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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Lampe, welche insbesondere ausgelegt ist zur inneren Beleuchtung von elektrischen Haushaltsgeräten.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 433 658 A2 ist eine LED-Anzeigevorrichtung bekannt mit einem Gehäuse, welches aus zwei Abdeckungen besteht, welche eine Leiterplatte umgeben. Die Abdeckungen bestehen aus gegossenem Aluminium oder anderen thermisch leitfähigen Metallen und dienen als Wärmesenke zur Ableitung von Wärme, welche von auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten erzeugt wird. Ferner offenbart die
DE 100 14 804 A1 ein Leuchtenmodul mit einem Träger, der aus Leiterbahnen und isolierendem Trägermaterial besteht, und Leuchtdioden, die mit den Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Die Wärme der Leuchtdioden wird über die Leiterbahnen abgeleitet und abgestrahlt, weshalb diese Seite der Leiterbahnen frei bleibt. Die Rückseite der Leiterbahnen ist in einem Trägermaterial aufgenommen. Das Trägermaterial besteht aus einem thermisch leitenden Kunststoff. Die
US 2009/0279 292 A1 zeigt ein Beleuchtungssystem mit mindestens zwei LEDs, welche an einer konkaven Bodenwand eines optischen Elements angeordnet sind.
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Es ist bekannt, das viele elektrische Haushaltsgeräte (wie z. B. Backöfen und Kühlschränke) Lampen zur inneren Beleuchtung verwenden. Heutzutage und in der Zukunft zunehmend, sollen diese Lampen auch elektrische Haushaltsgeräte ausstatten, wie z. B. Waschmaschine und Geschirrspüler zur inneren Beleuchtung des Waschbehälters.
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Eine Kostenverringerung der LEDs und eine parallele Zunahme der ausgesendeten Lichtleistung hat sie heutzutage zu einer möglichen alternativen Lichtquelle für diese Lampen gemacht. Jedoch beinhaltet ihre Anwendung zur inneren Beleuchtung von elektrischen Haushaltsgeräten die Lösung von einigen Problemen, in erster Linie ermöglichen sie eine leichte Ableitung der Wärme, welche von den LEDs im Gebrauch erzeugt wird, während die gesamte erzeugte Lichtenergie richtig ausgenutzt wird. Es werden daher kompakt strukturierte, leicht zu montierende und relativ kostengünstige Lampen benötigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme zu lösen durch Bereitstellen einer Lampe für elektrische Haushaltsgeräte unter Verwendung einer hoch kompakten, zuverlässigen, kostengünstigen Lichtquelle des LED-Typs, welche leicht herzustellen ist und an verschiedenen Arten von elektrischen Haushaltsgeräten montierbar ist, von Kühlschränken bis zu Waschmaschinen, während immer eine wirkungsvolle Abgabe der durch die LED im Gebrauch erzeugten Wärme sichergestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher eine LED-Lampe für ein elektrisches Haushaltsgerät, wie in Anspruch 1 definiert.
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Insbesondere weist die Lampe gemäß der Erfindung mindestens eine erste Lichtquelle auf, welche aus einer LED besteht, eine Leiterplatte zum Tragen und zur Stromversorgung der Lichtquelle und einen Trägerkörper für die Leiterplatte, hergestellt aus einem elektrisch nicht-leitenden Material und an einem ersten Ende davon mit einem reflektierenden/streuenden Element des für das von der mindestens einen Lichtquelle ausgesendeten Lichts versehen ist, welches eine optische Achse definiert, welche im wesentlichen parallel zur einer Längssymmetrieachse des Trägerkörpers angeordnet ist; wobei die mindestens eine erste Lichtquelle fest auf einer ersten ebenen Fläche der Leiterplatte gehalten wird und an einem ersten Ende der Leiterplatte montiert ist, wobei eine Lichtdiffusionsachse davon im wesentlichen senkrecht zu der ersten Fläche ausgerichtet ist; wobei der Trägerkörper in Kombination mit diesen Merkmalen eine rohrförmige Gestalt aufweist und die Leiterplatte innerhalb des Körpers gehalten wird, wobei die erste Fläche im wesentlichen koplanar mit der optischen Achse des reflektierenden/streuenden Elements angeordnet ist und das erste Ende überhängend aus dem ersten Ende des Trägerkörpers vorragt, innerhalb einer Konkavität des reflektierenden/streuenden Elements, so dass dasselbe mindestens einen Teil des von der mindestens einen ersten Lichtquelle ausgesendeten Lichts sammeln kann.
