DE202013009629U1 - LED compact fluorescent lamp with internal cooler - Google Patents
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Abstract
Doppelröhrenförmige LED-Lampe (1), aufweisend – mindestens zwei LED-Leuchtmittelträger (3, 3') und – mindestens je ein Kühlelement (4, 4') pro LED-Leuchtmittelträger dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die mindestens zwei LED-Leuchtmittelträger (3, 3') wie auch das mindestens je eine Kühlelement (4, 4') innerhalb einer hermetisch abgeschlossenen Röhre (2, 2') angeordnet sind.Double tubular LED lamp (1), comprising - at least two LED illuminant carriers (3, 3 ') and - at least one cooling element (4, 4') per LED illuminant carrier, characterized in that both the at least two LED illuminant carriers (3 , 3 ') as well as the at least one cooling element (4, 4') within a hermetically sealed tube (2, 2 ') are arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine doppelröhrenförmige LED-Lampe, aufweisend mindestens zwei LED-Leuchtmittelträger und mindestens je ein Kühlelement pro LED-Leuchtmittelträger.The invention relates to a double-tubular LED lamp comprising at least two LED illuminant carriers and at least one cooling element per LED illuminant carrier.
Bekannte Kompaktleuchtstofflampen in Doppelröhrenform, wie sie mit einseitigen G23-, G24D-, 2G7- oder 2G11-Sockeln in Stabbauweise bekannt sind und auch vom internationale Lampenbezeichnungssystem nach
Um in bestehende Fassungen für Kompaktleuchtstofflampen in Doppelröhrenform die neuartigen LED-Lampen nutzen zu können, sind eine Vielzahl von sogenannten Retrofitschaltungen bekannt, die einen Betrieb der LED-Leuchtmittel an der an sich für die Gasentladung bestimmte Stromversorgung ermöglichen. Als LED-Leuchtmittel werden in der Regel Leuchtmittelträger mit LEDs in einer sogenannten Chip-On-Board (COB) oder Surface-Mounted-Device(SMD)-Bauweise eingesetzt, bei der eine größere Zahl von LED-Leuchtmitteln auf einem länglichen Leuchtmittelträger angeordnet sind. Dieser Leuchtmittelträger ist in der Regel mit einem ausgewiesenen Kühlkörper zur Abführung der Wärme der einzelnen LED verbunden. Um die Doppelröhrenform der bekannten Kompaktleuchtstofflampen nachzuahmen, werden zwei benachbarte dieser COB- oder SMD-Bauformen auf der die LED-Elemente enthaltenden Frontseite mit einer Halbschale aus Kunststoff als Abdeckung überstülpt. Sofern der Kühlkörper zu der den LED-Elementen abgewandten Seite ebenfalls ein halbrundes Profil aufweist, bildet eine so hergestellte LED-Lampe in Doppelröhrenform tatsächlich ein längliches Zylinderpaar. Die Bauform mit Halbschalen bildet den Vorteil der sehr einfachen maschinellen Verarbeitung. Des Weiteren ist zum Aufbau der LED-Lampen in Doppelröhrenform kein Glas mehr notwendig, so dass auf extrudierte Halbschalenprofile zurück gegriffen werden kann. Die mit den LED-Leuchtmittelträgern zusammengesteckten Halbschalenprofile bilden einen Zylinder oder einen abgeflachten Zylinder, der in herkömmlichen Fassungen von doppelröhrenförmigen Kompaktleuchtstofflampen eingesetzt werden kann.In order to be able to use the novel LED lamps in existing versions for compact fluorescent lamps in double-tube form, a large number of so-called retrofits are known, which enable operation of the LED lamps at the power supply intended for the gas discharge. As LED bulbs are usually light sources with LEDs in a so-called chip-on-board (COB) or surface-mounted device (SMD) construction used, in which a larger number of LED bulbs are arranged on an elongated light source carrier , This lamp carrier is usually connected to a designated heat sink to dissipate the heat of each LED. In order to mimic the double tube shape of the known compact fluorescent lamps, two adjacent ones of these COB or SMD designs are slipped over on the front side containing the LED elements with a plastic half shell. If the heat sink also has a semicircular profile relative to the side facing away from the LED elements, an LED lamp produced in double-tube form actually forms an elongated cylinder pair. The design with half shells offers the advantage of very simple machine processing. Furthermore, to construct the LED lamps in double-tube form, no glass is necessary, so that it is possible to resort to extruded half-shell profiles. The half shell profiles assembled with the LED illuminant carriers form a cylinder or a flattened cylinder which can be used in conventional versions of double tubular compact fluorescent lamps.
