DE212019000321U1

DE212019000321U1 - Beleuchtungsmodul mit geneigter LED-Montagefläche

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Publication number: DE212019000321U1
Application number: DE212019000321.4U
Authority: DE
Original assignee: Lumileds Holding BV
Current assignee: Lumileds Holding BV
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2021-03-05
Anticipated expiration: 2029-06-18
Also published as: WO2019243245A1; CN215001387U; US20190383479A1; US10670256B2

Abstract

Beleuchtungsmodul mit:
- einem Kühlkörper (12) mit einem Körperbereich (14) und einem Vorsprungbereich (16), der von dem Körperbereich (14) in eine Vorwärtsrichtung (F) absteht,
- und mindestens einem LED-Element (30a, 30b), das auf einer Montagefläche (26a, 26b) des Vorsprungbereichs (16) angebracht ist,
- wobei die Montagefläche (26a, 26b) teilweise rückwärts gerichtet angeordnet ist und einen Winkel von 5-45° zu der Vorwärtsrichtung (F) bildet,
- und mindestens einem elektrischen Steckverbinder (40), der an dem Körperbereich (14) vorgesehen ist,
- wobei das LED-Element (30a, 30b) elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder (40) verbunden ist,
- wobei der elektrische Steckverbinder (40) in einem Hohlraum (42) des Körperbereichs (14) vorgesehen ist, und
- wobei das LED-Element (30a, 30b) elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder (40) über mindestens eine elektrische Verbindung (50) durch einen Hohlraum innerhalb des Kühlkörpers (12) verbunden ist,
- wobei die elektrische Verbindung (50) durch den Körperbereich (14) und/oder den Vorsprungbereich (16) verläuft.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul, ein Beleuchtungssystem mit einem austauschbaren Beleuchtungsmodul und ein Verfahren zum Ersetzen eines Beleuchtungsmoduls. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Beleuchtungsmodul mit mindestens einem LED-Element.
Hintergrund der Erfindung
LED-Elemente finden zunehmend Verwendung in Beleuchtungsanwendungen wie beispielsweise die Kraftfahrzeugbeleuchtung.
Während bei zahlreichen Anwendungen die LED-Elemente in einem Beleuchtungssystem, beispielsweise einem Kraftfahrzeugfrontscheinwerfer, fest angebracht sind, wurden bereits auch austauschbare LED-Beleuchtungsmodule vorgeschlagen.
DE 20 2017 107 740 U1 offenbart ein LED-Modul mit einem Kühlkörper und LED-Elementen, die einander gegenüberliegend auf Schrägflächen angeordnet sind. Die LEDs sind in einem Leuchtengehäuse angeordnet.
WO 2016/156463 A1 beschreibt ein LED-Modul mit einer LED-Anordnung, die auf einem ersten Kühlkörperbereich angebracht ist, welcher einen ersten Teil eines mehrteiligen Kühlkörpers bildet. Der erste Kühlkörperbereich weist eine Außenfläche zur Aufnahme in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung eines zweiten Kühlkörperteils auf. Zum Wechseln der LED-Anordnung wird das Modul als eine Einheit gewechselt, indem eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Kühlkörperteilen getrennt wird.
US 2014/376232 A1 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Halbleiterlichtquellenmodul, einer optischen Einheit und einem gemeinsamen Träger für das Halbleiterlichtquellenmodul und die optische Einheit. Die optische Einheit ist an einer Vorderseite des Trägers angebracht und weist einen Stift auf, der sich in ein genau passendes Loch in dem Halbleiterlichtquellenmodul erstreckt. Das Halbleiterlichtquellenmodul liegt an einer Rückseite des Trägers an. Der Stift ragt durch eine Öffnung in dem Träger und erstreckt sich in das genau passende Loch in dem Halbleiterlichtquellenmodul. Der Stift bildet eine Schulter, die an einer Stützfläche des Halbleiterlichtquellenmoduls anliegt, das an der Rückseite des Trägers anliegt.
DE 202017107740 U1 betrifft eine optische Struktur einer Lichtemissionsdiodenleuchte mit einem Leuchtengehäuse, das einen Aufnahmeraum bildet, und einer Leuchtgruppe, die ein Kühlelement und zwei Lichtemissionsdiodeneinheiten aufweist. Das Kühlelement und die beiden Lichtemissionsdiodeneinheiten sind in dem Aufnahmeraum angeordnet. Das Kühlelement weist zwei Schrägflächen auf, die in Kontakt mit einer Oder- und einer Unterseite sind. Die beiden Lichtemissionsdiodeneinheiten sind auf den beiden Schrägflächen angeordnet.
US 2009/0002997 A1 offenbart eine Leuchte mit einer reflektierenden Fläche, einem in dem durch die reflektierende Fläche definierten Innenraum angeordneten Sockel und Lichtemissionsdioden, die an Abdeckflächen an dem Sockel angebracht sind. Jede Abdeckfläche schirmt einen Bereich der reflektierenden Fläche gegen von den LEDs emittiertes Licht ab. Die Abdeckflächen sind parallel zu oder unter einem Winkel zu der Mittelachse der reflektierenden Fläche ausgerichtet.
Überblick über die Erfindung
Es kann als wünschenswert erachtet werden, ein Beleuchtungsmodul, ein Beleuchtungssystem und ein Verfahren zum Austauschen eines Beleuchtungsmoduls mit vorteilhaften optischen Eigenschaften zu schaffen.
