EP2376829B1 - Led-basiertes beleuchtungssystem - Google Patents

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EP2376829B1
EP2376829B1 EP09799576.5A EP09799576A EP2376829B1 EP 2376829 B1 EP2376829 B1 EP 2376829B1 EP 09799576 A EP09799576 A EP 09799576A EP 2376829 B1 EP2376829 B1 EP 2376829B1
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EP
European Patent Office
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heat
conducting element
emitting diode
light emitting
housing
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EP09799576.5A
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EP2376829A1 (de
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Frank Werz
Stefan Stauch
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POLY-LICHT GmbH
Original Assignee
POLY-LICHT GmbH
POLY LICHT GmbH
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Publication date
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    • F21V21/116—Fixing lighting devices to arms or standards
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a lighting fixture for exterior lighting with at least one light emitting diode array and a housing, wherein the light emitting diode array comprises a plurality of light emitting diodes which are surface mounted on a single carrier, the light emitting diodes having a diode element and an associated element with a luminophore, wherein the diode element and the element associated therewith are arranged such that the light generated by the diode element during operation excites the luminophore, the light emitting diode array being disposed in the housing, the housing being terminated and having a substantially transparent portion and having one therein Housing arranged heat conducting element, wherein the carrier of the light emitting diode array is thermally conductively connected to a mounting portion of the heat conducting element.
  • Exterior lighting can be used, for example, for roads, parking lots, parking garages, tunnels and underpasses, mines, parks, gardens, sidewalks, squares and more generally in the area outside of buildings.
  • the generation of white light is possible by the actually colored light of a light emitting diode, which may even have a narrow spectral bandwidth, is converted with a luminophore into other wavelengths.
  • the luminophore is illuminated with either a blue or an ultraviolet light emitting diode and converts the irradiation wavelengths by luminescence into longer wavelengths.
  • a suitable choice of the luminophore produces white light.
  • Suitable materials for the luminophore are, for example, yttrium-aluminum-garnet (YAG) doped with cerium or a novel material containing an alkaline-earth orthosilicate and preferably activated with europium. The latter material is in the EP 1 347 517 described.
  • red, green and blue LEDs can also be used in light-emitting diodes whose interaction produces white light.
  • a light-emitting diode can have different emission characteristics.
  • the chip of a light emitting diode first radiates in all directions in its environment. Typically, reflectors are placed around the chip to focus the light in a preferred direction. The slightly collimated light in this case then falls, if it is a colored light emitting diode, generally on a plastic lens, which defines an opening angle.
  • the opening angle of a light-emitting diode describes the angular range over which the light exits the light-emitting diode. Outside the opening angle, the light emitting diode emits no light. If it is a white light LED, the luminophore can be arranged between the chip and the plastic lens. This performs the conversion of the light color before the light leaves the LED through the lens. Alternatively, the lens can also be omitted, whereby the properties of the luminophore and the nature of its embedding or its geometry determine the radiation characteristic. Basically, the luminophore emits diffuse light.
  • the wall of the depression limits the opening angle and in this way brings about a radiation which is more or less directed, depending on the geometric conditions.
  • the luminophore may be free-standing and elevated in relation to its surroundings, whereby a particularly large opening angle is achieved, since the luminophore can still radiate practically in the plane of the surface into which it is embedded.
  • the Japanese patent application 2003-100111 A discloses a street lamp having a large emission area with a small number of light-emitting diodes.
  • US 2004/0095777 A1 discloses a lighting device having a plurality of high power light emitting diodes disposed on a heat sink and surrounded by a diffuser.
  • the heat sink serves to deliver the heat generated by the LEDs to the expressed environment of the lamp.
  • the US2007 / 0195527 US 5,478,807 discloses an LED lighting source having a housing adapted for connection to an AC power source, a rectifier circuit for converting the AC power to a DC power, a power control circuit disposed in the housing and electrically connected to the AC power source, a series of electrical connections between a control node of the Power control circuit and the DC power source connected light emitting diodes, wherein the LEDs of the series are connected in series and have a number which is chosen so that they cause a voltage difference across the power control circuit, which is sufficient to operate active components of the power control circuit, if of the DC power source and the power control circuit are operated to limit a forward current through the row to a nominal forward current of a single light emitting diode.
  • Object of the present invention is compared to this prior art to provide a lighting fixture for outdoor lighting, which is a very compact light-emitting Has element so that a lamp equipped with it can be made very compact and yet has a high light output.
  • this object is achieved with a luminaire for outdoor lighting with at least one light-emitting diode array and a housing, wherein the light-emitting diode array has a plurality of light-emitting diodes which are surface-mounted on a single support, wherein the light-emitting diodes comprise a diode element and an element associated therewith with a luminophore, wherein the diode element and the element associated therewith are arranged such that the light generated by the diode element during operation excites the luminophore, wherein the light emitting diode array is disposed in the housing, wherein the housing is closed and has a substantially transparent portion, and with a arranged in the housing heat conducting element, wherein the heat conducting element has a fixing portion and at least one cooling section arranged in the housing, wherein the carrier of the light emitting diode array thermally conductively connected to the mounting portion of the heat conduction element is connected, and wherein the cooling section has at least one surface-en
  • SMD LEDs have the great advantage that the chip can be arranged near the bottom inside the housing of the SMD LED, which allows a good heat transfer from the chip through the housing into the surface of the carrier plate. Due to the small external dimensions and the improved heat dissipation a much higher integration density of the SMD LEDs is possible.
  • the carrier itself may be made of aluminum, or other highly conductive metals, such as copper; However, there are also known versions with a plastic board.
  • a thermally even better version of the surface mount is the chip-on-board technology. In this case, the chips of the LEDs are not first applied in a housing, but directly on the surface of the carrier. The thermal resistance through the housing bottom is eliminated. The possible integration density is even higher due to the space savings and better heat dissipation.
  • a lighting fixture according to the invention with surface-mounted light-emitting diodes has the advantage that it can be made compact by the compact light-emitting diode array itself. Due to these small dimensions, it is possible to use a lighting fixture according to the invention to replace lighting fixtures in existing outdoor lighting.
  • a grid in the light emitting diode field is less than 5.6 mm. This ensures that a high luminance of the LED array is achieved. This in turn requires small dimensions.
  • the emission characteristic of the light emitting diodes is substantially influenced by the luminophore.
  • a radiation of white light with a large opening angle is possible in a simple manner.
  • the carrier of the light emitting diode array is thermally conductively connected to a mounting portion of the heat conducting element.
  • the heat-conducting element consists of several sections. The first section serves to absorb the heat from the carrier of the LED array and forward it to the other sections. At least one of the further sections is thermally conductive with other elements for heat dissipation or directly with a heat sink in combination. These Heat sink absorbs the heat generated by the light emitting diode array so that the light emitting diode array itself does not overheat.
  • the elements of the lighting fixture arranged inside the housing can withstand external influences such as rain or dust. Electrical and electronic components are protected from moisture even when exposed.
  • the transparent section lets the light escape from the housing.
  • the disadvantage of such a closed housing is that the heat generated can not be readily dissipated into the environment.
  • the heat-conducting element has at least one cooling section arranged in the housing.
  • This cooling section of the heat-conducting element conducts the heat, which is introduced into the heat-conducting element in the fastening section, further in the direction of a heat sink, as a result of which the section has a cooling effect on the light-emitting diode array.
  • This portion of the heat conducting element is disposed within the housing to dissipate the heat from the mounting portion, which is also located within the housing.
  • the cooling section can advantageously have at least one surface-enlarging element, in particular at least one cooling rib and / or at least one cooling bore, and release heat to the air in the interior of the housing, and / or at least one recess for improving the heat conduction in the longitudinal direction of the heat-conducting element, in particular at least one Heat transfer hole in the longitudinal direction of the heat conducting element included.
  • a cooling section can transmit the heat emitted by the light emitting diode array (s) to the air located within the lighting fixture.
  • This in turn is in communication with the inner surfaces of the housing, which advantageously has a low conductivity to the outside and, for example, advantageously consists of aluminum.
  • the air in the interior of the lighting fixture can transmit the heat generated by the light-emitting diode fields via convection to the insides of the housing. Cooling fins or cooling holes on the heat-conducting element increase the contact area and thus the thermal transition between the heat-conducting element and the air. This transfers the heat more effectively to the air within the lighting fixture.
  • the housing which surrounds the light emitting diode arrays and the heat conducting element, the inner surface, which absorbs the heat from the air again, is significantly larger, so that in one embodiment can be dispensed with measures to increase the thermally effective surface.
  • a fan is arranged in the housing, the heat transfer by forcibly circulating the Air improves.
  • the surface-enlarging element may be formed integrally with the heat-conducting element or be a separate element attached thereto.
  • the cooling section can also achieve a cooling effect by heat conduction to one or more heat sinks outside the lighting fixture.
  • the cooling section can consist of thermally highly conductive material.
  • the heat transfer can be improved by one or more internal recesses, which extend substantially in the transport direction of the heat to be dissipated by the heat conducting element, in particular bores or cylindrical recesses, in which the heat is transported faster by a medium flowing through.
  • the medium may be a gas, for example air, or a liquid, for example water with an antifreeze, or alcohol or other liquid, e.g.
  • the bores can be connected at their ends for the overflow of medium from one bore to another bore, so as to provide a circuit in which the cooling medium can circulate and so by passive, or by forced with a pump or a fan Convection to dissipate heat.
  • An amount of water can also be used to increase the heat capacity of the heat conducting element with little weight gain, since water has a low specific gravity and a very high heat capacity.
  • the usability of the heat capacity is described below.
  • the recess for improving the heat transport can also use the principle of a heat pipe (heat pipe).
  • a liquid medium evaporates or evaporates at a point to be cooled within the recess, which is advantageous for the present invention in or near the attachment portion, and is reflected in a cooler place down. This is generally in the direction of the heat sink, which ultimately absorbs the heat, whereby the heat transfer can be significantly improved.
  • the return transport of the medium to the point to be cooled takes place by capillary force along wick elements or on the surface of the wall of the recess, which is advantageously structured in the transport direction, and / or by gravity.
  • the recess is advantageously sealed tight to hold the media therein.
  • a prefabricated, sealed heat pipe can be introduced into a recess for improving the heat transport. This is advantageous at least at the point to be cooled with good thermal transfer to the wall of the recess.
  • the heat-conducting element has two cooling sections, which are arranged such that the fastening section extends between the cooling sections.
  • the cooling sections By arranging the cooling sections around the attachment section, the heat is better dissipated since it can propagate in two directions toward a heat sink.
  • this arrangement makes it possible to fix the light-emitting diode array centered on the heat-conducting element, whereby it can also be arranged in the center of a lamp. This in turn means more freedom in the design of elements for influencing the illumination around the light-emitting diode array.
  • the heat-conducting element is advantageously designed in several pieces, wherein preferably the attachment portion and a cooling portion form separate parts.
  • the use of a multi-part heat conducting element affords the possibility of separating the light emitting diode array together with the first part on which the fixing section is arranged from a further part of the heat conducting element, on which the cooling section is arranged, in the case of a defective or used light emitting diode field.
