DE202013000980U1 - "LED-Retrofit-Lampe" - Google Patents
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Abstract
LED-Retrofit-Lampe umfassend zumindest LED-Leuchtmittel (7), eine Fassung (1), einen Kühlkörper (2) sowie einen Diffusorkolben (4), dadurch gekennzeichnet, dass – als LED-Leuchtmittel ein Hochvolt-LED-Modul (7) verwendet wird, – das über einen integrierten Schaltkreis (6) im Form eines Mikrochips mit Spannung versorgt wird, – und dieser integrierte Schaltkreis (6) des Hochvolt-Led-Moduls (7) direkt mit der zur Verfügung stehenden Netzspannung angesteuert wird, – wobei die Wärmeabfuhr des Hochvolt-LED-Moduls (7) erfolgt mittels eines Kühlkörpers (2) aus einem Compound-Kunststoff, der über Einlagerungen im Kunststoff wärmeleitfähig aber elektrisch isolierend ausgebildet ist, – wobei ein hochgradig wärmeleitender Kern (11) im Kühlkörper (2) als wärmespreizendes Medium die vom Hochvolt-LED-Modul (7) abgegebene Wärme gleichmäßig in den Kühlkörper (2) einleitet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Led-Retrofit-Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei der Neuentwicklung von Lampen als Lichtquellen spielt die Verwendung von LED-Leuchmitteln eine herausgehobene Rolle aufgrund ihrer technischen Vorteile gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln im Bezug beispielsweise auf Energieverbrauch und Lebensdauer. Aktuelle Bemühungen zielen hierbei darauf ab, auch in grosser Stückzahl standardmäßig verwendete Leuchtmittel des alltäglichen Gebrauchs durch LED-Anwendungen zu ersetzen. Insbesondere wird sich bemüht, die traditionelle Glühbirnenkonfiguration als sogenannte Retrofit-Lampen auch durch LED-Technik zu realisieren und so unter anderem auch einen Beitrag für den Klimaschutz zu leisten.
- Es ist hierbei bislang nicht gelungen, eine Lösung einer Glühbirnenkonfiguration auf LED-Basis zu schaffen, die auch wirtschaftlich vergleichbar ist mit herkömmlichen Glühbirnen oder zumindest für die Endverbraucher in einem preislich tolerablen Bereich angesiedelt ist.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, eine wirtschaftlich vernünftige Alternative zu bisherigen Glühbirnen auf der Basis der LED-Technik zu entwerfen, die die Vorzüge der LED-Technik in ein alltagstaugliches Glühbirnensubstitut implementiert.
- Der Begriff der Retrofit-Lampe bedeutet in diesem Zusammenhang, es handelt sich um Leuchtmittel, die mit herkömmlichen Fassungen in bereits bestehenden Lampen verwendet werden können. Der Stand der Technik, wie dieser sich beispielsweise auch in der Veröffentlichung
DE 10 2009 035 515 einer Leuchtvorrichtung wiederspiegelt sieht hierbei vor, dass diese LED-Leuchtmittel mit einem Treiber zur Umwandlung der Netzspannung auf kleinere Spannungen von etwa 10–25 Volt ausgestattet ist. Der Ort der Anordnung einer derartigen Treibers ist in der Regel in der Lampenfassung selbst. - Desweiteren benötigen LED-Lampen grundsätzlich Kühlkörper, um die durch die LEDs punktuell erzeugte Wärme abzuführen, da eine Überhitzung der LEDs deren Funktion und Lebensdauer negativ beeinflußt. Die LEDs sind in der Regel auf einem Träger angeordnet, der auf diesem Kühlkörper aufgesetzt ist, wobei relevant ist, dass eine Isolierung gegenüber diesem in der Regel wärme- und elektrizitätsleitfähigen Kühlkörper erfolgt, um Stromschläge des Nutzers sicher zu vermeiden. Die Offenbarung der
DE 10 2009 035 515 betrifft hierbei vor diesem Hintergrund die vorteilhafte Anordnung eines LED-Trägers auf einem Kühlkörper. - Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung geht allerdings über diese bekannten Konstruktionen von LED-Retrofit-Lampen hinaus, indem eine Lösung vorgeschlagen wird, durch die eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht wird, die zudem die LED-Retrofit-Lampe baulich vereinfacht. Es werden hierbei verschiedene technische Lösungsansätze in einem Lampenkörper vereint, der eine preiswerte Herstellung einer LED-Retrofit-Lampe ermöglichen sollen.
