DE202010006949U1

DE202010006949U1 - Vorrichtung zur Verwendung unter Wasser

Info

Publication number: DE202010006949U1
Application number: DE202010006949U
Authority: DE
Original assignee: AQUATECHNICS EUROP GmbH; AQUATECHNICS EUROPE GmbH
Current assignee: BVR ELECTRONIC GMBH, DE
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2020-05-20

Abstract

Vorrichtung zur Verwendung unter Wasser mit:
einem elektrischen Arbeitsmittel (1);
einem Gehäuse (3) zur wasserdichten Aufnahme des elektrischen Arbeitsmittel (1);
wobei das Gehäuse (3) ein für Licht transparentes erstes Gehäuseteil (5) und ein dem ersten Gehäuseteil (5) gegenüberliegendes zweites Gehäuseteil (7) aufweist;
wobei das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (7) aus Kunststoff gebildet und wasserdicht miteinander verbunden sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (7) entlang einer Berührungsline verschweißt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung unter Wasser, insbesondere eine Unterwasserleuchte mit LEDs und/oder optischen Sensoren.
Gattungsgemäße Unterwasserleuchten sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20 2004 015 830 U1 , aus dem deutschen Gebrauchsmuster 20 2007 013 801 U1 oder der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 047 271 A1 bekannt.
All diesen Unterwasserleuchten des Stand der Technik ist es gemein, dass sie ein elektrisches Arbeitsmittel aufweisen, das in einem Gehäuse untergebracht ist. Das Gehäuse weist ein durchsichtiges erstes Gehäuseteil auf, durch das das Licht, das von dem elektrischen Arbeitsmittel erzeugt wird, austreten kann. Zusätzlich weist das Gehäuse ein zweites Gehäuseteil auf, das zusammen mit dem ersten Gehäuseteil das elektrische Arbeitsmittel wasserdicht aufnimmt.
Da die Lampen des elektrischen Arbeitsmittels bevorzugt LEDs sind, ist es wichtig, die in diesen LEDs entstehende Wärme effektiv nach außen abzuführen, um ein Überhitzen der LEDs zu vermeiden. Beim Stand der Technik ist es dafür üblich, das Gehäuse so auszugestalten, dass es von allen Seiten von dem Wasser umspült werden kann, insbesondere auch von der Rückseite. Außerdem ist es wesentlich, eine gute Wärmeleitfähigkeit durch das Gehäuse hindurch zu gewährleisten.
Zusätzlich war darauf zu achten, dass das Gehäuse selbst wasserdicht war, und diese Wasserdichtigkeit auch über längere Zeiten und bei größeren Temperaturschwankungen beibehielt.
Die beim Stand der Technik eingesetzten Gehäuse hatten meist verschraubte Gehäuseteile und Dichtring und erfüllten diese Anforderung nur bedingt, da insbesondere bei längerem Einsatz, oder unsachgemäßer Montage, die Dichtigkeit nicht immer Gewährleistet war.
Alternative Versuche mit vergossenen Gehäusen waren unbefriedigend, da die zusätzliche Verguss-Schicht die Wärmeableitung behinderte.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung zur Verwendung unter Wasser bereit zu stellen, die die eingangs genannten Probleme nicht hat, die einfach und kostengünstig zu montieren ist, und darüber hinaus über eine lange Zeit einen sicheren wasserdichten Betrieb gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren erläutert, in denen zeigen:
1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;
2 eine Schnittansicht entlang der Line A-A aus 1.
Die Erfindung wird anhand des Beispiels einer Unterwasserleuchte beschrieben, obwohl die Erfindung nicht auf Unterwasserleuchten beschränkt ist. An Stelle von Unterwasserleuchten können auch optische Sensoren eingesetzt werden, mit deren Hilfe Leuchten oder andere Schwimmbadausrüstung, beispielsweise Wasserdüsen, geschaltet werden. Darüber hinaus wird die Erfindung am Beispiel eines Schwimmbades beschrieben, wobei auch dies nicht beschränkten zu verstehen ist. Es ist auch möglich, eine erfindungsgemäße Unterwasserleuchte an der Außenseite eines Boots anzubringen, um das umgebende Wasser zu erleuchten, wenn das Boot vor Anker liegt.
Wie in dem eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist, ist diese Erfindung auch nicht auf eine Lichtfarbe beschränkt. Es können Leuchtmitteln verschiedenster Farben eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, durch eine entsprechende Steuerung, auch eine Farbmodulation des Lichtes bereitzustellen.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen verschiedener Bauteile möglich, beispielsweise kann zusätzlich zu den LEDs in dem selben Gehäuse auch ein Sensor angebracht sein.