  • the advantage is that the junction between the light emitting diode array and the portion with the mounting portion need not be disconnected while installed in the lamp. This may be due to circumstances when changing, e.g. Working at great heights on a slightly unstable aerial work platform, possibly even in cold weather, and a difficult operation due to the small size of the light emitting diode panel fasteners, such as small screws or clamps.
  • This operation may be performed after removal of the first part with the mounting portion and the light-emitting diode array under suitable conditions, e.g. in the factory.
  • the part of the heat-conducting element with the light-emitting diode array can be fastened to a further part of the heat-conducting element or other elements of a lamp by fastening means which are easy to detach even under difficult conditions.
  • a lamp base or a lamp cover which dissipates heat by solid conduction from the housing, for example into a mast or to the ambient air, can also be a part with a cooling section of the heat-conducting element due to its cooling function.
  • the attachment portion portion may additionally include cooling portions located on the portion.
  • the cross section of the fastening section is a polygon, preferably a quadrangle or a triangle and particularly preferably an equilateral triangle, wherein at least one light-emitting diode array is thermally conductively connected to one, several or each of the side faces of the fastening section.
  • Such a design of the mounting portion of the heat conducting element offers several advantages.
  • the execution of the cross section over the portion to which at least one light emitting diode array is attached, as a polygon allows that flat surfaces are present, where the Carrier of the LED array can rest flat. This ensures a good heat transfer between the carrier in the first part of the heat conducting element.
  • Another advantage is that the lighting fixture can be adapted to the lighting situation by the design as a regular or irregular polygon. If, for example, the opening angle of the light-emitting diode array is 120 °, all-round lighting with a mushroom lamp on a mast with an equilateral triangle can be achieved.
  • an isosceles or irregular triangle can be used as a cross section for the first part of the heat conduction element, with one or more light emitting diode arrays being applied to two of the three sides.
  • an arc lamp it may be advantageous to illuminate the edge regions of the illumination which are farther from the lamp, in order to achieve a generally wider illumination with a lamp.
  • targeted stronger illumination of several angular directions and quadrangles or pentagons can be used and by setting the angle in the respective polygons the emission characteristics are determined.
  • the cross-section of the attachment portion is a pentagon, with only three of the side surfaces of the attachment portion being connected to light-emitting diode arrays.
  • a pentagon in particular as an irregular pentagon, in which three surfaces are perpendicular to each other and the two other surfaces are at an acute angle to each other and at an obtuse angle to the first three surfaces.
  • the obtuse angles are advantageously the same size.
  • On the middle of the three mutually perpendicular surfaces and the two surfaces at an acute angle to each other is advantageously arranged in each case a light-emitting diode array.
  • the pentagon is arranged in the lamp so that the two light emitting diode arrays, which are arranged on the pointed surfaces, illuminate the street, and the third of the light emitting diode fields illuminated the walkway and possibly existing buildings. It is also possible to use cross-sections with polygons of even higher order than five in order to make the illumination even more targeted.
  • the polygonal design of the first part of the heat-conducting element therefore makes it possible in a simple manner to adapt the emission characteristic of a lighting fixture to the place of use.
  • the polygonal cross-section of the first part of the heat-conducting element may be constant at least over the length or the width of a light-emitting diode array.
  • the surfaces on which the light-emitting diode arrays are arranged may be inclined to the longitudinal axis of the heat-conducting element, that is, for example, the surfaces of the mounting portion may be a truncated tetrahedron or form a truncated pyramid or corresponding bodies with pentagonal or irregular polygonal cross-section.
  • the thermally conductive connection between the first part of the heat conducting element and the light emitting diode array is preferably realized by pressing the carrier to the first guide element and advantageously improved by the introduction of thermal paste in the connection point.
  • the first part of the heat-conducting element of the lighting fixture for outdoor lighting has a continuous hole in the longitudinal direction.
  • Such a through hole offers the possibility of attaching the first part of the heat-conducting element by plugging on this hole to a counterpart. If the hole is located substantially in the center of the profile, heat flow from the LED panels to the heat sink (s) is only marginally impeded, provided that they are located at one or both ends in the longitudinal direction of the first part of the heat conducting element.
  • the lighting fixture for outdoor lighting it has a lamp base, wherein, starting from the lamp base, a rod-shaped holding element for receiving the heat-conducting element extends.
  • the heat-conducting element can be plugged onto the rod-shaped retaining element.
  • a connection has the advantage that the heat-conducting element with the light-emitting diode array can be easily separated from the lamp base, in particular if it is a mushroom lamp or a post-top luminaire.
  • the lid can be removed, the optional existing attachment of the heat conduction on the rod or the lamp base or on a further element of the lamp can be solved and the first portion of the heat conducting element with the light emitting diode arrays are removed from the lamp.
  • the lamp base is designed so that the axial end surface of the first part of the heat-conducting element abuts against a counter surface on the lamp base and is pressed against this.
  • the cover or a further part of the heat-conducting element can be pressed against the opposite end of the first part of the heat-conducting element on the axial surface.
  • the axial surfaces and the peripheral surfaces or the inner surface of the bore can be used as contact surfaces for a good heat transfer.
  • the corresponding thermally connected counter-elements are advantageously formed in a corresponding area as a geometrically matching counterpart to the corresponding contact surface.
  • thermal compound is introduced into the joints.
  • the heat-conducting element can also be attached to the ends of a Clamping pin are pressed, which is arranged in a bore across the lamp base and overhangs.
  • the first part of the heat-conducting element may also have one or more holes in the transverse direction. They can serve for fastening the first part of the heat-conducting element to a lamp base or to other parts of the lamp.
  • the arrangement in the transverse direction has the advantage that with bulbs that are to be opened at the periphery, such as arc lamps, which are attached to a curved mast, a simpler replacement of the first part of the heat conducting is possible.
  • the lamp base can be part of the heat-conducting element, which has a cooling section.
  • the rod-shaped holding element has a threaded portion at its end remote from the lamp base.
  • a nut for fastening and pressing the heat-conducting element are screwed to the lamp base.
  • the lamp base engages through the housing and has on the outside a receptacle for a mast.
  • the lamp base and / or the heat-conducting element consists essentially of metal, preferably of aluminum.
  • the first part of the heat-conducting element or the lamp base is ensured.
  • Aluminum can be used for a particularly good cost / benefit ratio since the thermal conductivity is comparatively high compared to the price per volume.
  • the dimensions of the first part of the heat conducting element or the lamp base can be smaller compared to other metals, since the thermal conductivity is higher.
  • Another embodiment of the lighting fixture for external lighting is designed so that the heat-conducting element is thermally conductively connected to an element outside the housing, preferably with a lampshade or a mast, which in turn is thermally connected to a heat sink outside the housing or even represents such is.
  • the elements or components mentioned serve to couple the heat flow from the light-emitting diode array to a heat sink.
  • Heat sinks may be, for example, the ambient air, a large part of the building or the ground.
  • the LED array is thermally connected to one or more heat sinks.
  • the connection of said elements to the ambient air can be improved by increasing the surface area.
  • cooling fins may be arranged on the respective elements, which advantageously extend vertically, in order to allow a better passing of the air through thermal convection.
  • the mast or other fastening means which connect the lamp with the heat sink be performed thermally well conductive.
  • they can, for example, consist essentially of aluminum.
  • a good thermal connection is achieved, for example, by bringing a heat sink, which consists of solid material, as large as possible in direct contact with the heat-conducting element. For example, a surface of the heat-conducting element can be pressed against a surface of the heat sink.
  • a thermal paste can be introduced into the connection point. If the heat sink is gaseous, for example the ambient air, then a thermally well-conductive coupling can be realized, for example, by cooling fins, which communicate with the ambient air over an enlarged area.
  • the large outer surfaces of a mast or a lid in itself can already represent a good coupling. The mast can thus emit heat both into the ground and to the ambient air.
  • a thermal transition to a heat sink enables only this mode of operation by absorbing the heat received from the heat sink Heat capacity during the period in which no operation takes place, can flow to the heat sink. If the thermal capacity of the heat conducting element is small compared to the amount of heat dissipated per cycle of operation, the thermal transition to the heat sink ensures that the heat generated by the diode array can be dissipated to the heat sink without significant buffering so that the light emitting diode array does not overheat , An operating cycle is typically a duty cycle during one night.
  • the heat capacity of the heat-conducting element is chosen such that it can absorb the heat emitted by the light-emitting diode field of an operating cycle minus the effluent during the operating cycle heat, the temperature of the LED array does not exceed the permissible temperature during operation.
  • the heat capacity of an element can be calculated from the specific heat capacity, which is material dependent, multiplied by the volume of the element.
  • the heat that absorbs such a heat capacity is determined by the heat capacity multiplied by the temperature difference that undergoes the heat capacity.
  • the heat that emits the light-emitting diode array during an operating cycle can be calculated by a person skilled in the art by multiplying the power loss of the light-emitting diode array by the operating time.
  • the heat-conducting element can be realized from a material having a suitable specific heat capacity in conjunction with a suitably large volume.
  • the lighting fixture illuminates a reflector element.
  • a reflector element can influence the emission characteristic of a luminaire. It is advantageously positioned and shaped in such a way that the desired emission characteristic is produced, for example it reflects light emitted upwards downwards in the direction of a road.
  • the desired emission characteristic can be designed, for example, annular and be arranged above one or more light-emitting diode arrays.
  • the heat dissipation of the light emitting diode array is thermally dimensioned so conductive that the heat flow from the LED array generates a maximum of a temperature difference between one or more heat sinks and the LED array, through which the LED array does not exceed a maximum allowable temperature.
  • the thermal resistance of an element is calculated from the thermal conductivity of the material making up the element multiplied by the cross section of the element divided by the length of the element. If these quantities are not constant, it can be integrated to calculate the thermal resistance. Alternatively, for a high accuracy calculation, a finite element simulation of the thermal relationships be carried out to determine the thermal resistance of the element.
  • the cross section of the heat conducting element can be increased transversely to the direction of the heat flow, the length can be reduced in the direction of the heat flow, or a thermally more conductive material can be used.
  • the heat sink represents the environment. This has the property that its temperature does not increase significantly, although heat from the LED array flows into it via the heat conducting element.
  • a temperature difference can be defined, which can flow the heat from the LED array through the heat-conducting.
  • the temperature of the heat sink is defined as the maximum temperature that occurs during permissible operation, for example the temperature which the heat sink has on a warm summer night.
  • the permissible temperature of the LED field is determined by the thermal capacity of the diodes.
  • the permissible temperature is determined by the manufacturer of the light-emitting diodes or the light-emitting diode array used and can be, for example, 70 ° C.
  • the individual thermal resistances of the parts of the heat-conducting element from the light-emitting diode array to the heat sink are advantageously designed so that the heat dissipation via the respective thermal resistances produce maximum temperature differences between the light-emitting diode array and the respective heat sinks, which lead to the permissible temperature at the LED field is not exceeded.
  • a thermal resistance has to be designed accordingly, but the fulfillment of the criterion that the permissible temperature at the light-emitting diode array is not exceeded can be achieved by designing several or all of the thermal resistances.
  • An integrated design thus takes into account both effects.
