten Teil, welcher die höhenvariierte Auflagestruktur aufweist und einen Abschnitt der mindestens einen Befestigungsdurchführung aufweist, und mindestens einem zweiten Teil, welcher einen anderen Abschnitt der mindestens einen Befestigungsdurchführung aufweist. Das erste Teil mag z.B. einem Gehäuse entsprechen und das zweite Teil einer Leiterplatte.
-
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens ein Bauteil wie oben beschrieben. Die Leuchtvorrichtung kann analog zu dem Bauteil ausgestaltet sein und weist die gleichen Vorteile auf.
-
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung ein Substrat mit mindestens einer Befestigungsbohrung, welche fluchtend zu einer Befestigungsdurchführung des Bauteils ausgerichtet ist, aufweist. Dadurch kann das Befestigungselement durch die Befestigungsdurchführung in die Befestigungsbohrung eingeführt werden. Die Befestigungsbohrung kann ebenfalls eine durchgehende Durchführung sein (um beispielsweise eine Schraube mittels einer Mutter anzuziehen) oder mag ein mit einem Innengewinde versehenes Sackloch sein (um beispielsweise eine Schraube direkt mit dem Substrat zu verschrauben, was unter anderem eine plane rückwärtige Auflagefläche des Substrats erlaubt).
-
Die fluchtende Anordnung ist nicht auf eine in Bezug auf ihre Längsachsen konzentrische Anordnung der Befestigungsbohrung und der Befestigungsdurchführung beschränkt. Vielmehr mögen die Befestigungsbohrung und die Befestigungsdurchführung leicht versetzt sein, solange ein Befestigungselement in beide einführbar ist. So mag die Befestigungsdurchführung eine zylinderförmige Durchführung sein, welche also einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Alternativ mag die Befestigungsdurchführung aber z.B. auch schlitzförmig mit einem länglichen Querschnitt ausgeformt sein.
-
Ferner ist mindestens ein Befestigungselement vorhanden, welches durch die Befestigungsdurchführung und in die Befestigungsbohrung eingeführt ist und welches das Bauteil an das Substrat heranzieht. Dadurch werden das Substrat und das Bauteil aneinander gepresst, und zwar in direktem Kontakt und/oder getrennt durch ein weiteres Bauteil, z.B. eine Leiterplatte. Das Befestigungselement mag insbesondere eine Schraube oder ein Niet sein.
-
Auch ist in der Befestigungsdurchführung eine Buchse eingesetzt, welche bevorzugt kürzer ist als eine Nominallänge oder ein Nominalmaß der Befestigungsdurchführung im undeformierten Zustand. Dadurch wird erreicht, dass das die Befestigungsdurchführung begrenzende Material elastisch deformierbar ist, ohne durch die Buchse an einer solchen Deformation gehindert zu werden. Es ist eine Weiterbildung, dass die Buchse ca. 0,1 bis 0,2 Millimeter kürzer ist als die Nominallänge der Befestigungsdurchführung.
-
Die Buchse mag zudem zumindest im montierten Zustand in Kontakt mit dem Substrat stehen. In dem montierten Zustand ist das Material im Bereich der Befestigungsdurchführung durch das Befestigungselement zusammengedrückt worden, so dass die Länge der Befestigungsdurchführung verkürzt ist. Durch den Kontakt kann eine definierte und sichere mechanische Anbindung des Bauteils an das Substrat erreicht werden. Die Buchse mag dabei insbesondere als Anschlag oder Begrenzungselement dienen, um eine ausreichend starke Verformung des Materials des Bauteils im Bereich der Befestigungsdurchführung sicherzustellen, aber eine zu starke Verformung zu verhindern.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass das Befestigungselement im montierten Zustand in Kontakt mit der Buchse steht. Dadurch mag ein Kraftschluss insbesondere durch langzeitstabile (nicht verzögert verformbare) Elemente erreicht werden, beispielsweise falls das Substrat, die Buchse und das Befestigungselement aus Metall bestehen. Das Material des Bauteils verbleibt dabei unter einer elastischen Spannung an der (zusammengedrückten) höhenvariierte Auflagestruktur.