- Ein zentrales Merkmal der Erfindung ist hierbei, dass im Gegensatz zum Stand der Technik eine LED-Retrofit-Lampe mit einem Hochvolt-LED-Modul realisiert werden soll. Dieses Hochvolt-LED-Modul soll über einen Direktanschluss mit der Netzspannung angesteuert werden können im Verbund mit einem integrierten Schaltkreis (IC), der direkt mit auf der Platine de Hochvolt-LED-Moduls angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Treiber zur Spannungsumwandlung für die erfindungsgemäße LED-Retrofit-Lampe komplett eingespart werden.
- Dies hat zum einen Vorteile in Bezug auf die Herstellungskosten der Lampe, zum anderen aber auch was die Lebensdauer anbetrifft, da diese sich nun nicht mehr am Treiber sondern ausschließlich an den langlebigeren LEDS orientiert. Ein weiterer positiver Aspekt kann eine Raumersparnis sein, die je nach Ausbildungsform des Lampenkörpers zum Tragen kommt. Weitere positive Aspekte dieser baulichen Lösung sind eine Unterdrückung des häufig auftretenden 100 HZ Flackerns sowie eine gute Dimmbarkeit der Lampe, was durch den verwendeten Mikrochip als integrierten Schaltkreis erreicht wird.
- Das Fehlen eines Treibers als Spannungskonverter in der erfindungsgemäßen LED-Retrofit-Lampe ermöglicht auch weiterführende erfinderische Verbesserungen bei der Lampengestaltung im Bereich der Wärmeabfuhr.
- Es ist hier der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen LED-Retrofit-Lampe, das diese in ihrer Konstruktion deutlich näher an der klassischen Konstruktion einer Glühlampe orientiert sein kann durch das Fehlen eines Treibers als Spannungskonverter. Erreicht wird dies durch den innovativen Einsatz eines Kunststoff-Compound-Materials, das als Kühlkörper eingesetzt wird.
- Hierbei ist zentral, dass dieser Kunststoffwerkstoff elektrisch isolierende Eigenschaften mit Wärmeleitfähigkeit verbindet. Das heisst, dieser Kunststoff kann als Kühlkörper zwischen der Lampenfassung und der Leuchtebene aussenseitig angeordnet sein, wobei es ein zentrales bauliches Merkmal ist, das die von der LED-Platine abzuführende Wärme über einen hoch wärmeleitfähigen Kern, beispielsweise aus Metall, gleichmäßig in die deutlich schwächer wärmeleitfähige Kunststoff-Compound-Kühlkörperummantelung eingeführt wird. Als Vorteil ergibt sich, dass eine wärmeemittierende LED-Anordnung direkt auf den Kühlkörper aufsetzbar ist, da im Gegensatz zu metallischen Kühlkörpern hier keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen wie bspw. Isolationsfolien oder Keramikplättchen erforderlich sind.
- Somit ist es eine zentrale Verbesserung, dass die abzuführende Wärme über diese hoch wärmeleitfähige Wärmebrücke im Kern des Kühlkörpers derart gleichmäßig auf die Innenfläche des Kühlkörpers verteilt wird, dass auch die geringere Wärmeleitfähigkeit des Kunststoff-Compounds nicht zu einem Wärmerückstau im LED-Leuchtmittel führt. Die LEDs werden so hinreichend entwärmt, gleichzeitig läßt sich aber der Anteil der wärmeleitenden Füllstoffe im Compound durch die Wärmespreizung auf ein notwendiges Maß reduzieren, was einen wesentlichen Faktor zur Kostenreduzierung darstellt. Zudem verbessert sich die Materialqualität des Compounds mit der Reduzierung der Füllstoffe, da diese bei hohem Füllstoffanteil sehr spröde und brüchig sind, was Probleme im Herstellungsverfahren mit sich bringt.
- Es sind hierbei verschiedene Bauformen der LED-Retrofit-Lampe vorgesehen. So kann der metallische Kern erfindungsgemäß gebildet sein aus einer metallischen Lampenfassung, die im Gegensatz zum Stand der Technik gleichzeitig den metallischen Kern für den Kühlkörper bildet. Dies kann durchgängig als eine Art Verlängerung einer Lampenfassung konstruiert sein, die sich somit röhrenförmig oberhalb der Fassung bis zur Ebene der LED-Platine fortsetzt und somit eine durchgängige hohle metallische Hülse bildet.