Diese Aufgabe kann durch ein Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, ein Beleuchtungssystem nach Anspruch 12 und ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst werden. Abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Gemäß Beispielen entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Beleuchtungsmodul auf:

- einen Kühlkörper mit einem Körperbereich und einem Vorsprungbereich, der von dem Körperbereich in eine Vorwärtsrichtung absteht,
- und mindestens ein LED-Element, das an einer Montagefläche des Vorsprungbereichs angebracht ist,
- wobei die Montagefläche teilweise rückwärts gerichtet angeordnet ist und einen Winkel von 5-45° zu der Vorwärtsrichtung bildet,
- und mindestens einen elektrischen Steckverbinder, der an dem Körperbereich vorgesehen ist,
- wobei das LED-Element elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder verbunden ist,
- wobei der elektrische Steckverbinder in einem Hohlraum des Körperbereichs vorgesehen ist,
- und wobei das LED-Element elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder über mindestens eine elektrische Verbindung durch einen Hohlraum innerhalb des Kühlkörpers verbunden ist,
- wobei die elektrische Verbindung durch den Körperbereich und/oder den Vorsprungbereich verläuft.

Das LED-Element kann eine oder mehrere LEDs aufweisen, wobei der Begriff vorliegend verwendet wird, um jede Art von Festkörper-Beleuchtungselement, einschließlich Lichtemissionsdioden, Laserdioden, organische Lichtemissionsdioden etc, zu bezeichnen. Zwar kann das LED-Element gepackte LEDs aufweisen, jedoch ist es bevorzugt, dass ein oder mehr Nacktchips auf einem Träger, vorzugsweise einem flachen Träger, beispielsweise einem Keramikträger montiert sind, der unmittelbar an der Montagefläche des Kühlkörpers angebracht werden kann. Sowohl der Träger, als auch die Montagefläche sind vorzugsweise eben.
Der Kühlkörper sollte aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, vorzugsweise Metall, insbesondere Aluminium und/oder Kupfer. Der Kühlkörper kann einstückig ausgebildet sein oder kann mehrere miteinander verbundene Teile aufweisen. Vorzugsweise können der Körperbereich und der Vorsprungbereich einstückig ausgebildet sein. Der Körperbereich ist vorzugsweise größer als der Vorsprungbereich, d.h. er weist ein größeres Volumen und/oder eine größere Erstreckung senkrecht zu der Vorwärtsrichtung auf. Insbesondere können Wärmerippen an dem Körperbereich vorgesehen sein, um Wärme abzuleiten.
Die Vorwärtsrichtung ist durch die Richtung definiert, in welche der Vorsprungbereich vorsteht. In bevorzugten Beispielen kann die Vorwärtsrichtung mit einer Längsachse des Vorsprungbereichs zusammenfallen. Nach einem Aspekt der Erfindung ist mindestens eine Montagefläche an dem Vorsprungbereich so angeordnet, dass sie teilweise rückwärts gerichtet ist, wobei sie einen Winkel von 5-45°, vorzugsweise mindestens 10°, weiter bevorzugt 10-30° mit der Vorwärtsrichtung bildet. Die Anordnung der Montagefläche in teilweise rückwärts gerichteter Richtung sollte als auf den Normalvektor derselben bezogen verstanden werden, der sich von der Montagefläche senkrecht erstreckt. In der bevorzugten Anordnung ist dieser Normalvektor (der im bevorzugten Fall, in dem das LED-Element parallel zur Montagefläche angeordnet ist, mit der Hauptlichtemissionsrichtung desselben zusammenfällt) teilweise rückwärts gerichtet, d.h. weist eine der Vorwärtsrichtung entgegengesetzte Richtungskomponente auf. Diese Ausrichtung und der zwischen der Vorwärtsrichtung und der Erstreckung der Montagefläche gebildete Winkel ermöglicht das Erreichen einer Lichtemission aus dem LED-Element mit einer mittigen Lichtemissionsrichtung, die nicht vollständig oder teilweise in Vorwärtsrichtung oder senkrecht dazu gerichtet ist, sondern rückwärts. Diese Ausrichtung kann von besonderem Nutzen in Zusammenhang mit einem Reflektor sein, der den Vorsprungbereich zumindest teilweise umgibt, insbesondere einem konkaven Reflektor. Durch das Vorsehen von teilweise rückwärts gerichtetem Licht, können Bereiche der Reflektorfläche, die hinter dem LED-Element angeordnet sind, effizient genutzt werden, um einen emittieren Strahl durch Reflektion zu erzeugen. Die Anordnung der Montagefläche auf dem Vorsprungbereich kann vorzugsweise derart sein, dass ein Abstand zwischen der Montagefläche und einer sich in Vorwärtsrichtung erstreckenden Achse mit zunehmender Entfernung von dem Hauptkörperbereich zunimmt. Die Montagefläche kann somit in Bezug auf die Vorwärtsrichtung geneigt angeordnet sein.
Gemäß der Erfindung kann das Beleuchtungsmodul einen elektrischen Steckverbinder aufweisen, der an dem Körperbereich angeordnet ist. Der elektrische Steckverbinder ist in den Kühlkörper integriert und , gemäß der Erfindung, in einem Hohlraum des Körperbereichs angeordnet. Der elektrische Steckverbinder kann aus einem Steckergehäuse mit in das Steckergehäuse ragenden Kontaktfahnen gestehen. Aufgrund des elektrischen Steckverbinders kann das Beleuchtungsmodul einfach und direkt mit einer externen Stromversorgung verbunden werden. Das Steckergehäuse kann vorzugsweise vollständig in den Hohlraum derart integriert sein, dass die Dimensionen des Beleuchtungsmoduls durch den Steckverbinder unverändert bleiben. Auf diese Weise kann eine kompakte und platzsparende Integration des elektrischen Steckverbinders erreicht werden.
