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Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlampe, aufweisend mindestens ein erstes Teil und ein zweites Teil, die miteinander mittels einer Verbindungsmasse miteinander verbunden worden sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Teils und eines zweiten Teil einer Halbleiterlampe mittels einer Verbindungsmasse, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte aufweist: Anbringen der Verbindungsmasse an mindestens einem der Teile und Anbringen mindestens eines anderen der Teile an der Verbindungsmasse. Die Erfindung ist z. B. anwendbar auf Retrofitlampen, insbesondere auf Glühlampen-Retrofitlampen und Retrofitlampen für rohrförmige Lampen, z. B. für Leuchtstofflampen- oder eine Linienlampen-Retrofitlampen.
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Derzeit wird eine Verbindung von Teilen von LED-Lampen häufig mittels organischer Klebstoffe wie z. B. Epoxidharz oder Silikon realisiert. Diese Klebstoffe bestehen aus einer oder mehreren Komponenten, die selbsttätig und/oder unter Einfluss von Strahlung (z. B. UV-Strahlung), Temperatur oder Feuchte chemisch aushärten. Die Aushärtezeit liegt in der Regel bei mindestens einer Viertelstunde bis hin zu Tagen. Derartige Klebungen können üblicherweise nicht oder nur mit großem Aufwand wieder gelöst werden. Zudem können Ausgasungen entstehen, welche eine Lebensdauer weiterer Komponenten oder Teile der Halbleiterlampe verkürzen. Auch können sich dadurch unerwünschte sichtbare Beläge im Strahlengang oder an den Lichtaustrittsflächen bilden. Dies macht ausgasende Klebstoffe häufig ungeeignet zum Einsatz in einem geschlossenen Raum.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Halbleiterlampe, aufweisend mindestens ein erstes Teil und ein zweites Teil, die mittels einer Verbindungsmasse miteinander verbunden worden sind, wobei die Verbindungsmasse eine thermoplastische Verbindungsmasse ist.
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Eine solche Halbleiterlampe weist den Vorteil auf, dass das Thermoplast bzw. die thermoplastische Verbindungsmasse nicht chemisch auszuhärten braucht. Um die Teile zu verbinden, braucht der Thermoplast nur auf ein erstes Teil an- oder aufgebracht zu werden und dann zum Anbringen des zweiten Teils warmgehalten oder erneut erwärmt werden. Nach seiner Abkühlung ist die mechanische Stabilität oder Endfestigkeit des Teilverbundes erreicht. Dies bewirkt einen weiteren Vorteil, nämlich dass eine wesentlich kürzere Prozesszeit einen Einsatz auf schnelllaufenden Fertigungslinien ermöglicht. Vorteilhaft ist zudem, dass bei den Thermoplasten bzw. bei thermoplastischen Verbindungsmassen im Gegensatz zu den bisher eingesetzten organischen Klebstoffen keine gasförmigen Reaktionsprodukte oder Ausgasungen entstehen. Für eine Wiederverwertung oder ein Recycling der verbundenen Teile braucht der Thermoplast lediglich durch Erwärmung erweicht werden, wodurch sich der Teileverbund wieder löst und die Teile einfach getrennt werden können.
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Dass die Halbleiterlampe mindestens ein erstes Teil und ein zweites Teil aufweist, umfasst beispielsweise, dass die Halbleiterlampe mindestens ein erstes Teil und mindestens ein zweites Teil aufweist, die in beliebiger Kombination mittels einer thermoplastischen Verbindungsmasse miteinander verbunden werden können. So mögen ein erstes und/oder ein zweites Teil mit mindestens einem zweiten bzw. mindestens einem ersten Teil verbunden sein. Auch mag die Halbleiterlampe weitere Teile (z. B. mindestens ein drittes Teil, mindestens ein viertes Teil usw.) aufweisen, die in grundsätzlich beliebiger Anordnung oder Gruppierung mittels einer thermoplastischen Verbindungsmasse miteinander und/oder mit mindestens einem ersten und/oder mit mindestens einem zweiten Teil verbunden sein können.
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Die Halbleiterlampe weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle zur Lichterzeugung auf. Beispielsweise kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode umfassen. 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). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein (”Remote Phosphor”). 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 Halbleiterlichtquelle z. B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die thermoplastische Verbindungsmasse ein thermoplastischer Haftvermittler ist.
