DE102018121707B4

DE102018121707B4 - LED Leuchte für hohe Lichtleistung mit schwebenden Kühlkörpern

Info

Publication number: DE102018121707B4
Application number: DE102018121707.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-05
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2038-09-06
Also published as: DE102018121707A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leuchtenkörper (0), insbesondere für LED-Leuchtmittel, wobei der Leuchtenkörper (0) eine LED Montageplatte (1), mindestens einen Abstandshalter (2) und mindestens einen Kühlkörper (3) umfasst, wobei die LED Montageplatte (1) eine obere Montagefläche (1a) und eine untere Montagefläche (1b) umfasst, wobei auf der unteren Montagefläche (1b) LED Leuchtmittel anbringbar sind, wobei auf der oberen Montagefläche (1a) der mindestens eine Abstandshalter (2) angeordnet ist, wobei der Abstandshalter (2) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Kühlkörper (3) fixierbar von der oberen Montagefläche (1a) zu beabstanden und Wärme zu leiten, wobei der mindestens eine Kühlkörper (3) einen Kernbereich (5) längs seiner zentralen Längsachse aufweist, wobei in den Kernbereich (3) der Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers (3) fällt, wobei der Kernbereich (3) wärmeleitend ist, wobei die Längsachse in einem Winkel von 70 bis 90° zur oberen Montagefläche (1a) steht, vorzugsweise steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche (1a), wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen (4) am Kühlkörper (3) und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper (3) aufweist, die insbesondere außen um den Kernbereich (5) angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung eine LED-Leuchte umfassend den erfindungsgemäßen Leuchtenkörper.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leuchtenkörper, insbesondere für LED-Leuchtmittel, wobei der Leuchtenkörper eine LED Montageplatte, mindestens einen Abstandshalter und mindestens einen Kühlkörper umfasst, wobei die LED Montageplatte eine obere Montagefläche und eine untere Montagefläche umfasst, wobei auf der unteren Montagefläche LED Leuchtmittel anbringbar sind, wobei auf der oberen Montagefläche der mindestens eine Abstandshalter angeordnet ist, wobei der Abstandshalter dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Kühlkörper fixierbar von der oberen Montagefläche zu beabstanden und Wärme zu leiten.
LED Leuchten müssen gekühlt werden, da ab Temperaturen über 95 Grad Celsius die Halbleiterschichten der LED geschädigt werden und dadurch die Lebensdauer verkürzt wird. Die Kühlung soll in der Regel über eine Wärmeübertragung an die Außenluft durch natürliche Konvektion geschehen. Ein effizientes Leuchtendesign ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung mit einem möglichst geringen Leuchtengewicht realisiert werden kann.
Stand der Technik
Im Stand der Technik werden die meisten LED Leuchten aus Aluminium-Guss hergestellt. Wegen der schlechten Wärmeleitung von Aluminium-Guss (materialspezifische Wärmeleitfähigkeit von 110 bis 140 W/mK) können Gussleuchten über das Kriterium der Wärmeleitung innerhalb der Leuchte und auch durch die sonstigen Einschränkungen der Gusstechnologie (Hinterschnitte, Hohlräume, Entformung bei komplexen Strukturen) prinzipiell nicht die Kühleffizienz von Leuchten aus Blechen oder Strangpressprofilen aus hoch wärmeleitenden Aluminiumlegierungen (materialspezifische Wärmeleitfähigkeit bis 220 W/mK) erreichen.
DE 20 2009 007 967 U1 offenbart eine Kühlkörperstruktur für eine LED-Leuchte, bestehend aus mindestens einer Befestigungsplatte, einer Anzahl LED, Kupferhülsen, wodurch ein LED-Leuchtelement entsteht, dessen Abwärme während des Betriebs über Anschlussbeine und die Oberfläche von Leiterbahnen auf den Befestigungsplatten abgeführt wird. DE 10 2011 053 493 A1 offenbart einen Scheinwerfer mit einer Mehrzahl von an einer Trägerplatte flächig verteilt angeordneten Leuchtdiodenanordnungen mit einer Kühleinrichtung zur Abführung von in den einzelnen Leuchtdiodenanordnungen anfallenden Verlustwärmeleistungen, bei welcher eine Mehrzahl von Strömen vorgesehen ist.
Eine sehr effiziente Anordnung ist durch ein vertikal stehendes Strangpressprofil mit einem massiven Kern und radialen Lamellen gegeben (Beispiel: Mason 300W earth series high bay). Allerdings weist diese Konstruktion auch einige Nachteile auf: die Montagefläche für die LED ist sehr klein, die Kühlfläche ist begrenzt, da die Kühlrippen mit wachsender Länge und wachsender Höhe zunehmend ineffizient werden. Insgesamt nimmt die Effizienz der Konstruktion mit wachsender Größe ab. Die zitierte 300 Watt Leuchte erreicht eine wirtschaftlich / technische Obergrenze dieser Bauweise.
Eine andere Konstruktionsweise mit sehr hoher Effizienz besteht in einer Aluminiumplatte als LED Montagefläche mit seitlich angeordneten vertikal ausgerichteten Kühlkörpern aus Strangpressprofilen. Gegenüber dem oben genannten radialsymmetrischen Strangpressprofil hat diese Bauweise den Vorteil einer großen Montagefläche für LED. Die Leuchte kann auch erheblich größer gebaut werden und Leistungen über 1000 Watt Kühlleistung erreichen. Der Nachteil dieser Bauweise besteht in weiten Wegen zur Wärmeleitung von der Wärmeentstehung an den LED bis zu den Kühlkörpern. Die Leuchte wird dadurch breit und relativ schwer. Weiterhin sind die Fertigungskosten durch CNC Bearbeitung relativ hoch.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente LED Leuchte zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Kühlleistung bei einem möglichst geringem Leuchtengewicht aufweist, wobei die LED Montagefläche einheitlich ist, um ein geschlossenes einteiliges LED Kompartiment mit Schutzklasse IP 68 bereitzustellen, wobei als Kühlmechanismus lediglich natürliche Konvektion erlaubt ist, wobei die Ausdehnung der Leuchte in Länge und Breite minimiert ist, wobei das Konstruktionsprinzip für Einzelleuchten bis über 250 000 Im Lichtleistung anwendbar sein soll, wobei die Bauweise gleichermaßen für die Konstruktion von runden, rechteckigen oder ovalen Leuchten geeignet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen Leuchtenkörper, insbesondere für LED-Leuchtmittel, wobei der Leuchtenkörper eine LED Montageplatte, mindestens einen Abstandshalter und mindestens einen Kühlkörper umfasst, wobei die LED Montageplatte eine obere Montagefläche und eine untere Montagefläche umfasst, wobei auf der unteren Montagefläche LED Leuchtmittel anbringbar sind, wobei auf der oberen Montagefläche der mindestens eine Abstandshalter angeordnet ist, wobei der Abstandshalter dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Kühlkörper fixierbar von der oberen Montagefläche zu beabstanden und Wärme zu leiten, wobei der mindestens eine Kühlkörper einen Kernbereich parallel zu seiner zentralen Längsachse aufweist, wobei in den Kernbereich ein Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers fällt, wobei der Kernbereich wärmeleitend ist, wobei die Längsachse in einem Winkel von 60° bis 90°, insbesondere von 70° bis 90°, zur oberen Montagefläche steht, bevorzugt in einem Winkel von 80° bis 90°, besonders bevorzugt steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche, wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen am Kühlkörper und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper aufweist, die außen einseitig bis umlaufend um den Kernbereich angeordnet sind, wobei die Montageplatte werkstoffeinstückig und planar ist, wobei die Montageplatte ein Blech, ein Strangpressprofil oder ein Guss-Teil ist und wobei der mindestens eine Kühlkörper mittels mindestens einer Schraube, Niete oder eines Bolzens an der oberen Montagefläche befestigbar ist. Vorzugsweise weist der mindestens eine Kühlkörper einen horizontalen Querschnitt auf, welcher mindestens einem Polygon entspricht.