Das LED-Element ist durch einen oder mehr elektrische Leiter elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder verbunden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das LED-Element über eine elektrische Verbindung durch einen Hohlraum in dem Kühlkörper hindurch elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder verbunden. Die elektrische Verbindung verläuft durch den Körperbereich und/oder den Vorsprungbereich. Die hauptsächlich innerhalb des Beleuchtungsmoduls befindliche elektrische Verbindung kann vor Umwelteinflüssen, wie mechanischen Belastungen oder Feuchtigkeit, geschützt werden. Die elektrische Verbindung kann eine Leiterplatine, vorzugsweise mit mehreren flachen Leiterelementen, aufweisen. Die elektrische Verbindung kann von dem Kühlkörper elektrisch isoliert sein. Daher kann sie in Kunststoffmaterial eingebettet sein. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen kann der Kühlkörper mindestens einen Hohlraum aufweisen, der mit einem elektrisch isolierenden Material, wie einem Kunststoffmaterial, gefüllt ist, in dem ein oder mehrere elektrische Leiter eingebettet sind.
Zumindest Teile des Beleuchtungsmoduls können mit einem Gehäuse oder einer Ummantelung versehen sein, die insbesondere aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Es kann ein Fenster oder ein Ausschnitt für das LED-Element ausgebildet sein, welches vorteilhafterweise direkt auf dem Kühlkörper montiert sein sollte. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Steckergehäuse des elektrischen Steckverbinders einstückig mit einer an dem Kühlkörper vorgesehenen Ummantelung ausgebildet sein. Die Ummantelung kann beispielsweise aus jeglichem Kunststoffmaterial bestehen, das thermisch leitfähig und/oder elektrisch isolierend ist. Zum Bilden eines elektrischen Steckverbinders kann das Steckergehäuse Öffnungen vorsehen, derart, dass die elektrische Verbindung sich in das Steckergehäuse erstrecken kann. Das Steckergehäuse kann in einem Schritt mit der Ummantelung hergestellt werden, wodurch die Herstellung des den elektrischen Steckverbinders aufweisenden Beleuchtungsmoduls vereinfacht werden kann. Ferner kann das Design mechanisch stabiler sein als eine Kombination aus einer Ummantelung und einem einzeln gebildeten Steckergehäuse, da diese einen Übergang zwischen den verschiedenen Elementen aufweist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Beleuchtungsmodul mehr als eine Montagefläche und ein daran angebrachtes LED-Element aufweisen. Die verschiedenen Montageflächen können in parallel Richtungen oder in unterschiedliche Richtungen gewandt sein. Eine oder mehr Montageflächen können an dem Körperbereich und/oder an dem Vorsprungbereich vorgesehen sein. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Vorsprungbereich einer Oberseite und eine entgegengesetzt Unterseite aufweisen, welche in Bezug auf eine horizontale Ausrichtung der Vorwärtsrichtung verstanden werden sollte. Ein erstes LED-Element kann auf einer ersten Montagefläche an der Oberseite des Vorsprungbereichs angebracht sein und ein zweites LED-Element kann auf der zweiten Montagefläche an der Unterseite des Vorsprungbereichs angebracht sein. Insbesondere können das erste und das zweite LED-Element einander direkt gegenüberliegend, beispielsweise in gespiegelter Konfiguration angebracht sein. Wie die erste Montagefläche kann auch die zweite Montagefläche vorzugsweise teilweise rückwärts gerichtet unter einem Winkel von 5-45°, vorzugsweise mindestens 10°, weiter bevorzugt 10-30° zu der Vorwärtsrichtung angeordnet sein.
Wenn mehr als eine Montagefläche und entsprechende LED-Elemente vorgesehen sind, ist es bevorzugt, dass die LED-Elemente separat elektrisch verbunden sind, derart, dass sie unabhängig voneinander betrieben werden können. Durch selektives Betreiben des ersten und/oder zweiten LED-Elements können verschiedene resultierende Strahlen mit unterschiedlichen räumlichen Lichtverteilungen aus dem Beleuchtungsmodul emittiert werden, wodurch beispielsweise das Emittieren von Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht etc. aus einem das Beleuchtungsmodul aufweisenden Fahrzeugfrontscheinwerfer ermöglicht ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen kann mindestens eine Ausnehmung in dem Vorsprungbereich ausgebildet sein. Die Ausnehmung kann verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise eine Nut oder jede Form von Loch, Vertiefung etc. sein. Besonders bevorzugt weist eine Ausnehmung mindestens einer planen Wand auf, beispielsweise eine V-förmige Nut. Die Montagefläche kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig innerhalb der Ausnehmung vorgesehen sein. Bei mehr als einer an dem Vorsprungbereich vorgesehenen Montagefläche ist ferner bevorzugt, zwei separate Ausnehmungen, vorzugsweise in entgegengesetzten Flächen, und weiter bevorzugt unmittelbar einander gegenüberliegend vorzusehen, beispielsweise in gespiegelter Konfiguration.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Körperbereich des Kühlkörpers ein Plattenelement, d.h. ein flaches Element mit vorzugsweise rechteckiger Form aufweisen. Vorzugsweise kann der Körperbereich in Richtung der Vorwärtsrichtung in einem Plattenelement enden. Der Vorsprungbereich kann von dem Plattenelement, insbesondere von einem Mittelbereich des Plattenelements abstehen. Vorzugsweise kann der Vorsprungbereich rechtwinklig von dem Plattenelement abstehen. Wärmerippen können von dem Plattenelement in Rückwärtsrichtung abstehen.
Das LED-Element weist vorzugsweise mindestens einen elektrischen Kontaktbereich an einer Oberseite auf, d.h. einen in Lichtemissionsrichtung gerichteten Bereich. Vorzugsweise können zwei Kontaktflächen an der Oberseite ausgebildet sein, die elektrisch mit den beiden Anschlüssen einer oder mehrerer LEDs an dem LED-Element verbunden sind. Eine elektrische Verbindung mit diesen Kontaktbereichen kann beispielsweise durch Drahtbonden oder Bändchenbonden erfolgen.
Die Verbindung kann gekapselt sein, d.h. vollständig oder teilweise in einem elektrisch nicht leitfähigen Material wie beispielsweise Silikon eingebettet sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Beleuchtungsmodul elektrische Anschlusspads auf, die in einer Ebene mit den elektrischen Kontaktbereichen angeordnet sind. Die elektrischen Anschlusspads können mit dem elektrischen Steckverbinder beispielsweise über die elektrische Verbindung verbunden sein. Die elektrischen Anschlusspads können den elektrischen Kontaktbereichen benachbart angeordnet sein. Die elektrischen Anschlusspads und die elektrischen Verbindungsbereiche können durch beispielsweise Bändchenbonds oder andere Verbindungstechnologien elektrisch verbunden sein. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlusspads und den elektrischen Kontaktbereichen an der Oberseite in derselben Richtung wie der emittierte Lichtstrahl ausgerichtet implementiert sein. Daher ist das LED-Element mit dem elektrischen Steckverbinder über die elektrischen Kontaktbereiche, die elektrischen Anschlusspads und die elektrische Verbindung verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Anordnung von elektrischen Anschlusspads und elektrischen Kontaktbereichen das elektrische Verbinden des LED-Elements mit dem Beleuchtungsmodul erleichtern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Beleuchtungsmodul mindestens einen Ausrichtvorsprung oder eine Ausrichtvertiefung aufweisen. Diesen können verwendet werden, um eine exakte Positionierung des Beleuchtungsmoduls in einem Beleuchtungssystem zu gewährleisten, beispielsweise in Bezug auf eine Reflektoranordnung. Ein oder mehr Ausrichtvorsprünge/-vertiefungen können an dem Körperbereich und/oder an dem Vorsprungbereich vorgesehen sein. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen können ein oder mehr der Ausrichtvorsprünge oder -vertiefungen in einem Gehäuse oder einer Kunststoffummantelung des Kühlkörpers ausgebildet sein.
Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Beleuchtungssystem eine Reflektoranordnung und ein Beleuchtungsmodul auf. Die Reflektoranordnung kann mindestens einen konkaven Reflektor mit einem Reflektorinnenraum aufweisen. Das Beleuchtungsmodul kann austauschbar an der Reflektoranordnung angebracht sein. In der Montageposition des Beleuchtungsmoduls ragt der Vorsprungbereich derart in den Reflektorinnenraum, dass von dem LED-Element des Beleuchtungsmoduls emittiertes Licht von dem Reflektor reflektiert wird. Der Körperbereich des Kühlkörpers des Beleuchtungsmoduls kann außerhalb des Reflektorraums angeordnet sein, so dass Wärme effizient abgeleitet werden kann. Das Beleuchtungssystem kann ein Kraftfahrzeugfrontscheinwerfer sein.
In der montierten Position des Beleuchtungsmoduls in dem Beleuchtungssystem kann mindestens ein/-e Reflektoranordungausrichtvorsprung oder -vertiefung mit mindestens einem/-r Modulausrichtvorsprung oder -vertiefung zusammengreifen, beispielsweise derart, dass ein Modulausrichtvorsprung in einer Reflektoranordnungausrichtvertiefung aufgenommen ist und/oder ein Reflektoranordungausrichtvorsprung in einer Modulausrichtvertiefung aufgenommen ist. Dies gewährleistet eine exakte Positionierung des Beleuchtungsmoduls und insbesondere des LED-Elements in Bezug auf die Reflektoranordnung.
Nach einem Aspekt der Erfindung kann ein Beleuchtungsmodul eines Beleuchtungssystems ersetzt werden. Nach dem Verfahren von Anspruch 15 kann das Beleuchtungsmodul von der Reflektoranordnung getrennt werden und ein neues Beleuchtungsmodul kann an dessen Stelle angeordnet werden. Vorzugsweise ist das neue Beleuchtungsmodul von identischer Form und Konstruktion wie das zu ersetzende Beleuchtungsmodul. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Beleuchtungsmodule Ausrichtvorsprünge oder -vertiefungen aufweisen, und dass die Position des LED-Elements in Bezug auf die Modulausrichtvorsprünge oder -vertiefungen für das alte und das neue Beleuchtungsmodul identisch ist.
Um den Austausch zu vereinfachen, können das Beleuchtungsmodul und/oder die Reflektoranordnung mechanische Montageelemente zum austauschbaren Befestigen des Beleuchtungsmoduls an der Reflektoranordnung aufweisen. Diese können jede Art von Montageeinrichtungen wie beispielsweise Klemmeinrichtungen, eine Bajonettverbindung, eine Schnappverbindung etc. aufweisen. Ferner weist das Verfahren vorzugsweise das elektrische Trennen des Beleuchtungsmoduls vor dem Austausch und dem elektrischen Verbinden des neuen Beleuchtungsmoduls auf, vorzugsweise mittels einer elektrischen Steckverbindung.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele ersichtlich und verdeutlicht.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungsmoduls;
2 zeigt eine Seitenansicht des Beleuchtungsmoduls nach 1;
3 zeigt eine Draufsicht auf das Beleuchtungsmodul nach 1, 2;
4, 5 zeigen eine Vorder- und eine Rückansicht des Beleuchtungsmoduls nach den 1 - 3;
6 zeigt eine Schnittansicht des Beleuchtungsmoduls nach den 1-5, wobei der Schnitt entlang der Linie A..A in 5 erfolgt ist;
7 zeigt eine Schnittansicht des Beleuchtungsmoduls nach den 1-5, wobei der Schnitt entlang der Linie B..B in 5 erfolgt ist;
8 zeigt eine Schnittansicht des Beleuchtungsmoduls nach den 1-7, wobei der Schnitt entlang der Linie C..C in 6 erfolgt ist;
9 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Beleuchtungssystems mit dem Beleuchtungsmodul nach 1-8 in Explosionsdarstellung;
10 zeigt das Beleuchtungssystem nach 9 in einem montierten Zustand;
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ummantelung und eines Steckergehäuses eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Beleuchtungsmoduls;
12, 13 zeigt eine Schnittansicht eines Beleuchtungsmoduls nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 11;
14 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Beleuchtungssystem nach 9, 10 als Frontscheinwerfer;
15a zeigt eine explodierte Draufsicht auf ein Beleuchtungsmodul nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
15b zeigt eine explodierte Rückansicht des Beleuchtungsmoduls nach dem dritten Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ein Ausführungsbeispiel eines LED-Beleuchtungsmoduls 10 ist in den 1-8 dargestellt. Das Beleuchtungsmodul 10 weist einen Kühlkörper 12 bestehend aus einem Körperbereich 14 und einem Vorsprungbereich 16 auf.
Der Körperbereich 14 besteht aus einer rechteckigen Platte 18, von welcher der Vorsprungbereich 16 in eine Vorwärtsrichtung F (in 2 angegeben) ragt, und welche sich in Rückwärtsrichtung erstreckende Wärmerippen 20 aufweist.
Der Kühlkörper 12 besteht aus einem metallischen Kühlkörpermaterial mit guten Wärmeleiteigenschaften, insbesondere aus Aluminium. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind der Körperbereich 14 und der Vorsprungbereich 16 einstückig ausgebildet, obwohl bei alternativen Ausführungsbeispielen die Teile, welche die Wärmerippen 20, die Platte 18 und den Vorsprungbereich 16 bilden, aneinander befestigte separate Teile sein können.
Der Vorsprungbereich 16 ragt von einem Mittelbereich der Platte 18 vor. Die Vorwärtsrichtung F ist senkrecht zu der Vorderfläche der Platte 18. Bei dem dargestellten Beispiel weist der Vorsprungbereich 16 einen rechteckigen Querschnitt auf. Ferner erstreckt sich bei dem bevorzugten Beispiel wie dargestellt die Mittellängsachse X des Vorsprungbereichs 16 parallel zur Vorwärtsrichtung F.
Eine Ausnehmung 22a in Form einer V-förmigen Nut ist in einer Oberseite 24a des Vorsprungbereichs 16 ausgebildet. Eine weitere Ausnehmung 22b ist in der Unterseite 24b des Vorsprungbereichs 16 in gespiegelter Konfiguration ausgebildet.
Eine erste Montagefläche 26a ist an der Oberseite 24a in der Nut 22a vorgesehen, und eine zweite Montagefläche 26b ist an der Unterseite 24b in der Nut 22b vorgesehen. Ein erstes und ein zweites LED-Element 30a, 30b sind an der jeweiligen ersten und zweiten Montagefläche 26a, 26b angebracht.
Wie in 3 dargestellt, weist jedes der LED-Elemente 30a mehrere (in dem dargestellten Beispiel drei) nackte LED-Chips 32 auf, die auf einem flachen rechteckigen keramischen Träger 34 vorgesehen sind.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, sind die Montageflächen unter den Winkeln α₁, α₂ in Bezug auf die Vorwärtsrichtung F und der Längsachse X angeordnet. Bei den dargestellten Beispielen betragen die Winkel α₁, α₂ beide ungefähr 25°.
In 2 bezeichnen die Vektoren d1 und d2 die Normalvektoren der Montageflächen 26a, 26b. Da die LED-Elemente 30a, 30b flach und mit LED-Chips 32 ohne Optik versehen sind, stellen die Vektoren d1, d2 die mittige Lichtemissionsrichtung dar (Mitte der Lambert'schen Lichtemissionscharakteristik) dar.
Wie in 2 dargestellt, ist die Richtung der Vektoren d1, d2 teilweise rückwärts gerichtet, d.h. die Vektoren d1, d2 weisen eine der Vorwärtsrichtung F entgegengesetzte Richtungskomponente auf.