-
Es ist ferner eine Weiterbildung, dass die Buchse bereits im montierten Zustand in Kontakt mit dem Substrat steht. Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass die Buchse im montierten Zustand noch nicht in Kontakt mit dem Substrat steht und erst durch die Montage (insbesondere das Befestigen des Befestigungselements) in Kontakt mit dem Substrat gebracht wird.
-
Es ist auch eine Weiterbildung, dass die Buchse maximal so lang ist wie ein Kleinstmaß der Befestigungsdurchführung, insbesondere kürzer als ein Kleinstmaß der Befestigungsdurchführung. Unter einem Kleinstmaß wird insbesondere das kleinste zulässige Maß (insb. Länge) der Befestigungsdurchführung im Zusammenhang mit Maßtoleranzen verstanden. Dadurch wird eine Verformung auch bei einer toleranzbedingten kürzeren Länge der Befestigungsdurchführung sichergestellt.
-
Es ist eine Ausgestaltung, dass zwischen dem Bauteil wie oben beschrieben und dem Substrat mindestens ein weiteres Bauteil angeordnet ist. Dieses weitere Bauteil weist mindestens eine Befestigungsdurchführung auf, die fluchtend zu einer Befestigungsdurchführung des Bauteils wie oben beschrieben angeordnet ist. Dadurch wird erreicht, dass ein Befestigungselement durch die fluchtenden Befestigungsdurchführungen des Bauteils und des weiteren Bauteils hindurchführbar ist. Die Befestigungsdurchführungen mögen einen gleichen oder einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.
-
Ferner ist mindestens ein Befestigungselement durch die zueinander fluchtend angeordneten Befestigungsdurchführungen und in die Befestigungsbohrung eingeführt. Mit Befestigen oder Aktivieren des Befestigungselements können das Bauteil wie oben beschrieben, das mindestens eine weitere Bauteil und das Substrat aneinander gepresst werden, insbesondere indem das die höhenvariierte Auflagestruktur aufweisende Bauteil wie oben beschrieben in Richtung des Substrats gezogen wird und dadurch das mindestens eine weitere Bauteil dazwischen zusammendrückt. Zudem ist in den (fluchtenden) Befestigungsdurchführungen eine Buchse eingesetzt, welche kürzer ist als eine Nominallänge der fluchtenden Befestigungsdurchführungen, also deren Summenlänge.
-
Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sie den Vorteil einer stabilen Befestigung auch für das mindestens eine weitere Bauteil erreicht. Das mindestens eine weitere Bauteil braucht dabei nicht auch eine höhenvariierte Auflagestruktur aufweisen. In einer alternativen Sichtweise mögen das die höhenvariierte Auflagestruktur aufweisende Bauteil (an welches das Befestigungselement angedrückt wird) und das mindestens eine weitere Bauteil als ein mehrteiliges Bauteil mit der höhenvariierten Auflagestruktur angesehen werden.
-
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein weiteres Bauteil eine Leiterplatte oder eine Platine ist. Diese Weiterbildung weist den Vorteil einer guten thermischen Anbindung an das Substrat auf, da der Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Substrat auch langfristig aufrechterhalten wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Erreichung einer langen Lebensdauer von auf der Leiterplatte angeordneten Bauelementen wie Halbleiterlichtquellen und elektronischen Bauelementen, insbesondere falls es sich bei dem Substrat um einen Kühlkörper handelt. Die Leiterplatte oder Platine mag eine zur Wärmeableitung besonders vorteilhafte Metallkernplatine sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt und mag z.B. einen Grundkörper aus FR-Material, z.B. FR4, CEM-Material, oder einem anderen geeigneten Material aufweisen.
-
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Buchse im vormontierten Zustand bezüglich der mindestens einen Befestigungsdurchführung (des die höhenvariierte Auflagestruktur aufweisenden Bauteils und ggf. des mindestens einen weiteren Bauteils), in welcher sie eingesetzt ist, verschiebbar angeordnet ist. Dazu mag sie in der mindestens einen Befestigungsdurchführung locker oder kraftschlüssig eingesetzt sein, bevorzugt jedoch nicht ohne Spiel formschlüssig. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass sich die Buchse bei Befestigen des Befestigungselements das Bauteil bzw. die Bauteile nicht deformiert.