Alternativ wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auch gelöst durch einen Leuchtenkörper, insbesondere für LED-Leuchtmittel, wobei der Leuchtenkörper eine LED Montageplatte, mindestens einen Abstandshalter und mindestens einen Kühlkörper umfasst, wobei die LED Montageplatte eine obere Montagefläche und eine untere Montagefläche umfasst, wobei auf der unteren Montagefläche LED Leuchtmittel anbringbar sind, wobei auf der oberen Montagefläche der mindestens eine Abstandshalter angeordnet ist, wobei der Abstandshalter dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Kühlkörper fixierbar von der oberen Montagefläche zu beabstanden und Wärme zu leiten, wobei der mindestens eine Kühlkörper einen Kernbereich parallel seiner zentralen Längsachse aufweist, wobei in den Kernbereich der Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers fällt, wobei der Kernbereich wärmeleitend ist, wobei die Längsachse in einem Winkel von 60° bis 90°, insbesondere 70° bis 90°, zur oberen Montagefläche (1a) steht, bevorzugt in einem Winkel von 80 bis 90°, besonders bevorzugt steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche, wobei vorzugsweise der mindestens eine Kühlkörper einen horizontalen Querschnitt aufweist, welcher mindestens einem Polygon entspricht, und mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen am Kühlkörper und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper aufweist, die insbesondere außen einseitig bis umlaufend um den Kernbereich angeordnet sind, wobei die Montageplatte werkstoffeinstückig und planar ist, wobei die Montageplatte ein Blech, ein Strangpressprofil oder ein Guss-Teil ist und wobei der mindestens eine Kühlkörper mittels mindestens einer Schraube, Niete oder eines Bolzens an der oberen Montagefläche befestigbar ist.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind Leuchtenkörper bevorzugt, in denen:

a) der mindestens eine Kernbereich längs der zentralen Längsachse des Kühlkörpers verläuft, wobei in den Kernbereich der Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers fällt, vorzugsweise steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche, wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen am Kühlkörper und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper aufweist, die insbesondere außen um den Kernbereich angeordnet sind, oder b) mindestens zwei Kernbereiche parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers verlaufen, wobei je Kernbereich mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen am jeweiligen Kernbereich und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren am jeweiligen Kernbereich ausgebildet sind, die insbesondere jeweils außen um diesen Kernbereich angeordnet sind, oder
c) der mindestens eine Kernbereich parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers verläuft, und jeweils im Bereich des äußeren Umfangs des Kühlkörpers einen Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers bildet und, insbesondere mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen am Kühlkörper und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper aufweist, die insbesondere außen einseitig um den Kernbereich angeordnet sind.

Gemäß der Alternative a) ist der Kernbereich vorzugsweise im Mittelpunkt des horizontalen Querschnitts des Leuchtenkörpers angeordnet und in der Alternative b) kann beispielsweise eine Art Wabengitter mit mehreren Kernbereichen ausgebildet sein. In der Alternative c) können die Kühlkörper beispielsweise die Kernbereiche der Kühlkörper der 3a und 3b am äußeren Umfang des Kühlkörpers aufweisen, so als habe man die Kühlkörper der 3a und 3b in der Mittel längs des Kernbereiches halbiert. In der Alternative c) können so u.a. auch die außen am jeweiligen Kühlkörper liegenden Kernbereiche von zwei oder mehreren Kühlkörpern als „Teilkernbereiche“ zu einem „Gesamtkernbereich“ zusammengesetzt werden.
In alternativen Ausführungsformen kann der Kühlkörper einen horizontalen Querschnitt aufweisen, welcher mindestens einem Polygon, einem Kreis, einer Ellipse oder einem Querschnitt mit Kreissektoren entspricht.
Gegenüber dem Stand der Technik hat der erfindungsgemäße Leuchtenkörper dabei den Vorteil, dass die Kühlkörper vertikal bzw. senkrecht auf der Rückseite der LED Montageplatte stehen und damit strömungstechnisch optimal. Auch in Bezug auf eine mögliche Verschmutzung der Kühlrippen gilt die vertikale Anordnung als optimal. Die Strecken zur Wärmeübertragung sind sehr kurz, sie entsprechen der Dicke des mindestens einen Abstandshalters.
Damit wird in vorteilhafter Weise ein Leuchtenkörper für LED mit hoher Kühlleistung realisiert. Eine effiziente LED Leuchte weist eine hohe Kühlleistung bei einem möglichst geringen Leuchtengewicht auf. Zwei Parameter bestimmen die Effizienz der Leuchte:

i) der Wärmewiderstand in der Leuchte zwischen dem Entstehungsort der Wärme zum Ort der Wärmeabgabe an die Umgebungsluft. Der Wärmewiderstand ist umgekehrt proportional zur spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Leuchtenmaterials und proportional zur Wegstrecke zwischen den Orten der Wärmeentstehung und denen der Wärmeabgabe (Kühlkörper) bei gegebener Querschnittsfläche der wärmeleitenden Strukturen.
ii) die Effizienz abhängig von der Kühlrippengeometrie und Anordnung im Raum. Insbesondere sind vertikale, frei stehende Lamellen besonders effizient. Abgesehen von diesen beiden konstruktiven Merkmalen ist die Kühlleistung der Leuchte direkt proportional zur Oberfläche, die die Konstruktion zur Wärmeübertragung an die Umgebungsluft zur Verfügung stellen kann.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Abstandshalter die Funktionen hat: a) Wärmeleitung von der Montageplatte zum Kühlkörper und b) Beabstandung des Kühlkörpers von der Montageplatte, um Konvektion der Umgebungsluft zur passiven Kühlung des Leuchtkörpers zu ermöglichen. Insbesondere sorgt der Abstandshalter dafür, dass die Kühlluft den oder die Kühlkörper mit vertikalen Kühlkörperstrukturen von unten anströmen kann.
Das Leuchtengehäuse ist für eine horizontale Montage vorgesehen, wobei die LED-Leuchtmittel nach unten abstrahlen und die Kühlrippen oberhalb der LED-Leuchtmittel angeordnet sind. Die LED-Leuchtmittel auf der unteren Montagefläche der Montageplatte weisen vorzugsweise vertikal nach unten. Die Kühlrippen stehen bevorzugt senkrecht auf der oberen Montagefläche der Montageplatte. Dadurch, dass der auf der oberen Montagefläche positionierte mindestens eine Abstandshalter zwei Funktionen (Wärmeleitung und Förderung der Konvektion) umfasst, und dadurch, dass der mindestens eine Abstandshalter direkten Kontakt zum Kühlkörper hat, können die zur Kühlleistung erforderlichen Strukturen in ihren Dimensionierungen minimiert und somit Gewicht gespart werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Abstandshalter und der mindestens eine Kühlkörper in dem Kernbereich mindestens eine Nut oder Bohrung, bevorzugt zwei Nuten oder Bohrungen, insbesondere zur Aufnahme von mindestens einer Schraube zur Befestigung des Kernbereichs des mindestens einen Kühlkörpers an der oberen Montagefläche umfasst, wobei die LED Montageplatte mindestens eine Bohrung pro Kühlkörper, bevorzugt zwei Bohrungen pro Kühlkörper, insbesondere zur Aufnahme der mindestens einen Schraube, bevorzugt zwei Schrauben, umfasst. Alternativ zur Schraube kann eine Niete, wie eine Blindniete, oder Bolzen zur Befestigung verwendet werden.
Vertikal stehende Strangpressprofile aus den gängigen Strangpresslegierungen (z.B. EN-AW6060) werden durch jeweils einen wärmeleitenden Abstandshalter mit der zu kühlenden Oberfläche der LED Montageplatte verbunden. Die Verbindung erfolgt durch eine oder mehrere Schrauben, mit denen Kühlkörper, Abstandshalter und LED Montageplatte wärmeleitend aneinandergepresst werden. Dadurch entsteht zwischen der Montageplatte für die LED und den Kühlkörpern ein Freiraum mit einer Höhe entsprechend der Dicke der Abstandshalter in dem Kühlluft frei fließen kann. Dadurch werden die Kühlkörper in vorteilhafter Weise von unten belüftet. Die Fertigungskosten sind niedrig, denn abgesehen von den Schraubenlöchern in der Grundplatte ist keine CNC Bearbeitung erforderlich.