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Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung erstreckt sich die Leiterplatte über die gesamte Länge des Trägerkörpers zu einem zweiten Ende davon, welches zum ersten entgegen gesetzt ist, und an mindestens der ersten Fläche ist, wobei sie mit elektrisch und thermisch leitenden Leiterbahnen versehen ist, welche mit der mindestens einen ersten Lichtquelle verbunden sind, wobei die Leiterbahnen im Gebrauch einer konvektiven Kühlbewegung der Umgebungsluft durch jeweilige Längsschlitze ausgesetzt sind, welche durch mindestens eine Seitenwand des Trägerkörpers gebildet sind, in einer vorbestimmten Entfernung vom ersten Ende und vorzugsweise zum zweiten Ende hin.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Lampe ferner ein becherförmiges optisches Element auf, welches über das erste Ende des Trägerkörpers angepasst ist, um so an einer konkaven Bodenwand davon das reflektierende/streuende Element aufzunehmen, wobei mindestens ein erster Teil der konkaven Bodenwand, welche dem reflektierenden/streuenden Element auf der Seite der mindestens einen ersten Lichtquelle gegenüberliegt, lichtdurchlässig ist und mindestens ein zweiter Teil der konkaven Bodenwand, welche zur ersten entgegen gesetzt ist, so ausgebildet ist, dass sie mindestens teilweise reflektierend ist, um so mindestens einen Teil des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesendeten Lichts aufzufangen, um es zu dem reflektierenden/streuenden Element hin zu reflektieren.
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Dadurch wird eine Lampe mit einer aus einer LED bestehenden Lichtquelle erhalten, welche äußerst kompakt und in der Struktur einfach ist, und relativ kostengünstig zu realisieren ist, welche keine Verdrahtung zur Energieversorgung des LED-Lichts benötigt und welche insbesondere leicht in der Lage ist, die durch die LED im Gebrauch erzeugte Wärme abzuleiten. Ferner kann der Hauptlichtstrahl in einer Hauptrichtung ausgesendet werden und kein Bruchteil der durch die LED ausgesendeten Lichtleistung geht verloren und ermöglicht daher ein günstiges Licht/Stromverbrauchs-Verhältnis. Ferner kann die LED-Lampe gemäß der Erfindung leicht wasserdicht sein, einfach durch Auffüllen des ersten Endes des Trägerkörpers mit einem Harz, in welches ein Teil der Leiterplatte nahe dem ersten Ende davon eingebettet ist. Schließlich kann eine zwei-flächige Leiterplatte verwendet werden durch Anbringen einer LED auf beiden Seiten, beide am ersten Ende der Leiterplatte, und zusätzliche elektronische Komponenten können an der Leiterplatte montiert werden, wie z. B. Dämmerungs-, Temperatur- oder Feuchtigkeitssensoren, ein NTC-Widerstand zum Steuern einer RGB-LED, um so in der Lage zu sein, ferner die Farbe des ausgesendeten Lichts zu ändern, einen Lufterfrischer, etc.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform offensichtlich, welche nur mittels eines nicht-beschränkenden Beispiels bereitgestellt wird, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen
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1 einen Längsquerschnitt einer Draufsicht zeigt längs der Achse einer Lampe gemäß der Erfindung; und
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2 eine äußere axonometrische Dreiviertel-Vorderansicht der Lampe von 1 zeigt.
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Beste Art zur Ausführung der Erfindung
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Mit Bezug auf die 1 und 2 zeigt die Zahl 1 als Ganzes eine Lampe zur inneren Beleuchtung eines elektrischen Haushaltsgerätes irgend einer bekannten Art (nicht dargestellt) von Kühlschränken bis zu Waschmaschinen.
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Die Lampe 1 weist mindestens eine erste Lichtquelle 2 auf, welche aus einer LED besteht, eine Leiterplatte 3 zum Tragen und Versorgen der LED 2 mit Energie, und einen Trägerkörper 4 für die Leiterplatte 3 aus einem elektrisch nicht leitenden Material, vorzugsweise durch Formen eines synthetischen Kunststoffmaterials.