-
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Buchse im montierten Zustand zumindest in Kontakt mit dem Befestigungselement steht. Dadurch kann über die Buchse eine verstärkte Wärmeableitung von dem mindestens einen weiteren Bauteil auf das Substrat erreicht werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das weitere Bauteil eine Metallkernplatine ist, da dann eine metallische Buchse zur verstärkten Wärmeableitung mit dem Metallkern und dem, ggf. metallischen, Substrat, insbesondere Kühlkörper, in Kontakt stehen kann.
-
Es ist insbesondere eine Ausgestaltung, dass die Leuchtvorrichtung (i) ein metallisches, insbesondere als Kühlkörper ausgebildetes, Substrat (ii) ein Bauteil aus Kunststoff, insbesondere Abdeckung, mit einer höhenvariierten Auflagestruktur an zumindest einer Befestigungsdurchführung sowie (iii) dazwischen eine Leiterplatte als weiteres Bauteil aufweist.
-
Im vormontierten Zustand mag eine Buchse durch die hintereinander angeordneten oder fluchtenden Befestigungsdurchführungen des Bauteils aus Kunststoff und der Leiterplatte geführt sein, und zwar so, dass ihre Länge geringer ist als das Nominalmaß der Befestigungsdurchführungen und maximal so lang wie deren Kleinstmaß. Die Buchse mag im vormontierten Zustand insbesondere flächenbündig mit höhenvariierten Auflagestruktur angeordnet sein und damit beabstandet von einer dem Substrat benachbarten Fläche der Leiterplatte. Der Abstand beträgt bevorzugt 0,1 bis 0,2 Millimeter.
-
Zum Montieren wird in die Befestigungsdurchführungen sowie in die Befestigungsöffnung des Substrats ein Befestigungselement, bevorzugt eine Schraube, eingeführt und angezogen. Bei einem Niet wird dieser auf bekannte Weise verformt. Dabei wird zumindest die höhenvariierte Auflagestruktur durch das Befestigungselement unter Erzeugung einer (Rest-)Spannung gequetscht oder verformt.
-
Im montierten Zustand wird die Buchse bevorzugt an einer Seite durch das Befestigungselement und an der anderen Seite durch das Substrat kontaktiert.
-
Die Aufgabe wird darüber hinaus gelöst mittels eines Verfahrens zum Herstellen einer Leuchtvorrichtung. Das Verfahren weist mindestens die folgenden Schritte auf: (a) Bereitstellen eines Bauteils, welches mindestens eine Befestigungsdurchführung aufweist, welches zumindest im Bereich der Befestigungsdurchführung aus einem elastischen, verzögert verformbaren Material besteht, welches an einem Auflagebereich für ein Befestigungselement eine höhenvariierte Auflagestruktur aufweist, und welches eine in der Befestigungsdurchführung angeordnete Buchse, die kürzer ist als eine Nominallänge der Befestigungsdurchführung, aufweist, (b) Bereitstellen eines Substrats mit mindestens einer Befestigungsbohrung; (c) Positionieren des Bauteils in Bezug auf das Substrat so, dass zumindest eine Befestigungsdurchführung des Bauteils mit ihrer der Auflagestruktur abgewandten Seite auf das Substrat ausgerichtet ist und diese zumindest eine Befestigungsdurchführung des Bauteils und die Befestigungsbohrung des Substrats fluchtend zueinander ausgerichtet sind; (d) Einsetzen eines Befestigungselements in mindestens eine fluchtende Befestigungsdurchführung des Bauteils und Befestigungsbohrung des Substrats; und (e) Befestigen des Befestigungselements so, dass es das Bauteil an das Substrat zieht. Das Verfahren weist die gleichen Vorteile auf wie die beschriebenen Vorrichtungen und mag analog ausgestaltet werden.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
-
1 zeigt als Schnittdarstellung in Schrägansicht einen Ausschnitt aus einer Leuchtvorrichtung in Form eines Leuchtmoduls im vormontierten Zustand;
-
2 zeigt den Ausschnitt in Seitenansicht;
-
3 zeigt den Ausschnitt aus 2 mit eingesetztem, aber noch nicht befestigtem Befestigungselement;
-
4 zeigt den Ausschnitt aus 3 mit teilweise befestigtem Befestigungselement; und
-
5 zeigt den Ausschnitt aus 3 mit fertig befestigtem Befestigungselement.
