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Die Erfindung betrifft eine LED-Birne mit verstärkter Isolierung, insbesondere eine LED-Birne mit verstärkter Isolierung, in der wenigstens eine Leuchtdiode von einem Stromwandler angetrieben wird. Darüber hinaus wird ein Isolierkörper zur Verstärkung der Isolationseigenschaft des Stromwandlers eingesetzt.
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Die Leuchtdioden (LED) zeichnen sich durch lange Lebensdauer, niedrigen Energieverbrauch, hohe Helligkeit sowie Umweltfreundlichkeit der Fertigungsmaterialien aus. Aufgrund der Fortschritte der Fertigungsprozesse sowie der fallenden Kosten erstreckt sich die Anwendung der LED von den ursprünglichen Formen als rote/grüne Leuchten bzw. Anzeigeleuchten in elektrischen Geräten auf Dekoration und Beleuchtungen. Hinsichtlich der Integration der LED in den Körper der Glühlampe wurden mehrere Versuche ausgeführt, mit dem Ziel, dass die Leuchtdiode (LED) ebenfalls in herkömmlichen Glühlampen zum Einsatz kommt. In der
TW I293807 ist eine ”LED-Birne mit Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Versorgungsstroms” offenbart, die einen Lampensockel, einen Glaskolben, eine Vielzahl von LEDs sowie eine Schaltung zur Reduzierung des Stroms bzw. zur Erzeugung eines konstanten Versorgungsstroms aufweist. Im Lampensockel sind Kontakte zur Verbindung mit Stromversorgung angeordnet. Die Vielzahl von LEDs steht in Verbindung mit der Schaltung zur Reduzierung des Stroms bzw. zur Erzeugung eines konstanten Versorgungsstroms, so dass die LEDs mit einem konstanten Strom versorgt werden. Diese LED-Birne funktioniert nach dem Einbau in einen herkömmlichen Lampensockel. Nachteilig ist es, dass die LEDs mit konstantem Gleichstrom betrieben werden müssen und Abwärme bei der Gleichrichtung der Wechselspannung in Gleichspannung ständig von der Gleichrichteschaltung erzeugt wird. Darüber hinaus wird Abwärme ebenfalls von der eigenen Impedanz erzeugt, wenn der Gleichstrom die LEDs durchfließt. Die hohe Temperatur nach einer langen Betriebszeit kann zur Zerstörung der LEDs oder der Speiseschaltung bzw. zur Verringerung der Lebensdauer der LEDs führen. Im Hinblick darauf wurden verschiedene LED-Birnen mit der Kühlungsfunktion entwickelt. Aus der
TW M358247 ”Für verschiedene Lampenfassungen geeignete LED-Lampe” ist ein LED-Kühlmodul bekannt. Das Kühlmodul weist einen eine Öffnung bildenden Montageabschnitt auf. Zur Kombination mit einer entsprechenden Lampenfassung ist eine ringförmige Rastnut am Außenumfang der Öffnung ausgebildet, wobei ein LED-Element auf einer anderen Seite der Öffnung angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich das LED-Element elektrisch mit der Lampenfassung verbinden. Das am Außenrand des LED-Elementes sowie der Lampenfassung befindliche LED-Kühlmodul dient zur Abfuhr von Abwärme. Ähnliche LED-Birnen mit metallischem Kühlelement sind ebenfalls in der
TW M345944 , der
TW M381743 und der
TW 201020457 offenbart.
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Die verstärkte Kühlung wird bei vorher beschriebenen LED-Birnen mit metallischem Kühlelement (meist Kühlelement aus Aluminium) erzielt, so dass die Lampe mit einer höheren Leistung betrieben werden kann, ohne durchgebrannt zu werden. In den herkömmlichen LED-Birnen ist jedoch in den meisten Fällen passive Spannungsversorgung, basierend auf der Kapazitätsverhinderung und Spannungsreduzierung (im folgenden Text wird es als passive Versorgung bezeichnet), untergebracht. Zur Speisung der LEDs wirkt diese passive Versorgung zusammen mit der Gleichrichtungsschaltung. Die Nachteile der passiven Versorgung bestehen darin, dass ihre Effizienz bei hoher Leistungsausgabe auf einem niedrigen Niveau liegt und das Volumen der Schaltung mit der Leistungserhöhung ebenfalls zunimmt. Der Grund der Verwendung von passiver Versorgung in herkömmlichen LED-Birnen liegt in dem Vorteil beim Testen gemäß den Sicherheitsvorschriften.