1 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Unterwasserleuchte. Unter einem für sichtbares Licht transparenten ersten Gehäuseteil 5, das im Folgendem auch als Abdeckung bezeichnet wird, befindet sich ein elektrisches Arbeitsmittel 1, das erfindungsgemäß die Form einer Leiterplatine 19 mit darauf angebrachten Leuchtdioden (LEDs) 15 hat. Zur Verbesserung der Ästhetik kann zwischen der transparenten Abdeckung 5 und der Leiterplatine 19 eine mit Löchern bzw. Blenden versehene Scheibe 31 eingelegt, die den direkten Blick auf die Leiterplatine versperrt jedoch das Licht der LEDs nach außen gelangen lässt.
In der Abdeckung sind vier Durchgangslöcher 33 vorgesehen, in denen Schrauben zur Befestigung der Unterwasserleuchte an der Schwimmbadwand bzw. einer Einbaunische eingesetzt werden können. Es ist aber auch möglich bei einer alternativen Ausführungsform, die Unterwasserleuchte an der Schwimmbadwand festzukleben, wobei dann die Durchgangslöcher 33 entfallen können.
Darüber hinaus sind in der Abdeckung Schlitze 35 vorgesehen, die den Durchtritt von Wasser erlauben, so dass die gesamte Leuchte, auch von der Rückseite, von Wasser umspült werden kann, was die Kühlung deutlich verbessert. Obwohl bei der gezeigten Ausführungsform Schlitze 35 über den Umkreis der Abdeckung 5 verteilt sind, ist dies nicht zwingend vorgeschrieben. Die Schlitze 35 könnten auch in Form von Kreissegmenten ausgeführt sein. Andere Formen sind ebenfalls möglich, beispielsweise Kreislöcher oder ähnliches. Auch die Form der Abdeckung als Kreisscheibe, ist im Ermessen des Designers. Andere Formen, etwa Polygonal, sind möglich. Dies gilt sowohl für die Abdeckung als auch für die Leiterplatine oder die Anordnung der Leuchtdioden.
Erfindungsgemäß, wird die transparente Abdeckung 5 so ausgestaltet, dass sie auch als Streuscheibe dienen kann. Zu diesem Zweck ist ein Muster in Form von Vertiefungen/Erhebungen im Bereich des Lichtdurchtritts in die Abdeckung eingeprägt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird insbesondere ein Rautenmuster eingeprägt. Es ist möglich auf diese Art, die Dicke der transparenten Abdeckung im Bereich der LEDs punktweise zu verringern ohne die Stabilität der gesamten Abdeckung zu gefährden. Eine derartige Ausführungsform hat den Vorteil, dass zum einen die Oberfläche in Kontakt mit dem Wasser vergrößert wird, und zum anderen im Bereich der geringeren Dicke ein besserer Wärmeübergang erzielt wird, was insgesamt der Kühlung hilft.
2 zeigt eine Schnittansicht durch die erfindungsgemäße Unterwasserleuchte. Zur erkennen ist hierbei das zweite Gehäuseteil 7, das zusammen mit dem ersten Gehäuseteil 5, nämlich der Abdeckung, das wasserdichte Gehäuse 3 zur Aufnahme des elektrischen Arbeitsmittel 1 bildet.
Entlang der Berührungsline zwischen dem ersten Gehäuseteil 5 und dem zweiten Gehäuseteil 7 ist auf der Seite des ersten Gehäuseteils 5 eine Nut 9 ausgebildet, in die ein Steg 11 eingreift, der seinerseits auf dem zweiten Gehäuseteil 7 ausgebildet ist. Die Nut 9 bildet eine geschlossene Line und korrespondiert insoweit mit dem Steg 11, der ebenfalls eine geschlossene Line bildet.
Erfindungsgemäß wird nun entlang dieser Line mittels Ultraschallschweißens oder Laserschweißens das erste Gehäuseteil 5 und das zweite Gehäuseteil 7 miteinander wasserdicht verbunden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Schweißen durch die erste Gehäuseteil 5 hindurch.
Entlang des Stegs 11 und der Nut 9 bildet sich somit einer Schweißnaht 13, die eine sichere wasserdichte Verbindung der beiden Gehäuseteil 5, 7 gewährleistet, ohne dass auf diese Art ein zusätzlich Beeinträchtigung des Wärmeabtransports aus dem Inneren des Gehäuses 3 auftreten würde. Insbesondere die Bauweise mit Nut und Federverbindung hat sich hierbei als Vorteilhaft erwiesen. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, dass die Nut 9 auf der Seite des ersten Gehäuseteils 5 und der Steg 11 auf Seite des zweiten Gehäuseteils 7 ausgebildet ist. Es ist genauso gut möglich, auf dem ersten Gehäuseteil 5 einen Steg auszubilden, und ihn in eine Nut auf dem zweiten Gehäuseteil 7 eingreifen zu lassen.