  • the heat capacity of the heat-conducting element can therefore be chosen smaller at the same temperature conditions corresponding to the amount of heat that is emitted from the heat-conducting element by heat dissipation to a heat sink.
  • the thermal resistances and the heat capacity can be adjusted to one another in such a way that the permissible temperature of the light-emitting diode array is not exceeded.
  • the lighting fixture for external lighting comprises a plurality of light-emitting diode arrays, preferably three light-emitting diode arrays.
  • light-emitting diode arrays which typically have an opening angle of 120 °, all-round illumination can be achieved with just three light-emitting diode arrays.
  • the light-emitting diode arrays are advantageously arranged in this case at an angle of 60 ° to each other.
  • the housing for a lighting fixture for outdoor lighting dustproof and waterproof and preferably after at least IP 54 dust and waterproof.
  • the degree of protection IP 54 means protection against splashes of water on all sides and protection against dust deposits. Such protection can be achieved by a design of the housing with seals or sealant at the points where touch parts of the housing. Alternatively, the tightness can be achieved without seals by a high manufacturing quality and good fits.
  • the light emitting diode array and the first part of the heat conducting element are advantageously made so compact that existing other types of light sources, such as the filament of sodium vapor lamps or mercury vapor lamps, can be replaced by them.
  • the dimensions of the first part of the heat-conducting element with the light-emitting diode field do not exceed the corresponding dimensions of the luminous body to be replaced.
  • the lamp base of a lighting fixture according to the invention is designed so that an existing base or lamp base for a luminous element can be exchanged for a lamp base according to the invention.
  • the fastening points of the lamp base are designed so that for fastening the fastening means can be used, which are also used to attach the socket to be replaced. It can also be used only parts of the fastening means, for example, only holes through the lamp housing or other parts of the lamp.
  • FIG. 12 shows a cross section of a prior art mushroom lamp 100.
  • the mushroom lamp 100 consists of a lamp base 101, a luminous means carrier 102 which carries a lighting means 103, for example a light bulb, a neon tube or a mercury or sodium vapor lamp, a cover 104, a screen 105 which surrounds the illuminant carrier 102 and a transformer 106, which is arranged in the illuminant carrier 102.
  • the cover 104 is connected to a connecting piece 107 with the illuminant carrier.
  • the screen 105 is transparent so that the illuminant can illuminate the surroundings of the mushroom lamp all around.
  • the illuminant carrier 102 is inserted into the lamp base 101 and secured with a stud screw 108.
  • the lamp base 101 also carries the screen 105.
  • FIG. 2 shows a cross section through a mushroom lamp 200 according to the invention, which is modified with a heat conducting element 202 and a light-emitting diode array 203 according to the invention.
  • the lamp base 201 of the embodiment of the present invention is identical to the prior art lamp base 201, as well as the lampshade 205 and the lid 204.
  • the heat conducting element 202 is arranged according to the invention.
  • the heat-conducting element 202 consists of a lower section 221, which is designed as a heat sink, a middle section 220, which carries three light-emitting diode arrays 203 as the fastening section, and an upper section 222, which is likewise designed as a heat sink.
  • the heat conducting element 202 extends a bore 312 in the longitudinal direction, through which a tube 211 is inserted.
  • the tube 211 is fixed in the lamp base 201 with a stud 208.
  • Thedaleleitelement 202 is pulled by a thread at the end of the tube 211, which faces the cover 204, and a nut 210 against a dowel pin 209 which is inserted through a bore which extends transversely through a directed to the heat conduction member, and projects from it ,
  • the heat-conducting element is safely connected to the tube 211 in this way.
  • the tube 211 protrudes into a receptacle 207 on the inside of the lid 204 and thus ensures the alignment of the heat-conducting element 202 in the mushroom lamp 200.
  • the heat conduction member 202 can be easily removed from the mushroom lamp by removing the lid, unscrewed the nut 210 and the heat conducting element is withdrawn from the tube 211 upwards.
  • the installation can be done in the same simple way in reverse order.
  • the light-emitting diode array 203 is screwed onto the middle section 220 of the heat-conducting element 202.
  • a transformer 206 is arranged, which supplies the light-emitting diode arrays with electrical energy from the customary low-voltage network.
  • FIG. 3A shows a substantially square cross section through the upper portion 322 of the hallwayleitelements 202. In the middle of the cross section, the through hole 312 is arranged. On all four sides of the upper portion 322 of the cherriesleitelements cooling fins 313 are arranged.
  • FIG. 3B shows a cross section of the cherriesleitelements 202 in its central portion 220, 320.
  • the saucotelement 202 has a pentagonal cross-section. It is an irregular pentagon, in which three of the adjacent sides 314, 315 and 316 are connected by right angles and the two other sides 317 and 318 are at an acute angle to each other and each with an obtuse angle> 90 ° to the Pages 315 and 316 are connected. Pages 315 and 316 have equal lengths.
  • the sides 314, 317 and 318 each carry a light emitting diode array 303. Inside the cross section, the through hole 312 is arranged approximately at the centroid.
  • the formation of the cross section as an irregular pentagon with the said occupancy of the sides with light-emitting diode arrays has the advantage that the emission characteristic of the lamp is favorably influenced for outdoor lighting.
  • the two light-emitting diode arrays on pages 317 and 318 serve to illuminate a street, the angles being chosen so that the main direction of emission from the individual light-emitting diodes is oblique towards the street and further illuminates it in comparison to all-round omnidirectional illumination.
  • the LED field on page 314 illuminates the walkway and buildings behind. When replacing the cherriesleitelements therefore the installation of a replacement part must be done with the same angular orientation. To facilitate this, a device may be provided which allows the correct installation only in the correct angular orientation.
  • FIG. 3C is a cross section of the heat conducting element in its lower portion 321 shown.
  • the through hole 312 is arranged.
  • Three of the sides of the substantially rectangular cross section are formed as cooling fins 319.
  • a transformer 306 is fixed to the lower portion 321 of the heat conducting member 302.
  • FIG. 4A shows a substantially square cross section through the upper portion 422 of the primaleitelements 202. In the middle of the cross section, the through hole 412 is arranged. On all four sides of the upper portion 422 of the primaleitelements cooling fins 413 are arranged.
  • FIG. 4B shows a cross section of the crableitelements 202 in its central portion 220, 420.
  • the crableitelement 202 has a triangular cross-section. This is an equilateral triangle, with the three sides 414, 417 and 418 connected by equal angles of 60 ° each. The sides have the same lengths and each carry a light emitting diode array 403.
  • the through hole 412 is arranged approximately in the centroid.
  • the formation of the cross section as an equilateral triangle with the above-mentioned occupancy of the sides with light-emitting diode arrays has the advantage that the emission characteristics of the luminaire despite the use of only three light-emitting diode fields complete coverage when the LED array has an opening angle of at least 120 °. This allows a uniform ring-around lighting can be realized.
  • FIG. 4C a cross section of the heat conducting element is shown in its lower portion 421.
  • the through hole 412 is arranged in the middle of the cross section.
  • Three of the sides of the substantially rectangular cross section are formed as cooling fins 419.
  • a transformer 406 is fixed to the lower portion 421 of the heat conduction member 202.

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld und einem Gehäuse, wobei das Leuchtdiodenfeld eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweist, die auf einem einzelnen Träger oberflächenmontiert sind, wobei die Leuchtdioden ein Diodenelement und ein diesem zugeordnetes Element mit einem Luminophor aufweisen, wobei das Diodenelement und das diesem zugeordnete Element so angeordnet sind, dass das im Betrieb von dem Diodenelement erzeugte Licht das Luminophor anregt, wobei das Leuchtdiodenfeld in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse abgeschlossen ist und einen im Wesentlichen transparenten Abschnitt aufweist und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Wärmeleitelement, wobei der Träger des Leuchtdiodenfeldes thermisch leitend mit einem Befestigungsabschnitt des Wärmeleitelements verbunden ist. Eine Außenbeleuchtung kann zum Beispiel für Straßen, Parkplät-ze, Parkhäuser, Tunnels und Unterführungen, Bergwerken, Parks, Gärten, Gehwege, Plätze sowie ganz allgemein im Bereich außerhalb von Gebäuden eingesetzt werden.
  • In der Außenbeleuchtung werden heute vorwiegend Natriumdampflampen, Quecksilberdampflampen und sogenannte Energiesparlampen eingesetzt. Die Vielzahl der Beleuchtungskörper verursacht einen erheblichen Energieverbrauch. Es ist daher wünschenswert, effizientere Beleuchtungstechniken einzusetzen. Dazu zählt unter anderem die Leuchtdiodentechnik, die eine gute Effizienz aufweist und deren Licht vergleichsweise leicht ausgerichtet werden kann, so dass die eingesetzte Energie optimal genutzt werden kann. Darüber hinaus sind Leuchtdioden dimmbar, was durch Anpassung der Helligkeit weitere Einsparungen ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Ein- und Ausschaltbarkeit ohne Aufwärmzeiten. Weiter ist vorteilhaft, dass die Farbe des Lichtes durch Verwendung verschiedener Dioden leicht gewählt werden kann. Auch die Erzeugung weißen Lichts ist möglich, indem das eigentlich farbige Licht einer Leuchtdiode, das sogar eine schmale spektrale Bandbreite aufweisen kann, mit einem Luminophor in andere Wellenlängen umgewandelt wird. Der Luminophor wird dabei entweder mit einer blauen oder einer ultravioletten Leuchtdiode angeleuchtet und wandelt die Bestrahlungswellenlängen durch Lumineszenz in längere Wellenlängen um. Bei geeigneter Wahl des Luminophors entsteht weißes Licht. Geeignete Materialien für den Luminophor sind zum Beispiel Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), der mit Cer dotiert ist oder ein neuartiges Material, das ein Erdalkali-Orthosilikat enthält und vorzugsweise mit Europium aktiviert ist. Das letztgenannte Material ist in der EP 1 347 517 beschrieben. Alternativ können auch rote, grüne und blaue LEDs in Leuchtdioden eingesetzt werden, deren Zusammenwirken weißes Licht ergibt.
  • Eine Leuchtdiode kann unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken haben. Der Chip einer Leuchtdiode strahlt zunächst in alle Richtungen in seiner Umgebung. Üblicherweise werden Reflektoren um den Chip angeordnet, um das Licht in eine Vorzugsrichtung zu bündeln. Das auf diese Weise etwas kollimierte Licht fällt dann, wenn es sich um eine farbige Leuchtdiode handelt, im Allgemeinen auf eine Kunststofflinse, die einen Öffnungswinkel festlegt.