In bevorzugten Aufführungsformen umfasst mindestens ein Abstandshalter:

(i) Aluminium, vorzugsweise eine von den Aluminiumlegierungen EN-AW 1050, 6060 oder 6082, vorzugsweise wobei der mindestens eine Abstandshalter einen Wärmeleitkoeffizienten von größer als 220 W/mK aufweist, oder
(ii) Kupfer und/oder eine Kupferlegierung, wobei vorzugsweise der Wärmeleitkoeffizient größer oder gleich 400 W/mK ist, und/oder
(iii) eine wärmeleitende Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumcarbid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumnitrid.

Dabei kann es ferner bevorzugt sein, wenn der Abstandshalter optional oder zusätzlich (iv) eine Dicke in Wärmeflussrichtung 1 bis 6 cm, bevorzugt 1,2 bis 3 cm, besonders bevorzugt 1,5 bis 2 cm aufweist, und/oder

(v) der Wärmewiderstand des mindestens einen Abstandshalters kleiner als 10 Grad, bevorzugt kleiner als 5 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 3 Grad ist, und/oder
(vi) die Summe der Querschnittsfläche des mindestens einen Abstandshalters kleiner als 30% der oberen Montagenfläche, bevorzugt kleiner als 20% der oberen Montagenfläche, besonders bevorzugt 7 bis 15% der oberen Montagenfläche ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Abstandshalter aus Aluminium, vorzugsweise eine von den Aluminiumlegierungen EN-AW 1050, 6060 oder 6082, wobei der mindestens eine Abstandshalter einen Wärmeleitkoeffizienten von größer als 220 W/mK aufweist, wobei die Dicke des mindestens einen Abstandshalters in Wärmeflussrichtung 1 bis 6 cm, bevorzugt 1,2 bis 3 cm, besonders bevorzugt 1,5 bis 2 cm beträgt, wobei der Wärmewiderstand des mindestens einen Abstandshalters kleiner als 10 Grad, bevorzugt kleiner als 5 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 3 Grad ist, wobei die Summe der Querschnittsfläche des mindestens einen Abstandshalters kleiner als 30% der oberen Montagenfläche, bevorzugt kleiner als 20% der oberen Montagenfläche, besonders bevorzugt 7 bis 15% der oberen Montagenfläche ist, und/oder dass der mindestens eine Abstandshalter Kupfer und/oder eine Kupferlegierung umfasst, wobei der Wärmeleitkoeffizient größer oder gleich 400 W/mK ist, und/oder dass der mindestens eine Abstandshalter eine wärmeleitende Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumcarbid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumnitrid umfasst.
Der mindestens eine Abstandshalter weist in vorteilhafter Weise einen sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten auf, sodass die Wege der Wärmeübertragung von der LED Montageplatte zum Kühlkörper minimiert werden können. Die Dicke und die Querschnittsfläche des einzelnen Abstandshalters können somit minimiert werden.
Durch die Verwendung von Kupfer kann die Wärmeübertragung nochmals verbessert werden. Durch die Verwendung von Kupfer oder Kupferlegierungen (Wärmeleitkoeffizient Lambda 400W/mK) kann die Querschnittsfläche des einzelnen Abstandshalters gegenüber den oben genannten Werten nochmal entsprechend um 45% reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kühlkörper eine wärmeleitende Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumcarbid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumnitrid.
Der Kühlkörper trägt durch seine Wämeleitfähigkeit dazu bei, dass die Wärme weg von der LED Montagefläche transportiert wird. Durch die relativ auf die LED Montagefläche bezogene senkrecht stehende Position und die längliche Geometrie des Kühlkörpers, sind die Wege der Wärmeübertragung minimiert und eine große Kühloberfläche in strömungstechnisch optimaler Anordnung steht zur Verfügung.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Querschnittsfläche des mindestens einen Abstandshalters kleiner oder größer der Querschnittsfläche des Kernbereichs.
Je nachdem, aus welchem Material der mindestens eine Abstandshalter besteht, und je nachdem, welchen Wärmeleitkoeffizient der mindestens eine Abstandshalter und der Kernbereich des Kühlkörpers aufweist, können, um denselben effektiven Wärmetransport zu erzielen, die Größen der Querschnittsflächen des mindestens einen Abstandshalters und des Kernbereich des Kühlkörpers relativ zueinander variieren. Ist die Querschnittsfläche des Abstandshalters größer als die Querschnittsfläche des Kernbereichs, sinkt der Wärmewiderstand. Der Kühlkörper kann entsprechend größer und/oder filigraner (zur Oberflächenvergrößerung) dimensioniert werden
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Verringerung des Wärmewiderstands eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeklebstoff und/oder ein Wärmepad an den Kontaktflächen zwischen der oberen Montagefläche, dem mindestens einen Abstandshalter und/oder, vorzugsweise und dem mindestens einen Kühlkörper angeordnet sind.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Wärmewiderstand zwischen den Kontaktflächen der Bauteile minimiert. Dadurch kann die Größe des Querschnitts des mindestens einen Abstandshalters und des Kühlkörpers noch weiter reduziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kühlkörper im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche stehende Flächen, insbesondere als Kühlrippen parallel zueinander angeordnete Lamellen und/oder Kühlrippen und/oder strahlenförmig radial angeordnete Lamellen.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Anordnung von senkrechten Kühllamellen auf der Oberfläche einer LED Montageplatte dergestalt bereitgestellt, dass die Kühlrippen von unten mit ausreichenden Mengen Kühlluft versorgt werden und unter der Nebenbedingung, dass die Wege der Wärmeübertragung und die Baugröße minimiert werden. Die parallel zueinander angeordneten Lamellen und/oder Rippen und/oder strahlenförmig radial angeordnete Lamellen bieten geeignete Kühlkörpergeometrien, die durch senkrecht stehende Flächen gekennzeichnet sind, an denen die Kühlluft ungehindert aufsteigen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kühlkörper vorzugsweise senkrecht zur oberen Montagefläche stehende Röhrensysteme, dessen Röhren horizontale Querschnitte aus Polygonen, insbesondere Dreiecken, Vierecken, Sechsecken, Achtecken, Freiformfiguren, oder aus Rundrohren umfasst, wobei die Polygone optional Unterbrechungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der äußere Umfang des Röhrensystems im horizontalen Querschnitt Polygone umfassen, insbesondere Dreiecke, Vierecke, Sechsecke, Achtecke, Freiformfiguren.
Ein erfindungsgemäßes Röhrensystem kann umfassen (i) mindestens einen zentralen Kernbereich oder (ii) mehrere Kernbereiche, wobei in (i) oder (ii) das Röhrensystem den jeweiligen Kernbereich umgibt, vorzugsweise weisen die am äußeren Umfang gelegenen Röhren zusätzliche Lamellen oder Kühlrippen auf.
Durch Vergrößerung der Oberfläche kann in vorteilhaft Weise Wärme an die Umgebung abgegeben werden. In vorteilhafter Weise kann die Leuchte nur durch natürliche Konvektion gekühlt werden. Senkrecht zur oberen Montagefläche stehende Röhrensysteme aus Polygonen, insbesondere Dreiecken, Vierecken, Sechsecken, Achtecken und Freiformfiguren, weisen zur oberen Montagefläche senkrecht stehende Flächen auf, an denen die Kühlluft ungehindert aufsteigen kann. Die Kühlkörperanordnung ermöglicht eine außergewöhnlich kompakte Bauweise. Die Bauweise ist gleichermaßen für die Konstruktion von runden, rechteckigen oder ovalen Leuchten geeignet.
Die Kühlleistung des Einzelelementes ist unter den Gesichtspunkten Größe der Oberfläche, Wärmeleitung, Gewicht, Geometrie unabhängig von der benötigten Kühlleistung optimiert. Die Anzahl der solchermaßen optimierten Kühlelemente pro Leuchte bestimmt im zweiten Schritt die Gesamtleistung der Leuchte. Die Leuchte ist dadurch skalierbar.
Die Röhren können aus fertigungstechnischen Gründen unterbrochen sein und Unterbrechungen in den Stegen aufweisen (Werkzeug Stege in Strangpressverfahren).
Ein Steg kann mit einem Teil des äußeren Endes der Kühlrippen verbunden sein, insbesondere integral, oder der Steg kann sich über das gesamte äußere Ende der Kühlrippen, insbesondere über die gesamte Höhe, erstrecken und die Kühlrippen zueinander beabstandet miteinander verbinden, insbesondere integral verbinden. Der Steg kann dazu dienen, einzelne Gruppen von Kühlrippen über den Steg miteinander zu verbinden.
Alternativ können die Kühlrippen mit einem kammartigen Flächenelement, wie einer kammartigen Platte oder kammartigen Profil, das oben auf die Kühlrippen gesteckt wird verbunden werden (3a), b)).
In einer weiteren Ausführungsform entspricht die Umhüllende des mindestens einen Kühlkörpers der Geometrie des Leuchtenkörpers mitsamt der Montageplatte, wobei der Leuchtenkörper mitsamt der Montageplatte vorzugsweise eine runde, rechteckige oder ovale Geometrie aufweist.
Die Außenkontur der Kühlkörper hat in vorteilhafter Weise Bezug zur Geometrie der Gesamtleuchte, so dass keine ungenutzten Räume zwischen den Kühlkörpern entstehen. Eine Rechteckleuchte ist daher bevorzugt aus rechteckigen Einzelkühlkörpern aufzubauen, die Einzelkühlkörper einer Rundleuchte sind bevorzugt 6-eckig usw.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Kernbereich des mindestens einen Kühlkörpers die Materialstärke größer ist als in einem Außenbereich des mindestens einen Kühlkörpers, wobei der Außenbereich die Rippen, die Lamellen und/oder das Röhrensystem umfasst, wobei insbesondere die Materialstärke linear proportional oder degressiv oder progressiv zu einer Außenkante des mindestens einen Kühlkörpers hin abnimmt.
Röhren und Lamellenstrukturen sind im Zentrum massiv gestaltet, um den vertikalen Wärmetransport und allgemein die Wärmeleitung innerhalb des Einzelkühlkörpers zu verbessern. Die Lamellensysteme und die Röhrensysteme können so gestaltet sein, dass die Materialstärke der Strukturen an der zu transportierenden Wärmemenge ausgerichtet sind, also hohe Materialstärken an der Wurzel und geringe Materialstärken an der Spitze der Rippen; das gilt auch für verzweigte Systeme (z.B. 6er Waben).
In den verstärkten, massiven Bereichen weisen die Kühlkörper zudem eine oder mehrere Bohrungen oder Nuten auf, durch die die Schäfte der Befestigungsschrauben geführt werden. Es wird mindestens eine Schraube verwendet. Anstelle von Schrauben können auch wärmeleitende Klebstoffe eingesetzt werden. Es werden bevorzugt zwei Schrauben pro Kühlkörper eingesetzt um die Ausrichtung der Bauteile bei der Montage zu erleichtern.
In einer weiteren Ausführungsform beträgt entlang der Längsachse die Höhe des mindestens einen Kühlkörpers 2 bis 20 cm, bevorzugt 3 bis 12 cm, besonders bevorzugt 5 bis 10 cm.
Im Verhältnis zur Kühlleistung sind die Abmessungen der Kühlkörper relativ gering, sodass eine hohe Effizienz bezüglich der Kühlleistung des Leuchtkörpers vorliegt. Es wird primär der effiziente Teil der Kühlkörper genutzt. Die Kühlkörper werden mit zunehmender Höhe nämlich ineffizienter.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zur Verbindung von oberer Montagefläche, dem mindestens einen Abstandshalter und dem mindestens einen Kühlkörper, insbesondere anstelle der Schrauben, Niete oder des Bolzens, ein wärmeleitender Klebstoff an den Kontaktflächen zwischen der oberen Montagefläche, dem mindestens einen Abstandshalter und dem mindestens einen Kühlkörper angebracht wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Kernbereich des mindestens einen Kühlkörpers dazu ausgebildet, Wärme vertikal weg von der oberen Montagefläche zu transportieren.
Damit wird in vorteilhafter Weise das Prinzip des kürzesten Weges bezüglich des Wärmetransports realisiert.
Die Kühlrippen werden zudem vorzugsweise in einem strömungsoptimierten, gleichbleibenden Abstand angeordnet. D.h. es wird durch mathematische Berechnung ein Optimum zwischen Wärme ableitender Fläche der Kühlrippe(n) und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft (Masse / Zeit) mit der die Wärme abgeführt wird, ermittelt.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kühlkörper aus einem Strangpressprofil oder Blech hergestellt wird, wobei die Pressrichtung des Strangpressprofils senkrecht zur oberen Montagefläche ausgerichtet ist.
Durch Formung der Strangpressprofile und/oder des Blechs können die Kühlkörper jede beliebige Form annehmen, sodass die Kühlkörper für ihre Funktion bezüglich ihrer Form optimiert werden können.
Das Konstruktionsprinzip beinhaltet auch die Kombination von Blechen und blechähnlichen Strangpressprofilen durch mechanische Fügeprinzipien, wie Schrauben, Verspannen, formschlüssige mechanische Bearbeitung mit oder ohne Einsatz von Klebstoffen oder sonstigen wärmeleitenden Pasten.
Auf der LED abgewandten Seite der LED Montageplatte sind Kühlkörper aus Strangpressprofilen so angeordnet, dass die Pressrichtung der Strangpressprofile senkrecht zur LED Montagefläche ausgerichtet ist. Zwischen der LED Montageplatte und den Strangpressprofilen werden Abstandshalter angeordnet. Dadurch kann ausreichend Kühlluft zwischen LED Montageplatte und den Kühlkörpern einströmen, so dass die Kühlkörper von einem senkrechten Konvektionsstrom, der parallel zur Pressrichtung der Kühlkörper fließt, gekühlt werden.
Die weitere Nebenbedingung, dass die LED Montagefläche einheitlich und durchgängig (einteilig, nicht modular) ist (geschlossenes einteiliges LED Kompartiment mit Schutzklasse, (vorzugsweise IP 68)) und der maximalen Ausdehnung der Leuchte in Länge und Breite entspricht (keine seitlich angebrachten Kühlrippen Strukturen), ist somit erfüllt. Die Leuchte hat eine einheitliche LED Montagefläche. Im Gegensatz zu modular aufgebauten Leuchten aus Einzelleuchten muss die Dichtigkeit nach Schutzklasse nur einmal erreicht werden, die LED's können über eine einzige (nicht mehrere) geschützte Stromversorgung kontaktiert werden. Es können LED Platinen mit verschiedenen Geometrien und Abmessungen in ein und dieselbe Leuchte eingesetzt werden.
Die Montageebene ist vorzugsweise eine planare Montageplatte, auf deren unterer Montagefläche die LED-Leuchtmittel montiert werden können. Die Kühlrippen stehen senkrecht auf der oberen Montagefläche der Montageplatte, die auf der den Leuchtmitteln gegenüberliegenden Seite der Montageplatte liegt. Bei entsprechender Dichte der Bestückung der Montageplatte mit Kühlrippen kann die Montageplatte einer Dicke von 3 bis 15 mm, bevorzugt 5 bis 15 mm, alternativ von 3 bis 8 mm, besonders bevorzugt von 8 bis 10 mm aufweisen, optional bevorzugt sind 5 mm, insbesondere mit plus/minus 1 mm, weil die Kühlrippen in ihrer Gesamtheit die wärmetechnisch erforderliche Querschnittsfläche bieten, um die Wärme direkt in die Rippenstruktur abzuleiten (Prinzip des kurzen Weges).
Die Montageplatte kann auf der unteren Montagefläche Vertiefungen zur Aufnahme der mindestens einen LED-Leuchte aufweisen und/oder die Montageplatte kann auf der oberen Montagefläche Nuten oder Vertiefungen zur Aufnahme der Schrauben zur Befestigung des jeweiligen Abstandshalters und/oder des jeweiligen Kühlkörpers aufweisen.
Die LED Montageplatte kann aus gewalztem Blech bestehen oder aus gegossenem Material EN-AW 6082 und vergleichbaren Legierungen, welche zur Herstellung von Aluminiumplatten eingesetzt werden können. Strukturen (umlaufender Steg für Schutzglasauflage), die der Ausbildung eines LED Kompartiments mit Schutzklasse dienen, können so in einem Arbeitsgang mit erzeugt werden. Alternativ wird ein LED Raum mit Schutzklasse aus weiteren Bauteilen erzeugt, die an der LED Montagefläche angebracht werden.
Ebenso können die Abstandhalter aus der Montageplatte heraus dadurch erzeugt werden, dass sie entweder aus der Montageplatte herausgefräst werden oder dass die Montageplatte in einem Gussverfahren hergestellt wird und die Abstandhalter durch entsprechende Ausstülpungen auf der Oberseite der Montageplatte entstehen. In diesen Ausführungsformen ist der mindestens eine Abstandshalter oder sind die Abstandhalter auf der jeweiligen Montageplatte mit dieser werkstoffeinstückig ausgebildet.
Die Leuchte kann aus optischen und witterungsbedingten Gründen von einer Blech- oder Kunststoffhülle umgeben sein.
Ferner kann die Montageplatte Durchbrechungen aufweisen, bspw. bei Leuchtengehäusen, die nicht der Witterung oder Feuchtigkeit ausgesetzt werden, insbesondere kann die Montageplatte Durchbrechungen in den Bereichen aufweisen, in denen keine Kühlrippen auf der Montageplatte angeordnet sind und/oder die zwischen den festlegbaren LED-Leuchtmitteln liegen. Bevorzugt weist die Montageplatte keine Durchbrechungen in den Bereichen zwischen den Kühlrippen auf, insbesondere bei Leuchtengehäusen die IP68 erfüllen sollen.
In einer weiteren Ausführungsform ersetzt der der oberen Montagsfläche zugewandte Teil des Kernbereichs des mindestens einen Kühlkörpers den mindestens einen Abstandshalter, wobei der der oberen Montagsfläche zugewandte Teil des Kernbereichs frei von Lamellen, Rippen oder Röhrensystemen ist.
Abstandshalter können alternativ auch dadurch hergestellt werden, dass die Kühlstrukturen (Lamellen) an der Unterseite des Kühlkörpers im Maß des ansonsten einzusetzenden Abstandhalters durch spanende Bearbeitung entfernt werden, so dass der verbleibende Kern des Strangpressprofils Form und Aufgabe des Abstandhalters übernimmt.
Die Abstandhalter können auch in die Kühlkörper hineinreichen. Insbesondere bei Abstandhaltern aus Kupfer kann ein hülsenförmiger Fortsatz die Befestigungsschraube umschließen, oder die Befestigungsschraube kann Teil des Abstandhalters sein und besteht aus Kupfer. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers an der dem Abstandhalter zugewandten Seite verbessert.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Anzahl der Bauteile reduziert und die Bauweise des Leuchtenkörpers noch mehr vereinfacht. Die Herstellungskosten sinken.
Technisch kann der Effekt der stehenden Kühlkörper auf Abstandhalter auch dadurch erreicht werden, dass Aluminiumbleche mit gestanzten Schlitzen und „Füßchen“ so ineinander gesteckt und verpresst werden, wie das von der Herstellung von Lichtgittern bekannt ist.
Ferner betrifft die Erfindung eine LED-Leuchte umfassend den erfindungsgemäßen Leuchtenkörper, wobei die LED-Leuchte ferner umfasst mindestens ein LED-Leuchtmittel, und optional mindestens eine elektrische Leitung, optional mindestens ein Netzteil und/oder einen Stromnetzanschluss. Die Leuchte und/oder das LED-Leuchtmittel und optional alle elektrischen Bauteile können von einer Blech- oder Kunststoffhülle umgeben sein. Die Lichtleistung der LED Leuchtmittel ist vorzugsweise größer als 10.000 Im, insbesondere größer gleich 20.000 Im, bevorzugt kleiner gleich bis größer 100.000 Im. Vorzugsweise ist die Lichtleistung größer 10.000 Lumen und größer als 20.000 Lumen bei 25 Grad Celsius Umgebungstemperatur. Bspw. 20.000 Im bei 20 °C und 10.000 Im bei 50 °C Grad Celsius Umgebungstemperatur. Auch 250 000 Im sind denkbar. Vorzugsweise wird die Leuchte lediglich durch natürliche Konvektion gekühlt, wobei vorzugsweise die Kühlleistung größer als 1000 Watt ist und die Lichtleistung größer 250.000 Lumen ist. Die LED-Leuchte kann eine Industrieleuchte, Bahnleuchte, Hallenleuchte, Sportleuchte, Parkplatzleuchte oder Flughafenleuchte sein.
In vorteilhafter Weise kann die Leuchte gegenüber dem Stand der Technik besonders kleine Abmessungen haben und besonders leicht sein, gleichzeitig aber Kühlleistungen bis über 2000 Watt erreichen. Durch die einfache Bauweise sind die Fertigungskosten minimiert. Die Leuchte ist grundsätzlich horizontal zu montieren. Ein Kippen und/oder Drehen bis 25 Grad aus der Horizontalen in alle Raumrichtungen ist ohne Leistungsverlust möglich, insbesondere wenn die Drehung in der Ebene der Kühlrippen ausgeführt wird oder die Kühlrippen von 60° bis 90° geneigt werden. Der Winkel, in dem die Kühlkörper zur oberen Montagefläche stehen kann in Einbausituationen, in denen die Leuchte nicht horizontal eingebaut wird von Vorteil sein. Beispielsweise kann diese dann keilförmige Abstandhalter aufweisen. Die Belüftung sollte dadurch verbessert werden.
Ferner weist das LED-Leuchtengehäuse, insbesondere die LED-Leuchte mit mindestens einem LED-Leuchtmittel, vorzugsweise eine Verbindung der LED-Leuchtmittel mit dem Stromnetz auf. Die Verbindung kann mit einer Leitung, optional über ein Netzteil mit den Eigenschaften einer Konstantstromversorgung mit dem Wechselstromnetz verbunden werden. Das LED-Leuchtmittelgehäuse/Leuchte kann in einer Alternative über ein Netzteil mit Gleichstrom betrieben werden. Alternativ kann das LED-Leuchtmittelgehäuse/Leuchte vorzugsweise ohne Netzteil über eine Leitung mit dem Wechselstromnetz betrieben werden. Vorzugsweise sind die LED-Leuchtmittel mit Wechselstrom betreibbaren Typologien geschaltet (hier Wechselstrom LED genannt). Als Schaltungen kommen in Betracht u.a. Antiparallelschaltung, Externe Brückenschaltung, Antiparallel interne Brückenschaltung, Matrix.-LED-Schaltung. Werden genügend LEDs seriell aufgebaut, kann direkt mit 230V Wechselstrom einer entsprechenden LED-Lightengine betrieben werden. Die LED-Anordnungen auf den Leiterplatten können zudem über eine Software einzeln angesteuert und dadurch z.B. geregelt, wie gedimmt werden. Zum Schalten der LED-Leuchte bzw. des LED-Leuchtengehäuses kann dieses mit einem elektrischen analogen Schalter oder einem digital ansteuerbaren Schalter, der bspw. über eine Software betriebenen wird, an-/aus-geschaltet werden. Bevorzugt ist mindestens eine Leiterplatte mit mindestens einer LED, vorzugsweise mit mindestens dreißig bis eintausend LEDs auf der unteren Montagefläche zur vertikalen Abstrahlung der LEDs befestigt, und optional mindestens zwei oder drei Leiterplatten mit mindestens einer LED, vorzugsweise mit mindestens zwei bis eintausend LEDs.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1 zeigt die LED Montageplatte, einen Abstandshalter und einen Kühlkörper.
2 zeigt eine Aufsicht auf einen Kühlkörper von oben mit darunter sichtbarem Teil eines Abstandshalters.
