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I. Hintergrund der Erfindung, Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind bekannt:
- 1. Marktübliche, gewöhnliche Halogen-Strahler und Spots gehören zu traditionellen Richtungslampen.
Vorteile: Die Struktur ist einfach. Es bedarf nur zweier Konstruktionselemente und eines Lichtquellenelements. Das Herstellungsverfahren ist einfach. Die Herstellungskosten sind niedrig.
Nachteile: Energieverbrauch zu hoch.
- 2. Marktübliche LED-Richtungslampen.
Vorteile: Energiesparend.
Nachteile: Das Herstellungsverfahren vergleichsweise kompliziert. Die Herstellungskosten sind hoch.
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Es ist daher wünschenswert, eine LED-Richtungslampe zu entwickeln, die nur wenig Energie verbraucht, deren Herstellungsverfahren einfach ist und deren Herstellungskosten niedrig sind.
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II. Zu lösende technische Probleme, Zielsetzung
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Es besteht noch ein relativ großer Unterschied zwischen den marktüblichen LED-Richtungslampen und den traditionellen Halogen-Richtungslampen. Die Qualität und das Design der LED-Richtungslampen erreichen noch nicht das Niveau der traditionellen Halogen-Richtungslampen. Die Gründe dafür sind hauptsächlich folgende:
- 1. Die Herstellungsverfahren sind zu vielfältig und die Arbeitsschritte der Herstellungsverfahren sind zu viel. Die Generationswechsel sind zu häufig. Die Lebensdauer der einzelnen Generationen ist zu kurz. Bei jeder Überholung müssen neue Formen (moulds) angefertigt werden, damit korrespondierend müssen auch die Herstellungsverfahren neu angepasst werden. Die Investitionen und Entwicklungskosten im Vorfeld sind hoch. Daher bleiben die Herstellungskosten auch immer auf einem hohen Niveau.
- 2. Die äußeren Designs und die Größen der LED-Lampen sind sehr vielfältig. Es ist für den Verbraucher manchmal schwierig, richtige Größen bzw. LED-Lampen mit richtigen Schnittstellen zu wählen. Manchmal passen die gekauften LED-Leuchtmittel nicht zu den bestehenden Lampen(-gestellen) oder Fassungen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen LED-Strahler zu schaffen, der bei einfacher und kostengünstiger Fertigung den gleichen Lichtstrahlungseffekt wie Halogen-Richtungslampen erzielt.
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III. Erfindungsgemäße Lösung, Vorteile
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen gehen hervor aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung sind wie folgt:
Das aus der Linse, der LED-Lichtquelle und den Stromanschlüssen bestehende lichtelektrische Modul wird bevorzugt in der Mitte des Bodenbereichs der Lampentasse, wo die Öffnung vorgesehen ist, positioniert. Zwischen dem lichtelektrischen Modul und dem Sockel sind bevorzugt niedertemperatur-härtende Materialien angeordnet, die isolierend und wärmeübertragend sind. Das lichtelektrische Modul und die Lampentasse bilden zusammen das optische System, das den gleichen Lichtstrahlungseffekt wie bei Halogen-Richtungslampen erzielt.
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Zwischen dem lichtelektrischen Modul und dem Sockel sind bevorzugt niedertemperatur-härtende Materialien angeordnet, die isolierend und wärmeübertragend sind. Diese Materialien sind vorzugsweise Epoxide-Materialien, Silikonmaterialien und/oder elektronische Klebematerialien, die hauptsächlich, aber nicht nur, aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumcarbid bestehen. Diese Materialien können die Betriebswärme der Lampe schnell auf den Sockel überleiten. Gleichzeitig können sie die elektrische Isolierung der Außenfläche des Sockels sichern. Damit kann die Lampe sicher arbeiten und eine lange Lebensdauer erreichen.
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Die Linse, die LED-Lichtquelle und die Stromanschlüsse können zusammen als einheitliches lichtelektrisches Modul zusammengefasst werden. Und die Lampentasse und der Sockel werden als einheitlicher Teil zusammen gebaut. Bei der Herstellung wird das lichtelektrische Modul mit dem einheitlichen Teil aus Lampentasse und Sockel miteinander montiert. Damit kann eine vollautomatische, schnelle, großmengenmäßige Herstellung erreicht werden.
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Bevorzugt lassen sich drei Arten von lichtelektrischem Modul realisieren:
- a) Die Linse, die Lichtquelle und die Stromanschlüsse werden einheitlich zusammen auf einem flächigen Substrat angebracht, das sodann mit dem einheitlichen Teil aus Lampentasse und Sockel miteinander zu einem fertigen Lampenprodukt montiert wird.
- b) Die Linse, die Lichtquelle, die Stromanschlüsse und der Sockel werden zusammen als ein einheitliches, erweitertes lichtelektrisches Modul zusammengefasst, das sodann mit der Lampentasse zu einem fertigen Lampenprodukt montiert wird.