Das zweite Gehäuseteil 7 weist darüber hinaus eine Durchführung 25 für eine elektrische Leitung 23 auf. Vorzugsweise wird die elektrische Leitung in der Durchführung vergossen. Es ist ebenfalls möglich, durch Ultraschallschweißen oder Laserschweißen eine sichere wasserdichte Durchführung der elektrischen Leitung zu bilden.
An der Innenseite des Gehäuses 3 endet die elektrische Leitung 23 in einer Steckverbindung 29, die in 2 nur schematisch angezeigt ist.
Das elektrische Arbeitsmittel 1 umfasst die Leiterplatine 19, auf deren der Abdeckung zugewandten Seite die Leuchtdioden 15 angebracht sind. Die Leiterplatine ist bei einer bevorzugten Ausführungsform aus Aluminium mit einer Beschichtung im Bereich der oberflächenmontierten elektronischen Bauteile. Die Verdrahtung der Leuchtdioden 15 kann aber wahlweise auf der einen oder anderen Seite der Leiterplatine 19 erfolgen, wobei entsprechende Kontaktlöcher ausgebildet werden. Darüber hinaus weist die Leiterplatine 19 das Gegenstück zu der Steckverbindung 29 auf, so dass sie beim Anbringen an dem zweiten Gehäuseteil 7 mit der elektrischen Steckverbindung 29 kontaktiert werden kann, so dass eine sichere Stromversorgung bereit gestellt wird. Diese Steckverbindung muss mindestens der Schutzart IP 68 genügen, ggf. sogar zusätzliche Anforderungen hinsichtlich der Resistenz in aggressiven Medien (z. B. Säuren, Chlor, Ozon), was in der Regel nur durch einen Verguss sichergestellt werden kann.
Vorzugsweise wird die Leiterplatine 19 an dem zweiten Gehäuseteil 7 angeklebt, wobei ein Kleber mit guten Wärmeleiteigenschaften bevorzugt eingesetzt wird. Weiter bevorzugt ist es, ein beidseitig-klebendes Tapematerial 27 auf der Innenseite des zweiten Gehäuseteils 7 anzukleben, und auf die zweite Seite diese Tapematerials 27 die Leiterplatine 19 aufzukleben.
Zur verbesserten Wärmeabfuhr ist es darüber hinaus bevorzugt, dass auf der Seite der Leiterplatine 19, die dem zweiten Gehäuseteil 7 zugewandt ist, zumindest im Bereich unmittelbar unterhalb der Leuchtdioden 15 eine Kühlvorrichtung 21 in Form einer metallischen Fläche, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder ähnlichen, vorgesehen ist, wenn nicht die Platine selbst aus Metall ausgeführt ist. Diese Fläche kann deutlich größer sein als die aufsummierte Flächen der Leuchtdioden 15, so dass eine Verteilung der von den Leuchtdioden 15 erzeugten Wärme über eine größere Fläche erzielt werden kann, was eine punktuelle Überhitzung sowohl die Leiterplatine als auch des mit der Leiterplatine verklebten Gehäuses 3 verhindert.
Durch diesen Aufbau ist es möglich, eine in dem gezeigtem Beispiel nur 1,6 cm dicke Leuchte für die Unterwasserillumination bereit zu stellen, die eine hohe Leuchtkraft hat, und die darüber hinaus über Jahre einen sicheren Betrieb gewährleistet.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass für das zweite Gehäuseteil 7 ein Kunststoff eingesetzt wird, der einen möglichst geringen Wärmewiederstand hat, bzw. der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Derartige Kunststoffe wurden in letzter Zeit verstärkt entwickelt. Sie haben darüber hinaus inzwischen auch die Fähigkeit, mit der transparenten Abdeckung, nämlich mit dem ersten Gehäuseteil 5, mittels Ultraschall verschweißt zu werden. Bevorzugt wird für beide Gehäuseteile ein Polycarbonat-basierter Kunststoff eingesetzt, der Kunststoff des zweiten Gehäuseteils 7 ist mit Carbonat – beispielsweise bis zu 30% (vol) versetzt, um die hohe Wärmeleitfähigkeit zu garantieren.
