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Die
Erfindung betrifft ein LED(Leuchtdiode)-Beleuchtungsbauteil.
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LEDs
verbrauchen wenig Energie, und sie verfügen über eine lange Lebensdauer.
Ihre Helligkeit nimmt immer mehr zu, so dass sie nun nicht mehr nur
an elektronischen Geräten,
sondern auch zur Innen- und Außenbeleuchtung
verwendet werden.
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Bei
den meisten Lampen für
Innen- und Außenbeleuchtung
sind mehrere LEDs hoher Helligkeit kombiniert, um ein LED-Lampenmodul
aufzubauen. Je höher
der Lichtfluss der Lampen ist, umso mehr Wärme wird jedoch auch erzeugt.
Der Wärmewiderstand
von LEDs, insbesondere solcher mit hoher Helligkeit, ist niedriger
als derjenige üblicher
Glühlampen.
Wenn die Temperatur einer LED ansteigt, nimmt nicht nur ihre Lichtemissionseffizienz
ab, sondern es wird auch ihre Lebensdauer verkürzt. Weiterhin kann die Leiterplatte
der Lampe überhitzen,
wodurch diese einen Schaden erfährt.
Demgemäß ist ein
Wärmeabführmodul
dazu erforderlich, durch LEDs erzeugte Wärme abzuführen, damit diese bei niedriger
Temperatur dauernd viel Licht emittieren können.
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Die
Wärmeabführkonstruktion
der meisten herkömmlichen
LED-Lampen wird so aufgebaut, dass zunächst mehrere LED-Elemente auf
einer Leiterplatte installiert werden und diese dann an ein Wärmeabführmodul
mit einer Wärmeabführrippe,
einem Wärmeabführrohr und
einer Wärmesenke
zum Abtransportieren der Wärme
angebaut wird. Dadurch wird das Gesamtvolumen der Lampe groß, und die Wärme des
LED-Elements muss zunächst
durch die Leiterplatte laufen, bevor sie die Wärmesenke des Wärmeabführmoduls
erreicht, was die Wärmeleitgeschwindigkeit
verringert und die Wärmeabführeffizienz
verschlechtert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein LED-Beleuchtungsbauteil
zu schaffen, das über eine
Wärmeabführkonstruktion
verfügt,
die auf sehr effiziente Weise Wärme,
wie sie von mindestens einem LED erzeugt wird, abführen kann.
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Diese
Aufgabe ist durch das LED-Beleuchtungsbauteil gemäß dem beigefügten Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand
abhängiger
Ansprüche.
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Bei
einem erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungsbauteil
ist eine Dampfkammer verwendet, an der mindestens ein Zapfen ausgebildet
ist, der durch ein zugehöriges
Durchgangsloch in der Leiterplatte dringt und direkt mit einer LED
in Kontakt steht. Durch die Verwendung der Dampfkammer lässt sich ein
kompakter Aufbau mit hervorragenden Wärmeabführeigenschaften erzielen. Außerdem muss
die Wärme
nicht mehr durch die Leiterplatte geführt werden, da sie vom LED
direkt durch den Zapfen an der Dampfkammer an diese geleitet wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsformen
näher erläutert.
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1, 2 und 3 sind
eine perspektivische Ansicht, eine Explosionsansicht bzw. eine Schnittansicht
eines LED-Beleuchtungsbauteils gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts A in der 3.
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Das
in der 1 dargestellte LED-Beleuchtungsbauteil verfügt über eine
Dampfkammer 10, eine Leiterplatte 20 und mindestens
eine LED 30. Wie es insbesondere aus den 2 und 3 erkennbar
ist, verfügt
die Dampfkammer 10 über
ein hohles Metallgehäuse,
ein an der Innenwand desselben angebrachtes Kapillargewebe 14 sowie
ein in das Gehäuse
gefülltes
Arbeitsfluid 16. Weiterhin ist an einer Fläche der
Dampfkammer 10 mindestens ein Zapfen 12 ausgebildet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die Dampfkammer 10 mit einem Gehäuse in Kreiszylinderform dargestellt,
jedoch kann auch eine Quaderform, eine Vieleckform oder irgendeine
unregelmäßige Form
verwendet werden. Der Zapfen 12 ist an seiner Oberseite
mit einer wärmeleitenden
Zinnschicht 18 versehen, die das Abführen von Wärme unterstützt.
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In
der Leiterplatte 20 ist mindestens ein Durchgangsloch 22 ausgebildet,
durch das der Zapfen 12 hindurchtreten kann. Die Leiterplatte 20 verfügt weiterhin über eine
Isolierschicht 24 und eine Wärmeleitschicht 26,
die bei der bevorzugten Ausführungsform
in eine auf der Isolierschicht 24 angeordnete Kupferdeckschicht 262 und
eine an deren Oberseite angeordnete leitende Zinnschicht 264 unterteilt
ist.