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Die Verbindungsmasse wirkt dabei so, dass sie an den zu verbindenden Teilen haftet. Dies ergibt den Vorteil, dass durch den Haftvermittler zu verbindende Teile nicht form- oder kraftschlüssig mit der Verbindungsmasse in Eingriff gebracht zu werden brauchen. So wird eine besonders große Vielfalt an Verbindungsmöglichkeiten bereitgestellt.
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Die Haftfähigkeit mag temperaturabhängig sein. So ist es eine Weiterbildung, dass die Haftfähigkeit dann, wenn sich die Verbindungsmasse auf einer Verarbeitungstemperatur befindet, niedriger ist als im abgekühlten Zustand unterhalb der Verarbeitungstemperatur. Jedoch mag grundsätzlich auch der umgekehrte Fall auftreten. Zum Erreichen einer besonders starken Haftung können die zu verbindenden Teile zusammengedrückt werden. Dabei befindet sich die Verbindungsmasse vorzugsweise auf einer Verarbeitungstemperatur, da so besonders große Kontakt- bzw. Haftflächen erzeugt werden.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Weiterbildung, dass die thermoplastische Verbindungsmasse mit zumindest einem der Teile keine signifikante Haftung eingeht. Eine Befestigung dieses Teils mag dann durch eine plastische Verformung der Verbindungsmasse zum Herstellen einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung erreicht werden. Allgemein mag eine Verbindung mittels einer stoff-, kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung erreicht werden.
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Unter einer Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Verbindungsmasse mag insbesondere eine Temperatur verstanden werden, bei welcher sich die thermoplastische Verbindungsmasse zur Verbindung der Teile verformen lässt, insbesondere plastisch verformen lässt. Unterhalb der Verarbeitungstemperatur ist die Verbindungsmasse hingegen für praktische Zwecke nicht oder nicht ausreichend plastisch verformbar, jedoch ggf. elastisch verformbar. Eine Grenztemperatur zwischen einem nicht mehr plastisch verformbaren Zustand und einem plastisch verformbaren Zustand mag insbesondere einer Glasübergangstemperatur entsprechen.
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Die Verarbeitungstemperatur ist vorzugsweise so hoch, dass sie in einem normalen Betrieb der Halbleiterlampe nicht erreicht wird und folglich die Verbindung sich nicht unabsichtlich trennt. Sie liegt in anderen Worten vorzugsweise oberhalb einer maximalen Betriebstemperatur an der Verbindungsmasse. Andererseits liegt die Verarbeitungstemperatur vorzugsweise unterhalb der Temperatur, bei der die zu verbindenden bzw. andere bereits montierte Bauteile oder Komponenten während des Verbindens geschädigt werden.
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Die Verarbeitungstemperatur mag insbesondere eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von möglichen Verarbeitungstemperaturen sein.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die thermoplastische Verbindungsmasse ein thermoplastisches Elastomer ist. Es ist eine Ausgestaltung, dass die thermoplastische Verbindungsmasse eine silikonbasierte thermoplastische Verbindungsmasse ist. Diese Stoffe weisen den Vorteil auf, dass sie auch im kühlen Zustand signifikant elastisch verformbar ist und deshalb bei z. B. thermisch induzierten Wechselbelastungen nicht bricht. Solche Wechselbelastungen treten bei Lampen häufig auf, z. B. nach einem Anschalten oder einem Ausschalten oder Dimmen, insbesondere wenn Materalien mit einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist silikonbasierte Verbindungsmasse hochgradig alterungsbeständig gegenüber Strahlung (z. B. Licht- und Sonnenstrahlung) und chemischen Einwirkungen als auch gegen Feuchtigkeit. Zudem ist die silikonbasierte Verbindungsmasse vorzugsweise farblos. Sie kann grundsätzlich lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig, z. B. auch farbig, reflektierend oder streuend, ausgestaltet werden. Der Verbindungsmasse können grundsätzlich ein oder mehrere funktionale Füllstoffe hinzugegeben werden, z. B. auch wellenlängenkonvertierender Leuchtstoff, strahlungsabsorbierendes Material usw. Eine weitere Eigenschaft ist, dass die silikonbasierte Verbindungsmasse auf vielen Materialien wie Metallen, Keramiken, Gläsern, Leiterplatten und Kunststoffen gut haftet, wodurch sich ein breites Verbundspektrum ergibt. Hierbei können gleiche als auch verschiedene Materialien miteinander verbunden werden.