Eine alternative Bauweise bilden solche LED-Lampen, in denen die Doppleröhre zu einer Röhre mit ovalem Profil vereint ist oder zu einem Profil vereint ist, das aus zwei parallelen Ebenen mit zwei halbkreisförmigen Seiten besteht. Im Gegensatz zu den doppelröhrenförmigen Kompaktleuchtstofflampen, die zu ihrer Funktion eine Verbindung der beiden Glasröhren an der zum Sockel abgewandten Seite benötigen, ist diese aufwändig herzustellende Röhrenform bei LED-Lampen nicht mehr notwendig, weil keine Gasentladung entlang eines Röhrenpfades notwendig ist. Viele Hersteller lassen daher die Doppelröhrenform zu Gunsten der zwei zu einer flachen Röhre vereinten Röhre fallen. Dadurch ergibt sich der Vorteil der vereinfachten Herstellung der flachen Röhre aus Halbschalen.An alternative construction is made by such LED lamps, in which the Doppler tube is combined to form an oval-shaped tube or united into a profile consisting of two parallel planes with two semicircular sides. In contrast to the double-tubular compact fluorescent lamps, which require a connection of the two glass tubes on the side facing away from the socket to their function, this consuming to produce tubular shape is no longer necessary in LED lamps, because no gas discharge along a tube path is necessary. Many manufacturers therefore drop the double tube shape in favor of the two tubes combined into a flat tube. This results in the advantage of simplified production of the flat tube of half-shells.
In der
Diese Bauform weit jedoch verschiedene Nachteile auf. Zunächst ist die Verbindung zwischen dem Leuchtmittelträger und der Abdeckung in Halbschalenform nicht leicht zu dichten. Die Kanten, an denen die beiden Bauteile aneinander stoßen, müssen geklebt werden, sofern eine luftdichte Abdeckung überhaupt erzielt wird.This design far, however, various disadvantages. First, the connection between the lamp carrier and the cover in half-shell shape is not easy to seal. The edges where the two components abut each other must be glued if an airtight cover is even achieved.
Beim Einsatz dieser bekannten LED-Lampen in Röhrenform in industriellen Betrieben, in Labors, in Auto-Parkhäusern oder bei nicht vor Witterung geschütztem Betrieb kann sich im Mikroklima innerhalb der Abdeckung Feuchtigkeit ansammeln, was zu einem vorzeitigen Altern der LED-Lampe führt. Des Weiteren neigen die in der Regel aus Kunststoff bestehenden Abdeckungen dazu, Weichmacher oder auch Monomere des polymeren Kunststoffes auszudampfen, der gegebenenfalls durch UV-Anteile des LED-Lichtes zu chemisch aktiven Substanzen zersetzt wird. Diese wirken nach Zersetzung korrodierend auf die auf dem Leuchtmittelträger vorhandenen Leitungen.When using these known LED lamps in tubular form in industrial plants, in laboratories, in car parking garages or in non-weather protected operation can accumulate moisture in the microclimate within the cover, resulting in premature aging of the LED lamp. Furthermore, the usually made of plastic covers tend to evaporate plasticizers or monomers of the polymeric plastic, which is optionally decomposed by UV components of the LED light to chemically active substances. These act after decomposition corrosive to the existing on the illuminant carrier lines.
Neben Feuchtigkeit und meist organischen Dämpfen bilden auch Autoabgase bei Einsatz in Parkhäusern, Dämpfe in industriellen Hallen oder in Labors Probleme beim Langzeiteinsatz dieser neuartigen bekannten LED-Lampen.In addition to moisture and mostly organic vapors also form car exhaust gases when used in parking garages, vapors in industrial halls or laboratories problems with the long-term use of these novel known LED lamps.