Der Kühlkörper 12 des Beleuchtungsmoduls 10 ist mit einer Kunststoffummantelung 48 versehen. Die Ummantelung 48 ist um den metallenen Kühlkörper geformt. Die Ummantelung 48 weist Fenster oder Ausschnitte auf, die an den Montageflächen 26a, 26b ausgebildet sind, um das unmittelbare Befestigen der LED-Elemente 30a, 30b an der Metallfläche des Kühlkörpers zu ermöglichen.
Das Beleuchtungsmodul 10 weist ferner eine Anzahl von Modulausrichtvorsprüngen auf: eine erste Gruppe von Ausrichtvorsprüngen 28a, 28b ist an dem Körperbereich 14 des Kühlkörpers 12 vorgesehen, eine zweite Gruppe von Ausrichtvorsprüngen 36a, 36b ist an der Ober- und der Unterseite 24a, 24b des Vorsprungbereichs 16 vorgesehen, und eine dritte Art Ausrichtvorsprung 38 ist an einer Seitenfläche des Vorsprungbereichs 16 vorgesehen. Wie nachfolgend erläutert, dienen die Ausrichtvorsprünge 28a, 28b, 36a, 36b, 38 dem Erreichen einer exakten Positionierung des Beleuchtungsmoduls 10, wenn dieses in einem Beleuchtungssystem 60 eingebaut wird. Die Ausrichtvorsprünge 28a, 28b, 36a, 36b, 38 sind als Teil der Kunststoffummantelung 48 ausgebildet.
Das Beleuchtungsmodul 10 weist ferner einen elektrischen Steckverbinder 40 auf (s. 5), der an der Rückseite des Körperbereichs 14 des Kühlkörpers 12 vorgesehen ist, und zwar integriert in einem Ausschnitt 42, der zwischen den Wärmerippe 20 gebildet ist. Der Steckverbinder 40 weist elektrische Kontaktanschluss 44 auf (zwei Paare, wobei jedes Paar mit zwei Polen jedes LED-Elements 30a, 30b verbunden ist), die derart angeordnet sind, dass sie in einen von einem Steckergehäuse 46 umgebenen Raum ragen. Wie in den Schnittdarstellungen der 7, 8 dargestellt, erstrecken sich elektrische Leiter 50 in Form von Leiterplatinenelementen, die in einem Kunststoffmaterial 52 eingebettet sind, durch Öffnungen in der Platte 18 und durch Kanäle innerhalb des Vorsprungbereichs 16 von den Kontaktanschlüssen 44 zu Kontaktpads 54 (3) an den Montageflächen 26a, 26b.
Wie ferner in 3 dargestellt, sind die LED-Elemente 30a, 30b mit den Kontaktpads 54 durch Bändchenbonds 56 elektrisch kontaktiert. Die elektrischen Kontakte sind zum Schutz in Silikon eingegossen.
Das Beleuchtungsmodul 10 kann betrieben werden, indem eine Stromversorgungsstecker mit dem elektrischen Steckverbinder 40 verbunden wird und den LED-Elementen 30a, 30b durch die Leiter 50, die Kontaktpads 54 und die Bändchenbonds 56 elektrische Energie zugeführt wird. Die LED-Elemente 30a, 30b emittieren sodann Licht als Lambert'sche Emitter um die Mittelrichtungen d1, d2.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Steckergehäuse 46 zusammen mit der Ummantelung 48 gebildet sein. 11 zeigt nur die Ummantelung 48 und das Steckergehäuse 46 eines Beleuchtungsmoduls nach dem zweiten Ausführungsbeispiel (die weiteren Elemente des Beleuchtungsmoduls sind in 11 nicht dargestellt). Die Ummantelung 48 bedeckt den Vorsprungbereich 16 unter Belassung von Fenstern 49 für die LED-Elemente 30a, 30b. Ferner sind Ausrichtvorsprünge 28a, 28b, 36a, 36b, 38 vorgesehen. Darüber hinaus bedeckt die Ummantelung 48 den Körperbereich 14 des Kühlkörpers 12 des Beleuchtungsmoduls 10. Die Form des unteren Teils der Ummantelung 48 ist an die Form der Wärmerippen 20 derart angepasst, dass die Wärmerippen 20 von der Ummantelung 48 bedeckt sind, Die Wärmerippen 20 nach diesem Ausführungsbeispiel sind parallel angeordnet und eine dieser Wärmerippen 20 ist in zwei Teile getrennt, so dass ein Hohlraum 42 gebildet ist. In diesem Hohlraum 42 des Kühlkörpers 12 ist das Steckergehäuse 46 angeordnet. Somit ist das Steckergehäuse 46 vollständig in dem Hohlraum 42 enthalten und steht nicht aus dem Kühlkörper 12 vor.
12 und 13 zeigen ein Beleuchtungsmodul 10 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Beleuchtungsmodul 10 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht dem zuvor beschriebenen Beleuchtungsmodul 10 mit Ausnahme der Ummantelung 48 und des Steckergehäuses 46. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Ummantelung 48 und das Steckergehäuse 46 einstückig ausgebildet.
9 und 10 zeigen ein Beleuchtungssystem 60 mit dem zuvor beschriebenen Beleuchtungsmodul 10. Zusätzlich zu dem Beleuchtungsmodul 10 weist das Beleuchtungssystem 60 eine Reflektoranordnung 62 mit einem Reflektor auf, der ein oberes Reflektorteil 64a und ein unteres Reflektorteil 64b und einen Befestigungsbereich 66 mit einer Montageöffnung 68 aufweist, die zu einem Reflektorinnenraum 70 führt, der teilweise von dem oberen und dem unteren Reflektorteil 64a, 64b umgeben ist. Ferner weist das Beleuchtungssystem eine Linse 72 auf, die vor der Reflektoranordnung 62 angeordnet ist.