-
1 zeigt ein Bauteil einer Leuchtvorrichtung M in Form einer Abdeckung 1 zur Verbindung mit mindestens einem Substrat der Leuchtvorrichtung M in Form eines Kühlkörpers 2. Die Abdeckung 1 besteht aus Kunststoff, der gestrichelt angedeutete Kühlkörper 2 aus Metall, insbesondere Aluminium. Zwischen der Abdeckung 1 und dem Kühlkörper 2 befindet sich eine Leiterplatte 3, welche mindestens eine Halbleiterlichtquelle in Form einer LED (o. Abb.) und ggf. mindestens ein elektronisches Bauelement (z.B. als Teil eines Treibers) trägt. 2 zeigt die Teile der Leuchtvorrichtung M aus 1 in Schnittansicht.
-
Sowohl die Abdeckung 1 als auch die Leiterplatte 3 weisen mehrere durchgehende, zueinander fluchtende Befestigungsdurchführungen 4 bzw. 5 auf, von denen hier jeweils nur eine der Befestigungsdurchführungen 4 und 5 gezeigt ist. Die Befestigungsdurchführung 5 der Leiterplatte 3 weist einen größeren Querschnitt auf als die Befestigungsdurchführung 4 der Leiterplatte 3. Der Kühlkörper 2 weist eine dazu deckungsgleiche bzw. fluchtende Befestigungsbohrung 6 auf, welche z.B. mit einem Innengewinde versehen sein mag. Die Befestigungsdurchführungen 4 und 5 und die Befestigungsbohrung 6 sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Längsachse L angeordnet.
-
An ihrer freien, vorderen Oberfläche 7 weist die Abdeckung 1 in einem Bereich um die Befestigungsdurchführung 4 herum eine höhenvariierte Auflagestruktur 8 auf, die als Auflagebereich für einen Kopf K einer in die Befestigungsdurchführungen 4 und 5 und die Befestigungsbohrung 6 einzuführenden Schraube S (siehe 3 ff.) dient. Die höhenvariierte Auflagestruktur 8 weist genauer gesagt eine ringförmig um die Befestigungsdurchführung 4 verlaufende, in Bezug auf die Längsachse L abwechselnd erhöhte Teilbereiche 9 und vertiefte Teilbereiche 10 aufweisende Auflagestruktur 8 („Zahnkranzstruktur“) auf. Die erhöhten Teilbereiche 9 und die vertieften Teilbereiche 10 weisen eine in Draufsicht entlang der Längsachse L ringssektorartige Form mit einer Breite in Umfangsrichtung von 1 mm bis 2 mm auf. Die erhöhten Teilbereiche 9 und die vertieften Teilbereiche 10 weisen eine Höhendifferenz entlang der Längsachse L von bevorzugt 0,2 mm auf. Dabei stehen die erhöhten Teilbereiche 9 um 0,1 mm von einem sie umgebenden Oberflächenbereich 11 hoch. Die vertieften Teilbereiche 10 sind in Bezug auf diese Oberfläche 11 um 0,1 mm abgesenkt.
-
In die Befestigungsdurchführungen 4 und 5 ist eine zylinderförmige Buchse 12 aus Metall, z.B. Stahl, eingeführt. Die Buchse 11 ist dort verschieblich angeordnet, ggf. von der Befestigungsdurchführung 4 leicht kraftschlüssig gehalten. Eine Länge lb der Buchse 12 ist kürzer als (addierte) Nominallänge l1 + l2 der Befestigungsdurchführungen 4 und 5, d.h. insbesondere unterhalb der Auflagestruktur 8. Die Buchse 12 schließt im gezeigten vormontierten Zustand nach vorne flächenbündig mit den vertieften Teilbereichen 10 ab.