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An einem ersten Ende 5 ist der Körper 4 mit einem reflektierenden/streuenden Element 6 des durch die LED 2 ausgesendeten Lichts versehen und definiert eine optische Achse X (z. B. wenn das Element 6 eine parabolische, hyperbolische oder parabolisch-hyperbolische Gestalt hat, definiert durch die Geometrieachse der dadurch gebildeten Parabel oder Hyperbel), welche so angeordnet ist, dass sie im wesentlichen parallel zu – und in diesem Fall übereinstimmend mit – einer Längssymmetrieachse S des Trägerkörpers 4 ist.
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Der letztere hat eine rohrförmige Gestalt und eine im allgemeinen prismatische (Parallelepiped) Form, welche durch Paare von ebenen Seitenwänden 8 und 10 begrenzt wird, welche senkrecht zueinander angeordnet sind und dazwischen einen sich in Längsrichtung erstreckenden Sitz 11 begrenzen, welcher koaxial zu den Achsen X und S innerhalb des Körpers 4 ist.
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Die LED 2 ist fest an einer ersten ebenen Fläche 12 der Leiterplatte 3 gehalten und ist an einem ersten Ende 13 der Leiterplatte 3 montiert, wobei eine licht-streuende Achse Z davon im wesentlichen senkrecht zur Fläche 12 ausgerichtet ist; gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Leiterplatte in Kombination mit diesen strukturellen Merkmalen innerhalb des Körpers 4 im Sitz 11 gehalten, wobei seine liegende Ebene parallel zu den Flächen 8 und den Achsen X und S ist, und insbesondere die Fläche 12 parallel zu den Flächen 8 ist und im wesentlichen koplanar zu der optischen Achse X des reflektierenden/streuenden Elements 6 ist.
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Die Leiterplatte 3 (im folgenden auch als PCB) bezeichnet, hat dann ihr erstes Ende 13 überhängend aus dem ersten Ende 5 des Trägerkörpers 4 herausragend, innerhalb einer Konkavität C des reflektierenden/streuenden Elements 6, so dass dasselbe mindestens einen Teil des durch die LED 2 ausgesendeten Lichts sammeln kann.
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Dank solch einer Anordnung gemäß einer möglichen Variante der Lampe 1 kann sie auch mit mehr als einer Lichtquelle versehen sein, insbesondere mit einer zweiten LED 20, welche in 1 in einer gestrichelten Linie dargestellt ist, welche an dem ersten Ende 13 der Leiterplatte 3 an einer zweiten Fläche 22 davon parallel und entgegen gesetzt zur Fläche 12 gehalten wird; die LED 20 hat auch die Lichtdiffusionsachse mit der Achse Z übereinstimmend und so senkrecht zur Leiterplatte, und ist so montiert, dass sie innerhalb der Konkavität C des reflektierenden/streuenden Elements 6 angeordnet ist, so dass es auch mindestens einen Teil des durch die LED 20 ausgesendeten Lichts sammeln kann zusätzlich zu dem durch die LED 2 ausgesendeten.
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Gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung streckt sich die Leiterplatte 3, welche wie mit Bezug auf den Körper 4 beschrieben geformt und platziert ist, über die gesamte Länge des Trägerkörpers 4 zu einem zweiten Ende 24 davon, entgegen gesetzt zum Ende 5. Ferner ist an mindestens der Fläche 12 und an beiden Flächen 12 und 22, wenn eine zweite LED 20 vorhanden ist, die Leiterplatte 3 mit elektrisch und thermisch leitenden Leiterbahnen 25 versehen, welche in einem Stück mittels bekannter Techniken auf der PCB 3 erhalten werden, welche mit der LED 2 (und mit der LED 20, falls vorhanden) verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung sind die Leiterbahnen 25 im Gebrauch einer konvektiven Kühlbewegung der Umgebungsluft ausgesetzt, aufgrund dessen, dass der Körper 4 mit jeweiligen Längsschlitzen 26 versehen ist, welche durch mindestens eine Seitenwand 8, 10 (in diesem Fall durch die Wände 8, 10 an den Längskanten, welche diese verbinden) in einem vorbestimmten Abstand vom Ende 5 und vorzugsweise zum Ende 24 hin versehen sind, um so im Gebrauch vom Punkt des Gebrauchs der LED(s) 2/20 beabstandet zu sein; in diesem Fall kann die Umgebungsluft, welche um den Körper 4 herum vorhanden ist, insbesondere nahe dem hinteren Ende 24, in den Sitz 11 eintreten, um über die Leiterbahnen 25 zu streichen; da diese leitfähig sind, leiten die letzteren die im Gebrauch durch die LED 2 (und 20) erzeugte Wärme längs derselben zum Ende 24 hin, wobei die Umgebungsluft diese Wärme durch Überstreichen der Leiterbahnen 25 beseitigen kann und so eine konvektive Bewegung durch die Schlitze 26 erzeugt, welche die gesamte Leiterplatte 3 kühlt.
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Zu diesem Zweck sind die Schlitze 26 sowohl über als auch unterhalb der optischen Achse X und parallel dazu gemacht, so dass einige von Ihnen der ersten Fläche 12 der Leiterplatte 3 gegenüberliegen, und andere dessen zweiter Fläche 22 gegenüberliegen, was erreicht wird durch Bilden der Schlitze an den Verbindungsrändern der Wände 8, 10.
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Insbesondere wenn nur eine LED vorhanden ist (typischerweise die LED 2), kann diese eine LED des RGB-Typs sein, um so in der Lage zu sein, Licht mit einem unterschiedlichen Spektrum auszusenden; in diesem Fall trägt die Leiterplatte 3 auch elektronische Mittel 30 (typischerweise einen NTC-Widerstand) darauf zum Steuern der RGB-LED 2, welche im Gebrauch verbindbar sind mit der Steuereinheit des elektrischen Haushaltsgeräts (nicht dargestellt). Zu diesem Zweck und zur Bereitstellung der erforderlichen Spannung an die Leiterbahnen 25 zum Betrieben der LED 2 (und 20 falls vorhanden), ist das Ende 24 des Körpers 4 mit einer Reihe von Standardverbindungselementen 31 versehen, welche in ein entsprechendes Ende 33 der Leiterplatte 3 integriert sind, welches am Ende 24 platziert ist. Um die Verbindungselemente 31 zu schützen, welche im Gebrauch mit einer elektrischen Stromversorgung und Steuerdrähten verbunden sein können, ist das Ende 24 mit einem Schirm 35 versehen, z. B. mit kreisförmiger Gestalt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Lampe 1 auch ein becherförmiges optisches Element 40 auf, welches über das Ende 5 des Trägerkörpers 4 angepasst ist, um so das reflektierende/streuende Element 6 an einer konkaven Bodenwand 41 davon unterzubringen.
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Mindestens ein erster Teil 42 der konkaven Bodenwand 41, welche dem reflektierenden/streuenden Element 6 an der Seite der LED 2 gegenüberliegt, ist lichtdurchlässig; während mindestens ein zweiter Teil 43 der Wand 41, welche dem Teil 42 gegenüberliegt, so gemacht ist (z. B. durch Einfügen einer metallisierten Schicht oder durch das Vorsehen eines geeigneten Prismas), dass er mindestens teilweise reflektierend ist, um so mindestens einen Teil des durch die LED 2 (und durch die LED 20, falls vorhanden) ausgesendeten Lichts aufzufangen, um es zu dem reflektierenden/streuenden Element 6 hin zu reflektieren.
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Die Teile 42 und 43 der Bodenwand 41 sind vorzugsweise asymmetrisch und der Teil 43 ist als eine ebene Fläche 43b ausgebildet (in gestrichelter Linie in 1 dargestellt), welche schräg mit Bezug auf die optische Achse X angeordnet ist, um so ein Reflexionsvermögen (für bestimmte Lichtwinkel) zu erlangen, selbst wenn sie lichtdurchlässig ist.