- c) Die Linse, die Lichtquelle und die Stromanschlüsse werden zusammen als ein genormtes (standardmäßiges) lichtelektrisches Modul zusammengefasst. Die Lampentasse und der Sockel werden als einheitlicher Teil zusammen gebaut. Bei der Herstellung wird das lichtelektrische Modul mit dem einheitlichen Teil aus Lampentasse und Sockel zu einem fertigen Lampenprodukt montiert.
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Der Sockel und die Lampentasse können aus Glas, nicht-metallischen Materialien (z. B. Keramik), metallischen Materialien, PC-Materialien oder sonstigen gut wärmeübertragenden Materialien sein. Die Füßchen des Sockels können die üblichen GU10, G5.3, E27, E26, E14 sein.
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Die Lampentasse, der Sockel oder der einheitliche Teil aus Lampentasse und Sockel können alle als Entwärmungskörper / Kühlkörper / Wärmeableitkörper dienen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile gehen aus dem folgenden Abschnitt und der Figurenbeschreibung weiter unten hervor.
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IV. Weitere Vorteile und Anmerkungen
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Die vorliegende Erfindung lässt das bestehende Außen-Design unberührt. Die Größe und das Design bleiben gleich wie bei den traditionellen Halogen-Richtungslampen. Es muss nur das lichtelektrische Modul geändert bzw. angepasst werden. Größere Änderungen beim Herstellungsverfahren sind nicht erforderlich. Die Arbeitsschritte sind genormt. Die Anzahl der Arbeitsschritte ist reduziert. Automatische Herstellung in großem Umfang / in großen Mengen ist möglich. Die Investitionen und Entwicklungskosten im Vorfeld sind deutlich weniger.
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Anmerkung: Die Position der Linse kann geändert werden, ohne den durch die Ansprüche festgelegten Schutzbereich zu tangieren. Die Innenseite des Schirms kann verschiedene Muster aufweisen, beispielsweise Gewebe aus Hexagonen, oder Gewebe aus Kreisen usw. Die Beispiele sind nicht abschließend. Auch die Änderung der Form der Sockel-Füßchen macht keinen wesentlichen Unterschied in Bezug auf den beanspruchten Gegenstand.
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V. Ausführungsbeispiel
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Zielsetzung: Einen neuen LED-Strahler zu entwickeln, der den gleichen Lichtstrahlungseffekt der Halogen-Richtungslampen erzielen kann.
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Grundgedanke: Die Position der LED-Lichtquelle bzw. der Linse wird geändert. Gewöhnliche Position ist die Mitte des von dem Schirm umfassten, tassenförmigen Raums (hier und auch weiter unten „Lampentasse“ genannt). Bei der vorliegenden Erfindung wird die Position auf den Bodenbereich der Lampentasse verlegt, genau gesagt in der Mitte des Bodenbereiches, wo eine Öffnung (für die Verbindung mit dem Sockel) vorgesehen ist. Zusammen mit den Stromanschlüssen und den Isolier- und Wärmeübertragungselementen, die im Inneren des Sockels angeordnet sind, wird ein lichtelektrisches Modul gebildet. Dieses Modul kann vertikal eingesteckt, aufgeklebt und auf andere einfache Weisen angebracht bzw. montiert werden. Das lichtelektrische Modul wird so mit der Lampentasse verbunden, dass der erfindungsgemäße LED-Strahler den gleichen Lichtstrahlungseffekt der Halogen-Richtungslampen erzielt.
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Realisierungsmethode: Der erfindungsgemäße LED-Strahler umfasst drei Hauptkomponenten: eine Lampentasse, ein lichtelektrisches Modul und einen aus spezifischen Entwärmungsmaterialien bestehenden Sockel. Das lichtelektrische Modul besteht aus einer Linse, einer LED-Lichtquelle und einem Stromanschluss / einer Stromquelle. Die Linse ist in der Mitte des Bodenbereiches, wo eine Öffnung (für die Verbindung mit dem Sockel) vorgesehen ist, positioniert. Die Linse und die Lampentasse bilden zusammen das optische System.
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Zwischen dem lichtelektrischen Modul und dem Sockel sind niedertemperatur-härtende Materialien angeordnet, die isolierend, wärmeübertragend sind. Diese Materialien sind hauptsächlich aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliciumcarbid. Sie härten bevorzugt im Bereich von 80 bis 150 °C. Sie können schnell die Betriebswärme der Lampe auf den Sockel überleiten. Gleichzeitig können sie die elektrische Isolierung zwischen dem lichtelektrischen Modul und dem Sockel sichern.
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Der Sockel und die Lampentasse können aus Glas, nicht-metallischen Materialien (z. B. Keramik), metallischen Materialien oder sonstigen gut wärmeübertragenden Materialien sein. Die Füßchen des Sockels können die üblichen GU10, G5.3, E27, E26, E14 sein.