-
Gegenüber dem Kühlkörper 2 weist die Buchse 12 jedoch einen Abstand d auf. Es gilt also lb + d = l1 + l2 mit d > 0, bevorzugt d zwischen 0,1 mm und 0,2 mm. Der Kühlkörper 2 dient als Anschlag für die Buchse 12 nach hinten, da ein Durchmesser seiner Befestigungsbohrung 6 kleiner ist als ein Außendurchmesser der Buchse 12.
-
3 zeigt die in 1 und 2 gezeigten Teile der Leuchtvorrichtung M mit einem durch die Befestigungsdurchführungen 4 und 5 geführten sowie in die Befestigungsbohrung 6 eingeführten Befestigungselement in Form einer Schraube S. Der Kopf K der Schraube S liegt in dem gezeigten Montagezustand auf der Auflagestruktur 8 auf, hat diese aber noch nicht verformt. Die Buchse 12 ist noch nicht in den Befestigungsdurchführungen 4 und 5 verschoben und weist also einen unveränderten Abstand d zu dem Kühlkörper 2 auf.
-
In 4 ist die Schraube S weiter in Richtung des Kühlkörpers 4 angezogen worden, z.B. durch Drehen in einem passenden Innengewinde (o. Abb.) der Befestigungsbohrung 6. Dadurch wird die Auflagestruktur 8 verformt, insbesondere gequetscht, so dass das Kunststoffmaterial der erhöhten Teilbereiche 9 teilweise in die durch die vertieften Teilbereiche 10 freigelassenen Räume verdrängt wird. Da das Kunststoffmaterial sich typischerweise zumindest teilweise elastisch verformt, wird so durch die verformten erhöhten Teilbereiche 9 eine elastische (Rest-)Spannung erzeugt, welche dem durch den Kopf K der Schraube S ausgeübten externen Druck bzw. Kraft entgegenwirkt. Dadurch wird ein fester Sitz des Gehäuses 1 und auch der Leiterplatte 3 an dem Kühlkörper 2 bewirkt.
-
Diese elastische Spannung oder Verformung der erhöhten Teilbereiche 9 bewirkt auch, dass eine nach Anziehen der Schraube S auftretende verzögerte Verformung des Kunststoffmaterials des Gehäuses 1 im Bereich der Befestigungsdurchführung 4 ausgeglichen wird und ein fester Sitz auch langfristig erhalten bleibt. Dies mag mit einem Abbau des Spannungsniveaus einhergehen. Die verzögerte Verformung des Kunststoffmaterials mag beispielsweise durch eine Relaxation, Retardation, Kriechen und/oder ein viskoses Verhalten in dem mittels der Schraube S unter Druck gehaltenen Bereich des Gehäuses 1 bewirkt werden. Zudem mag die verzögerte Verformung durch erhöhte Temperaturen bei einem Betrieb der Leuchtvorrichtung M verstärkt werden.
-
In 4 ist die Schraube S noch weiter in Richtung des Kühlkörpers 4 angezogen worden, so dass die Buchse 12 in Kontakt mit Kühlkörper 2 steht. Gleichzeitig mag die Buchse 12 an ihrem anderen Ende in Kontakt mit der Schraube S bzw. deren Kopf K stehen. Die Buchse 12 dient nun als Begrenzung gegen ein weiteres Anziehen der Schraube S und erlaubt die Einstellung einer genauen Anpresskraft.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
-
So mag das Gehäuse auch direkt an dem Kühlkörper befestigt sein.
-
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
-
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abdeckung
- 2
- Kühlkörper
- 3
- Leiterplatte
- 4
- Befestigungsdurchführung
- 5
- Befestigungsdurchführung
- 6
- Befestigungsbohrung
- 7
- vordere Oberfläche der Abdeckung
- 8
- höhenvarierte Auflagestruktur
- 9
- erhöhter Teilbereich der Auflagestruktur
- 10
- vertiefter Teilbereich der Auflagestruktur
- 11
- Oberflächenbereich
- 12
- Buchse
- d
- Abstand
- K
- Kopf
- L
- Längsachse
- lb
- Länge
- l1
- Nominallänge
- l2
- Nominallänge
- M
- Leuchtvorrichtung
- S
- Schraube