  • Der Öffnungswinkel einer Leuchtdiode beschreibt den Winkelbereich, über den das Licht aus der Leuchtdiode austritt. Außerhalb des Öffnungswinkels emittiert die Leuchtdiode kein Licht. Handelt es sich um eine Weißlicht-Leuchtdiode, so kann zwischen dem Chip und der Kunststofflinse der Luminophor angeordnet sein. Dieser führt die Konvertierung der Lichtfarbe durch, bevor das Licht die Leuchtdiode durch die Linse verlässt. Alternativ kann die Linse auch weggelassen werden, wodurch die Eigenschaften des Luminophors und die Art seiner Einbettung bzw. seine Geometrie die Abstrahlungscharakteristik festlegen. Grundsätzlich strahlt der Luminophor diffus ab. Ist der Luminophor beispielsweise versenkt angeordnet, so begrenzt die Wand der Vertiefung den Öffnungswinkel und bewirkt auf diese Weise eine Abstrahlung, die je nach den geometrischen Verhältnissen mehr oder weniger stark gerichtet ist. Alternativ kann der Luminophor freistehend und erhöht gegenüber seiner Umgebung ausgeführt sein, wodurch ein besonders großer Öffnungswinkel erreicht wird, da der Luminophor praktisch in der Ebene der Fläche, in die er eingebettet ist, noch abstrahlen kann.
  • Nach dem Stand der Technik sind Außenleuchten bekannt, in denen Leuchtdioden zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich um Diodentypen mit vorgesetzter Kunststofflinsenoptik. Die verwendeten Leuchtdioden sind dabei als Leuchtdioden für die Durchsteckmontage ausgeführt. Die Dioden für die Durchsteckmontage haben im Allgemeinen zwei metallische Anschlussdrähte, die durch eine Trägerplatte hindurchgesteckt werden und auf der Rückseite der Trägerplatte verlötet werden können. Es sind diverse Ausführungen bekannt, zum Beispiel Pilzleuchten, Mastaufsatzleuchten, Bogenleuchten, Peitschenleuchten oder Seilhängeleuchten.
  • Die japanische Offenlegungsschrift 2003-100111 A offenbart eine Straßenlampe, die eine große Emissionsfläche mit einer geringen Anzahl von Leuchtdioden aufweist.
  • US 2004/0095777 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Hochleistungsleuchtdioden, die auf einer Wärmesenke angeordnet sind und die von einem Diffusor umgeben sind. Die Wärmesenke dient dazu, die von den Leuchtdioden erzeugte Wärme an die äußerte Umgebung der Leuchte abzugeben.
  • Die US2007/0195527 offenbart eine LED-Beleuchtungsquelle mit einem für einen Anschluss an eine Wechselstromquelle angepassten Gehäuse, einem Gleichrichterschaltkreis zum Wandeln des Wechselstroms in einen Gleichstrom, einem Leistungssteuerschaltkreis, der in dem Gehäuse angeordnet und elektrisch mit der Wechselstromquelle verbunden ist, einer Reihe von elektrisch zwischen einem Steuerknoten des Leistungssteuerschaltkreises und der Gleichstromquelle verbundenen Leuchtdioden, wobei die Leuchtdioden der Reihe in Serie geschaltet sind und eine Anzahl aufweisen, die so gewählt ist, dass sie eine Spannungsdifferenz über den Leistungssteuerschaltkreis bewirken, welche ausreichend ist, um aktive Komponenten des Leistungssteuerschaltkreises zu betreiben, wenn diese von der Gleichstromquelle und dem Leistungssteuerschaltkreis betrieben werden zum Begrenzen eines Vorwärtsstroms durch die Reihe auf einen nominellen Vorwärtsstrom einer einzelnen Leuchtdiode.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es gegenüber diesem Stand der Technik, einen Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung bereitzustellen, der ein sehr kompaktes lichtemittierendes Element aufweist, sodass eine damit bestückte Lampe sehr kompakt ausgeführt sein kann und dennoch eine hohe Lichtleistung aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld und einem Gehäuse, wobei das Leuchtdiodenfeld eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweist, die auf einem einzelnen Träger oberflächenmontiert sind, wobei die Leuchtdioden ein Diodenelement und ein diesem zugeordnetes Element mit einem Luminophor aufweisen, wobei das Diodenelement und das diesem zugeordnete Element so angeordnet sind, dass das im Betrieb von dem Diodenelement erzeugte Licht den Luminophor anregt, wobei das Leuchtdiodenfeld in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse abgeschlossen ist und einen im Wesentlichen transparenten Abschnitt aufweist, und mit einem in dem Gehäuse angeordneten Wärmeleitelement, wobei das Wärmeleitelement einen Befestigungsabschnitt und mindestens einen in dem Gehäuse angeordneten Kühlabschnitt aufweist, wobei der Träger des Leuchtdiodenfeldes thermisch leitend mit dem Befestigungsabschnitt des Wärmeleitelements verbunden ist, und wobei der Kühlabschnitt mindestens ein oberflächenvergrößerndes Element zur Abgabe von Wärme an die Luft im Inneren des Gehäuses aufweist, gelöst.
  • Oberflächenmontierte Leuchtdioden in sogenannten SMD-Gehäusen werden direkt auf die Oberfläche eines Trägers aufgelötet. SMD-Leuchtdioden haben den großen Vorteil, dass der Chip nahe der Unterseite im Inneren des Gehäuses der SMD-Leuchtdiode angeordnet werden kann, was einen guten Wärmeübergang von dem Chip durch das Gehäuse in die Oberfläche der Trägerplatte ermöglicht. Durch die kleinen Außenabmessungen und die verbesserte Wärmeableitung ist eine wesentlich höhere Integrationsdichte der SMD-Leuchtdioden möglich. Der Träger selbst kann aus Aluminium bestehen, oder anderen gut leitfähigen Metallen, wie zum Beispiel Kupfer; es sind jedoch auch Ausführungen mit einer Kunststoffplatine bekannt. Eine thermisch noch bessere Version der Oberflächenmontage ist die Chip-On-Board-Technologie. Dabei werden die Chips der Leuchtdioden nicht erst in ein Gehäuse, sondern direkt auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht. Der thermische Widerstand durch den Gehäuseboden entfällt damit. Die mögliche Integrationsdichte ist durch die Platzersparnis und bei bessere Wärmeableitung noch höher.
  • Ein Beleuchtungskörper nach der Erfindung mit oberflächenmontierten Leuchtdioden hat den Vorteil, dass er durch das kompakte Leuchtdiodenfeld selbst kompakt ausgeführt werden kann. Durch diese geringen Abmessungen ist es möglich, einen Beleuchtungskörper nach der Erfindung zu verwenden, um Beleuchtungskörper in bestehenden Außenbeleuchtungen zu ersetzen.
  • Vorteilhaft ist ein Rastermaß in dem Leuchtdiodenfeld kleiner als 5,6 mm. Dadurch ist sichergestellt, dass eine hohe Leuchtdichte des Leuchtdiodenfeldes erreicht wird. Dies wiederum bedingt kleine Abmessungen.
  • Vorteilhaft ist die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden wesentlich von dem Luminophor geprägt. Dadurch ist auf einfache Weise eine Abstrahlung von weißem Licht mit großem Öffnungswinkel möglich.
  • Der Träger des Leuchtdiodenfeldes ist thermisch leitend mit einem Befestigungsabschnitt des Wärmeleitelements verbunden. Das Wärmeleitelement besteht aus mehreren Abschnitten. Der erste Abschnitt dient dazu, die Wärme aus dem Träger des Leuchtdiodenfeldes aufzunehmen und an die weiteren Abschnitte weiterzuleiten. Wenigstens einer der weiteren Abschnitte steht thermisch leitend mit weiteren Elementen zur Wärmeableitung oder direkt mit einer Wärmesenke in Verbindung. Diese Wärmesenke nimmt die Wärme auf, die von dem Leuchtdiodenfeld erzeugt wird, so dass das Leuchtdiodenfeld selbst nicht überhitzt.
  • Durch das abgeschlossene Gehäuse können die innerhalb des Gehäuses angeordneten Elemente des Beleuchtungskörpers äußeren Einflüssen wie Regen oder Staub widerstehen. Elektrische und elektronische Komponenten werden vor Feuchtigkeit geschützt, selbst wenn sie freiliegen. Der transparente Abschnitt lässt das Licht aus dem Gehäuse austreten. Der Nachteil eines solchen geschlossenen Gehäuses ist jedoch, dass die anfallende Wärme nicht ohne weiteres in die Umgebung abgeleitet werden kann.
  • In einer Ausführungsform weist das Wärmeleitelement mindestens einen in dem Gehäuse angeordneten Kühlabschnitt auf.
  • Dieser Kühlabschnitt des Wärmeleitelements leitet die Wärme, die in dem Befestigungsabschnitt in das Wärmeleitelement eingeleitet wird, weiter in Richtung einer Wärmesenke, wodurch der Abschnitt eine Kühlwirkung auf das Leuchtdiodenfeld hat. Dieser Abschnitt des Wärmeleitelements ist innerhalb des Gehäuses angeordnet, um die Wärme von dem Befestigungsabschnitt abzuleiten, der sich ebenfalls innerhalb des Gehäuses befindet.
  • Der Kühlabschnitt kann vorteilhaft mindestens ein oberflächenvergrößerndes Element, insbesondere mindestens eine Kühlrippe und/oder mindestens eine Kühlbohrung, aufweisen und Wärme an die Luft im Inneren des Gehäuses abgeben, und/oder mindestens eine Aussparung zur Verbesserung der Wärmeleitung in Längsrichtung des Wärmeleitelements, insbesondere mindestens eine Wärmetransportbohrung in Längsrichtung des Wärmeleitelements, enthalten.
  • Ein Kühlabschnitt nach dieser Ausführungsform kann die von dem oder den Leuchtdiodenfeldern abgegebene Wärme an die Luft übertragen, die sich innerhalb des Beleuchtungskörpers befindet. Diese steht wiederum mit den Innenflächen des Gehäuses in Verbindung, das vorteilhaft eine geringe Leitfähigkeit zu seiner Außenseite hin aufweist und beispielsweise vorteilhaft aus Aluminium besteht. Dadurch kann die Luft im Inneren des Beleuchtungskörpers die von den Leuchtdiodenfeldern erzeugte Wärme über Konvektion an die Innenseiten des Gehäuses übertragen. Kühlrippen oder Kühlbohrungen an dem Wärmeleitelement vergrößern die Kontaktfläche und damit den thermischen Übergang zwischen dem Wärmeleitelement und der Luft. Dadurch wird die Wärme effektiver an die Luft innerhalb des Beleuchtungskörpers übertragen. Das Gehäuse, das die Leuchtdiodenfelder und das Wärmeleitelement umgibt, dessen innenliegende Fläche, welche die Wärme von der Luft wieder aufnimmt, ist bedeutend größer, so dass hier in einer Ausführungsform auf Maßnahmen zur Vergrößerung der thermisch wirksamen Oberfläche verzichtet werden kann. Vorteilhaft ist in dem Gehäuse zusätzlich ein Lüfter angeordnet, der die Wärmeübertragung durch zwangsweise Umwälzung der Luft verbessert. Das oberflächenvergrößernde Element kann einstückig mit dem Wärmeleitelement ausgeführt sein oder ein daran angebrachtes, separates Element sein.