Wie in 9 dargestellt, kann das Beleuchtungsmodul 10 an der Reflektoranordnung 62 montiert werden, indem das Beleuchtungsmodul 10 an dem Befestigungsbereich 66 derselben angebracht wird, wodurch der Vorsprungbereich 15 durch die Montageöffnung 68 eingesetzt wird, um in den Reflektorinnenraum 70 zu ragen.
10 zeigt das in dem Beleuchtungssystem 60 eingebaute Beleuchtungsmodul 10. Das Beleuchtungsmodul 10 ist in Bezug auf die Reflektoranordnung 62 korrekt positioniert, derart, dass die LED-Module 30a, 30b an einer vorgegebenen, bekannten Position innerhalb des Reflektorraums 70 angeordnet sind. Eine exakte Positionierung wird durch die Positionierungsvorsprünge 28a, 28b, 36a, 36b und 38 erreicht, die in entsprechenden Reflektoranordnungausrichtvertiefungen (in 9, 10 nicht dargestellt) aufgenommen sind.
Ferner ist das Beleuchtungsmodul 10 an der Reflektoranordnung 62 durch Klemmen befestigt (nicht dargestellt).
Somit ist das Beleuchtungsmodul 10 austauschbar an der Reflektoranordnung 62 angebracht. Das Beleuchtungsmodul 10 kann durch Trennen einer (nicht dargestellten) elektrischen Steckverbindung, Lösen der (in 9, 10 nicht dargestellten) mechanischen Klemmverbindung und anschließendes Herausziehen des Beleuchtungsmoduls 10 aus der Reflektoranordnung 62 durch eine nach hinten gerichtete Bewegung entlang der X-Achse ausgetauscht werden. Auf ähnliche Weise kann ein Austausch-Beleuchtungsmodul 10 eingebaut werden, welches das vorherige Beleuchtungsmodul 10 ersetzt.
10 zeigt die Anordnung der LED-Elemente 30a, 30b in dem Reflektorraum 70. Aufgrund der teilweise rückwärts gewandten Ausrichtung der LED-Elemente 30a, 30b sind die Reflektorinnenflächen des oberen und unteren Reflektorteils 64a, 64b gut beleuchtet und reflektieren das emittierte Licht, um einen ersten Strahl 80a und einen zweiten Strahl 80b zu bilden, die durch die Projektionslinse 72 als emittierte Strahlen projiziert werden.
Die LED-Elemente 30a, 30b beleuchten somit getrennte Bereiche 64a, 64b der Reflektoranordnung 62. Die Form der Reflektorteile 64a, 64b können so gewählt sein, dass in Verbindung mit der Projektionslinse 72 gewünschte Lichtverteilungen der resultierenden Strahlen 80a, 80b erreicht werden.
Beispielsweise kann das Beleuchtungssystem 60 einen Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs 82 bilden, wie in 14 schematisch dargestellt. Der erste emittierte Strahl 80a, der aus von dem LED-Element 30a emittierten Licht gebildet ist, kann beispielsweise ein Abblendlichtstrahl sein, während der zweite Strahl 80b, der aus von dem LED-Element 30b emittierten Licht gebildet ist, beispielsweise ein Fernlichtstrahl sein kann. Selbstverständlich sind andere Strahlmuster und Kombinationen derselben möglich.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigen die 15a, 15b zeigen Explosionszeichnungen eines Beleuchtungsmoduls nach dem dritten Ausführungsbeispiel, das dem Beleuchtungsmodul 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Nachfolgend werden nur Unterschiede zwischen dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente.
Das Beleuchtungsmodul nach diesem Ausführungsbeispiel weist einen Körperbereich 14 mit Wärmerippen 20 auf. Innerhalb der Wärmerippen 20 ist ein Ausschnitt 42 gebildet. In dem Ausschnitt 42 befindet sich ein elektrischer Steckverbinder 40, der als ein diskretes Element vorgesehen ist. Der elektrische Steckverbinder 40 weist ein Steckergehäuse 46 mit zwei Paaren von Laschen 64 auf entgegengesetzten Seiten und zwei Paare elektrischer Kontaktanschlüsse 44 auf. Die elektrischen Kontaktanschlüsse 44 sind mit einer inneren elektrischen Verbindung elektrisch verbunden, um LED-Elementen 30a, 30b elektrische Energie zuzuführen. Das Steckergehäuse 46 und der Ausschnitt 42 sind derart geformt, dass das Steckergehäuse 46 in den Ausschnitt 42 passt und von Klemmbefestigungsmitteln 62 gehalten ist, die an den Laschen 64 angreifen.
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, sollte diese Darstellung und diese Beschreibung als illustrativ oder exemplarisch und nicht einschränkend angesehen werden; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt.
Insbesondere sollte die spezifische Form des Beleuchtungsmoduls 10 mit einer rechteckigen Platte 18 und einem Vorsprungbereich 16 mit rechteckigem Querschnitt als exemplarisch angesehen werden; andere Formen sind möglich. Ferner können in alternativen Ausführungsbeispielen die Montageflächen 26a, 26b unter anderen Winkeln α₁, α₂ angeordnet sein. Die Form der Reflektorflächen der Reflektoranordnung 62 kann anders gewählt werden, so wie sie für eine gewünschte Strahlform geeignet ist.