In der
In der
In der internationalen Patentanmeldung
In der deutschen Offenlegungsschrift
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine doppelröhrenförmige LED-Lampe zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.The object of the invention is therefore to provide a double-tubular LED lamp, which overcomes the disadvantages of the prior art.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sowohl die mindestens zwei LED-Leuchtmittelträger wie auch das mindestens je eine Kühlelement innerhalb einer hermetisch abgeschlossenen Röhre angeordnet sind.The object according to the invention is achieved in that both the at least two LED illuminant carriers and also the at least one cooling element each are arranged within a hermetically sealed tube.
Unter „hermetisch abgeschlossenen” wird im Rahmen dieser Anmeldung ein absolut dichter, insbesondere einen Austausch von Luft, Gasen, Lösemittel oder Wasser verhindernder Abschluss verstanden, der langzeitig und auch bei starken Temperaturschwankungen seine Dichtheit beibehält.For the purposes of this application, "hermetically sealed" is understood to mean an absolutely tight seal, which prevents in particular the exchange of air, gases, solvents or water, and which maintains its tightness over a long period of time and even under extreme temperature fluctuations.
Die erfindungsgemäße Anordnung des mindestens je einen Kühlkörpers innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre bietet den Vorteil der kompletten Abgeschlossenheit der elektronischen Komponenten vor Umwelteinflüssen. Dadurch werden die langlebigen, aber empfindlichen elektronischen Bauteile vor Korrosion oder anderen schädlichen Umwelteinflüssen geschützt und können so eine Lebensdauer von bis zu 50.000 Stunden erreichen. Der innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre angeordnete mindestens je eine Kühlkörper muss freilich so dimensioniert sein, dass die von ihm als Wärmereservoir aufgenommene Wärme im Langzeitbetrieb durch Konvektion innerhalb der in umschließenden Röhre oder durch Strahlung abgegeben werden kann.The inventive arrangement of at least one heat sink within the hermetically sealed tube offers the advantage of complete seclusion of the electronic components from environmental influences. This protects the durable, yet delicate electronic components from corrosion or other harmful environmental factors, allowing them to last up to 50,000 hours. The arranged within the hermetically sealed tube at least one heat sink must of course be dimensioned so that the heat absorbed by him as a heat reservoir can be delivered in long-term operation by convection within the enclosing tube or by radiation.
In bevorzugter Ausführungsform besteht die hermetisch abgeschlossene Röhre aus Glas. Die Verwendung von Glas hat den Vorteil, dass keine Alterung der Abdeckung stattfindet. Bei der bisher bekannten Verwendung von Kunststoffprofilen in bekannten LED-Lampen in Röhrenform neigen die Kunststoffe bei deren eigener Exposition gegen-über Witterungseinflüssen, gegebenenfalls UV-Lichtanteilen im LED-Licht, dazu, auszudampfen. Im sehr kleinen freien Volumen der röhrenförmigen LED-Lampe kann sich so während des Langzeitbetriebes eine erhebliche Konzentration an organischen Subtanzen im inneren Gasraum der LED-Lampe anreichern.In a preferred embodiment, the hermetically sealed tube is made of glass. The use of glass has the advantage that no aging of the cover takes place. In the previously known use of plastic profiles in known LED lamps in tubular form, the plastics tend to evaporate when their own exposure to weather influences, possibly UV light levels in the LED light. In the very small free volume of the tubular LED lamp can thus accumulate during long-term operation, a significant concentration of organic substances in the inner gas space of the LED lamp.
Um zu verhindern, dass sich innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre bei Langzeitbetrieb unerwünschte Substanzen im Gasraum anreichern, ist in bevorzugter Ausführungsform der röhrenförmigen LED-Lampe vorgesehen, dass ein Material zur Adsorption von Gasen und im Gasraum befindlichen Substanzen vorhanden ist. Diese Substanzen sind bevorzugt Aktivkohle und/oder Silicagel. Aktivkohle ist dazu in der Lage, organische Substanzen zu adsorbieren und fest zu halten. Silicagel ist in der Lage, Wasserdampf zu adsorbieren, um so gegebenenfalls aus den Komponenten entweichende Feuchtigkeit oder durch chemische Umsetzung von Klebern, Kunststoffen oder anorganischen Materialien entstehende Feuchtigkeit aufzunehmen.In order to prevent unwanted substances from accumulating in the gas space within the hermetically sealed tube during long-term operation, in a preferred embodiment of the tubular LED lamp it is provided that a material is present for the adsorption of gases and substances located in the gas space. These substances are preferably activated carbon and / or silica gel. Activated carbon is capable of adsorbing and holding organic substances. Silica gel is capable of adsorbing water vapor so as to absorb any moisture escaping from the components or moisture produced by the chemical reaction of adhesives, plastics or inorganic materials.