  • Der Kühlabschnitt kann auch durch Wärmeleitung zu einer oder mehreren Wärmesenken außerhalb des Beleuchtungskörpers eine Kühlwirkung erzielen. Um dies zu unterstützen, kann der Kühlabschnitt aus thermisch gut leitfähigen Material bestehen. Zusätzlich kann der Wärmetransport durch eine oder mehrere innenliegende Aussparungen, die im Wesentlichen in der Transportrichtung der abzuleitenden Wärme durch des Wärmeleitelement verlaufen, insbesondere Bohrungen oder zylinderförmige Aussparungen, verbessert werden, in denen die Wärme durch ein hindurchströmendes Medium schneller transportiert wird. Das Medium kann ein Gas, zum Beispiel Luft, oder eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser mit einem Gefrierschutzmittel, oder Alkohol oder eine anderer flüssiger Stoff, z.B. eine flüssige organische Verbindung, sein, die vorteilhaft auch bei den im Winter typischerweise an dem Wärmeleitelement auftretenden Temperaturen noch flüssig bleibt und bei den im Sommer typischerweise an dem Wärmeleitelement auftretenden Temperatur bei Atmosphärendruck noch nicht siedet. Vorteilhaft können die Bohrungen an ihren Enden für das Überströmen von Medium von einer Bohrung zu einer anderen Bohrung verbunden werden, um so einen Kreislauf zu schaffen, in dem das Kühlmedium umlaufen kann und so durch passive, oder auch durch mit einer Pumpe oder einem Lüfter erzwungene Konvektion Wärme zu abzuleiten.
  • Eine Wassermenge kann auch verwendet werden, um die Wärmekapazität des Wärmeleitelements bei geringer Gewichtszunahme zu erhöhen, da Wasser eine geringe spezifischen Dichte und eine sehr hohe Wärmekapazität hat. Die Nutzbarkeit der Wärmekapazität ist unten beschrieben.
  • Die Aussparung zur Verbesserung des Wärmetransports kann auch das Prinzip eines Wärmerohrs (Heatpipe) nutzen. Dabei verdampft oder verdunstet ein flüssiges Medium an einer zu kühlenden Stelle innerhalb der Aussparung, die für die vorliegende Erfindung vorteilhaft im oder nahe dem Befestigungsabschnitt liegt, und schlägt sich an einer kühleren Stelle nieder. Diese liegt im allgemeinen in Richtung der Wärmesenke, die die Wärme letztlich aufnimmt, wodurch der Wärmetransport erheblich verbessert werden kann. Der Rücktransport des Mediums zu der zu kühlenden Stelle erfolgt durch Kapillarkraft entlang von Dochtelementen oder an der Oberfläche der Wand der Aussparung, die hierzu vorteilhaft in Transportrichtung strukturiert ist, und/oder durch Schwerkraft. Die Aussparung ist vorteilhaft dicht abgeschlossen, um das Medium darin zu halten. Alternativ kann ein vorgefertigtes, dicht abgeschlossenes Wärmerohr in eine Aussparung zur Verbesserung des Wärmetransports eingebracht werden. Vorteilhaft liegt dieses wenigstens an der zu kühlenden Stelle mit gutem thermischem Übergang an der Wand der Aussparung an.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Wärmeleitelement zwei Kühlabschnitte auf, die so angeordnet sind, dass sich der Befestigungsabschnitt zwischen den Kühlabschnitten erstreckt.
  • Durch die Anordnung der Kühlabschnitte um den Befestigungsabschnitt herum wird die Wärme besser abgeleitet, da die sich in zwei Richtungen zu einer Wärmesenke hin ausbreiten kann. Außerdem ermöglicht diese Anordnung, das Leuchtdiodenfeld mittiger auf dem Wärmeleitelement zu befestigen, wodurch es auch mittiger in einer Lampe angeordnet werden kann. Die bedeutet wiederum mehr Freiheit in der Gestaltung von Elementen zur Beeinflussung der Ausleuchtung um das Leuchtdiodenfeld herum.
  • Das Wärmeleitelement ist vorteilhaft mehrstückig ausgeführt, wobei vorzugsweise der Befestigungsabschnitt und ein Kühlabschnitt voneinander getrennte Teile bilden.
  • Durch die Verwendung eines mehrteiligen Wärmeleitelements ergibt sich die Möglichkeit, bei einem defekten oder verbrauchten Leuchtdiodenfeld das Leuchtdiodenfeld zusammen mit dem ersten Teil, auf dem der Befestigungsabschnitt angeordnet ist, von einem weiteren Teil des Wärmeleitelements, auf dem der Kühlabschnitt angeordnet ist, zu trennen. Der Vorteil ist, dass die Verbindungsstelle zwischen dem Leuchtdiodenfeld und dem Teil mit dem Befestigungsabschnitt nicht getrennt werden muss, während sie in die Lampe eingebaut sind. Dies kann auf Grund der Umstände beim Wechseln, z.B. Arbeiten in großer Höhe auf einer leicht schwankenden Hubarbeitsbühne, möglicherweise auch bei Kälte, und auf Grund der Kleinheit der Befestigungsmittel des Leuchtdiodenfeldes, beispielsweise kleine Schrauben oder Klemmen, ein schwieriger Arbeitsgang sein. Dieser Arbeitsgang kann nach der Entnahme des ersten Teils mit dem Befestigungsabschnitt und dem Leuchtdiodenfeld unter geeigneten Bedingungen, z.B. im Werk, durchgeführt werden. Das Teil des Wärmeleitelements mit dem Leuchtdiodenfeld kann dagegen mit Befestigungsmitteln, die auch unter erschwerten Bedingungen leicht zu lösen sind, an einem weiteren Teil des Wärmeleitelements oder anderen Elementen einer Lampe befestigt sein. Ein Lampenfuß oder ein Lampendeckel, der Wärme durch Festkörperleitung aus dem Gehäuse zum Beispiel in einen Mast oder an die Umgebungsluft ableitet, kann durch seine Kühlfunktion ebenfalls ein Teil mit einem Kühlabschnitt des Wärmeleitelements sein. Das Teil mit Befestigungsabschnitt kann zusätzlich auch Kühlabschnitte umfassen, die sich an dem Teil befinden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt des Befestigungsabschnitts ein Vieleck, vorzugsweise ein Viereck oder ein Dreieck und besonders bevorzugt ein gleichseitiges Dreieck, wobei mit einer, mehreren oder jeder der Seitenflächen des Befestigungsabschnitts jeweils mindestens ein Leuchtdiodenfeld thermisch leitend verbunden ist.
  • Eine derart gestaltete Ausführung des Befestigungsabschnitts des Wärmeleitelements bietet mehrere Vorteile. Die Ausführung des Querschnitts über dem Abschnitt, an dem mindestens ein Leuchtdiodenfeld befestigt ist, als Vieleck ermöglicht, dass ebene Flächen vorhanden sind, an denen der Träger des Leuchtdiodenfelds plan aufliegen kann. Dadurch wird eine gute Wärmeübertragung zwischen dem Träger in das erste Teil des Wärmeleitelements gewährleistet. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Ausgestaltung als regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck der Beleuchtungskörper an die Beleuchtungssituation angepasst werden kann. Beträgt zum Beispiel der Öffnungswinkel des Leuchtdiodenfelds 120°, so kann eine Rundumbeleuchtung mit einer Pilzleuchte auf einem Mast mit einem gleichseitigen Dreieck erreicht werden. Soll ein Bereich ausgespart bleiben, und ein anderer Bereich zum Beispiel stärker beleuchtet werden, so kann beispielsweise ein gleichschenkliges oder unregelmäßiges Dreieck als Querschnitt für das erste Teil des Wärmeleitelements eingesetzt werden, wobei auf zwei der drei Seiten jeweils ein oder mehrere Leuchtdiodenfelder aufgebracht werden. Beispielsweise kann es bei einer Bogenleuchte vorteilhaft sein, die Randbereiche der Ausleuchtung, die weiter von der Lampe entfernt liegen, stärker auszuleuchten, um eine insgesamt breitere Ausleuchtung mit einer Lampe zu erreichen. Zur gezielt stärkeren Ausleuchtung von mehreren Winkelrichtungen können auch Vierecke oder Fünfecke eingesetzt und durch die Festlegung der Winkel in den jeweiligen Vielecken die Abstrahlcharakteristik festlegt werden.
  • In einer Ausführungsform ist der Querschnitt des Befestigungsabschnitts ein Fünfeck, wobei nur drei der Seitenflächen des Befestigungsabschnitts mit Leuchtdiodenfeldern verbunden sind.
  • Besonders vorteilhaft ist die Ausführung als Fünfeck, insbesondere als unregelmäßiges Fünfeck, bei dem drei Flächen senkrecht zueinander stehen und die beiden anderen Flächen in einem spitzen Winkel zueinander und in einem stumpfen Winkel zu den ersten drei Flächen stehen. Die stumpfen Winkel sind vorteilhaft gleich groß. Auf der mittleren der drei senkrecht zueinander stehenden Flächen und den beiden im spitzen Winkel zueinander stehenden Flächen ist vorteilhaft jeweils ein Leuchtdiodenfeld angeordnet. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, mit einer Lampe, in der ein solches Element senkrecht angeordnet ist, beispielsweise mit einer Pilzleuchte, eine gezielte Ausleuchtung einer Straße vorzunehmen. Das Fünfeck wird dabei so in der Lampe angeordnet, dass die beiden Leuchtdiodenfelder, die auf den spitz zueinander stehenden Flächen angeordnet sind, die Straße ausleuchten, und das dritte der Leuchtdiodenfelder den Gehweg und eventuell vorhandene Gebäude beleuchtet. Es können auch Querschnitte mit Vielecken noch höherer Ordnung als fünf eingesetzt werden, um die Ausleuchtung noch gezielter zu gestalten. Die vieleckige Ausführung des ersten Teils des Wärmeleitelements ermöglicht daher auf einfache Weise die Anpassung der Abstrahlcharakteristik eines Beleuchtungskörpers an den Einsatzort.
  • Damit auf die Flächen der Vielecke Leuchtdiodenfelder angebracht werden können, ist es erforderlich, dass der vieleckige Querschnitt des ersten Teils des Wärmeleitelements zumindest über die Länge oder die Breite eines Leuchtdiodenfelds konstant ist. Alternativ können die Flächen, auf denen die Leuchtdiodenfelder angeordnet sind, zur Längsachse des Wärmeleitelements geneigt sein, das heißt, beispielsweise können die Flächen des Befestigungsabschnitts einen Tetraederstumpf oder einen Pyramidenstumpf oder entsprechende Körper mit fünfeckigem oder unregelmäßig vieleckigem Querschnitt bilden. Auf diese Weise kann das Licht der Leuchtdiodenfelder nach unten gerichtet werden, Dadurch kann das Licht zur effektiver zur Beleuchtung der Straße genutzt werden, da es direkter dorthin gerichtet ist. Die thermisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Teil des Wärmeleitelements und dem Leuchtdiodenfeld wird vorzugsweise durch Anpressen des Trägers an das erste Leitelement realisiert und vorteilhaft durch das Einbringen von Wärmeleitpaste in die Verbindungsstelle verbessert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das erste Teil des Wärmeleitelements des Beleuchtungskörpers für eine Außenbeleuchtung ein durchgehendes Loch in Längsrichtung auf.