Ultraschallschweißen ist ein Verfahren zum Fügen von Kunststoffen. Grundsätzlich können nur thermoplastische Kunststoffe verschweißt werden. Hierbei wird an der Schweißstelle das Material durch Zuführen von Wärme mittels Ultraschall aufgeschmolzen oder zumindest erweicht. Dies erfolgt durch die hochfrequente mechanische Schwingung des Ultraschalls.
Laserschweißen wird vor allem zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. Die Laserstrahlung wird mittels einer Optik fokussiert. Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, also der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik (im Brennfleck). Die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche (oberhalb oder unterhalb) ist ein wichtiger Schweißparameter und legt z. B. auch die Einschweißtiefe fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen. Durch Absorption der Laserleistung erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet. Beim Laserschweißen von Kunststoffen können ausschließlich Thermoplaste verwendet werden, da nur diese eine Schmelze bilden können.
Bei der Erfindung wird bevorzugt ein sogenanntes Laserdurchstrahlschweißen angewendet, bei dem zwei unterschiedliche Schweißpartner verwendet. Der obere, die Abdeckung 5, ist für die verwendete Laserwellenlänge transparent. Durch diese strahlt der Laser nahezu ungehindert hindurch. Auf Grund der Permeabilität für Laserstrahlen erhitzt er sich kaum. Der untere Schweißpartner, das zweite Gehäuseteil 7, absorbiert hingegen die Laserstrahlung, nimmt die Energie auf, beginnt zu schmelzen, und gibt dabei die entstandene Wärme durch Wärmeleitung auch an den oberen Partner weiter.
Durch das Zusammenfließen der beiden Stoffe kann so eine Schweißnaht hergestellt werden.
Neue Kunststoffe, insbesondere auch solche mit eingebetteten Kohlenstoff-Nannoröhren und Carbonat, sind sowohl für das Ultraschallschweißen als auch für das Laserschweißen geeignet.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Unterwasserleuchten beschränkt. Es können auch andere elektrische Elemente im Gehäuse 3 aufgenommen sein, beispielsweise Sensoren. Allerdings ist die Erfindung insbesondere dann von Vorteil, wenn es auf eine gute Wärmeabfuhr ankommt, beispielsweise beim Einsatz von Hochleistungs-LEDs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202004015830 U1 [0002]
- DE 202007013801 U1 [0002]
- DE 102007047271 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Verwendung unter Wasser mit: einem elektrischen Arbeitsmittel (1); einem Gehäuse (3) zur wasserdichten Aufnahme des elektrischen Arbeitsmittel (1); wobei das Gehäuse (3) ein für Licht transparentes erstes Gehäuseteil (5) und ein dem ersten Gehäuseteil (5) gegenüberliegendes zweites Gehäuseteil (7) aufweist; wobei das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (7) aus Kunststoff gebildet und wasserdicht miteinander verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (5) und das zweite Gehäuseteil (7) entlang einer Berührungsline verschweißt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der entweder das erste oder das zweite Gehäuseteil (5, 7) eine Nut (9) aufweist, die auf der dem anderen Gehäuseteil (5, 7) zugewandten Seite als geschlossenen Line ausgebildet ist, wobei das andere Gehäuseteil (5, 7) einen mit der Nut (9) korrespondierenden Steg (11) aufweist, wobei eine Schweißnaht (13) entlang des Stegs gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuseteil (7) aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Arbeitsmittel (1) elektrische Leuchtmittel (15) und/oder lichtempfindliche Sensormittel (17) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (15) eine hochleistungs-LED aufwiest, die auf der Vorderseite einer Leiterplatine (19) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite der Leiterplatine (19) unterhalb der Leuchtdioden eine Kühlvorrichtung (21), vorzugsweise eine flächige Metallschicht, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgestaltet ist, um von allen Seiten mit Wasser in Kontakt zu sein, um so die Wärmeabfuhr aus dem elektrischen Arbeitsmittel (1) zu verbessern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Zuleitung (23) in einer Durchführung (25) des zweiten Gehäuseteils (7) vorgesehen und verschweißt ist, um eine wasserdichte Zufuhr elektrischer Energie zu ermöglichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Arbeitsmittel (1) an dem zweiten Gehäuseteil (7) mittels Klebung, vorzugsweise Mittels eines beidseitig-klebenden Tapematerials (27), befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der elektrischen Leitung (23) und das elektrische Arbeitsmittel (1) im Inneren des Gehäuses (3) mittels einer Steckverbindung (29) kontaktiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuse (5, 7) mittels Ultraschallschweißens verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuse (5, 7) mittels Laserschweißen verbunden sind.