3a bis 3d zeigt den Kühlkörper im horizontalen Querschnitt in verschiedenen Ausführungsformen.
4 zeigt ein Sechseckröhrensystem als Kühlkörper im horizontalen Querschnitt mit Unterbrechungen in den Stegen bzw. mit Dickendegression der Kühlrippen.
5 zeigt die obere LED Montagenfläche mit einer Anordnung von 24 Kühlkörpern mit Lamellenstruktur.
6a bis 6e zeigen eine Rundleuchte mit Wabenkühlerstruktur.
7a, 7b und 7c stellen dar Alternativen mit außen liegenden Kernbereichen, insbesondere Teilkernbereichen, die in Anordnungen von Kühlkörpern einen neuen Gesamtkernbereich ausbilden können.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt die LED Montageplatte 1 mit einem auf der oberen Montagefläche 1a angeordneten Abstandshalter 2 und einen Kühlkörper 3, welcher aus zwei Aggregaten von jeweils sechs jeweils parallel zueinander angeordneten Lamellen 4 besteht. Auf der unteren Montagefläche 1b sind die LED Leuchtmittel angeordnet. Der Kühlkörper 3 weist einen Kernbereich 5 zwischen den Lamellenaggregaten auf, dessen horizontaler Querschnitt im Wesentlichen der Querschnittsfläche des Abstandshalters 2 entspricht. In den seitlichen Bereichen des Kernbereichs 5 des Kühlkörpers 3 zwischen den Lamellenaggregaten ist jeweils eine Nut oder Bohrung 7 angebracht, die kongruent zu Nuten und/oder Bohrungen 6 des Abstandshalters angeordnet sind. Diese Nuten und/oder Bohrungen 6 und 7 sind dazu ausgebildet, jeweils eine Schraube 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 an der oberen LED Montagsfläche 1a aufzunehmen. Auf der oberen Montagefläche 1a finden sich die entsprechenden Nuten und/oder Bohrungen 9 zur Aufnahme der jeweiligen Schrauben 8.
Der in der 1 dargestellt Kühlkörper 3 hat eine Oberfläche von 0,114 qm und ein Gewicht von 413 g. Die Kühlleistung beträgt 28,5 Watt bei einer Temperaturdifferenz von 35 Grad zur Umgebungsluft.
2 zeigt eine Aufsicht auf einen Kühlkörper 3 von oben mit darunter sichtbarem Teil eines Abstandshalters 2. Der Kühlkörper 3 besteht aus zwei Aggregaten von jeweils sechs jeweils parallel zueinander angeordneten Lamellen 4. Die zwei Lamellenstrukturen haben im horizontalen Querschnitt jeweils eine kammartige Form mit einer Verdickung im Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3. Die Querschnittsfläche des Kernbereichs 5 mit den Nuten und/Bohrungen 7 ist im Wesentlichen identisch mit der Form der Querschnittsfläche des Abstandshalters 2 mit den Nuten und/Bohrungen 6. Zur Verkleinerung des Wärmewiderstands des wärmeleitenden Abstandshalters 2 ist dessen Querschnittsfläche gegenüber der Querschnittsfläche des Kernbereichs 5 des Kühlkörpers 3 vergrößert. Durch den größeren Abstandhalter kann mehr Wärme transportiert werden. Wenn der Leuchtenkörper (Leuchte mit LED Leuchtmitteln) bei niedrigen Außentemperaturen eingesetzt wird, steigt die Wärmeabgabeleistung des Kühlkörpers und die zugeführte Wärmemenge kann erhöht werden, was durch die Vergrößerung der Querschnittsfläche des Abstandhalters erreicht wird. Die Wärmeabgabeleistung kann grundsätzlich durch Vergrößerung der Querschnittsfläche des Abstandhalters erreicht werden. Um dieselbe Kühlleistung zu erzielen, kann der Kühlkörper 3 kleiner dimensioniert werden, wodurch Gewicht eingespart werden kann. Gleichzeitig kann die Oberfläche des Kühlkörpers 3 filigraner gestaltet werden, um die Oberfläche des Kühlkörpers 3 zu vergrößern.
3a) zeigt den Kühlkörper 3 im horizontalen Querschnitt in der Ausführungsform von symmetrisch zum Kernbereich 5 jeweils parallel angeordneten Lamellen 4, die sich mit zunehmendem Abstand von Kernbereich 5 verdünnen. Der Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 hat eine Querschnittsfläche in Form eines langgezogenen Sechsecks. Der unter dem Kernbereich 5 angeordnete Abstandshalter 2 hat ebenfalls eine Querschnittsfläche in Form eines langgezogenen Sechsecks. An den jeweils zwei kurzen Stirnflächen dieser Sechsecke befinden sich die Nuten und/oder Bohrungen 6 bzw. 7 zur Aufnahme der Schrauben 8.
3b) zeigt den Kühlkörper 3 im horizontalen Querschnitt in der Ausführungsform von symmetrisch zum Kernbereich 5 jeweils parallel angeordneten Lamellen 4, die sich mit zunehmendem Abstand von Kernbereich 5 verdünnen. Der Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 hat eine Querschnittsfläche in Form eines Kreises. Der unter dem Kernbereich 5 angeordnete Abstandshalter 2 hat ebenfalls eine Querschnittsfläche in Form eines Kreises. Zwischen den zwei kammartigen Lamellenstrukturen befinden sich die Nuten und/oder Bohrungen 6 bzw. 7 zur Aufnahme der Schrauben 8.
3c) zeigt den Kühlkörper 3 im horizontalen Querschnitt in der Ausführungsform eines Röhrensystems aus Achteckigen 4 bzw. Vierecken. Als massive Struktur zwischen den achteckigen Röhren ist der Kernbereich 5 an zwei Stellen ausgebildet. Diese beiden Kernbereiche 5 weisen jeweils zentral eine Nut und/oder Bohrung 7 zur Aufnahme der Schrauben 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 auf der oberen Montagefläche 1a mitsamt des Abstandshalters 2 auf. Das Röhrensystem steht im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche 1a der LED Montageplatte 1. Alternativ weist das Röhrensystem eine Neigung gegenüber der LED Montageplatte 1 auf.
3d) zeigt den Kühlkörper 3 im horizontalen Querschnitt in der Ausführungsform eines Röhrensystems aus Sechsecken 4. Eine sechseckige Röhre ist als massiver Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ausgebildet, in dessen zentraler Längsachse sich eine Nut und/oder Bohrung 7 zur Aufnahme der Schrauben 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 auf der oberen Montagefläche 1a mitsamt des Abstandshalters 2 befindet. Der Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ist von hexagonalen Röhren umgeben. Alternativ kann das Röhrensystem aus fünfeckigen oder sonstigen polygonalen Röhren bestehen. Die am äußeren Umfang gelegenen Röhren zusätzliche Lamellen 4a auf.
4 a) zeigt ein Sechseckröhrensystem als Kühlkörper im horizontalen Querschnitt mit Unterbrechungen in den Stegen, insbesondere peripheren Stegen. Eine sechseckige Röhre ist als massiver Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ausgebildet, in dessen zentraler Längsachse sich eine Nut und/oder Bohrung 7 zur Aufnahme der Schrauben 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 auf der oberen Montagefläche 1a mitsamt des Abstandshalters 2 befindet. Der Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ist von hexagonalen Röhren umgeben. Zentrale Stege sind dicker ausgebildet als periphere Stege. Die hexagonalen Röhren weisen am äußeren Umfang Durchbrechungen bzw. Unterbrechungen 10 auf. und Lamellen 4a am äußeren Umfang der Röhren auf. Die Röhren können hohle sechs oder achteckige Röhren sein oder auch beliebige andere polygone Querschnitte aufweisen.
4 b) zeigt ein Sechseckröhrensystem als Kühlkörper im horizontalen Querschnitt mit Unterbrechungen in den Stegen, insbesondere peripheren Stegen. Eine sechseckige Röhre ist als massiver Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ausgebildet, in dessen zentraler Längsachse sich eine Nut und/oder Bohrung 7 zur Aufnahme der Schrauben 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 auf der oberen Montagefläche 1a mitsamt des Abstandshalters 2 befindet. Der Kernbereich 5 des Kühlkörpers 3 ist von hexagonalen Röhren umgeben. Vom Zentrum zur Peripherie hin werden die Stege progressiv dünner. Der Kernbereich 5 ist massiv ausgestaltet, um den Wärmetransport zu gewährleisten. Die hexagonalen Röhren weisen am äußeren Umfang Durchbrechungen bzw. Unterbrechungen 10 und nach außen gerichtete Lamellen 4a am äußeren Umfang der Röhren auf.
5 zeigt die obere LED Montagenfläche 1a mit einer Anordnung von 24 Kühlkörpern mit Lamellenstruktur. 24 Kühlkörper sind matrixartig in sechs Reihen zu jeweils 4 Kühlkörpern auf der oberen Montagefläche 1a angeordnet, wobei jeder Kühlkörper jeweils zwei Lamellenaggregate zu jeweils sechs zueinander parallel angeordneten Lamellen in Kammstruktur umfasst.
Die LED Montageplatte 1 hat eine Dicke von 8 mm und ein Gewicht von 3,3 kg. Jeder Kühlkörper hat ein Einzelgewicht von 413 Gramm, sodass das Gesamtgewicht der 24 Kühlkörper 9.96 kg beträgt. Die Leuchte weist 24 Abstandshalter aus Kupfer mit einem Einzelgewicht von jeweils 32 Gramm auf, sodass das Gesamtgewicht der Abstandshalter 0,78 kg beträgt. Sonstige Bauteile wie LED-Leuchtmittel, Glasplatte und Schrauben M4 weisen ein Gesamtgewicht von 3 kg auf. Das Gesamtgewicht der Leuchte beträgt ca. 17 kg.
Die Abmessungen der Leuchte beträgt 640 x 240 x 113 mm. Jeder einzelne Kühlkörper 3 weist eine Oberfläche von 0,114 qm auf, sodass die Gesamtkühlfläche 2,78 qm beträgt. Die Kühlleistung bei 20 Grad Außentemperatur und 80 Grad Leuchtentemperatur beträgt mindestens 1300 Watt. Die voraussichtliche elektrische Gesamtleistung mit LED der Leistungsklasse 130 Im /Watt ist 1900 Watt. Der Lichtstrom der Leuchte beträgt 240.000 Im. Zum Vergleich: die stärkste im Stand der Technik bekannte Flutlichtleuchte (Arena Vision) hat eine installierte Leistung von 1471 Watt bei 160.000 - 202.000 Im bei einem Nettogewicht von 27,6 kg (Leistungsangabe bis 45 Grad, aber eingeschränkte Lebensdauer).
6a) bis 6e) zeigen eine Rundleuchte mit Wabenkühlerstruktur. 3a) zeigt einen Kühlkörper 3 mit sechseckigen Röhren im horizontalen Querschnitt. Zentral liegt der Kernbereich 5 mit der Bohrung 7. Peripher sind die Kühlrippen 4 und die Lamellen 4a am äußeren Umfang der Röhren angeordnet. 6b) zeigt den Leuchtenkörper 0 mit Wabenkühlerstruktur von schräg unten. Zwischen den Kühlkörpern 3 und der Montageplatte 1 sind die Abstandshalter 2 angeordnet. Die Abstandshalter 2 weisen zentral eine Bohrung 6 auf. 6c) zeigt einen Kühlkörper 3 von schräg unten. Unterhalb des Kühlkörpers 3 ist ein Abstandshalter 2 mit zentraler Bohrung 6 angeordnet. Der Kühlkörper 3 weist ein Röhrensystem aus sechseckig angeordneten Lamellen oder Kühlrippen 4 auf. Am äußeren Rand der Röhren befinden sich die Lamellen 4a. 6d) zeigt den Leuchtenkörper 0 mit Wabenkühlerstruktur von schräg oben. Die Umhüllende der gesamten Kühlkörperstruktur ist an die Geometrie der Montageplatte angenähert. Als massive Struktur zwischen den sechseckigen Röhren ist der Kernbereich 5 an sieben Stellen ausgebildet. Diese sieben Kernbereiche 5 weisen jeweils zentral eine Nut und/oder Bohrung 7 zur Aufnahme der Schrauben 8 zur Befestigung des Kühlkörpers 3 auf der oberen Montagefläche 1a mitsamt des Abstandshalters 2 auf. Das Röhrensystem steht im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche 1a der LED Montageplatte 1. Alternativ weist das Röhrensystem eine Neigung gegenüber der LED Montageplatte 1 auf. Alternativ kann das Röhrensystem aus fünfeckigen oder sonstigen polygonalen Röhren bestehen. 6e) zeigt einen Kühlkörper 3 mit einem Röhrensystem aus sechseckigen Röhren. Zentral liegt der Kernbereich 5 mit der Bohrung 7. Peripher sind die Kühlrippen 4 und die Lamellen 4a am äußeren Umfang der Röhren angeordnet. Zentral unterhalb des Kühlkörpers 3 ist der Abstandshalter 2 angeordnet.
Dabei stellt 1 dar eine Situation a) in der der mindestens eine Kernbereich 5 längs der zentralen Längsachse des Kühlkörpers verläuft, wobei in den Kernbereich 5 der Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers 3 fällt, vorzugsweise steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche 1a, wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen 4 am Kühlkörper 3 und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren, s. 3d, im Kühlkörper 3 aufweist, die insbesondere außen um den Kernbereich 5 angeordnet sind. 3c oder 6d zeigen eine alternative Situation gemäß der Alternative b) dar mit mindestens zwei Kernbereichen 5, die parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers verlaufen, wobei je Kernbereich mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen 4 am jeweiligen Kernbereich 5 und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren (3c, 6d) am jeweiligen Kernbereich 5 ausgebildet sind, die insbesondere jeweils außen um diesen Kernbereich 5 angeordnet sind. In weiteren Alternativen, die in den 7a, 7b und 7c dargestellt sind mit Leuchtenkörper 0 mit Montageplatte 1 und Abstandshalter 2 ist der gemäß der Situation c) verläuft der mindestens eine Kernbereich 5 parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers, und bildet jeweils im Bereich des äußeren Umfangs des Kühlkörpers einen Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers 3 aus. Diese Kernbereiche können auch Teilkernbereiche genannt werden, die in einer Anordnung mit weiteren Kühlkörpern einen Gesamtkernbereich in der Leuchte ausbilden können.
Bezugszeichenliste

0: Leuchtenkörper
1: LED Montageplatte, 1a obere Montagenfläche, 1 b untere Montagenfläche
2: Abstandshalter
3: Kühlkörper
4: Lamellen/Kühlrippen/Rippen, 4a Lamellen am äußeren Umfang von Röhren
5: Kernbereich
6: Nut/Bohrung des Abstandshalters
7: Nut/Bohrung des Kernbereichs
8: Schraube
9: Nut/Bohrung auf der oberen Montagefläche
10: Durchbrechung/Unterbrechung

Claims

Leuchtenkörper (0), insbesondere für LED-Leuchtmittel, wobei der Leuchtenkörper (0) eine LED Montageplatte (1), mindestens einen Abstandshalter (2) und mindestens einen Kühlkörper (3) umfasst, wobei die LED Montageplatte (1) eine obere Montagefläche (1a) und eine untere Montagefläche (1b) umfasst, wobei auf der unteren Montagefläche (1b) LED Leuchtmittel anbringbar sind, wobei auf der oberen Montagefläche (1a) der mindestens eine Abstandshalter (2) angeordnet ist, wobei der Abstandshalter (2) dazu ausgebildet ist, den mindestens einen Kühlkörper (3) fixierbar von der oberen Montagefläche (1a) zu beabstanden und Wärme zu leiten, wobei der mindestens eine Kühlkörper (3) mindestens einen Kernbereich (5) parallel zu seiner zentralen Längsachse aufweist, wobei in den Kernbereich (3) ein Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers (3) fällt, wobei der Kernbereich (3) wärmeleitend ist, wobei die Längsachse in einem Winkel von 60° bis 90° zur oberen Montagefläche (1a) steht, vorzugsweise steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche (1a), wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen (4) am Kühlkörper (3) und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper (3) aufweist, die außen einseitig bis umlaufend um den Kernbereich (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (1) werkstoffeinstückig und planar ist, wobei die Montageplatte (1) ein Blech, ein Strangpressprofil oder ein Guss-Teil ist und wobei der mindestens eine Kühlkörper (3) mittels mindestens einer Schraube, Niete oder eines Bolzens an der oberen Montagefläche (1a) befestigbar ist.
Leuchtenkörper (0) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der mindestens eine Kernbereich (5) längs der zentralen Längsachse des Kühlkörpers verläuft, wobei in den Kernbereich (5) der Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers (3) fällt, vorzugsweise steht die Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche (1a), wobei der mindestens eine Kühlkörper mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen (4) am Kühlkörper (3) und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren im Kühlkörper (3) aufweist, die insbesondere außen um den Kernbereich (5) angeordnet sind, oder b) mindestens zwei Kernbereiche (5) parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers verlaufen, wobei je Kernbereich mindestens zwei im Wesentlichen senkrechte Kühlrippen (4) am jeweiligen Kernbereich (5) und/oder mindestens zwei senkrechte Röhren am jeweiligen Kernbereich (5) ausgebildet sind, die insbesondere jeweils außen um diesen Kernbereich (5) angeordnet sind, oder c) der mindestens eine Kernbereich (5) parallel zur zentralen Längsachse des Kühlkörpers verläuft, und jeweils im Bereich des äußeren Umfangs des Kühlkörpers einen Schwerpunkt der Masse des Kühlkörpers (3) bildet.
Leuchtenkörper (0) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper einen horizontalen Querschnitt aufweist, welcher mindestens einem Polygon, einem Kreis, einer Ellipse oder einem Querschnitt mit Kreissektoren entspricht.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandshalter (2) und der mindestens eine Kühlkörper (3) in dem Kernbereich (5) mindestens eine Nut oder Bohrung (6), bevorzugt zwei Nuten oder Bohrungen, insbesondere zur Aufnahme von mindestens einer Schraube, Niete oder eines Bolzens, zur Befestigung des Kernbereichs (5) des mindestens einen Kühlkörpers (3) an der oberen Montagefläche (1a) umfasst, wobei die LED Montageplatte (1) mindestens eine Bohrung (6) pro Kühlkörper (3), bevorzugt zwei Bohrungen (6) pro Kühlkörper (3), insbesondere zur Aufnahme der mindestens einen Schraube, Niete oder Bolzens, bevorzugt zwei Schrauben, umfasst.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandshalter (2) umfasst: (i) Aluminium, vorzugsweise eine von den Aluminiumlegierungen EN-AW 1050, 6060 oder 6082 umfasst, vorzugsweise wobei der mindestens eine Abstandshalter (2) einen Wärmeleitkoeffizienten von größer als 220 W/mK aufweist, oder (ii) Kupfer und/oder eine Kupferlegierung, vorzugsweise wobei der Wärmeleitkoeffizient größer oder gleich 400 W/mK ist, und/oder (iii) eine wärmeleitende Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumcarbid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumnitrid umfasst, und optional (iv) der mindestens eine Abstandshalter (2) eine Dicke in Wärmeflussrichtung 1 bis 6 cm, bevorzugt 1,2 bis 3 cm, besonders bevorzugt 1,5 bis 2 cm aufweist, beträgt, und/oder (v) der Wärmewiderstand des mindestens einen Abstandshalters (2) kleiner als 10 Grad, bevorzugt kleiner als 5 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 3 Grad ist, und/oder (vi) wobei die Summe der Querschnittsfläche des mindestens einen Abstandshalters (2) kleiner als 30% der oberen Montagenfläche, bevorzugt kleiner als 20% der oberen Montagenfläche, besonders bevorzugt 7 bis 15% der oberen Montagenfläche ist.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper (3) eine wärmeleitende Keramik, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumcarbid, Siliziumcarbid und/oder Aluminiumnitrid umfasst.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des mindestens einen Abstandshalters (2) kleiner oder größer der Querschnittsfläche des Kernbereichs (5) ist.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper (3) im Wesentlichen senkrecht zur oberen Montagefläche (1a) stehende Flächen, insbesondere als Kühlrippen (4) parallel zueinander angeordnete Lamellen (4) und/oder Kühlrippen (4) und/oder strahlenförmig radial angeordnete Lamellen, umfasst.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper (3) vorzugsweise senkrecht zur oberen Montagefläche stehende Röhrensysteme, dessen Röhren horizontale Querschnitte aus Polygonen, insbesondere Dreiecken, Vierecken, Sechsecken, Achtecken, Freiformfiguren, oder aus Rundrohren umfasst, wobei die Polygone optional Unterbrechungen (7) aufweisen, und/oder der äußere Umfang des Röhrensystems im horizontalen Querschnitt Polygone umfasst, insbesondere Dreiecke, Vierecke, Sechsecke, Achtecke, Freiformfiguren.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllende des mindestens einen Kühlkörpers (3) der Geometrie des Leuchtenkörpers (0) mitsamt der Montageplatte (1) entspricht, wobei der Leuchtenkörper (0) mitsamt der Montageplatte (1) vorzugsweise eine runde, rechteckige oder ovale Geometrie aufweist.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Kernbereich (5) des mindestens einen Kühlkörpers (3) die Materialstärke größer ist als in einem Außenbereich des mindestens einen Kühlkörpers (3), wobei der Außenbereich die Rippen, die Lamellen und/oder das Röhrensystem umfasst, wobei insbesondere die Materialstärke linear proportional oder degressiv oder progressiv zu einer Außenkante des mindestens einen Kühlkörpers (3) hin abnimmt.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längsachse die Höhe des mindestens einen Kühlkörpers (3) 2 bis 20 cm, bevorzugt 3 bis 12 cm, besonders bevorzugt 5 bis 10 cm beträgt.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich (5) des mindestens einen Kühlkörpers (3) dazu ausgebildet ist, Wärme vertikal weg von der oberen Montagefläche (1a) zu transportieren und, insbesondere in die Kühlrippen einzuleiten.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kühlkörper (3) aus einem Strangpressprofil oder Blech hergestellt wird, wobei die Pressrichtung des Strangpressprofils senkrecht zur oberen Montagefläche ausgerichtet ist.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abstandshalter (2) die Funktionen hat: a) Wärmeleitung von der Montageplatte (1) zum Kühlkörper (3) und b) Beabstandung des Kühlkörpers (3) von der Montageplatte (1), um Konvektion der Umgebungsluft zur passiven Kühlung des Leuchtkörpers (0) zu ermöglichen.
Leuchtenkörper (0) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der der oberen Montagsfläche (1a) zugewandte Teil des Kernbereichs (5) des mindestens einen Kühlkörpers (3) den mindestens einen Abstandshalter (2) ersetzt, wobei der der oberen Montagsfläche (1a) zugewandte Teil des Kernbereichs (5) frei von Lamellen (4), Rippen oder Röhrensystemen ist.
Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der die Abstandshalter und die Montageplatte werkstoffeinstückig ausgebildet sind.
LED-Leuchte umfassend einen Leuchtenkörper (0) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Leuchte ferner umfasst mindestens ein LED-Leuchtmittel, und optional mindestens eine elektrische Leitung, optional mindestens ein Netzteil und/oder einen Stromnetzanschluss, optional wobei die Leuchte oder das Leuchtmittel von einer Blech- oder Kunststoffhülle umgeben ist, optional- wobei die Lichtleistung der LED Leuchtmittel größer als 20 000 Im ist, und optional wobei die Leuchte lediglich durch natürliche Konvektion gekühlt wird, und optional wobei die Kühlleistung größer als 2000 Watt ist, insbesondere wobei die LED-Leuchte eine Industrieleuchte, Bahnleuchte, Hallenleuchte, Sportleuchte, Parkplatzleuchte oder Flughafenleuchte ist.