  • Ein solches Durchgangsloch bietet die Möglichkeit, das erste Teil des Wärmeleitelements durch Aufstecken an diesem Loch an einem Gegenstück zu befestigen. Wenn das Loch im Wesentlichen in der Mitte des Profils angeordnet ist, wird der Wärmestrom von den Leuchtdiodenfeldern zu der oder den Wärmesenken hin nur unwesentlich behindert, vorausgesetzt, diese befinden sich an einem oder beiden Enden in Längsrichtung des ersten Teils des Wärmeleitelements.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Beleuchtungskörpers für eine Außenbeleuchtung weist er einen Lampenfuß auf, wobei sich ausgehend von dem Lampenfuß ein stangenförmiges Halteelement zur Aufnahme des Wärmeleitelements erstreckt.
  • Das Wärmeleitelement kann auf das stangenförmige Halteelement aufgesteckt werden. Eine solche Verbindung bietet den Vorteil, dass das Wärmeleitelement mit dem Leuchtdiodenfeld leicht von dem Lampenfuß getrennt werden kann, insbesondere wenn es sich um eine Pilzleuchte oder eine Mastaufsatzleuchte handelt. Bei dieser kann der Deckel abgenommen werden, die optional vorhandene Befestigung des Wärmeleitelements an der Stange oder dem Lampenfuß oder an einem weiteren Element der Lampe gelöst werden und der erste Abschnitt des Wärmeleitelements mit den Leuchtdiodenfeldern aus der Lampe herausgenommen werden. Vorteilhaft ist der Lampenfuß so gestaltet, dass die axiale Endfläche des ersten Teils des Wärmeleitelements an einer Gegenfläche an dem Lampenfuß anliegt und an diesen angepresst wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Deckel oder ein weiteres Teil des Wärmeleitelements an dem gegenüberliegenden Ende des ersten Teils des Wärmeleitelements auf der Axialfläche angepresst sein. Alternativ oder zusätzlich zu den Axialflächen können auch die Umfangsflächen oder die Innenfläche der Bohrung als Anlageflächen für einen guten Wärmeübergang genutzt werden. Die entsprechend thermisch angeschlossenen Gegenelemente sind dazu vorteilhaft in einem entsprechenden Bereich als geometrisch passendes Gegenstück zu der entsprechenden Anlagefläche ausgebildet. Vorteilhaft ist in die Verbindungsstellen Wärmeleitpaste eingebracht. Alternativ kann das Wärmeleitelement auch an die Enden eines Spannstifts angepresst werden, der in einer Bohrung quer durch den Lampenfuß angeordnet ist und überkragt.
  • Alternativ dazu, dass das erste Teil des Wärmeleitelements ein durchgehendes Loch in Längsrichtung aufweist, kann es auch eine oder mehrere Bohrungen in Querrichtung aufweisen. Sie können zur Befestigung des ersten Teils des Wärmeleitelements an einem Lampenfuß oder an anderen Teilen der Lampe dienen. Die Anordnung in Querrichtung hat den Vorteil, dass bei Lampen, die am Umfang zu öffnen sind, wie zum Beispiel bei Bogenlampen, die an einem gebogenen Mast befestigt sind, ein einfacherer Austausch des ersten Teils des Wärmeleitelements ermöglicht wird.
  • Der Lampenfuß kann aufgrund der thermischen Verbindung mit dem Wärmeleitelement und der damit verbundenen Kühlwirkung auf das Leuchtdiodenfeld ein Teil des Wärmeleitelements sein, das einen Kühlabschnitt aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das stangenförmige Halteelement an seinem dem Lampenfuß abgewandten Ende einen Gewindeabschnitt auf.
  • Auf den Gewindeabschnitt kann eine Mutter zum Befestigen und Anpressen des Wärmeleitelements an den Lampenfuß aufgeschraubt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform greift der Lampenfuß durch das Gehäuse hindurch und weist auf der Außenseite eine Aufnahme für einen Mast auf.
  • Dadurch wird eine stabile Verbindung zwischen dem Mast und dem Wärmeleitelement geschaffen. Außerdem wird eine Wärmeableitungsmöglichkeit aus dem Gehäuse hinaus geschaffen, indem der Lampenfuß auf diese Weise eine thermische Verbindung zwischen dem Wärmeleitelement und damit dem Leuchtdiodenfeld und dem Mast herstellt, wenn er eine geeignete thermische Leitfähigkeit hat.
  • In einer weiteren Ausführungsform besteht der Lampenfuß und/oder das Wärmeleitelement im Wesentlichen aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium.
  • Durch ein solches Material wird eine gute Wärmeleitfähigkeit des ersten Teils des Wärmeleitelements bzw. auch des Lampenfußes sichergestellt. Für ein besonders gutes Kosten/Nutzenverhältnis kann Aluminium eingesetzt werden, da die Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zum Preis pro Volumen vergleichsweise hoch ist. Darüber hinaus können die Abmessungen des ersten Teils des Wärmeleitelements bzw. dem Lampenfußes im Vergleich zu anderen Metallen kleiner ausfallen, da die Wärmeleitfähigkeit höher ist.
  • Eine weitere Ausführungsform des Beleuchtungskörpers für eine Außenbeleuchtung ist so ausgeführt, dass das Wärmeleitelement thermisch leitend mit einem Element außerhalb des Gehäuses, vorzugsweise mit einem Lampenschirm oder einem Mast, das seinerseits mit einer Wärmesenke außerhalb des Gehäuses thermisch verbunden ist oder selbst eine solche darstellt, verbunden ist.
  • Die genannten Elemente bzw. Bauteile dienen der Ankopplung des Wärmestroms von dem Leuchtdiodenfeld an eine Wärmesenke. Wärmesenken können beispielsweise die Umgebungsluft, ein großes Gebäudeteil oder der Erdboden sein. Auf diese Weise wird auch das Leuchtdiodenfeld thermisch mit einer oder mehreren Wärmesenken verbunden. Der Anschluss der genannten Elemente an die Umgebungsluft kann durch Oberflächenvergrößerung verbessert werden. Dazu können Kühlrippen auf den jeweiligen Elementen angeordnet sein, die vorteilhaft vertikal verlaufen, um ein besseres Vorbeistreichen der Luft durch thermische Konvektion zu ermöglichen. Zur thermischen Verbindung mit einer der Wärmesenken, insbesondere Erdboden oder Gebäudeteil, können der Mast oder andere Befestigungsmittel, welche die Lampe mit der Wärmesenke verbinden, thermisch gut leitend ausgeführt sein. Dazu können sie beispielsweise im Wesentlichen aus Aluminium bestehen.
  • Eine gute thermische Verbindung wird beispielsweise erreicht, indem eine Wärmesenke, die aus festem Material besteht, möglichst großflächig in direkten Kontakt mit dem Wärmeleitelement gebracht wird. Beispielsweise kann eine Fläche des Wärmeleitelements an eine Fläche der Wärmesenke angepresst werden. Vorteilhaft kann zur Verbesserung des Wärmeübergangs eine Wärmeleitpaste in die Verbindungsstelle eingebracht werden. Wenn die Wärmesenke gasförmig ist, zum Beispiel die Umgebungsluft, so ist eine thermisch gut leitende Ankopplung beispielsweise durch Kühlrippen realisierbar, die über eine vergrößerte Fläche mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen. Die großen Außenflächen eines Mastes oder eines Deckels an sich können schon eine gute Ankopplung darstellen. Der Mast kann somit Wärme sowohl in den Erdboden, als auch an die Umgebungsluft abgeben.
  • In einer Ausführungsform, bei der Teile des Wärmeleitelements Wärme während des Betriebszyklus des Leuchtdiodenfelds aufnehmen, um sie während des ausgeschalteten Zustands des Leuchtdiodenfelds an eine Wärmesenke außerhalb des Gehäuses abzugeben, ermöglicht ein thermischer Übergang zu einer Wärmesenke erst diese Betriebsart, indem die aufgenommene Wärme aus der Wärmekapazität während der Zeit, in der kein Betrieb stattfindet, an die Wärmesenke abfließen kann. Wenn die Wärmekapazität des Wärmeleitelements im Vergleich zur abgeleiteten Wärmemenge pro Betriebszyklus gering ist, so stellt der thermische Übergang zu der Wärmesenke sicher, dass die Wärme, die das Diodenfeld erzeugt, ohne wesentliche Zwischenspeicherung an die Wärmesenke abgeleitet werden kann, so dass das Leuchtdiodenfeld nicht überhitzt. Ein Betriebszyklus ist typischerweise eine Einschaltdauer während einer Nacht.
  • In einer weiteren Ausführungsform eines Beleuchtungskörpers für eine Außenbeleuchtung ist die Wärmekapazität des Wärmeleitelements so gewählt, dass es die von dem Leuchtdiodenfeld abgegebene Wärme eines Betriebszyklus abzüglich der während des Betriebszyklus abfließenden Wärme aufnehmen kann, wobei die Temperatur des Leuchtdiodenfelds im Betrieb die zulässige Temperatur nicht überschreitet.
  • Einem Fachmann ist klar, dass die Wärmekapazität eines Elements aus der spezifischen Wärmekapazität, die materialabhängig ist, multipliziert mit dem Volumen des Elements berechnet werden kann. Die Wärme, die eine solche Wärmekapazität aufnimmt, bestimmt sich aus der Wärmekapazität multipliziert mit der Temperaturdifferenz, welche die Wärmekapazität erfährt. Die Wärme, die das Leuchtdiodenfeld während eines Betriebszyklus abgibt, kann ein Fachmann berechnen, indem er die Verlustleistung des Leuchtdiodenfelds mit der Betriebsdauer multipliziert. Um eine geeignete Wärmekapazität des Wärmeleitelements zu realisieren, kann das Wärmeleitelement aus einem Material mit einer geeigneten spezifischen Wärmekapazität in Verbindung mit einem geeignet großen Volumen realisiert werden. Bei der Auslegung muss beachtet werden, dass die Temperaturerhöhung, die das Wärmeleitelement durch die Wärmespeicherung erfährt, nicht so weit geht, dass die zulässige Temperatur des Leuchtdiodenfelds überschritten wird. Dieses Auslegungsmodell berücksichtigt nicht, dass währenddessen auch Wärme abfließen kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform beleuchtet der Beleuchtungskörper ein Reflektorelement.
  • Ein Reflektorelement kann die Abstrahlcharakteristik einer Leuchte beeinflussen. Es wird vorteilhaft so positioniert und geformt, dass die gewünschte Abstrahlcharakteristik entsteht, beispielsweise reflektiert es nach oben abgestrahltes Licht nach unten in Richtung einer Straße. Dazu kann es beispielsweise ringförmig ausgeführt sein und oberhalb von einem oder mehreren Leuchtdiodenfeldern angeordnet sein.
  • Vorteilhaft ist in einer weiteren Ausführungsform die Wärmeableitung von dem Leuchtdiodenfeld thermisch derart leitfähig dimensioniert ist, dass der Wärmestrom von dem Leuchtdiodenfeld maximal eine Temperaturdifferenz zwischen einer oder mehreren Wärmesenken und dem Leuchtdiodenfeld erzeugt, durch die das Leuchtdiodenfeld eine zulässige Maximaltemperatur nicht überschreitet.