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Als Verbesserung des technischen Konzepts können die Linse, die LED-Lichtquelle und die Stromanschlüsse / die Stromquelle zusammen als einheitliches lichtelektrisches Modul zusammengefasst werden. Und die Lampentasse und der Sockel werden als einheitlicher Teil zusammen gebaut. Das lichtelektrische Modul wird vertikal eingesteckt, aufgeklebt oder auf andere einfache Weise in den einheitlichen Teil aus der Lampentasse und dem Sockel angebracht bzw. montiert. Damit kann eine automatische, schnelle, großmengenmäßige Herstellung erreicht werden. Die Herstellungskosten werden stark gesenkt. Die Wettbewerbsfähigkeit wird stark erhöht.
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Ein weiterführender Gedanke: Die Linse, die LED-Lichtquelle, die Stromanschlüsse und der aus spezifischen Entwärmungsmaterialien bestehende Sockel können zusammen als einheitliches (erweitertes) lichtelektrisches Modul zusammengefasst werden. Die Lampe besteht dann nur aus zwei Teilen: dem lichtelektrischen Modul und der Lampentasse. Das lichtelektrische Modul braucht nur in die Lampentasse vertikal eingesteckt bzw. geklebt werden. Damit kann eine automatische, schnelle, großmengenmäßige Herstellung erreicht werden. Die Herstellungskosten werden stark gesenkt. Die Wettbewerbsfähigkeit wird stark erhöht.
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VI. Zeichnungen
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in den beigefügten Zeichnungen näher illustriert. Dabei zeigen:
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1 eine nach Art einer Explosionszeichnung gehaltene perspektivische Ansicht einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers, vor dem Zusammenbau,
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2 eine zweite Variante des LED-Strahlers,
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3 eine dritte Variante des LED-Strahlers,
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4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers im Montageendzustand,
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5 einen Längsschnitt durch den LED-Strahler gemäß 4, und
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6 einen Längsschnitt durch einen weiteren LED-Strahler.
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Wie man anhand von 5 erkennt, umfasst der LED-Richtungsstrahler 2 einen bevorzugt als Reflektor wirksamen und daher bevorzugt an seiner Innenseite mit einer reflektierenden Schicht oder Oberfläche versehenen Schirm 4, welcher aufgrund seiner Form hier auch als Lampentasse bezeichnet wird. Er umfasst ferner einen sich bodenseitig an den Schirm 4 anschließenden, im Wesentlichen zylindrischen Sockel 6 zur Aufnahme eines lichtelektrischen Moduls 8 sowie das lichtelektrische Modul 8 selber. Das lichtelektrische Modul 8 umfasst eine LED-Lichtquelle 10, eine Linse 12, sowie Stromanschlüsse für die LED-Lichtquelle 10. Im Montageendzustand sitzt die LED-Lichtquelle 10 im Bereich der Bodenöffnung des Schirms 4. Die Linse 12 befindet sich unmittelbar darüber. Die Linse 12 bildet zusammen mit dem Schirm 4 ein optisches System zur Richtungsbündelung der von der LED-Lichtquelle 10 emittierten Lichtstrahlen. Die in 1 und 3 gut erkennbaren Stromanschlüsse des lichtelektrischen Moduls 8 sind in zur Lichtausbreitungsrichtung entgegengesetzter Richtung in den Sockel 6 hinein geführt und dort mit externen Anschlussbuchsen oder -steckern (Sockel-Füße 14) elektrisch verbunden. Zwischen dem lichtelektrischen Modul 8 und dem Sockel 6 sind niedertemperatur-härtende Materialien angeordnet, die elektrisch isolierend und gut wärmeübertragend sind. Der Sockel 6 und ggf. auch der Schirm 4 bilden damit eine Wärmesenke zur Aufnahme und Verteilung / Abführung der Betriebswärme der LED-Lichtquelle 10.
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Zur Vereinfachung der Herstellung und zur Standardisierung der Komponenten können der Schirm und der Sockel zu einem einheitlichen Teil zusammengefasst oder vormontiert sein, in das dann nur noch das vormontierte lichtelektrische Modul eingebracht werden muss. Einheitlich bedeutet hier bevorzugt einteilig, fest miteinander verbunden oder integral. Diese Variante ist in 1 und 3 illustriert. Andererseits können auch der Sockel und das lichtelektrische Modul zu einem einheitlichen Teil zusammengefasst oder vormontiert sein, das dann nur noch mit dem Schirm verbunden werden muss. Diese Variante ist in 2 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- LED-Richtungsstrahler
- 4
- Schirm
- 6
- Sockel
- 8
- lichtelektrisches Modul
- 10
- LED-Lichtquelle
- 12
- Linse
- 14
- Sockel-Fuß