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Zur weiteren Erhöhung der Leistung der LED-Birne kommt die umschaltbare Versorgung mit besserer Energieeffizienz in Frage. Die Anwendung von umschaltbarer Versorgung setzt jedoch das Bestehen strenger Sicherheitsprüfungen voraus, in denen der Schlagtest mit hoher Spannung wenigstens enthalten ist. Beim Durchführen des Schlagtestes setzt die Lampe einer hohen Spannung von ca. 4000 V aus und eine Isolierung zwischen der umschaltbaren Versorgung in der Lampe und der Testspannung muss zugleich gewährleistet werden. Bei der herkömmlichen Technik mit passiver Versorgung wird die passive Versorgung von einer Schrumpfklebfolie umgewickelt, wobei ein Adhäsionsklebstoff in den Wickelraum eingespritzt wird. Dieser Adhäsionsklebstoff dient hauptsächlich zur Positionssicherung, ebenfalls zu einer verstärkten Isolierung. Jedoch haben die Teste ergeben, dass die umschaltbare Versorgung, die von der Schrumpfklebfolie umgewickelt und gleich mit dem Adhäsionsklebstoff aufgetragen ist, den Schlagtest mit hoher Spannung nicht bestehen kann.
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Die Anwendung der umschaltbaren Versorgung zur Erhöhung der Leistung scheint vielversprechend zu sein, die jedoch den Test nach Sicherheitsvorschriften bestehen muss. Nicht zuletzt zwingt die Anforderung an die Wärmeabfuhr der Hochleistungsleuchtdioden den Hersteller zum Verwenden der metallischen Kühlelemente, die wiederum das Bestehen der Sicherheitsprüfungen erschweren. Die beiden widersprüchlichen Faktoren bereiten den Herstellern Schwierigkeit.
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Angesichts der technischen Schwierigkeiten wie Leistungserhöhung, Wandlungseffizienz, Sicherheitsteste usw., die miteinander verflochten sind, lassen sich die eben erwähnten Probleme mit vorhandenem Aufbau der LED-Birne nicht gleichzeitig lösen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte LED-Birne zu schaffen, bei welcher eine verbesserte Isolationswirkung und verbesserte Wärmeabfuhr in einfacher und zuverlässiger Weise realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine LED-Birne, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bei einer LED-Birne gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Isolierungsaufbau zur Verstärkung des Isolierungseffektes des die LEDs speisenden Stromwandlers vorgesehen, so dass eine effiziente Stromwandlung sowie eine zuverlässige Stromausgabe erzielt werden. Darüber hinaus entspricht die erfindungsgemäße LED-Birne den strengen Anforderungen gemäß den Sicherheitsvorschriften.
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Gemäß der Erfindung wird eine LED-Birne mit verstärkter Isolierung bereitgestellt, die einen lichtdurchlässigen Schirm, einen Lampensockel, einen zwischen dem lichtdurchlässigen Schirm und dem Lampensockel vorgesehenen Kühlkörper und Montageblock, wenigstens ein im Inneren des lichtdurchlässigen Schirms vorgesehenes Lichtquellen-Substrat, einen elektrisch an das Lichtquellen-Substrat und den Lampensockel angeschlossene Stromwandler aufweist. Der Kühlkörper verfügt über einen Montageraum zur Aufnahme des Stromwandlers. Im Inneren des Montageraums befindet sich ein Isolierkörper, der eine zwischen dem Stromwandler und dem Kühlkörper befindliche Isolierwand aufweist. Dadurch ergeben sich ein Aufnahmeraum für den Stromwandler sowie eine Drahtaustrittsöffnung in der Isolierwand. Der Draht kann aus der Drahtaustrittsöffnung austreten und somit an das Lichtquellen-Substrat angeschlossen werden.