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Darüber hinaus ist ihre Verarbeitungstemperatur vergleichsweise niedrig, insbesondere kleiner als 200°C, vorzugsweise 175°C oder weniger, in einer besonderen Ausgestaltung 120°C oder weniger. Welcher Thermoplast eingesetzt wird, hängt von der späteren Betriebstemperatur und der Temperaturempfindlichkeit der Bauteile ab. So ist z. B. eine Verarbeitungstemperatur von ≤ 120°C vor allem für organische Halbleiter vorteilhaft, für andere Anwendungen mit höheren Betriebstemperaturen, ist eine höhere Verarbeitungstemperatur erforderlich.
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Beispielsweise liegt die Verarbeitungstemperatur in einem Bereich zwischen 125°C und 175°C, so dass sie auch zum Verbinden, insbesondere durch Haftung, von Teilen aus Kunststoff geeignet ist. In einer Weiterbildung wird die silikonbasierte thermoplastische Verbindungsmasse auf eine Verarbeitungstemperatur von 150°C gebracht. Silikonbasierter Thermoplast ist darüber hinaus geeignet z. B. zum Verbinden von Glas und/oder Metall usw., und zwar auch durch Haftung daran. Ferner ist silikonbasierte Verbindungsmasse preiswert sowie einfach handhabbar.
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Ein mögliches silikonbasiertes thermoplastisches Elastomer ist unter dem Handelsnamen „TECTOSIL” von der Fa. Wacker erhältlich. Ein weiterer silikonbasierter Thermoplast ist unter dem Handelsnamen „GENIOMER” von der Fa. Wacker erhältlich.
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Jedoch ist die Verbindungsmasse nicht auf die Verwendung eines silikonbasierten Thermoplastes beschränkt. Es können auch andere Thermoplaste wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK), Polyvinylchlorid (PVC) und/oder Mischungen davon (z. B. ein Polyblend) verwendet werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein (erster, zweiter usw.) Teil eine Leiterplatte ist. In anderen Worten kann mindestens eine Leiterplatte mittels einer thermoplastischen Verbindungsmasse verbunden oder befestigt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine Leiterplatte ein wertvolles Teil für ein Recycling darstellt. Zudem muss eine Leiterplatte häufig an mehreren Stellen befestigt werden, wodurch sich der Vorteil einer Nutzung einer thermoplastischen Verbindungsmasse verstärkt. Die Leiterplatte mag insbesondere an ihrer Vorderseite ein oder mehrere Halbleiterlichtquellen aufweisen. Sie mag an ihrer Rückseite mit der thermoplastischen Verbindungsmasse flächig oder stellenweise verbunden sein. Sind in der thermoplastischen Verbindungsmasse funktionelle Partikel enthalten, so können diese beispielweise auch durch ein nachgeschaltetes Auflösen des Thermoplasts in z. B. Lösemittel wieder zurückgewonnen werden.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Teil ein lichtdurchlässiger Kolben ist. Der lichtdurchlässige Kolben mag z. B. ein domartig gewölbter Kolben sein, z. B. zur Verwendung mit einer Glühlampen-Retrofitlampe. Der lichtdurchlässige Kolben mag aber auch ein rohrartiger Kolben sein, z. B. für eine Leuchtstofflampen- oder eine Linienlampen-Retrofitlampe. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Verbindungsmasse niedriger ist als eine Verarbeitungstemperatur des Kolbens. Dadurch wird eine mögliche Beschädigung des Kolbens verhindert. Der Kolben kann z. B. aus Kunststoff bestehen, insbesondere mit einer Verarbeitungstemperatur von mehr als 250°C. Vorzugsweise besteht der Kolben aus Glas, so dass aufgrund seiner hohen Verarbeitungstemperatur praktisch alle thermoplastischen Verbindungsmassen mit ihm verbindbar sind. Zudem besitzt Glas eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kunststoffe, wodurch sich die Prozesszeiten beim Verbinden nochmals verkürzen lassen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit im Betrieb auch die Wärmeabfuhr verbessert und z. B. kleinere Wärmesenken oder „Heatsinks” eingesetzt werden können. Zudem vergilbt und versprödet Glas nicht und ist vor allem bei großen Stückzahlen in der Regel kostengünstiger als die Kunststoffkolben.