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Deshalb ist das reflektierende/streuende Element 6 so geformt, dass es das durch den Teil 43 der konkaven Bodenwand 41 des becherförmigen optischen Elements reflektiertes Licht sammelt und mindestens ein Teil des direkten durch die LED 2 (und durch die LED 20, falls vorhanden) ausgesendeten Lichts, um so keinen Bruchteil des durch die LEDs 2, 20 erzeugten Lichts zu verlieren. In noch bevorzugterer Weise ist das Element 6 so geformt, dass es sowohl das direkte Licht als auch das durch den Teil 43 der Wand 41 reflektierte Licht zum Teil 42 der Wand 41 hin richtet, welcher Teil lichtdurchlässig (transparent) ist, um so einen Hauptlichtstrahl zu bilden (durch den Pfeil in 1 angegeben), welcher eine schräge Achse Y hat, welche in einem räumlichen Winkel angeordnet ist, welcher durch eine optische Achse X und eine Diffusionsachse Z des Lichts der LED(s) 2/20 begrenzt wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung, um die Produktionskosten zu reduzieren, ist das reflektierende/streuende Element 6 mindestens teilweise lichtdurchlässig, in dem Sinne, dass es nicht an der Seite der Konkavität C mit einer reflektierenden metallisierten Schicht beschichtet ist, welche völlig undurchlässig ist für Licht, sondern einfach aus einem synthetischen weißen Kunststoffmaterial hergestellt sein kann, welche so natürlich reflektierend ist aber welche Teile der Lichtstrahlen durch es hindurch entkommen lässt; der Trägerkörper 4 ist dann auf der Seite des zweiten Endes 24 (aber vor den Schlitzen 26, d. h. näher zum Ende 5 des letzten) mit einem reflektierenden Schirm 45 versehen, z. B. definiert durch eine kontinuierliche ringförmige Rippe, welche an den Wänden 8, 10 erhalten wird und nicht notwendigerweise mit einer reflektierenden Schicht versehen ist, sondern z. B. einfach aus einem weißen synthetischen Kunststoff hergestellt ist. Und das optische Element 40 erstreckt sich mit einem rohrförmigen Teil 46 davon, welcher lichtdurchlässig ist und in einem Stück mit der Bodenwand 41 erhalten wird, zum Schirm 45, so dass das Licht, welches durch das Element 6 zurück kommt (welches aus diesem Grund nicht einfach als ein reflektierendes Element definiert ist, sondern als ein reflektierendes/streuendes Element), gesammelt wird und durch den Schirm 45 reflektiert wird und nach außen durch das optische Element 6 ausgesendet werden kann, so dass es zum Hauptlichtstrahl beiträgt.
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Am Schirm 45 ist der Körper 4 ferner auch mit Verbindungsmitteln 48 für das becherförmige optische Element 40 versehen, welche unmittelbar benachbart zum Schirm 45 auf der Seite des Endes 24 angeordnet sind und durch Rippen definiert werden, welche zum Beispiel bajonettartig mit speziellen Umfangsschlitzen 49 des optischen Elements 6 gekoppelt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das reflektierende/streuende Element 6 so ausgebildet, dass es vollständig überhängend vorragt in Richtung der optischen Achse X vom ersten Ende 5 des Trägerkörpers 4, mit welchem es einstückig und aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, so dass es mit einem selektiv variablen Öffnungswinkel hergestellt werden kann durch einfaches Ersetzen der jeweiligen Einsätze 50 einer Form 51 (in 1 in gestrichelten Linien dargestellt), um den Körper 4 zu bilden.
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Im Fall von Anwendungen, welche Wasserdichtigkeit erfordern, z. B. die Anwendung in einer Trommel einer Waschmaschine/Geschirrspülmaschine, ist mindestens das Ende 5 des rohrförmigen Körpers 4 im Inneren mit einem elektrisch isolierenden Harz 60 gefüllt, welches in den Sitz 11 gegossen wird, sobald die Leiterplatte darin angeordnet wurde, so dass ein Teil 61 davon, welcher unmittelbar neben/benachbart zum Ende 13 ist, im Harz 60 eingebettet wird, um so das Ende 13 des Trägerkörpers 4 in einer im wesentlichen fluiddichten Weise zu versiegeln. Zusätzlich zu dieser Maßnahme kann das optische Element 6 extern mit einem Dichtungsring 65 am Schirm 45 versehen werden.
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Aufgrund dieser Anordnung über die Länge des Körpers 4 trägt die Leiterplatte 3 vorzugsweise elektronische Mittel 70, 71 zusätzlich zu dem möglichen NTC 30 zur Steuerung der LED 2 (oder 20), falls es eine RGB-LED ist. Diese elektronischen Mittel können zum Beispiel ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: einem Dämmerungssensor 70, einem Verdampfungslufterfrischer 71, eine Batterie ohne äußere Stromversorgung, ein Feuchtigkeitssensor, Temperatursensor oder Kombinationen davon.
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Geht man von der überhängenden Anordnung des Endes 13 der Leiterplatte 3 in der Konkavität C aus, kann schließlich das optische Element 6 mit einer Trägerrippe 80 versehen sein, welche vom reflektierenden Teil 43 getragen wird. Ferner können schienenförmige Trägerrippen 82, in welchen die verschiebbare Leiterplatte 3 eingefügt werden kann, einstückig mit dem Körper 3 erhalten werden, z. B. an den Schlitzen 26.