- Alternativ hierzu kann diese metallische Hülse erst nachträglich mit der ebenfalls metallischen Fassung der Lampe verbunden werden, indem diese auf den metallischen Kühlkörperlern aufgebördelt bzw. aufgecrimpt wird. Es ist hierbei verfahrenstechnisch effizient, einen entsprechenden Hülsenkörper in das Werkzeug zur Herstellung der Kunststoffspritzung des Kunststoff-Compound-Kühlkörpers einzusetzen und somit dem Verbund zwischen dem Metallkern in Form der verlängerten Lampenfassung und dem Kunststoffkühlkörper herzustellen.
- Es ist hierbei ein wesentlicher erfinderischer Aspekt, dass auf diese Weise die Spannungszufuhr zum Leuchtmittel unter Vermeidung des Treibers direkt in klassischer Weise über die Lampenfassung erfolgen kann, da diese elektrisch leitfähig ist, aber durch den Kunststoff-Compound-Kühlkörper isoliert ist und somit die Gefahr eines Stromschlages für den Anwender sicher vermieden ist. Gleichzeitig erfüllt dieser isolierende Kühlkörper dennoch die Funktion einer Wärmeabfuhr und weist hiermit eine doppelte Funktionalität auf, was dadurch ermöglicht ist, dass die Wärmeableitung erst über den metallischen Kern der hochleitfähig ist erfolgt, der dann wiederum seine Wärme sehr gleichmäßig und großflächig in den ihn umgebenden Compound-Kunststoff abführt.
- Für den Kunststoff-Compound-Werkstoff hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass dieser durch Einlagerungen von Bornitrid in seiner Wärmeleitfähigkeit je nach Bedarf eingestellt werden kann. Allerdings sind auch andere Stoffe als Einlagerstoffe möglich, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Graphiteinlagerungen, die geeignet sind, die thermische Leitfähigkeit im Kunststoff-Compound auf einen gewünschten Wert einzustellen.
- In einer weiteren vorteilhaften Lösung ist es beim Herstellungsverfahren für den Lampenkörper vorgesehen, auch den Schritt des Lötens der LEDs auf die Platine in den Spritzgußvorgang des Kühlkörpers zu integrieren. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die für den Lötschritt der LEDs erforderliche Wärme über den Spritzgußvorgang des Kunststoffkörpers in die Platine eingeleitet wird.
- Grundsätzlich ist es hierbei vorgesehen, die die LEDs tragende Platine durch einen kuppelartigen bzw. kolbenförmigen Diffusor abzudecken, der für eine gleichmäßige Lichtabstrahlung der punktuell abstrahlenden LEDs sorgt. Dies ist erforderlich, um ein gleichmäßiges Licht zu erreichen und eine Blendung bei Blick auf die LED-Retrofit-Lampe zu vermeiden.
- Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht hierbei vor, dass eine sogenannte „Remote-Phosphor”-Kuppelteil dieses Diffusors ist, das heisst, es ist beispielsweise in der Bauform vorgesehen, dass ein mit einer Phosphorbeschichtung versehener erster Körper über der LED-Platine angeordnet ist, wobei dieser erste Kolbenkörper durch die Lichtabstrahlung der LEDs angeregt wird und somit eine gleichmäßige Lichtabstrahlung dieser phosphorizierenden Beschichtung erreicht wird. Über diesem Remot-Phosphor-Kolben ist dann der eigentliche Diffusor angeordnet, der nochmals für eine bessere Lichtverteilung sorgt und den Farbton des abstrahlten Lichtes gegebenenfalls verändert.