  • Einem Fachmann ist klar, dass sich der thermische Widerstand eines Elements aus der thermischen Leitfähigkeit des Materials, aus dem das Element besteht, multipliziert mit dem Querschnitt des Elements geteilt durch die Länge des Elements berechnet. Sind diese Größen nicht konstant, so kann zur Berechnung des thermischen Widerstands darüber integriert werden. Alternativ kann für eine Berechnung mit hoher Genauigkeit eine Finite-Elemente-Simulation der thermischen Verhältnisse zur Ermittlung des thermischen Widerstands des Elements durchgeführt werden. Zur Erhöhung der Wärmeableitung kann der Querschnitt des Wärmeleitelements quer zur Richtung des Wärmestroms erhöht, die Länge in Richtung des Wärmestroms verringert oder ein thermisch besser leitfähiges Material verwendet werden. Die Wärmesenke stellt die Umgebung dar. Diese hat die Eigenschaft, dass sich ihre Temperatur nicht wesentlich erhöht, obwohl Wärme aus dem Leuchtdiodenfeld über das Wärmeleitelement in sie einfließt. Durch die Temperatur der Wärmesenke und einer zulässigen Temperatur des Leuchtdiodenfelds kann eine Temperaturdifferenz definiert werden, welche die Wärme aus dem Leuchtdiodenfeld durch das Wärmeleitelement fließen lässt. Zur Auslegung des thermischen Widerstandes wird die Temperatur der Wärmesenke dabei als die im zulässigen Betrieb maximal auftretende Temperatur festgelegt, zum Beispiel die Temperatur, welche die Wärmesenke in einer warmen Sommernacht hat. Die zulässige Temperatur des Leuchtdiodenfeldes ist durch die thermische Belastbarkeit der Dioden festgelegt. Die zulässige Temperatur wird vom Hersteller der Leuchtdioden bzw. des verwendeten Leuchtdiodenfeldes festgelegt und kann z.B. 70°C betragen.
  • Falls mehrere Wärmesenken vorhanden sind, liegt eine Parallelschaltung von Teilen des Wärmeleitelements zu den Wärmesenken vor. Falls die Wärmesenken verschiedene Temperaturen haben, z.B. ein Mast und die Umgebungsluft, sind vorteilhaft die einzelnen thermischen Widerstände der Teile des Wärmeleitelements von dem Leuchtdiodenfeld bis zu der Wärmesenke so ausgelegt, dass die Wärmeableitung über die jeweiligen thermischen Widerstände maximal Temperaturdifferenzen zwischen dem Leuchtdiodenfeld und den jeweiligen Wärmesenken erzeugen, die dazu führen, dass die zulässige Temperatur an dem Leuchtdiodenfeld nicht überschritten wird. Dazu muss nicht unbedingt nur ein thermischer Widerstand entsprechend ausgelegt werden, sondern die Erfüllung des Kriteriums, dass die zulässige Temperatur an dem Leuchtdiodenfeld nicht überschritten wird, kann durch die Auslegung mehrerer oder aller thermischer Widerstände erreicht werden.
  • Die Arten der Auslegung, die Wärme während des Betriebszyklus in dem Wärmeleitelement zwischenzuspeichern bzw. die Wärme über das Wärmeleitelement in eine Wärmesenke abzuleiten, gehen fließend ineinander über, da immer beide Effekte gleichzeitig auftreten. Es fließt also bei Aufnahme des Betriebs Wärme in die Wärmekapazität, wobei außerdem Wärme aus dem Wärmeleitelement in eine Wärmesenke abgeleitet wird. Eine integrierte Auslegung berücksichtigt folglich beide Effekte. Die Wärmekapazität des Wärmeleitelements kann bei gleichen Temperaturverhältnissen folglich entsprechend der Wärmemenge kleiner gewählt werden, die von dem Wärmeleitelement durch Wärmeableitung an eine Wärmesenke abgegeben wird. Die thermischen Widerstände und die Wärmekapazität können aufeinander abgestimmt so festgelegt werden, dass die zulässige Temperatur des Leuchtdiodenfelds nicht überschritten wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung eine Mehrzahl von Leuchtdiodenfeldern, vorzugsweise drei Leuchtdiodenfelder, auf.
  • Mit Leuchtdiodenfeldern, die typischerweise einen Öffnungswinkel von 120° haben, kann mit nur drei Leuchtdiodenfeldern eine Rundum-Beleuchtung erreicht werden. Die Leuchtdiodenfelder sind in diesem Fall vorteilhaft unter einem Winkel von 60° zueinander angeordnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse für einen Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung staub- und wasserdicht, und vorzugsweise nach mindestens der Schutzart IP 54 staubund wasserdicht.
  • Da Lampen für die Außenbeleuchtung den rauhen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, von denen vor allem Regen und Staub für den Beleuchtungskörper schädlich sind, ist es vorteilhaft, den Beleuchtungskörper im Inneren des Lampengehäuses davor zu schützen. Die Schutzart IP 54 bedeutet Schutz gegen allseitiges Spritzwasser und Schutz gegen Staubablagerung. Ein solcher Schutz kann durch eine Ausführung des Gehäuses mit Dichtungen oder Dichtmasse an den Stellen, an denen sich Teile des Gehäuses berühren, erreicht werden. Alternativ kann durch eine hohe Fertigungsqualität und gute Passungen die Dichtigkeit auch ohne Dichtungen erreicht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind das Leuchtdiodenfeld und das erste Teil des Wärmeleitelements vorteilhaft so kompakt ausgeführt, dass bestehende andere Leuchtmitteltypen, beispielsweise die Leuchtkörper von Natriumdampflampen oder Quecksilberdampflampen, durch sie ersetzt werden können. Die Abmessungen des ersten Teils des Wärmeleitelements mit dem Leuchtdiodenfeld übersteigen dabei nicht die entsprechenden Abmessungen des zu ersetzenden Leuchtkörpers.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Lampenfuß eines Beleuchtungskörpers nach der Erfindung so ausgeführt, dass ein bestehender Sockel oder Lampenfuß für einen Leuchtkörper gegen einen Lampenfuß nach der Erfindung ausgetauscht werden kann. Dazu sind insbesondere die Befestigungsstellen des Lampenfußes so ausgeführt, dass zur Befestigung die Befestigungsmittel verwendet werden können, die auch zur Befestigung des zu ersetzenden Sockels verwendet werden. Es können auch nur Teile der Befestigungsmittel weiterverwendet werden, beispielsweise nur Löcher durch das Lampengehäuse oder andere Teile der Lampe.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und aus den dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt einer Pilzleuchte nach dem Stand der Technik,
    • Figur 2 einen Querschnitt einer Pilzleuchte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
    die Figuren 3A bis 3C Querschnitte durch das in der Figur 2 gezeigte Wärmeleitelement mit einem Befestigungsabschnitt mit fünfeckigem Querschnitt, und
    die Figuren 4A bis 4C zeigen Querschnitte durch das in der Figur 2 gezeigte Wärmeleitelement mit einem Befestigungsabschnitt mit dreieckigem Querschnitt.
  • In den Figuren sind die Bezugzeichen so gewählt, dass die erste Ziffer der Nummer der Figur entspricht. Die folgenden Ziffern bezeichnen die Merkmale und Elemente in den Figuren, wobei entsprechende Folgeziffern mit unterschiedlichen ersten Ziffern die gleichen oder einander entsprechende, ähnliche Merkmale und Elemente in einer anderen Figur bezeichnen.
  • In Figur 1 ist ein Querschnitt einer Pilzleuchte 100 nach dem Stand der Technik gezeigt. Die Pilzleuchte 100 besteht aus einem Lampenfuß 101, einem Leuchtmittelträger 102, der ein Leuchtmittel 103, beispielsweise eine Glühbirne, eine Neonröhre oder eine Quecksilber- oder Natriumdampflampe trägt, einem Deckel 104, einem Schirm 105, der den Leuchtmittelträger 102 umgibt und einem Transformator 106, der in dem Leuchtmittelträger 102 angeordnet ist. Der Deckel 104 ist mit einem Verbindungsstück 107 mit dem Leuchtmittelträger verbunden. Der Schirm 105 ist transparent, so dass das Leuchtmittel die Umgebung der Pilzleuchte ringsum beleuchten kann. Der Leuchtmittelträger 102 ist in den Lampenfuß 101 eingesteckt und mit einer Stiftschraube 108 gesichert. Der Lampenfuß 101 trägt außerdem den Schirm 105.
  • Figur 2 zeigt demgegenüber einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Pilzleuchte 200, die mit einem Wärmeleitelement 202 und einem Leuchtdiodenfeld 203 gemäß der Erfindung modifiziert ist. Der Lampenfuß 201 der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist mit dem Lampenfuß 201 als Stand der Technik identisch, ebenso der Lampenschirm 205 und der Deckel 204.
  • Auf dem Lampenfuß 201 ist das Wärmeleitelement 202 nach der Erfindung angeordnet. Das Wärmeleitelement 202 besteht aus einem unteren Abschnitt 221, der als Kühlkörper ausgebildet ist, einem mittleren Abschnitt 220, der als Befestigungsabschnitt drei Leuchtdiodenfelder 203 trägt, und einem oberen Abschnitt 222, der ebenfalls als Kühlkörper ausgebildet ist. Durch das Wärmeleitelement 202 verläuft eine Bohrung 312 in Längsrichtung, durch die ein Rohr 211 gesteckt ist. Das Rohr 211 ist in dem Lampenfuß 201 mit einer Stiftschraube 208 befestigt. Das Wärmeleitelement 202 wird durch ein Gewinde am Ende des Rohres 211, das zu dem Deckel 204 zeigt, und eine Mutter 210 gegen einen Spannstift 209 gezogen, der durch eine Bohrung gesteckt ist, die quer durch eine zum Wärmeleitelement gerichtete Aufnahme verläuft, und daraus überkragt. Das Wärmeleitelement ist auf diese Weise sicher mit dem Rohr 211 verbunden. Das Rohr 211 ragt in eine Aufnahme 207 an der Innenseite des Deckels 204 hinein und stellt so die Ausrichtung des Wärmeleitelements 202 in der Pilzleuchte 200 sicher. Durch diese Konstruktion kann das Wärmeleitelement 202 leicht aus der Pilzleuchte entnommen werden, indem der Deckel abgenommen, die Mutter 210 abgeschraubt und das Wärmeleitelement von dem Rohr 211 nach oben abgezogen wird. Der Einbau kann auf die gleiche einfache Weise in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
  • Das Leuchtdiodenfeld 203 ist auf den mittleren Abschnitt 220 des Wärmeleitelements 202 aufgeschraubt. Am unteren Abschnitt 221 des Wärmeleitelements 202 ist ein Transformator 206 angeordnet, der die Leuchtdiodenfelder mit elektrischer Energie aus dem landesüblichen Niederspannungsnetz versorgt.
  • Figur 3A zeigt einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt durch den oberen Abschnitt 322 des Wärmeleitelements 202. In der Mitte des Querschnitts ist die Durchgangsbohrung 312 angeordnet. An allen vier Seiten des oberen Abschnitts 322 des Wärmeleitelements sind Kühlrippen 313 angeordnet.