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Teil eine Wärmesenke, insbesondere ein Kühlkörper, ist. Die Wärmesenke mag beispielsweise ein Körper aus Aluminium oder aus Kupfer sein.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Teil ein (insbesondere vorgefertigtes) Befestigungselement ist. Das Befestigungselement mag beispielsweise aus Kunststoff (z. B. Polycarbonat) oder aus Metall bestehen. Die Verwendung eines Befestigungselements weist den Vorteil auf, dass bestimmte Teile der Halbleiterlampe auch auf andere Art als mittels einer Haftung befestigt werden können, z. B. durch ein Verrasten, ein Klemmen, ein Klipsen usw. Dabei kann das Befestigungselement selbst einfach mittels der thermoplastischen Verbindungsmasse an mindestens einem der Teile befestigt werden, z. B. an einer glatten Wand.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe einen röhrenförmigen Kolben und mindestens eine in dem Kolben eingeführte Leiterplatte aufweist und die thermoplastische Verbindungsmasse die Leiterplatte direkt mit dem Kolben verbindet. Dies ergibt den Vorteil, dass die Leiterplatte z. B. im Vergleich zu aushärtenden Klebstoffen ohne Zeitdruck und mit der Möglichkeit einer Positionskorrektur in den Kolben einbringbar ist. Zudem ist die Leiterplatte für ein Recycling einfach lösbar.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe einen röhrenförmigen Kolben, mindestens eine in dem Kolben eingeführte Leiterplatte und mindestens ein Befestigungselement zum Befestigen der Leiterplatte aufweist und die thermoplastische Verbindungsmasse das mindestens eine Befestigungselement mit dem Kolben verbindet. Dies stellt besonders vielfältige Möglichkeiten einer Befestigung der Leiterplatte bereit. Auch wird so die Leiterplatte bei einer Erwärmung der thermoplastischen Verbindungsmasse geringer belastet. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung mag die Leiterplatte eine bandförmige Leiterplatte sein, z. B. vom Typ LINEARlight FLEX der Fa. Osram. Sie mag starr oder flexibel sein.
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Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Halbleiterlampe eine Glühlampen- oder Halogenlampen-Retrofitlampe ist und die thermoplastische Verbindungsmasse den Kühlkörper mit dem Kolben und/oder mit mindestens einer Leiterplatte verbindet.
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Allgemein kann die thermoplastische Verbindungsmasse auch für eine Befestigung von Halbleiterlichtquellen, z. B. LEDs, mit niedriger Leistung, verwendet werden. Überschreitet die im Betrieb der Halbleiterlichtquellen an der Verbindungsmasse auftretenden Temperaturen eine Dauertemperaturbeständigkeit des Verbindungsmasse nicht, kann die Verbindungsmasse auch zur Befestigung einer Linse direkt auf oder nahe an der mindestens einen Halbleiterlichtquelle verwendet werden. Ferner kann die Verbindungsmasse selbst auch als Linse ausgebildet sein und/oder als Matrix für Leuchtstoff dienen, um z. B. die Lichtfarbe anzupassen. In diesem Fall sollte die Transmission in dem gewünschten Wellenlängenbereich hoch sein und die Verbindungsmasse für die emittierte Wellenlänge stabil sein.
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Auch ist eine Beschichtung einer Oberfläche der Leiterplatte oder des Kolbens und/oder einer Innenfläche eines Kühlkörpers (im beleuchteten Bereich) mit einer streuenden oder reflektierenden oder konvertierenden Schicht, insbesondere der Verbindungsmasse, umsetzbar.
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Auch ist es möglich, den zumindest teilweise gewölbten oder gekrümmten Kolben komplett mit der Verbindungsmasse ausfüllen, um so eine Lichtauskopplung gegenüber einer gashaltigen Füllung verbessern als auch eine Wärmeabfuhr zu verbessern.
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Für den Fall, dass die Leiterplatte an einer Außenseite des Kolbens angeordnet ist, kann sich Verbindungsmasse dann zwischen der Leiterplatte und der Außenseite des Kolbens befinden. Auch hier ist eine komplette Verkapselung der Leiterplatte möglich, so dass das die Verbindungsmasse dann auch als elektrische Isolation wirken kann oder ein elektrisch isolierendes Material damit befestigt wird. Alternativ kann auch ein Kühlkörper oder ein Reflektor, z. B. in Form eines Bandes oder einer Folie, damit befestigt werden. Vorzugsweise erfüllt das Band oder die Folie beide Eigenschaften gleichzeitig, d. h. es dient als Wärmesenke und zur Lichtlenkung. In diesem Fall ist das Band oder die Folie vorzugsweise breiter als die Leiterplatte, umhüllt den Kolben aber nur teilweise, wobei die reflektierende Seite mit dem Kolben verbunden ist. Das Band oder die Folie besteht aus vorzugsweise aus Metall, z. B. Alanod.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Verbinden mindestens eines ersten Teils und eines zweiten Teils einer Halbleiterlampe mittels einer thermoplastischen Verbindungsmasse, wobei das Verfahren mindestens folgende Schritte aufweist: Anbringen der thermoplastischen Verbindungsmasse an mindestens einem der Teile; Anbringen mindestens eines anderen der Teile an der Verbindungsmasse und; Erwärmen der Verbindungsmasse auf eine Verarbeitungstemperatur.
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Dieses Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die zuvor beschriebene Halbleiterlampe und kann analog ausgestaltet werden. Insbesondere kann so eine Haftverbindung hergestellt werden.
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Das Anbringen der Teile an der thermoplastischen Verbindungsmasse kann auch ein Einbringen der Verbindungsmasse zwischen die beiden zu verbindenden Teile umfassen, d. h., dass insbesondere die ersten beiden Schritte gleichzeitig ausgeführt werden können.
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Das Erwärmen der Verbindungsmasse auf eine Verarbeitungstemperatur mag ein Erwärmen der Verbindungsmasse von einer Temperatur unterhalb der Verarbeitungstemperatur oder ein Halten der thermoplastischen Verbindungsmasse auf der Verarbeitungstemperatur umfassen.
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Das Anbringen der Verbindungsmasse kann erfolgen, wenn sich die Verbindungsmasse unterhalb ihrer Verarbeitungstemperatur befindet oder wenn die Verbindungsmasse eine Verarbeitungstemperatur aufweist.
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Das Anbringen der Verbindungsmasse mag ein Anbringen eines Volumens oder mehrerer räumlich voneinander getrennter („lokaler”) Volumina der Verbindungsmasse umfassen. Das Anbringen mehrerer lokaler Volumina weist beispielsweise den Vorteil einer Einsparung der Menge an Verbindungsmasse auf.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das Anbringen der Verbindungsmasse ein Anbringen mindestens eines punktförmigen Volumens der Verbindungsmasse umfasst. Dies ermöglicht einen besonders materialsparenden Einsatz der Verbindungsmasse. Unter einem „punktförmigen” Volumen wird insbesondere ein Volumen verstanden, welches eine nur geringe ebene Ausdehnung (z. B. bei Draufsicht) aufweist. Ein solches punktförmiges Volumen lässt sich besonders einfach aufbringen. Alternativ oder zusätzlich mag die thermoplastische Verbindungsmasse z. B. als eine Linie oder Spur oder als eine größere Fläche aufgebracht werden.
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Zum Anbringen der Verbindungsmasse mag diese zuvor auf eine Verarbeitungstemperatur gebracht worden sein. Sie mag nach dem Anbringen an dem ersten Teil abkühlen und erst zum Anbringen des zweiten Teils erneut auf ihre Verarbeitungstemperatur gebracht werden. Alternativ mag das Anbringen der Teile so schnell geschehen, dass die thermoplastische Verbindungsmasse auf ihrer Verarbeitungstemperatur bleibt und somit nicht erneut erwärmt zu werden braucht.
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In noch einer Weiterbildung erfolgt das Verbinden mit einer Kraftbeaufschlagung und/oder mittels Unterdrucks.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Verbindungsmasse mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm aufgebracht wird, insbesondere mit einer Dicke zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, insbesondere mit einer Dicke zwischen 0,3 mm und 0,5 mm, bevorzugt von ca. 0,4 mm. Dies ermöglicht eine ausreichende Verformung der Verbindungsmasse bei einem Anbringen an einem Teil oder bei einem Anbringen eines Teils bei gleichzeitig materialsparendem Einsatz und einer Erzeugung einer dünnen Haftschicht nach Anbringen beider Teile.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass beide Teile übereinander angebracht werden und die zwischen ihnen befindliche Verbindungsmasse kraftlos (d. h., ohne eine Kraftausbringung zum Andrücken der Teile) erwärmt wird. Die Andruckkraft wird vielmehr nur durch das Gewicht des oberen der Teile erreicht. Dies ergibt den Vorteil einer besonders einfachen Fertigung. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft einsetzbar, wenn zumindest eines der Teile nur mit hohem Aufwand oder sogar gar nicht angedrückt oder gleichmäßig angedrückt werden kann. Dies mag beispielsweise der Fall sein, wenn eines der Teile schwer zugänglich ist, z. B. wenn ein in einem Rohr (z. B. in einem Kolben) befindliches Teil (z. B. eine Leiterplatte) über die thermoplastische Verbindungsmasse an einer Innenseite des Rohrs befestigt werden soll.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass eines der Teile ein Rohr ist und das Rohr zum Erwärmen der Verbindungsmasse von außen erwärmt wird. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung der thermoplastischen Verbindungsmasse auch an tiefer im Rohr befindlichen Stellen. Die Erwärmung geschieht beispielsweise bei einer Temperatur an oder oberhalb der Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Verbindungsmasse und unterhalb der Erweichungstemperatur des Rohrs (im Fall eines Glasrohrs vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb einer Transformationstemperatur). Dadurch kann die thermoplastische Verbindungsmasse auch bei thermischen Verlusten auf seine Verarbeitungstemperatur gebracht werden.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein Erwärmen und folgendes Abkühlen der thermoplastischen Verbindungsmasse nicht mehr als fünf Minuten dauert. Dies ermöglicht eine besonders schnelle Fertigung und ist mit organischen Klebstoffen nicht oder nur in Ausnahmefällen erreichbar. Im Vergleich dazu benötigt ein Verbund mit z. B. herkömmlichem Silikon in der Regel sieben Minuten, um so weit abzubinden, dass die Komponenten beim Bewegen nicht wieder verrutschten.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Halbleiterlampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Schrägansicht auf ein offenes Ende;
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2 zeigt die Halbleiterlampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Frontalansicht;
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3 zeigt ausschnittsweise eine Halbleiterlampe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Schrägansicht auf ein offenes Ende;
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4 zeigt die Halbleiterlampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Frontalansicht; und
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5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Halbleiterlampe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine stabförmige Halbleiterlampe 1 in Form einer LED-Leuchtstofflampen-Retrofitlampe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Schrägansicht auf ein offenes Ende 2. 2 zeigt die Halbleiterlampe 1 in einer Frontalansicht auf das offene Ende 2.
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Die Halbleiterlampe 1 weist einen Kolben 3 in Form eines beidseitig offenen, hier beispielhaft geradlinigen Glasrohrs mit einer Längsachse L auf. Der Kolben 3 ist transparent oder transluzent bzw. opak und mag z. B. aus Milchglas bestehen oder beschichtet oder aufgeraut sein. In dem Kolben 3 ist parallel zu der Längsachse L eine bandförmige Leiterplatte 4 untergebracht. Die bandförmige Leiterplatte 4 weist eine Oberseite 5 auf, auf welcher mehrere entlang der Längsachse L in Reihe angeordnete Halbleiterlichtquellen in Form von LED-Chips 6 angeordnet sind (siehe 2).
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Die Leiterplatte 4 als z. B. ein zweites Teil wird mittels einer silikonbasierten thermoplastischen Verbindungsmasse 7 direkt (d. h., ohne weitere Verbindungselemente) an dem Kolben 3 als z. B. einem ersten Teil angebracht bzw. befestigt oder fixiert. Die Verbindungsmasse 7 bewirkt eine Haftung zwischen einer Rückseite 8 der Leiterplatte 4 und einem Kontaktbereich an einer Innenseite des Kolbens 3.
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Zur Anbringung der Leiterplatte 4 wird zunächst die thermoplastische Verbindungsmasse 7 auf die Innenseite des Kolbens 3 aufgebracht, z. B. als sich in Richtung der Längsachse L erstreckende Linie oder Wulst oder als sich in Richtung der Längsachse L erstreckende Reihe von punktförmigen Volumina bzw. Haftpunkten. Insbesondere wird die Verbindungsmasse 7 als eine maximal ca. 0,4 mm dicke Schicht aufgebracht.
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Dabei mag die thermoplastische Verbindungsmasse 7 kühl sein (d. h., eine Temperatur unterhalb ihrer Verarbeitungstemperatur aufweisen) oder sich auf einer Verarbeitungstemperatur befinden. Die bevorzugte Verarbeitungstemperatur einer silikonbasierten thermoplastischen Verbindungsmasse 7 kann beispielsweise bei ca. 150°C liegen. Die thermoplastische Verbindungsmasse 7 mag insbesondere dann kühl aufgebracht werden, wenn er in diesem Zustand bereits eine ausreichende Haftung aufweist, um zu verhindern, dass sie sich während der Fertigung von dem Kolben 3 löst.