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Durch die Kombination des Isolierkörpers mit dem Montageblock lässt sich der Stromwandler vollständig von dem Kühlkörper trennen, was einer verstärkten Isolierung entspricht. Eine verstärkte Isolierung schafft die Grundlage für eine weitere Erhöhung der Leistung und Wandlungseffizienz des Stromwandlers. Darüber hinaus sind eine Vielzahl von LEDs und eine Vielzahl von Stromleitungen im Lichtquellen-Substrat vorgesehen, so dass die von den Hochleistungsleuchtdioden erzeugte Wärme über das Lichtquellen-Substrat schnell in den Kühlkörper abgeführt wird. Zusammenfassend bietet die Erfindung eine LED-Birne, die einen Stromwandler und Hochleistungs-Leuchtdioden verwendet und auf Grund der ausreichenden Isolierung den Test gemäß den Sicherheitsvorschriften bestehen kann.
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Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Birne;
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2 eine perspektivische Darstellung des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Birne;
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3 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Birne; und
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4 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Birne.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist in 1, 2 und 3 gezeigt, welches einen lichtdurchlässigen Schirm 5, einen Lampensockel 6, einen zwischen dem lichtdurchlässigen Schirm 5 und dem Lampensockel 6 vorgesehenen Kühlkörper 4 und Montageblock 2, wenigstens ein im Inneren des lichtdurchlässigen Schirms 5 vorgesehenes Lichtquellen-Substrat 40, einen elektrisch an das Lichtquellen-Substrat 40 und den Lampensockel 6 angeschlossenen Stromwandlers 3 aufweist. Bevorzugt weist der Stromwandler 3 eine umschaltbare Stromschaltung auf. Der Kühlkörper 4 verfügt über einen Montageraum 41 zur Aufnahme des Stromwandlers 3.
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In der LED-Birne befindet sich ein Isolierkörper 1, der eine zwischen dem Stromwandler 3 und dem Kühlkörper 4 befindliche Isolierwand 10 aufweist. Dadurch ergeben sich ein Aufnahmeraum 14 für den Stromwandler 3 sowie eine Drahtaustrittsöffnung 12 in der Isolierwand 10. Der Draht kann aus der Drahtaustrittsöffnung 12 austreten und somit an das Lichtquellen-Substrat 40 angeschlossen werden. Am Außenumfang der Drahtaustrittsöffnung 12 weist der Isolierkörper 1 einen Vorsprung 13 auf, der einen elektrischen Durchschlag von einer hohen Spannung vermeidet und eine bessere Isolierung zugunsten des Tests gemäß den Sicherheitsvorschriften bietet. Der Stromwandler 3 wird von oben und seitlich von der Isolierwand 10 umgeben. Außerdem ist ein Verbindungsabschnitt 11 im Isolierkörper 1 ausgebildet. Auf beiden Seiten ist der Montageblock 2 jeweils mit einem durchlaufenden Isolierhals 21 und einen Verbindungsabschnitt 22 versehen. Wenigstens ein Positionierabschnitt 211 weist der Isolierhals 21 am Außenrand auf. Wie aus 4 ersichtlich, liegt der Verbindungsabschnitt 11 der Isolierwand 10 innenseitig an dem Isolierhals 21 an. Alternativ kann der Verbindungsabschnitt 11 einen Reduzier-Außen/Innenumfang aufweisen, dementsprechend weist der Isolierhals 21 am Innenumfang ebenfalls einen passenden Reduzier-Außen/Innenumfang auf, um die Verbindung des Isolierhalses 21 mit dem Verbindungsabschnitt 11 besser zu gestalten (1 bis 3). Selbstverständlich ist nur eine umsetzbare Gestaltung in den Figuren dargestellt, auf die sich die Verbindung des Isolierhalses 21 mit dem Verbindungsabschnitt 11 nicht beschränkt. Durch das Eingreifen des Isolierhalses 21 in den Innenumfang des Verbindungsabschnittes 11 wird es sichergestellt, dass der Stromwandler 3 im Aufnahmeraum 14 elektrisch isoliert ist.