Damit diese Adsorber nicht schon bei der Fertigung der LED-Lampen mit Feuchtigkeit und/oder organischen Substanzen gesättigt werden, kann in weiter vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre ein sogenanntes Gettermaterial vorhanden ist, das bei Aktivierung durch Mikrowellen oder Strahlungshitze ein besonders großes Aufnahmepotenzial von Feuchtigkeit, Restgasen und/oder organischen Substanzen hat. Bekannte Gettermaterialien zur Aufnahme von Restsauerstoff können auch eingesetzt werden, wenn die hermetisch abgeschlossene Röhre mit einem Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff gefüllt ist.So that these adsorbers are not already saturated with moisture and / or organic substances in the manufacture of the LED lamps, it can be provided in a further advantageous embodiment that within the hermetically sealed tube a so-called getter material is present, which upon activation by microwaves or radiant heat has particularly high uptake potential of moisture, residual gases and / or organic substances. Known getter materials for receiving residual oxygen can also be used when the hermetically sealed tube is filled with an inert gas, such as nitrogen.
Um die Wärmeabgabe des innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre vorhandenen Kühlkörpers zu versbessern, kann der Innendruck eines gegebenenfalls vorhandenen Inertgases oder auch Luft gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöht sein.In order to improve the heat dissipation of the present within the hermetically sealed tube heat sink, the internal pressure of an optionally existing inert gas or air may be increased relative to the atmospheric pressure.
Sofern die doppelröhrenförmige LED-Lampe ein möglichst blendfreies Licht erzeugen soll, kann die außen liegende Oberfläche der hermetisch abgeschlossenen Röhren mattiert sein. Diese Mattierung kann durch Ätzung vorgenommen werden, durch Sandstrahlen aber auch durch Vakuum-Sandstrahlen. Die Mattierung auf der außen liegenden Oberfläche der Röhre hat den Vorteil, dass die nach innen gewandte und glatte Oberfläche bei der Montage stabiler ist gegenüber Kratzern, die beim Einführen des Leuchtmittelträgers in das hermetisch abgeschlossene Rohr entstehen können.If the double-tubular LED lamp is to produce as glare-free light as possible, the outer surface of the hermetically sealed tubes may be frosted. This matting can be done by etching, by sandblasting but also by vacuum sandblasting. The matting on the outside surface of the tube has the advantage of being inside The smooth, smooth surface is more resistant to scratches when inserting the illuminant carrier into the hermetically sealed tube.
Alternativ oder Kumulativ ist es auch möglich, die Innenseite des hermetisch abgeschlossenen Rohres mit einer Paste oder Flüssigkeit mit CaCO3 (Kalk) und/oder mit TiO2 (Rutil) zu beschichten und während der Fertigung auszubrennen. Der Kalk hat die Wirkung, dass das in der hermetisch abgeschlossenen Röhre aus den LED austretende Licht stark gestreut wird und so ein blendfreies Licht erzeugt. Damit der Kalk das Licht nicht blockiert, ist feinkörniges TiO2 vorgesehen, dass durch einen hohen Brechungsindex und durch seine Transparenz das Licht in die sehr dünne Kalkschicht einleitet.Alternatively or cumulatively, it is also possible to coat the inside of the hermetically sealed tube with a paste or liquid with CaCO 3 (lime) and / or with TiO 2 (rutile) and to burn it out during production. The lime has the effect that the light emerging from the LED in the hermetically sealed tube is strongly scattered, thus producing a glare-free light. In order that the lime does not block the light, fine-grained TiO 2 is provided, which introduces the light into the very thin layer of lime due to its high refractive index and its transparency.