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In einem nächsten Schritt wird die Leiterplatte 4 an der Verbindungsmasse 7 angebracht, indem sie in den Kolben 3 eingeführt und auf die Verbindungsmasse 7 aufgelegt wird.
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Für den Fall, dass die Verbindungsmasse 7 sich nicht auf seiner Verarbeitungstemperatur befindet, wird sie folgend darauf erwärmt. In diesem Zustand kann die Leiterplatte 4 schon alleine aufgrund ihres Gewichts so stark auf die Verbindungsmasse 7 drücken, dass diese sich plastisch verformt und dadurch eine größere Haft- bzw. Kontaktfläche erzeugt.
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Das Erwärmen kann beispielsweise mittels eines Heißluftgebläses erfolgen, welches von außen auf den Kolben 3 gerichtet wird, und zwar insbesondere auf Stellen, welche sich im Bereich der Verbindungsmasse 7 befinden.
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Folgend kann die Verbindungsmasse 7 unter ihre Verarbeitungstemperatur abgekühlt werden, z. B. an Umgebungsluft. So wird ein fester Verbund zwischen dem Kolben 3 und der Leiterplatte 4 hergestellt. Das Erwärmen und folgende Abkühlen der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 dauert vorzugsweise nicht mehr als ca. drei bis fünf Minuten.
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Zusätzlich kann beim Verbinden noch eine Kraftbeaufschlagung und/oder Unterdruck vorliegen. Ebenso kann anstelle des Kolbens 3 auch die Unterseite der Leiterplatte 4 mit der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 beschichtet werden.
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3 zeigt eine Halbleiterlampe 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Schrägansicht auf ein offenes Ende 2. 4 zeigt die Halbleiterlampe 11 in einer Frontalansicht auf das offene Ende 2. Der Kolben 3 ist nun nicht direkt mit einer bandförmigen Leiterplatte 12 verbunden, sondern über mindestens ein Befestigungselement in Form eines Halteclips oder Raststifts 13. Insbesondere kann die Leiterplatte 12 über zwei oder mehr Raststifte 13 befestigt sein. Die Leiterplatte 12 ist ähnlich der Leiterplatte 4 ausgestaltet, weist aber zusätzlich je eine Rastaussparung 14 je Raststift 13 zum Durchführen des jeweils zugehörigen Raststifts 13 auf.
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Die thermoplastische Verbindungsmasse 7 verbindet nun eine Unterseite eines Fußes 15 des Raststifts 13 mit dem gegenüberliegenden Bereich der Innenseite des Kolbens 3. Dabei kann der Raststift 13 mit einem zu dem ersten Ausführungsbeispiel analogen Verfahren verbunden bzw. fixiert werden. Der Raststift 13 besteht z. B. aus Polycarbonat, welches bei der Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 keinen Schaden nimmt, da dessen typische Verarbeitungstemperatur zwischen 240°C und 320°C und damit signifikant höher liegt als diejenige der thermoplastischen Verbindungsmasse 7.
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5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Skizze einer Halbleiterlampe 21 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Halbleiterlampe 21 ist als eine Glühlampen-Retrofitlampe ausgebildet und weist einen Kühlkörper 22 auf, z. B. aus Aluminium. Der Kühlkörper 22 weist an seinem rückwärtigen Ende einen Sockel 23 zum Anschluss an eine Fassung auf, z. B. einen Edison-Sockel. An seiner Vorderfläche 24 trägt der Kühlkörper 22 eine z. B. kreis- oder ringförmige Leiterplatte 25. Die Leiterplatte 25 ist mit ihrer Rückseite an dem Kühlkörper 22 befestigt, z. B. mittels einer thermoplastischen Verbindungsmasse 7 oder mittels eines Wärmeleitklebers, einer Wärmeleitpaste usw. (o. Abb.), und dient an ihrer Vorderseite 5 als Träger für mindestens eine Halbleiterlichtquelle, hier beispielhaft in Form eines LED-Chips 6. Die Leiterplatte 25 wird von einem lichtdurchlässigen (transparenten oder opaken) Kolben 26 überwölbt. Der Kolben 26 ist hier beispielhaft als Kugelkalotte ausgeführt und ist an dem Kühlkörper 22 befestigt.
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Die Befestigung des Kolbens 26 geschieht durch seine Einführung an seinem freien Rand 27 in eine umlaufende Ringnut 28 in der Vorderfläche 24 des Kühlkörpers 22. Die Ringnut 28 kann dazu zuvor oder nachträglich mit der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 gefüllt worden sein bzw. gefüllt werden, insbesondere mit einer silikonbasierten thermoplastischen Verbindungsmasse 7. Die thermoplastische Verbindungsmasse 7 mag beispielsweise auf einen Boden der Ringnut 28 aufgebracht worden sein, z. B. als eine ca. 0,4 mm Schicht. Die thermoplastische Verbindungsmasse 7 mag z. B. wulstförmig, bandförmig, linienförmig oder in Form mehrerer Punkte aufgebracht worden sein.
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Um den Kolben 26 mittels der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 fest mit dem Kühlkörper 22 zu verbinden, wird die Halbleiterlampe 21 bis auf die Verarbeitungstemperatur der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 aufgewärmt, z. B. durch Verbringung in einem Ofen. Dabei befindet sich der Kolben 26 z. B. oberhalb der Ringnut 28, so dass der Koben 26 ohne weitere äußere Krafteinwirkung, sondern nur durch sein Gewicht die thermoplastische Verbindungsmasse 7 plastisch eindrücken kann und ggf. sogar in die thermoplastische Verbindungsmasse 7 einsinken kann. Auch aufgrund der dafür benötigten kurzen Prozesszeit wird die Leiterplatte 25 mit den LEDs 6 dabei nicht geschädigt. Bei diesem Aufwärmen in dem Ofen mag ein bei der fertigen Halbleiterlampe 21 ggf. in dem Kühlkörper 22 untergebrachter Treiber (o. Abb.) noch nicht vorhanden sein, um ihn nicht zu schädigen. Der Treiber mag z. B. in Form einer Treiberelektronik mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen vorliegen.
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Alternativ mag die thermoplastische Verbindungsmasse 7 punktuell oder flächig mit geeigneten Heizquellen erfolgen, jedoch ohne Verwendung eines Ofens. Dies vermindert eine Möglichkeit einer Beschädigung von anderen Bauteilen der Halbleiterlampe 21 (z. B. der Leiterplatte 25, der LED-Chips 6 und/oder des ggf. in dem Kühlkörper 22 untergebrachten Treibers). Insbesondere mag der Treiber dann bereits in dem Kühlkörper 22 untergebracht sein. In diesem Fall können der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 ggf. strahlungsabsorbierende Stoffe oder Verbindungen zugesetzt sein. Idealerweise absorbiert die thermoplastische Verbindungsmasse 7 Strahlung selbst schon gut.
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Ähnlich dem Kolben kann auch eine Optik auf dem Aluminiumbauteil oder an dem Kolben befestigt werden.
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Folgend wird die Halbleiterlampe 21 abgekühlt, z. B. an Umgebungsluft. Für das Aufheizen und Abkühlen werden typischerweise ca. 5 Minuten benötigt, jedoch ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist. Nach dem Abkühlen mag der Kolben 26 mit der thermoplastischen Verbindungsmasse 7 und damit mit dem Kühlkörper 22 rein durch Haftung verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich mag der Kolben 26 sich bei einem ausreichenden Einsinken in die thermoplastischen Verbindungsmasse 7 in einem kraft- und/oder formschlüssigen Eingriff damit befinden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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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.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Halbleiterlampe
- 2
- offenes Ende
- 3
- Kolben
- 4
- bandförmige Leiterplatte
- 5
- Oberseite der Leiterplatte
- 6
- LED-Chip
- 7
- thermoplastische Verbindungsmasse
- 8
- Rückseite der Leiterplatte
- 11
- Halbleiterlampe
- 12
- bandförmige Leiterplatte
- 13
- Raststift
- 14
- Rastaussparung
- 15
- Fuß des Raststifts
- 21
- Halbleiterlampe
- 22
- Kühlkörper
- 23
- Sockel
- 24
- Vorderfläche des Kühlkörpers
- 25
- Leiterplatte
- 26
- Kolben
- 27
- freier Rand des Kolbens
- 28
- Ringnut
- L
- Längsachse