- In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, den eigentlichen Diffussorkolben selbst an seiner Innenfläche mit einer Phosphorbeschichtung zu versehen und somit ohne einen zweiten Remot-Phosphorkolben ebenfalls diese vorteilhafte Lichtverteilung und Abstrahlung zu erreichen. Es ist hierbei vorgesehen, den Diffusor innenseitig mit einer Phosphorbeschlämmung zu versehen. Neben der Lichtabstrahlung wird hierdurch auch eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über den beispielsweise Glaskolben erreicht.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen
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1 eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen LED-Retrofit-Lampe mit seitliche erkennbaren Kühlrippen des Compound-Kunststoff-Kühlkörpers, -
2 einen Schnitt durch die perspektivisch dargestellte Led-Retrofit-Lampe mit eingesetzter LED-Platine und Mikrochip und aufgesetztem Diffusor, -
3 den metallischen Kern als Verlängerung der Fassung zur Wärmespreizung über den Kühlkörper, -
4 eine perspektivische Ansicht des Kühlkörpers mit innenliegendem Metallkern und abschließender Fassung sowie -
5 einen perspektivischen Schnitt durch die erfindungsgemäße LED-Retrofit-Lampe mit zusätzlichem Remote-Phosphor-Kolben. - In
1 ist der Grundaufbau der gesamten Retrofit-Lampe erkennbar. Dieser umfasst eine herkömmliche Lampenfassung1 , in diesem Fall des Formats E27, über der der Kühlkörper2 bis zur Ebene3 der Led-Platine5 verläuft. Abgeschlossen wird dies durch den kolbenförmigen Diffusor4 zur Steuerung der LED-Abstrahlung. -
2 zeigt einen perspektivischen Schnitt durch den Lampenkörper, in dem, wie bereits in der seitlichen Ansicht beschrieben, ausgehend von der Fassung1 sich der Kühlkörper2 bis zu Ebene3 der LED-Platine5 erstreckt. Hierbei wird allerdings deutlich, dass die Fassung1 nicht am unteren Ende des Kühlkörpers2 lediglich befestigt ist, sondern dass diese sich in den metallischen, hülsenförmigen, wärmeübertragenden Kern11 bis unterhalb der LED-Platine5 erstreckt, bzw. dies eine bauliche Einheit ist. - In der vorliegenden Bauform handelt es sich hierbei um eine durchgehenden hülsenförmigen metallischen Kern
11 , der an seinem oberen unterhalb der LED-Platine angeordneten Ende in einen rechtwinklig abzweigenden Flansch12 übergeht, auf dem die LED-Platine aufliegt. Der Kühlkörper2 , der über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Kühlrippen8 aufweist, ist hierbei vollflächig an dem hülsenförmigen Kern11 anliegende angeordnet, bzw. der Kühlkörper2 aus Compound-Kunststoff ist direkt auf den metallischen Kern11 aufgespritzt. Durch diese Bauweise ergibt sich ein gleichmäßiger Wärmeeintrag direkt in den Compound-Kunststoff-Kühlkörper hinein über die gesamte Fläche des Kern11 oberhalb des Gewindes1 . - Wie im Schnitt erkennbar weist diese Bauform keinen Treiber als elektronische Komponente auf, sondern lediglich einen Mikrochip
6 als integrierten Schaltkreis auf der LED-Platine5 . Um diesen Mikrochip herum randständig auf der LED-Platine5 sind eine Vielzahl von LEDs7 nebeneinander angeordnet, wobei die Spannungsverteilung auf diese LEDs7 über den Mikrochip6 erfolgen. - Die LED-Platine
5 weist zudem3 zentrale Bohrungen10 auf, von denen zwei zur Durchführung von Befestigungsmitteln dienen können, beispielsweise zum Aufnieten der LED-Platine5 auf den metallischen Kern11 . Die mittlere im Zentrum der LED-Platine5 angeordnete Bohrung dient der Durchführung einer Phase9 zur Spannungsversorgung des Mikrochips6 . Die zweite Phase erfolgt in dieser Bauform direkt über den metallischen Kern11 , da dieser durch den Kühlkörper2 isoliert ist und somit die Sicherheit beim Umgang mit der Lampe gewährleistet bleibt. - Oberhalb der Led-Leuchtebene
3 ist der Diffusor4 direkt auf den Kühlkörper2 aufgesetzt. Er überspannt somit kolbenförmig die LED-Leuchtebene3 und führt zu einer gleichmäßigen Abstrahlung der Lichtenergie. -
3 zeigt den erfindungsgemäßen Kern11 als metallischen Kern des Kühlkörpers2 , der in dieser Darstellung noch nicht auf den Kern11 aufgebracht ist. Es ist erkennbar, dass hier eine hülsenförmige Verlängerung des Gewindes1 vorliegt als Trägerkörper für den Compound-Kunststoff-Kühlkörper2 . Dieses Werkstück des Kerns11 kann somit als Träger in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt werden, um dann direkt mit dem Kunststoff verbunden zu werden. - Im Fußkontakt der Fassung