Die erfindungsgemäße Anordnung des mindestens je einen Kühlkörpers innerhalb der hermetisch abgeschlossenen Röhre erfordert eine entsprechende dimensionierte Auslegung des Kühlkörpers. Dieser muss so bemessen sein, dass die von Kühlkörper als Reservoir aufgenommene Wärme durch Konvektion und/oder Strahlung an die Wandung der hermetisch abgeschlossenen Röhre abgegeben wird. Hierzu ist darauf zu achten, dass der Abstand des Kühlkörpers zur inneren Oberfläche der hermetisch abgeschlossenen Röhre Platz für eine freie Konvektion des in der hermetisch abgeschlossenen Röhre befindlichen Gases bietet. Die Anordnung muss sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Betriebsweise für genügend Konvektionskühlung sorgen können. Im Gegensatz zu einer konventionellen, röhrenförmigen LED-Lampe, die zwei einander gegenüber liegende Fassungen aufweist, ist in der doppelröhrenförmigen LED-Lampe ein standardisierter G-Sockel, beispielsweise ein G23 oder ein G24D-Sockel vorgesehen. Alternativ kann auch ein 2G7 oder ein 2G11-Sockel vorgesehen sein. Diese Bauform ermöglicht eine mechanische Aufnahme des Leuchtmittelträgers nur auf einer Seite. Um den Kühlkörper von der sie umschließenden Röhre zu beabstanden, können Abstandshalter vorgesehen sein, die an der Spitze des Leuchtmittelträgers angeordnet sind und entweder fest mit diesem verbunden sind oder auf ihn aufgesteckt sind. Auch ist es möglich, den Kühlkörper nur an einer Stelle in der Röhre über einen Punktkontakt oder über einen Linienkontakt mit der Innenseite der Röhre berühren zu lassen. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist aber, den Kühlkörper so vorzusehen, dass die wesentliche Wärmemenge über Konvektion vom Kühlkörper an die Röhre geleitet wird.The inventive arrangement of the at least one heat sink within the hermetically sealed tube requires a correspondingly dimensioned design of the heat sink. This must be dimensioned so that the heat absorbed by the heat sink as a reservoir by convection and / or radiation is delivered to the wall of the hermetically sealed tube. Care must be taken to ensure that the distance of the heat sink to the inner surface of the hermetically sealed tube provides space for free convection of the gas contained in the hermetically sealed tube. The arrangement must be able to provide sufficient convection cooling both in vertical and in horizontal operation. In contrast to a conventional tubular LED lamp having two opposing sockets, a standard G-socket, for example a G23 or a G24D socket, is provided in the double-tubular LED lamp. Alternatively, a 2G7 or a 2G11 socket may be provided. This design allows a mechanical recording of the illuminant carrier only on one side. In order to space the heat sink from the tube surrounding it, spacers may be provided which are arranged on the tip of the illuminant carrier and either fixedly connected to this or are attached to it. It is also possible to have the heat sink touched only at one point in the tube via a point contact or via line contact with the inside of the tube. An essential idea of the invention, however, is to provide the heat sink in such a way that the substantial amount of heat is conducted by convection from the heat sink to the tube.
In spezieller Ausführungsform weist die hermetisch abgeschlossene Röhre und/oder die Beschichtung einen Blaufilter auf. Dieser Blaufilter zum Filtern von blauen und ultravioletten Strahlungsanteilen ermöglicht den Einsatz dieser LED-Lampen in Reinräumen, in denen Halbleiter gefertigt werden, die ihrerseits empfindlich gegenüber blauen und ultravioletten Lichtanteilen sind.In a specific embodiment, the hermetically sealed tube and / or the coating has a blue filter. This blue filter for filtering blue and ultraviolet radiation enables the use of these LED lamps in clean rooms where semiconductors are fabricated that are sensitive to blue and ultraviolet light.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigtIt shows
In
In
In
In
In
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LED-LampeLed lamp
- 2, 2'2, 2 '
- Röhretube
- 3, 3'3, 3 '
- LeuchtmittelträgerLamp support
- 3a, 3a'3a, 3a '
- LED-LeuchtmittelLED bulbs
- 55
- Adsorbermaterialadsorber
- 4, 4'4, 4 '
- Kühlkörperheatsink
- 66
- Sockelbase
- 6a6a
- Kappecap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102011084945 A1 [0012] DE 102011084945 A1 [0012]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- IEC 1231 [0002] IEC 1231 [0002]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140313 |
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R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F21K0099000000 Ipc: F21S0004000000 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HUMBOLDT-PATENT HUEBNER NEUMANN RADWER WENZEL, DE |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |