DE102019127573A1

DE102019127573A1 - LED flashlight

Info

Publication number: DE102019127573A1
Application number: DE102019127573.3A
Authority: DE
Inventors: Erich Buhl
Original assignee: Ledlenser GmbH and Co KG
Current assignee: Ledlenser GmbH and Co KG
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: DE102019127573B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Taschenlampe mit einer Halterung, auf der die LED befestigt ist. Die Halterung wird bei der Fixierung auf den Kühlkörper so verformt, dass eine hieraus resultierende Federkraft die mechanische und thermische Anbindung an den Kühlkörper erzeugt.The invention relates to an LED flashlight with a holder on which the LED is attached. The holder is deformed when it is fixed on the heat sink so that a spring force resulting therefrom creates the mechanical and thermal connection to the heat sink.

Description

Die Erfindung betrifft eine LED-Taschenlampe mit einer Halterung, die eine LED auf einem Kühlkörper fixiert.The invention relates to an LED flashlight with a holder that fixes an LED on a heat sink.

Unter einer LED im Sinne der vorliegenden Erfindung wird jedwede LED-Form verstanden, einschließlich solcher LED, die auf einer Leiterplatte angebracht sind.For the purposes of the present invention, an LED is understood to mean any LED shape, including LEDs that are attached to a printed circuit board.

Seit mehreren Jahren werden in Taschenlampen beziehungsweise Leuchten LED verwendet, die sich durch eine große Helligkeit, einen geringen Stromverbrauch, eine lange Lebensdauer und eine im Regelfall gegenüber Glühbirnen geringe Hitzeentwicklung auszeichnen.For several years, LEDs have been used in flashlights and lights, which are characterized by high brightness, low power consumption, a long service life and, as a rule, low heat generation compared to incandescent bulbs.

Die Entwicklung der Dioden zu Hochleistungsleuchtdioden geht jedoch einher mit einer steigenden Hitzeentwicklung, die in Taschenlampen mit einem entsprechenden engen Raum dazu führen kann, dass unerwünschte Beschädigungen eintreten. Aus diesem Grund werden Kühlkörper eingesetzt, die für eine entsprechende Wärmeabfuhr sorgen. Nach dem Stand der Technik werdem Kunststoffhalterungen verwendet, die mit dem Kühlkörper verschraubt werden und welche die LED umschließen und die gewährleisten sollen, dass ein ausreichender Kontakt zwischen der LED-Unterseite und dem Kühlkörper entsteht.However, the development of diodes into high-performance light-emitting diodes goes hand in hand with increasing heat generation, which in flashlights with a correspondingly narrow space can lead to undesired damage occurring. For this reason, heat sinks are used to ensure adequate heat dissipation. According to the prior art, plastic brackets are used which are screwed to the heat sink and which enclose the LED and which are intended to ensure that there is sufficient contact between the underside of the LED and the heat sink.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass in Folge von Fertigungsmängeln, bei denen notwendige Toleranzmaße nicht eingehalten wurden und aufgrund unvermeidbarer unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten eine unzureichende Wärmeabfuhr eintrat, welche zu einer instabilen Lichtleistung der Leuchtdiode führte. Dieser Bestand zum Teil in einer Verminderung der Lichtleistung zum Teil in einem Flackern. Ferner altert bei höheren Temperaturen das Material schneller, so dass die LED-Lebensdauer sinkt.However, it has been found that as a result of manufacturing defects in which the necessary tolerance dimensions were not adhered to and, due to unavoidable different thermal expansion coefficients, insufficient heat dissipation occurred, which led to an unstable light output of the light-emitting diode. This consisted partly in a reduction of the light output partly in a flickering. Furthermore, the material ages faster at higher temperatures, so that the LED service life is reduced.

Aufgrund des geringen Bauraums bei Taschenlampen sind Veränderungen der Kühlkörpergeometrie und der Kontaktflächen zur LED ausgeschöpft, so dass es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine LED-Taschenlampe zu schaffen, bei der die Wärmeabfuhr von der LED zu dem Kühlkörper verbessert und insbesondere sichergestellt ist, dass die Wärmeabfuhrleistung gleichbleibend bei unterschiedlichen Temperaturen, die durch Wärmeabstrahlung der LED auftreten können, gewährleistet ist.Due to the small installation space in flashlights, changes to the heat sink geometry and the contact surfaces to the LED have been exhausted, so that the object of the present invention is to create an LED flashlight in which the heat dissipation from the LED to the heat sink is improved and, in particular, it is ensured that the heat dissipation performance is guaranteed to be constant at different temperatures that can occur due to heat radiation from the LED.

Diese Aufgabe wird durch die Konstruktion nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the construction according to claim 1. Further developments are described in the subclaims.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in Abkehr von dem bisherigen Formschluss zwischen dem Halteelement, der LED und dem Kühlkörper erfindungsgemäß eine Halterung gewählt wird, auf der die LED befestigt ist und auf die eine Kraft ausgeübt wird, durch welche die Halterung mit der darauf befestigten LED auf den Kühlkörper beziehungsweise auf eine Erhebung des Kühlkörpers gedrückt wird. Diese Druckspannung erzeugt eine Kraftwirkung, durch die eine unerwünschte Bildung eines Luftspaltes zwischen der Halterung und dem Kühlkörper verhindert wird. Die Halterung hat somit eine Struktur, deren Federspannung bei und nach der Montage die Halterung auf den Kühlkörper drückt. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass eine Halterung aus Metall aus der Ebene heraus verformt wird und die daraus resultierende Federkraft die mechanische und thermische Anbindung an den Kühlkörper erzeugt.The core idea of the present invention is that, as a departure from the previous form fit between the holding element, the LED and the heat sink, a holder is selected according to the invention on which the LED is attached and on which a force is exerted by which the holder with the LED attached to it is pressed onto the heat sink or onto an elevation of the heat sink. This compressive stress creates a force that prevents the undesired formation of an air gap between the holder and the heat sink. The holder thus has a structure whose spring tension presses the holder onto the heat sink during and after assembly. This happens in particular that a holder made of metal is deformed out of the plane and the resulting spring force creates the mechanical and thermal connection to the heat sink.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Körper aus einem in einer Draufsicht S-förmig gekrümmten Blattstreifen, der an seinen freien Enden jeweils eine Bohrung zur Durchführung und Fixierung einer Schraube besitzt, welche die Halterung mit der LED auf dem Kühlkörper oder mit einem Taschenlampengehäuse verbindet. Alternativ hierzu ist der S-förmig gekrümmte Blattstreifen mit einer in Draufsicht an der Peripherie kreisrunden Halterung verbunden, die zwei Bohrungen zur Durchführung und Fixierung jeweils einer Schraube besitzt, welche die Halterung an dem Kühlkörper befestigen. Der S-förmige Blattstreifen, auf den die LED in der Mitte aufgelötet ist, besitzt eine ausreichende Elastizität, so dass ein mittels jeweils einer Schraube auf die Enden ausgeübter Druck in dem zentralen Bereich, in dem die LED befestigt ist, eine ausreichende Kraft erzeugt wird, durch welche dieser zentrale Bereich eine gleichbleibende Anlage an den Kühlkörper schafft. Durch diese gleichbleibende Anlage ist eine gleichbleibend gute Wärmeabfuhr auf den Kühlkörper gewährleistet. Der S-förmige Blattstreifen benötigt idealerweise keinen großen Bauraum und ist zudem preiswerter als bisher verwendete Kunststoffhalterungen.In a preferred embodiment, the body consists of a sheet strip curved in an S-shape when viewed from above, each of which has a hole at its free ends to pass through and fix a screw that connects the holder to the LED on the heat sink or to a flashlight housing. As an alternative to this, the S-shaped curved leaf strip is connected to a holder that is circular in plan view at the periphery and has two bores for passing through and fixing a screw each, which fasten the holder to the heat sink. The S-shaped sheet strip on which the LED is soldered in the middle has sufficient elasticity so that a pressure exerted on the ends by means of a screw in each case generates sufficient force in the central area in which the LED is attached , through which this central area creates a constant contact with the heat sink. This constant system ensures constant good heat dissipation to the heat sink. The S-shaped sheet strip ideally does not require a large amount of installation space and is also cheaper than the plastic holders used previously.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht der Blattstreifen aus einem elektrisch leitfähigen Material mit entsprechenden Isolierungen, so dass in Folge der elektrischen Leitfähigkeit des Blattstreifens und der verwendeten Metallschrauben die genannten Teile gleichzeitig als elektrische Kontakte für die Spannungsversorgung der LED verwendet werden können. Vorzugsweise besteht der Blattstreifen aus Kupfer oder Aluminium.According to a further development of the invention, the leaf strip consists of an electrically conductive material with appropriate insulation, so that due to the electrical conductivity of the leaf strip and the metal screws used, the parts mentioned can be used at the same time as electrical contacts for the voltage supply of the LED. The leaf strip is preferably made of copper or aluminum.

Weiterhin vorzugsweise besitzt der Kühlkörper auf seiner der LED zugewandten Seite Ausnehmungen, die der Blattstreifenbreite angepasst sind und die eine lagegenaue Fixierung des Blattstreifens erlauben. Auf diese Weise dient der Blattstreifen gleichzeitig zur Zentrierung der LED in Bezug auf die verwendeten Linsen.Furthermore, the cooling body preferably has recesses on its side facing the LED, which are adapted to the width of the sheet strip and which enable the precise positioning of the Allow the leaf strip. In this way, the sheet strip also serves to center the LED in relation to the lenses used.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie die Unterschiede zum Stand der Technik sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer nach dem Stand der Technik bekannten Kunststoffhalterung zur Kontaktierung der LED auf dem Kühlkörper,
2 eine Querschnittsansicht der nach dem Stand der Technik bekannten Ausbildung nach 1,
3 eine Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung mit aufgelöteter LED in einer perspektivischen Darstellung,
4 eine perspektivische Darstellung der Halterung nach 3 mit einer Fixierung auf einem Kühlkörper,
5 dieselbe Anordnung nach 4 in einer Seitenansicht,
6 die Halterung nach 4 und 5 in einer Draufsicht im montierten Zustand,
7 eine alternative Ausführungsform einer Halterung und
8 die Halterung nach 7, fixiert auf einem Kühlkörper.

Embodiments of the present invention and the differences from the prior art are shown in the drawings. Show it:

1 a perspective view of a plastic holder known from the prior art for contacting the LED on the heat sink,
2 a cross-sectional view of the known according to the prior art training 1 ,
3 a holder according to the present invention with a soldered LED in a perspective view,
4th a perspective view of the holder according to 3 with a fixation on a heat sink,
5 the same arrangement according to 4th in a side view,
6th the bracket 4th and 5 in a top view in the assembled state,
7th an alternative embodiment of a bracket and
8th the bracket 7th , fixed on a heat sink.

Vorausgeschickt werden soll, dass unter einer LED jedwede Leuchtdiodenform im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden soll einschließlich Kombinationen, bei denen die Leuchtdiode auf einer Leiterplatte aufgebracht ist.It should be stated in advance that an LED is to be understood to mean any light-emitting diode shape in the context of the present invention, including combinations in which the light-emitting diode is applied to a printed circuit board.

Wie eingangs erwähnt und in 1 und 2 dargestellt, wird in einer Taschenlampe 10 mit einer Vorsatzoptik 11 die LED 12, 13 durch eine Kunststoffhalterung 14 aus lichtdurchlässigem Material formschlüssig auf einem Kühlkörper 15 beziehungsweise einen zylinderförmigen Vorsprung 15a des Kühlkörpers 15 gehalten. Dieser Vorsprung 15a ermöglicht es, die LED 12, 13 in den Bereich der hinteren Sacklochbohrung 111 der Vorsatzoptik 11 einschieben zu können, um Lichtkegel-Fokussierungen oder -Defokussierungen einstellen zu können. Auf diese Weise lassen sich Spot-Einstellungen sowie Weitwinkel-Ausleuchtungen mit der Lampe erzeugen. Der Kunststoffkörper wird über Schrauben, welche entsprechende Sacklochbohrungen bzw. Durchbrechungen durchgreifen fixiert.As mentioned at the beginning and in 1 and 2 depicted is in a flashlight 10 with an additional lens 11 the LED 12th , 13th through a plastic bracket 14th made of translucent material, form-fitting on a heat sink 15th or a cylindrical projection 15a of the heat sink 15th held. This head start 15a allows the LED 12th , 13th in the area of the rear blind hole 111 the front lens 11 to be able to insert in order to be able to set light cone focussing or defocusing. In this way, spot settings and wide-angle illumination can be created with the lamp. The plastic body is fixed by screws that penetrate through corresponding blind holes or openings.

Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass in Folge der Wärmeentwicklung der Hochleistungs-LED 13 zwischen der Unterseite 12 der LED und der dieser Seite zugewandten Seite des Kühlkörpervorsprungs 15a Luftbrücken entstehen können, welche zu einer verminderten Wärmeleitung in den Kühlkörper 15 führen.The disadvantage of this solution is that as a result of the heat generated by the high-power LED 13th between the bottom 12th the LED and the side of the heat sink projection facing this side 15a Air bridges can arise, which lead to reduced heat conduction in the heat sink 15th to lead.

Um diesen Nachteil zu vermeiden wird eine Halterung vorgeschlagen, bestehend aus einem Körper, der eine Druckspannung ausübt, durch welche die Halterung, auf der die LED aufgelötet ist, auf den Kühlkörper gedrückt wird. In den in 3 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen wird hierzu ein S-förmiger Blattstreifen 16 verwendet, auf dem die LED 12, 13 aufgelötet ist. Dieser Blattstreifen besitzt an seinem freien Schenkelende jeweils Bohrungen 17, 18 zur Durchführung und Befestigung einer Schraube. Der mittlere zentrale Bereich besitzt eine Fläche, auf der die LED vollflächig durch Löten befestigt werden kann. Zu den Seiten hin ist der Blattstreifen 16 hingegen schmaler ausgeführt, was in Verbindung mit der relativ geringen Blechdicke d eine gewisse Elastizität in einer zu der Kontaktfläche zwischen der Unterseite 12 der LED und dem mittleren Bereich 16a des Blattstreifens senkrechten Ebene verleiht. Diese Elastizität wird, wie insbesondere aus 4 und 6 ersichtlich, ausgenutzt, um den Blattstreifen, der im zentralen Bereich 16a in einer oberen Nut des Kühlkörpers einliegt, unter Druck auf den Kühlkörpervorsprung 15a in den genannten Einlagebereich zu pressen. Durch diese Druckkraft wird die Entstehung von Luftspalten mit einem schlechteren Wärmeleitvermögen verhindert. Der Blechstreifen 16 ist an seinem freien Ende mittels jeweiliger Schrauben 19, 20 an einer tiefer liegenden Ebene des Kühlkörpers 15 oder einem Taschenlampengehäuseteil befestigt. Wesentlich ist, dass die Kontaktebene zwischen der LED 12 und dem dort anliegenden Kühlkörperbereich oberhalb der Befestigungsebene der freien Enden des S-förmigen Blattstreifens liegt, so dass sich eine entsprechende Druckkraft einstellen kann. Die aus 4 und 6 ersichtliche Form des Kühlkörpers ist nur ein Ausführungsbeispiel; hinsichtlich der Kühlkörpergeometrie gibt es keine Beschränkung außer derjenigen, die durch die Bauform der Lampe vorgegeben ist. So kann insbesondere der Kühlkörper, falls erforderlich, zusätzlich, sich in freie Taschenlampeninnenräume erstreckende Lamellen oder ähnliches aufweisen. Ebenso wenig ist die vorliegende Erfindung auf die beispielsweise in 4 dargestellte S-Profilform des Blattstreifens 16 beschränkt; hier können auch ähnlich gewundene Formen gewählt werden. Die dargestellte oder eine entsprechend ähnliche S-Form hat allerdings den Vorteil, dass der benötigte Bauraum in radialer Richtung (von der das Zentrum bildenden LED gesehen) gering gehalten werden kann.In order to avoid this disadvantage, a holder is proposed, consisting of a body which exerts a compressive stress by means of which the holder on which the LED is soldered is pressed onto the heat sink. In the in 3 to 6th For this purpose, an S-shaped sheet strip is used in the illustrated embodiments 16 used on which the LED 12th , 13th is soldered on. This sheet strip has holes at its free leg end 17th , 18th for carrying out and fastening a screw. The middle central area has a surface on which the LED can be attached over the entire surface by soldering. To the sides is the leaf strip 16 on the other hand, designed to be narrower, which in connection with the relatively small sheet metal thickness d provides a certain elasticity in one to the contact surface between the bottom 12th the LED and the middle area 16a of the leaf strip gives a vertical plane. This elasticity is made, as in particular 4th and 6th evident, exploited to the leaf strip, which is in the central area 16a rests in an upper groove of the heat sink, under pressure on the heat sink projection 15a to be pressed into said deposit area. This compressive force prevents the formation of air gaps with poor thermal conductivity. The sheet metal strip 16 is at its free end by means of respective screws 19th , 20th at a lower level of the heat sink 15th or attached to a flashlight housing part. It is essential that the contact level between the LED 12th and the heat sink area lying there lying above the fastening plane of the free ends of the S-shaped sheet strip, so that a corresponding compressive force can be established. From 4th and 6th apparent shape of the heat sink is only one embodiment; with regard to the heat sink geometry, there are no restrictions other than those specified by the design of the lamp. In particular, the heat sink can, if necessary, additionally have lamellae or the like extending into free interior torch spaces. Neither is the present invention limited to the example in 4th S-shaped profile of the leaf strip shown 16 limited; similarly twisted shapes can also be selected here. The illustrated or a correspondingly similar S-shape, however, has the advantage that the required installation space in the radial direction (viewed from the LED forming the center) can be kept small.