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Wie
es aus der 4 erkennbar ist, sind die LEDs 30 SMD-LEDs
(LEDs für
Oberflächenmontage),
die jeweils auf den Zapfen 12 installiert sind und mit
diesen in Kontakt stehen. Jede LED 30 verfügt über leitende
Stifte 32, einen LED-Chip 34, einen Sockel 36 und
einen in einem Loch desselben installierten wärmeleitenden Pfropfen 38,
der mit dem LED-Chip 34 und dem Zapfen 12 in Kontakt
steht. Auf die Unterseite der LED 30 ist eine dünne Lotschicht
aufgebracht, die durch ein Wärmelötverfahren
mit der leitenden Zinnschicht 18 des Zapfens 12 kombiniert
werden kann. Auf den Boden der zwei leitenden Stifte 32 wird
eine Lötpaste
aufgetragen, und sie werden durch ein Heißlötverfahren mit der leitenden
Zinnschicht 264 der Leiterplatte 20 verbunden, wobei
die LEDs 30 elektrisch in Reihe geschaltet werden. Der
wärmeleitende
Pfropfen 38 wird flach an der wärmeleitenden Zinnschicht 18 des
Zapfens 12 angebracht, um durch den LED-Chip 34 erzeugte Wärme an die
Dampfkammer 10 zu leiten.
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Im
Betrieb leuchten die LEDs 30, wenn das LED-Beleuchtungsbauteil
eingeschaltet wird, wodurch die LED-Chips 34 in jeder LED 30 Wärme erzeugen.
Diese Wärme
wird durch den wärmeleitenden
Pfropfen 38 durch den Sockel 36 geleitet und dann
von diesem Pfropfen weiter zur wärmeleitenden Zinnschicht 18 an
der Oberseite des Zapfens 12 geleitet, woraufhin sie schließlich durch
diesen an die Dampfkammer 10 gelangt. Die Hochtemperaturseite ist
diejenige, an der die LED 30 installiert ist.
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Wenn
die Dampfkammer 10 die durch die LED-Chips 34 erzeugte
Wärme empfängt, absorbiert das
Arbeitsfluid 16 in ihr die Wärme und es verdampft, wodurch
es in einen gasförmigen
Zustand übergeht.
Das die Wärme
transportierende Gas wird durch Konvektion zur anderen Seite der
Dampfkammer 10, die die Niedertemperaturseite bildet, geleitet. Da
die Temperatur dieser Niedertemperaturseite niedriger als die der
Hochtemperaturseite ist, kondensiert das die Wärme transportierende Gas, so dass
es wieder zum Arbeitsfluid wird, das durch das Kapillargewebe 14 an
der Innenwand der Dampfkammer 10 zur Hochtemperaturseite
zurückfließt. Die
Dampfkammer 10 führt
die durch die LED-Chips 34 erzeugte Wärme durch wiederholte Verdampfungs-
und Kondensationsvorgänge
ab.
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Da
die Dampfkammer ein passives Bauteil ist, das keine Energiezufuhr
benötigt,
um einen Wärmeabführeffekt
zu zeigen, und da sie eine flache Konstruktion mit größerer Wärmeleitfläche als
derjenigen eines herkömmlichen
Wärmeleitrohrs
bildet, ist sie klein aufgebaut und kann Wärme von der Wärmequelle
sehr schnell abführen.
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Zusammengefasst
gesagt, nutzt die Erfindung die Dampfkammer 10 und die
an ihr ausgebildeten Zapfen 12, die in direktem Kontakt
mit dem wärmeleitenden
Pfropfen 38 an den LEDs 30 stehen, um die durch
die LED-Chips 34 erzeugte Wärme schnell an die Dampfkammer 10 abzuführen, die
die Wärme
dann nach außen
abgibt. Im Vergleich mit einem herkömmlichen LED, bei dem Wärme durch eine
Leiterplatte laufen muss, bevor sie ein Wärmeabführmodul er reicht, zeigt sich
ein besserer Wärmeabführeffekt.
Außerdem
zeigt die Dampfkammer 10 ein kleineres Volumen als eine
Wärmeabführrippe oder
ein Wärmeleitrohr,
und es ist auch der Wärmeabführeffekt
verbessert. Dadurch können
LEDs mit niedrigerer Temperatur betrieben werden, wodurch entweder
bei gleicher Anzahl von LEDs eine größere Helligkeit des LED-Beleuchtungsbauteils
erzielt werden kann oder weniger LEDs für gleiche Helligkeit verwendet
werden können.
Außerdem
kann die Lebensdauer des LED-Beleuchtungsbauteils verlängert werden.