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Am Kühlkörper 4 ist das Lichtquellen-Substrat 40 mit einer Vielzahl von Leuchtdioden 401 angebracht. Das Lichtquellen-Substrat 40 kann als Aluminiumsubstrat mit einer Vielzahl von stromleitenden Leitern ausgeführt sein. Nach dem Stand der Technik kann das Substrat durch Stapeln von Kupferfolien, wärmeleitenden Isolierstoff und Aluminiumplatten geformt werden. Dabei werden Kupferfolien nach Ätzbearbeitung zum Ausbilden der Schaltung im wärmeleitenden Isolierstoff und Aluminiumplatten eingelegt. Da die Fertigung von Aluminiumsubstrat um Stand der Technik handelt und die Fertigungstechnologie sowie die detaillierten Einzelheiten keinen Schwerpunkt dieser Erfindung darstellen, sei an dieser Stelle auf nähere Erläuterung zu verzichten.
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Im Kühlkörper 4 ist ein Rastabschnitt 410 vorgesehen, in den sich das Lichtquellen-Substrat 40 mit enger Passung einpressen lässt. Auf diese Weise ist ein stabiler Anbau des Lichtquellen-Substrates 40 am Kühlkörper 4 sichergestellt. Der Kühlkörper 4 und die Innenseite des Lichtquellen-Substrates 40 bildet eine Öffnung zur Aufnahme des Isolierkörpers 1 bzw. einen Montageraum 41 für den Isolierhals 21. Das Lichtquellen-Substrat 40 weist eine mit dem Montageraum 41 kommunizierende Drahtführungsöffnung 402 auf. Am Innenumfang des Kühlkörpers 4 ist wenigstens ein zweiter Positionierabschnitt 411 ausgebildet, der in den ersten Positionierabschnitt 211 am Isolierhals 21 eingreift. Der erste Positionierabschnitt 211 und der zweite Positionierabschnitt 411 können als Rastnut und Vorsprung ausgebildet werden. Auf diese Weise werden der Isolierhals 21 und der Isolierkörper 1 im Montageraum 41 untergebracht. Wenigstens ein Verbindungsdraht 30 aus dem Stromwandler 3 kann durch die Drahtaustrittsöffnung 12 in der Isolierwand 10 sowie durch die Drahtführungsöffnung 402 im Lichtquellen-Substrat 40 hindurchgeführt werden, so dass der Stromwandler 3 elektrisch an die Leuchtdioden 401 angeschlossen wird. Außerdem greift der Vorsprung 13 in die Drahtführungsöffnung 402 ein.
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Gemäß der oben beschriebenen Anordnung lässt sich der Stromwandler 3 in der LED-Birne unterbringen, die durch den Isolierkörper 1 und den Montageblock 2 im Aufnahmeraum 14 isoliert eingebaut ist. Darüber hinaus wird ein Luftspalt zwischen der Isolierwand 10 des Isolierkörpers 1 und der Innenfläche des Kühlkörpers 4 gebildet, der sicherstellt, dass durch die während der Prüfung gemäß den Sicherheitsvorschriften angelegte Hochspannung der Stromwandler 3 nicht beschädigt wird.
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Aus 1 bis 3 ist noch ersichtlich, dass sich der Verbindungsabschnitt 22 des Montageblocks 2 außerhalb des Montageraums 41 befindet. Der Verbindungsabschnitt 22 steht mit einem Verbindungsabschnitt 61 eines Lampensockels 6 in Verbindung. Der Lampensockel 6 dient zum elektrischen Anschluss des Stromwandlers 3 über wenigstens eine Stromleitung 31 an eine äußere Versorgung. Je nach dem Lampentyp bzw. nach dem Anwendungsgebiet können verschiedene Lampensockel 6 ausgewählt werden. Der in 1 bis 3 gezeigter Lampensockel 6 ist eine normale Lampenfassung, auf die sich der Lampensockel 6 nicht beschränkt.