1 ist eine Durchbrechung13 erkennbar, die einen Verbindungsdraht als Phase zum Mikrochip6 auf der LED-Platine5 aufnimmt, wobei diese Bauteile hier nicht dargestellt sind. Am oberen Ende des metallischen Kerns11 ist eine umlaufende rechtwinklig abzweigende Flansch12 angeordnet, die als Auflagefläche für die LED-Platine5 dienen kann. -
4 zeigt wiederum eine perspektivische Ansicht der Verbindung aus Kern11 mit dem Kühlkörper2 . Es ist hierbei eine Darstellungsform gewählt, bei der die LED-Platine noch nicht auf die Verbindung aus Kern11 und Kühlkörper2 aufgesetzt ist. Es ist am oberen Ende des Kerns11 die umlaufende Flansch12 erkennbar sowie die radial ausgerichteten Kühlrippen8 am Kühlkörper2 . - Schließlich zeigt
5 eine alternative Bauform der LED-Retrofit-Lampe was den Diffusor4 anbetrifft. Dieser ist in dieser Bauform gegenüber2 ergänzt durch einen weiteren innenliegenden Remote-Phosphor-Kolben15 , der durch die LED-Abstrahlung der unterhalb angeordneten LED-Platine5 angeregt wird. - Es ergibt sich hieraus die Möglichkeit, LEDs ohne Phosphoranteil zu verwenden. Durch diese Trennung des Phosphors, der für die Bildung des weißen Lichts verantwortlich ist, erhält die neue LED eine höhere Effizienz, also eine höhere Helligkeit bei geringerem Stromverbrauch. Abgeschlossen wird hier der Aufbau durch einen Diffusor
4 , wie dieser auch in2 dargestellt ist. - Der in der hier dargestellten Bauform verwendete hülsenförmige metallische Kern
11 weist hierbei keine nach aussen weisenden Falz11 auf. Vielmehr ist hier eine Verbindung mit der LED-Platine durch Nieten16 vorgesehen, die die LED-Platine6 mit der metallischen Hülse11 verbinden. - 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
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- DE 102009035515 [0005, 0006]
Claims (8)
- LED-Retrofit-Lampe umfassend zumindest LED-Leuchtmittel (
7 ), eine Fassung (1 ), einen Kühlkörper (2 ) sowie einen Diffusorkolben (4 ), dadurch gekennzeichnet, dass – als LED-Leuchtmittel ein Hochvolt-LED-Modul (7 ) verwendet wird, – das über einen integrierten Schaltkreis (6 ) im Form eines Mikrochips mit Spannung versorgt wird, – und dieser integrierte Schaltkreis (6 ) des Hochvolt-Led-Moduls (7 ) direkt mit der zur Verfügung stehenden Netzspannung angesteuert wird, – wobei die Wärmeabfuhr des Hochvolt-LED-Moduls (7 ) erfolgt mittels eines Kühlkörpers (2 ) aus einem Compound-Kunststoff, der über Einlagerungen im Kunststoff wärmeleitfähig aber elektrisch isolierend ausgebildet ist, – wobei ein hochgradig wärmeleitender Kern (11 ) im Kühlkörper (2 ) als wärmespreizendes Medium die vom Hochvolt-LED-Modul (7 ) abgegebene Wärme gleichmäßig in den Kühlkörper (2 ) einleitet. - LED-Retrofit-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als hochgradig wärmeleitfähiger Kern (
11 ) im Kühlkörper (2 ) eine metallische Hülse angeordnet ist, die von der Fassung (1 ) durchgängig bis zur LED-Platine (5 ) geführt ist. - LED-Retrofit-Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hochgradig wärmeleifähige Kern (
11 ) als hülsenförmige Fortsetzung des Fassung (1 ) ausgebildet ist, so dass ein länglicher hülsenförmiger Kern (11 ) als Verbindung aus der Fassung (1 ) mit dem wärmeleitfähigen Kern (11 ) gebildet wird. - LED-Retrofit-Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (
1 ) auf den wärmeleitfähigen Kern (11 ) im Kühlkörper (2 ) aufgecrimpt ist. - LED-Retrofit-Lampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der LED-Platine (
5 ) und dem Diffusor (4 ) ein zusätzlicher Remote-Phosphor-Kolben (15 ) zur besseren Lichtstreuung angeordnet ist, wobei bei dieser Anordnung ein Hochvolt-LED-Modul (7 ) ohne Phosphoranteil verwendet werden kann. - LED-Retrofit-Lampe nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (
4 ) als innenseitig mit einer Remote-Phosphor-Schicht beschlämmter Glaskolben ausgebildet ist. - LED-Retrofit-Lampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (
11 ) als Leiter für eine Phase (N oder L) genutzt wird. - LED-Retrofit-Lampe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochvolt-LED-Modul (
7 ) direkt auf die tiefgezogene oder als Strangpressprofil ausgebildete Metallstruktur des Kerns (11 ) zur Einsparung einer Platine aufgebracht ist.
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