Diese und andere Variationen der offenbarten Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann aus der praktischen Ausführung der beanspruchten Erfindung, aus einer Betrachtung der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verständlich und umsetzbar.
In den Ansprüchen schleißt das Wort „aufweisen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein/eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus.
Die bloße Tatsache, das bestimmte Maßnahmen oder Merkmale in voneinander verschiedenen Unteransprüchen angeführt werden oder in separaten Ausführungsbeispielen offenbart sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen und Merkmale nicht mit Vorteil verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Umfang derselben einschränkend verstanden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202017107740 U1 [0004, 0007]
WO 2016/156463 A1 [0005]
US 2014376232 A1 [0006]
US 2009/0002997 A1 [0008]

Claims

Beleuchtungsmodul mit: - einem Kühlkörper (12) mit einem Körperbereich (14) und einem Vorsprungbereich (16), der von dem Körperbereich (14) in eine Vorwärtsrichtung (F) absteht, - und mindestens einem LED-Element (30a, 30b), das auf einer Montagefläche (26a, 26b) des Vorsprungbereichs (16) angebracht ist, - wobei die Montagefläche (26a, 26b) teilweise rückwärts gerichtet angeordnet ist und einen Winkel von 5-45° zu der Vorwärtsrichtung (F) bildet, - und mindestens einem elektrischen Steckverbinder (40), der an dem Körperbereich (14) vorgesehen ist, - wobei das LED-Element (30a, 30b) elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder (40) verbunden ist, - wobei der elektrische Steckverbinder (40) in einem Hohlraum (42) des Körperbereichs (14) vorgesehen ist, und - wobei das LED-Element (30a, 30b) elektrisch mit dem elektrischen Steckverbinder (40) über mindestens eine elektrische Verbindung (50) durch einen Hohlraum innerhalb des Kühlkörpers (12) verbunden ist, - wobei die elektrische Verbindung (50) durch den Körperbereich (14) und/oder den Vorsprungbereich (16) verläuft.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, bei welchem - ein Steckergehäuse (46) des elektrischen Steckverbinders (40) einstückig mit einer an dem Kühlkörper (12) versehenen Ummantelung (48) ausgebildet ist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - das LED-Element ein erstes LED-Element (30) und die Montagefläche eine erste Montagefläche (26a) ist, - wobei die erste Montagefläche (26a) an einer Oberseite (24a) des Vorsprungbereichs (16) angeordnet ist, - und wobei eine zweite Montagefläche (26b) ist an einer der Oberseite (26a) entgegengesetzten Unterseite (24b) des Vorsprungbereichs (16) angeordnet ist, - wobei ein zweites LED-Element (30b) an der zweiten Montagefläche (26b) angebracht ist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - die Montagefläche (26a, 26b) derart angeordnet ist, dass eine Entfernung zwischen der Montagefläche (26a, 26b) und einer sich in der Vorwärtsrichtung (F) erstreckenden Achse (X) mit zunehmender Entfernung von dem Körperbereich (14) zunimmt.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - der Vorsprungbereich (16) des Kühlkörpers (12) einstückig mit dem Körperbereich (14) ausgebildet ist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - der Körperbereich (14) Wärmerippen (20) aufweist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - eine Ausnehmung (22a, 22b) in dem Vorsprungbereich (16) ausgebildet ist, - wobei die Montagefläche (26a, 26b) zumindest teilweise in der Ausnehmung (22a, 22b) vorgesehen ist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - der Körperbereich (14) ein Plattenelement (18) aufweist, - wobei der Vorsprungbereich (16) von dem Plattenelement (18) absteht.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - das LED-Element (30a, 30b) elektrische Kontaktbereiche an einer Oberseite desselben aufweist.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 9, bei welchem - elektrische Anschlusspads (54) in einer Ebene mit den elektrischen Kontaktbereichen angeordnet sind, - wobei die elektrischen Anschlusspads (54) mit den elektrischen Kontaktbereichen und mit dem elektrischen Steckverbinder (40) elektrisch verbunden ist.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem - mindestens ein/eine Ausrichtvorsprung (28a, 28b, 36a, 36b, 38) oder -vertiefung an dem Körperbereich (14) und/oder dem Vorsprungbereich (16) vorgesehen ist.
Beleuchtungssystem mit - einer Reflektoranordnung (62) mit mindestens einem konkaven Reflektor mit einem Reflektorinnenraum (70), - einem Beleuchtungsmodul (10) nach einem der Ansprüche 1-11, das auswechselbar an der Reflektoranordnung (62) angebracht ist, - wobei das Beleuchtungsmodul (10) derart angeordnet ist, dass der Vorsprungbereich (16) in den Reflektorinnenraum (70) ragt, wobei das LED-Element (30a, 30b) derart angeordnet ist, dass das von diesem emittierte Licht von dem Reflektor reflektiert wird, - wobei der Körperbereich (14) außerhalb des Reflektorraums (70) angeordnet ist.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, bei welchem - der Reflektor mindestens einen/eine Reflektoranordnungausrichtvorsprung oder -vertiefung aufweist, - und das Beleuchtungsmodul (10) mindestens einen/eine Modulausrichtvorsprung (28a, 28b, 36a, 36b, 38) oder -vertiefung aufweist, - wobei der Modulausrichtvorsprung (28a, 28b, 36a, 36b, 38) in der Reflektoranordnungausrichtvertiefung aufgenommen ist und/oder der Reflektorausrichtvorsprung in der Modulausrichtvertiefung aufgenommen ist.