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Der Kühlkörper 4 weist im Außen von dem Rastabschnitt 410 eine Positioniemut 44, die zur Befestigung des oben beschriebenen lichtdurchlässigen Schirms 5 dient. Der lichtdurchlässigen Schirm 5 weist noch einen Halsabschnitt 50 auf, der mit enger Passung in der Positioniemut 44 eingesetzt werden kann. Alternativ kann der Halsabschnitt 50 nach dem Einsetzen gleich mittels Klebstoffs in der Positioniemut 44 festgeklebt werden.
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In 4 ist ein Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der LED-Birne gemäß der Erfindung dargestellt. Der Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass eine enge Verbindung zwischen dem Verbindungsabschnitt 11 und der Innenfläche des Isolierhalses 21 direkt durch die Dimensionierung der beiden Bauteile realisiert wird. Dabei entfällt die Reduzier-Außen/Innenumfang. Die Gestaltung einer direkten engen Verbindung macht die Reduzierung der Wandstärke des Verbindungsabschnittes 11 und des Isolierhalses 21 nicht nötig, was eine bessere Isolationsfähigkeit ermöglicht.
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In dem in 1 bis 3 gezeigten ersten und in 4 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der LED-Birne ist eine Vielzahl von aufeinander liegenden Kühlrippen 42 am Außenumfang des Kühlkörpers 4 vorgesehen. Die Luft kann durch die Spalten zwischen den Kühlrippen 42 durchströmen. Außerdem besitzen die Kühlrippen 42 eine Vielzahl von Durchgangslöchern 43, die wenigstens einen vertikalen Luftströmungskanal bilden. Der Montageblock 2 weist noch wenigstens einen Luftleitabschnitt 23, in dem eine Vielzahl von Hohlräumen zur Führung der Luftströmung durch die Durchgangslöcher 43 vorgesehen ist. Die Luftspalte zwischen den Kühlrippen 42 sowie die Luftströmungskanäle bilden die Luftströmungen in horizontaler und vertikaler Richtung und vergrößern gleichzeitig die Luftkontaktfläche, was einen ausgezeichneten Kühleffekt erzielt.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Stromwandler 3 kontinuierlich von oben und seitlich von der Isolierwand 10 umgeben. Jedoch kann sich die Isolierwand 10 auf den Zwischenraum zwischen des Stromwandlers 3 und dem Lampensockel 6 erstrecken. Gleichzeitig weist die Isolierwand 10 noch eine andere Drahtführungsöffnung auf, durch die die Verbindungsdrähte aus des Stromwandlers 3 hindurchgeführt und an den Lampensockel 6 angeschlossen werden (nicht gezeigt).
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine LED-Birne mit verstärkter Isolierung, die einen lichtdurchlässigen Schirm 5, einen Lampensockel 6, einen zwischen dem lichtdurchlässigen Schirm 5 und dem Lampensockel 6 vorgesehenen Kühlkörper 4 und Montageblock 2, wenigstens ein im Inneren des lichtdurchlässigen Schirms 5 vorgesehenes Lichtquellen-Substrat 40, einen elektrisch an das Lichtquellen-Substrat 40 und den Lampensockel 6 angeschlossenen Stromwandler 3 aufweist, wobei der Kühlkörper 4 über einen Montageraum 41 zur Aufnahme des Stromwandlers 3 verfügt. Im Inneren des Montageraums 41 befindet sich ein Isolierkörper 1, der eine zwischen des Stromwandlers 3 und dem Kühlkörper 4 befindliche Isolierwand 10 aufweist, wodurch sich ein Aufnahmeraum 14 für der Stromwandler 3 sowie eine Drahtaustrittsöffnung 12 in der Isolierwand 10 ergeben, wodurch das Draht aus der Drahtaustrittsöffnung 12 austreten und somit an das Lichtquellen-Substrat 40 angeschlossen werden kann.
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Die vorstehende Beschreibung stellt die Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht die Ansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die gemäß der Beschreibung und den Zeichnungen der Erfindung von einem Fachmann vorgenommen werden können, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- TW 293807 [0002]
- TW 358247 [0002]
- TW 345944 [0002]
- TW 381743 [0002]
- TW 201020457 [0002]