  • Figur 3B zeigt einen Querschnitt des Wärmeleitelements 202 in seinem mittleren Abschnitt 220, 320. In diesem Abschnitt 320 hat das Wärmeleitelement 202 einen fünfeckigen Querschnitt. Dabei handelt es sich um ein unregelmäßiges Fünfeck, bei dem drei der aneinandergrenzenden Seiten 314, 315 und 316 durch rechte Winkel verbunden sind und die zwei weiteren Seiten 317 und 318 zueinander in einem spitzen Winkel stehen und jeweils mit einem stumpfen Winkel > 90° an die Seiten 315 bzw. 316 angeschlossen sind. Die Seiten 315 und 316 haben gleiche Längen. Die Seiten 314, 317 und 318 tragen jeweils ein Leuchtdiodenfeld 303. Im Inneren des Querschnitts ist etwa im Flächenschwerpunkt die Durchgangsbohrung 312 angeordnet.
  • Die Ausbildung des Querschnitts als ungleichmäßiges Fünfeck mit der genannten Belegung der Seiten mit Leuchtdiodenfeldern hat den Vorteil, dass die Abstrahlcharakteristik der Leuchte für eine Außenbeleuchtung günstig beeinflusst wird. Die zwei Leuchtdiodenfelder auf den Seiten 317 und 318 dienen dazu, eine Straße auszuleuchten, wobei die Winkel so gewählt sind, dass die Hauptabstrahlrichtung von den einzelnen Leuchtdiodenfeldern schräg in Richtung der Straße verläuft und diese im Vergleich zu einer Rundumbeleuchtung in beide Richtungen weiter ausleuchtet. Das Leuchtdiodenfeld auf der Seite 314 dient der Beleuchtung des Gehwegs und dahinterliegender Gebäude. Bei einem Austausch des Wärmeleitelements muss daher der Einbau eines Ersatzteils mit der gleichen Winkelausrichtung erfolgen. Um dies zu erleichtern, kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die den korrekten Einbau nur in der richtigen Winkelausrichtung zulässt.
  • In der Figur 3C ist ein Querschnitt des Wärmeleitelements in seinem unteren Abschnitt 321 gezeigt. In der Mitte des Querschnitts ist die Durchgangsbohrung 312 angeordnet. Drei der Seiten des im Wesentlichen rechteckigen Querschnitts sind als Kühlrippen 319 ausgebildet. An der vierten Seite ist ein Transformator 306 an dem unteren Abschnitt 321 des Wärmeleitelements 302 befestigt.
  • Figur 4A zeigt einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt durch den oberen Abschnitt 422 des Wärmeleitelements 202. In der Mitte des Querschnitts ist die Durchgangsbohrung 412 angeordnet. An allen vier Seiten des oberen Abschnitts 422 des Wärmeleitelements sind Kühlrippen 413 angeordnet.
  • Figur 4B zeigt einen Querschnitt des Wärmeleitelements 202 in seinem mittleren Abschnitt 220, 420. In diesem Abschnitt 420 hat das Wärmeleitelement 202 einen dreieckigen Querschnitt. Dabei handelt es sich um ein gleichseitiges Dreieck, bei die drei Seiten 414, 417 und 418 durch gleiche Winkel von jeweils 60° verbunden sind. Die Seiten haben gleiche Längen und tragen jeweils ein Leuchtdiodenfeld 403. Im Inneren des Querschnitts ist etwa im Flächenschwerpunkt die Durchgangsbohrung 412 angeordnet.
  • Die Ausbildung des Querschnitts als gleichseitiges Dreieck mit der genannten Belegung der Seiten mit Leuchtdiodenfeldern hat den Vorteil, dass die Abstrahlcharakteristik der Leuchte trotz des Einsatzes von nur drei Leuchtdiodenfeldern rundum lückenlose Abstrahlung aufweist, wenn die Leuchtdiodenfelder einen Öffnungswinkel von mindestens 120° haben. Damit kann eine gleichmäßige Ringsum-Beleuchtung realisiert werden.
  • In der Figur 4C ist ein Querschnitt des Wärmeleitelements in seinem unteren Abschnitt 421 gezeigt. In der Mitte des Querschnitts ist die Durchgangsbohrung 412 angeordnet. Drei der Seiten des im Wesentlichen rechteckigen Querschnitts sind als Kühlrippen 419 ausgebildet. An der vierten Seite ist ein Transformator 406 an dem unteren Abschnitt 421 des Wärmeleitelements 202 befestigt.
    • Bezugzeichenliste
    • 100
    Querschnitt einer Pilzleuchte nach dem Stand der Technik
    101
    Lampenfuß
    102
    Leuchtmittelträger
    103
    Leuchtmittel
    104
    Deckel
    105
    Schirm
    106
    Transformator
    107
    Verbindungsstück
    108
    Stiftschraube
    200
    Querschnitt einer Pilzleuchte nach der Erfindung
    201
    Lampenfuß
    202
    Wärmeleitelement
    203
    Leuchtdiodenfeld
    204
    Deckel
    205
    Schirm
    206
    Transformatoren
    207
    Aufnahme
    208
    Stiftschraube
    209
    Spannstift
    210
    Mutter
    211
    Rohr
    220
    Mittlerer Abschnitt des Wärmeleitelements
    221
    Unterer Abschnitt des Wärmeleitelements
    222
    Oberer Abschnitt des Wärmeleitelements
    303
    Leuchtdiodenfeld
    306
    Transformator
    312
    Durchgangsbohrung
    313
    Kühlrippen
    314
    Erste Seite des Fünfecks
    315
    Zweite Seite des Fünfecks
    316
    Dritte Seite des Fünfecks
    317
    Vierte Seite des Fünfecks
    318
    Fünfte Seite des Fünfecks
    319
    Kühlrippen
    320
    Querschnitt des mittleren Abschnitts des Wärmeleitelements
    321
    Querschnitt des unteren Abschnitts des Wärmeleitelements
    322
    Querschnitt des oberen Abschnitts des Wärmeleitelements
    403
    Leuchtdiodenfeld
    406
    Transformator
    412
    Durchgangsbohrung
    413
    Kühlrippen
    414
    Erste Seite des Dreiecks
    417
    Zweite Seite des Dreiecks
    418
    Dritte Seite des Dreiecks
    419
    Kühlrippen
    420
    Querschnitt des mittleren Abschnitts des Wärmeleitelements
    421
    Querschnitt des unteren Abschnitts des Wärmeleitelements
    422
    Querschnitt des oberen Abschnitts des Wärmeleitelements

Claims (13)

  1. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (203) und einem Gehäuse (201, 204, 205),
    wobei das Leuchtdiodenfeld (203) eine Mehrzahl von Leuchtdioden aufweist, die auf einem einzigen Träger oberflächenmontiert sind,
    wobei die Leuchtdioden ein Diodenelement und ein diesem zugeordnetes Element mit einem Luminophor aufweisen,
    wobei das Diodenelement und das diesem zugeordnete Element so angeordnet sind, dass das im Betrieb von dem Diodenelement erzeugte Licht das Luminophor anregt,
    wobei das Leuchtdiodenfeld (203) in dem Gehäuse (201, 204, 205) angeordnet ist,
    wobei das Gehäuse (201, 204, 205) abgeschlossen ist, und einen im wesentlichen transparenten Abschnitt (205) aufweist,
    und mit einem in dem Gehäuse (201, 204, 205) angeordneten Wärmeleitelement (202), wobei das Wärmeleitelement (202) einen Befestigungsabschnitt und mindestens einen in dem Gehäuse (201, 204, 205) angeordneten Kühlabschnitt (221, 222) aufweist, wobei der Träger des Leuchtdiodenfelds (203) thermisch leitend mit dem Befestigungsabschnitt (220) des Wärmeleitelements (202) verbunden ist und
    wobei der Kühlabschnitt (221, 222) mindestens ein oberflächenvergrößerndes Element zur Abgabe von Wärme an die Luft im Inneren des Gehäuses (201, 204, 205) aufweist und
    und wobei das Wärmeleitelement (220) mindestens ein durchgehendes Loch (312) in Längsrichtung aufweist.
  2. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlabschnitt (221, 222) mindestens eine Kühlrippe (313, 319) und/oder mindestens eine Kühlbohrung aufweist, und/oder mindestens eine Aussparung zur Verbesserung der Wärmeleitung in Längsrichtung des Wärmeleitelements, insbesondere mindestens eine Wärmetransportbohrung in Längsrichtung des Wärmeleitelements, enthält.
  3. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement zwei Kühlabschnitte (221, 222) aufweist, die so angeordnet sind, dass sich der Befestigungsabschnitt (220) zwischen den Kühlabschnitten (221, 222) erstreckt.
  4. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (202) mehrstückig ausgeführt ist, wobei vorzugsweise der Befestigungsabschnitt (220) und ein Kühlabschnitt (221, 222) voneinander getrennte Teile bilden.
  5. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Befestigungsabschnitts (220, 320) ein Vieleck, vorzugsweise ein Viereck oder ein Dreieck und besonders bevorzugt ein gleichseitiges Dreieck, ist, wobei mit einer mehreren oder jeder der Seitenflächen (314, 315, 316, 317, 318) des Befestigungsabschnitts (220) jeweils mindestens ein Leuchtdiodenfeld (203, 303) thermisch leitend verbunden ist.
  6. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Befestigungsabschnitts (220, 320) ein Fünfeck ist, wobei nur drei der Seitenflächen (314, 315, 316, 317, 318) des Befestigungsabschnitts (220, 320) mit Leuchtdiodenfeldern (203, 303) verbunden sind.
  7. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Lampenfuß (201) aufweist, wobei sich ausgehend von dem Lampenfuß (201) ein stangenförmiges Halteelement (211) zur Aufnahme des Wärmeleitelements (202) erstreckt.
  8. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Halteelement (211) an seinem dem Lampenfuß (201) abgewandten Ende einen Gewindeabschnitt aufweist.
  9. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenfuß (201) durch das Gehäuse (201, 204, 205) hindurchgreift und auf der Außenseite eine Aufnahme für einen Mast aufweist.
  10. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenfuß (201) und/oder das Wärmeleitelement (202) im Wesentlichen aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen.
  11. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (202) thermisch leitend mit einem Element außerhalb des Gehäuses (201, 204, 205), vorzugsweise mit einem Lampenschirm (205) oder einem Mast, das seinerseits mit einer Wärmesenke außerhalb des Gehäuses (201, 204, 205) thermisch verbunden ist oder selbst eine solche darstellt, verbunden ist.
  12. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekapazität des Wärmeleitelements (202) so gewählt ist, dass es die von dem Leuchtdiodenfeld (203) abgegebene Wärme eines Betriebszyklus abzüglich der während des Betriebszyklus abfließenden Wärme aufnehmen kann, wobei die Temperatur des Leuchtdiodenfelds im Betrieb die zulässige Temperatur nicht überschreitet.
  13. Beleuchtungskörper für eine Außenbeleuchtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beleuchtungskörper ein Reflektorelement beleuchtet.
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