Bei der in 7 dargestellten Ausbildung des Körpers zur Aufbringung einer Druckkraft auf den Kühlkörpervorsprung 15a ist der S-förmige Blattstreifen 21 mit einer an der Peripherie kreisrunden weiteren Halterung 22 verbunden, auf der noch weitere Elektronikbauteile angeordnet sein können Die für die Befestigung und Druckaufbringung notwendige Elastizität wird durch Ausstanzungen 25, 26 gewährleistet, die es ermöglichen, dass der mittlere Bereich 21a des S-förmigen Blattstreifens 21 im Befestigungszustand nach oben gedrückt wird, so dass dieser mittlere Bereich 21a mit dem LED-Board auf dem Kühlkörpervorsprung 15a aufliegt, wohingegen der Randbereich der Halterung 21 in einer davon beabstandeten (tieferen) Ebene des Kühlkörpers 15 anliegt (siehe 8).At the in 7th illustrated design of the body for applying a compressive force to the heat sink projection 15a is the S-shaped leaf strip 21 with another holder that is circular on the periphery 22nd connected, on which further electronic components can be arranged. The elasticity required for fastening and applying pressure is achieved by punching 25th , 26th ensures that allow the middle area 21a of the S-shaped leaf strip 21 is pressed upwards in the fastening state, so that this central area 21a with the LED board on the heat sink protrusion 15a rests, whereas the edge area of the bracket 21 in a (lower) plane of the heat sink that is spaced apart therefrom 15th is present (see 8th ).

8 zeigt die Halterung 22 nach 7 in einem auf dem Kühlkörper 15, 15a fixierten Zustand. Die über dem Blattstreifen 21 ausgeübte Druckkraft sorgt für einen verbesserten Kontakt zum Kühlkörpervorsprung 15a und damit für einen optimierten Wärmeabfluss über den Kühlkörper. 8th shows the bracket 22nd to 7th in one on the heat sink 15th , 15a fixed state. The one above the leaf strip 21 The applied compressive force ensures an improved contact with the heat sink protrusion 15a and thus for an optimized heat dissipation via the heat sink.

Claims

LED flashlight with a holder which fixes an LED (12, 13) on a heat sink (15), characterized in that the LED is attached to a holder (16, 21) and that the holder (16, 21) is deformed is under compressive stress during the fixation on the heat sink (15), whereby a compressive force is generated with which the holder is pressed onto the heat sink or a part thereof.

LED flashlight after Claim 1 , characterized in that the holder consists of a sheet strip (16) which is curved in an S-shape in a plan view and which has a bore (17, 18) at each of its free ends for the implementation and fixing of a screw (19, 20), which has the middle area of the sheet strip on which the LED is soldered, presses on the heat sink (15) and / or connects to the flashlight housing.

LED flashlights after Claim 1 , characterized in that the holder consists of a sheet strip (21) which is curved in an S-shape in plan view and which is connected to an annular disc (22) which is circular on the periphery in plan view, the two bores (23, 24) for implementation and Fixing each has a screw which attaches the disc (22) to the heat sink (15).

LED flashlight after Claim 2 or 3 , characterized in that the LED is soldered onto the sheet strip in its center (16a, 21a).

LED flashlight after Claim 2 , 3 or 4th , characterized in that the S-shaped sheet strip (16) consists of an electrically conductive material provided with appropriate insulation and / or the screws (19, 20) simultaneously serve as electrical contacts for the voltage supply.

LED flashlight after one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the leaf strip is made of copper or aluminum.

LED flashlight after one of the Claims 2 or 4th to 6th , characterized in that the cooling body or the cooling body projection (15a) has recesses adapted to the sheet strip on its side facing the LED for fixing the sheet strip in precise position.