EP3001855B1

EP3001855B1 - Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: EP3001855B1
Application number: EP14724077.4A
Authority: EP
Inventors: Andreas Ritzenhoff; Lutz ENGEL; Jörg RACHE; Oliver Arnold
Original assignee: Seidel GmbH and Co KG
Current assignee: Seidel GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: ES2727253T3; WO2014184212A1; EP3001856A1; EP3001854A1; DE102014101403A1; WO2014184207A1; CN105229369A; EP3001855A1; WO2014184215A1; EP3001857A1; WO2014184210A1; WO2014184214A1; EP3001857B1; US20160123542A1; WO2014184213A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem Halbleiter-Leuchtmittel und einem Gehäuse aus Kunststoff, in dem das Halbleiter-Leuchtmittel aufgenommen ist, wobei das Gehäuse ein Gehäuseunterteil und ein durchscheinendes Gehäuseoberteil umfasst und wobei das Gehäuseoberteil zumindest teilweise in das Gehäuseunterteil hineinragt und mit dem Gehäuseunterteil verrastet ist.
Leuchtvorrichtungen mit Halbleiter-Leuchtmitteln zeichnen sich durch eine hohe spezifische Leuchtkraft und damit geringem Energieverbrauch aus sowie durch eine lange Lebensdauer. Im Betrieb müssen die Halbleiter-Leuchtmittel gekühlt werden, da sowohl die Lebensdauer als auch die erzielte Effektivität mit der Temperatur der Leuchtmittel abnimmt. Mit der zunehmend steigenden Lichtleistung der Halbleiter-Leuchtmittel und damit auch steigender elektrischer Leistungsaufnahme steigt auch der Bedarf an einer effektiven Kühlung der Halbleiter-Leuchtmittel. Neben Kühlkörper und Halbleiter-Leuchtmittel ist häufig im Gehäuse der Leuchtvorrichtung noch ein Treiberbaustein für das Halbleiter-Leuchtmittel, auch Anschlussmodul genannt, angeordnet, der einen zur Ansteuerung der Halbleiter-Leuchtmittel geeigneten Strom bereitstellt. Weiter ist optional zur Erzielung einer gewünschten räumlichen Abstrahlcharakteristik ein optisches Element, beispielsweise ein Reflektor und/oder eine Linsenanordnung vorgesehen.
Insbesondere im Fall sogenannter Retrofit-Leuchtvorrichtungen, die in ihrer Form und im Hinblick auf den elektrischen Anschluss bekannten Ausgestaltungen von Leuchtvorrichtungen, beispielsweise Glühlampen oder Leuchtstoffröhren, angepasst sind, muss die Leuchtvorrichtung und entsprechend das Gehäuse bezüglich der Form und dem Aussehen engen Vorgaben genügen. In bislang bekannten Halbleiter-Leuchtvorrichtungen konnte dies nur mit einem relativ komplexen und mechanisch aufwendig zusammensetzbaren Aufbau erreicht werden. Entsprechend aufwendig gestaltet sich der Herstellungsprozess derartiger bekannter Leuchtvorrichtungen, was sich einerseits im Preis und andererseits auch in einer unzulänglichen Qualität widerspiegelt.
Üblicherweise umfasst das Gehäuse der Leuchtvorrichtung ein durchscheinendes (transluzentes bzw. transparentes) Gehäuseoberteil und ein lichtundurchlässiges Gehäuseunterteil. Dabei ist es aus optischen und haptischen Gründen gewünscht, dass die beiden Gehäuseteile möglichst glatt ineinander übergehen und belastbar miteinander verbunden sind.
Eine derartige Leuchtvorrichtung ist aus der Druckschrift WO 2012/020366 A1 bekannt. Diese offenbart eine LED Leuchtvorrichtung mit einer oder mehreren LEDs (light emitting diodes) als Halbleiter-Leuchtmittel, einer elektrischen Treibereinheit und einem Gehäuse. Dieses Gehäuse umfasst ein Gehäuseunterteil mit einem Schraubgewindesockel und ein kugelförmiges und durchscheinendes Gehäuseoberteil, das auf der dem Schraubgewindesockel gegenüberliegenden Seite des Gehäuseunterteil zumindest teilweise in dieses eingesteckt wird und mit diesem auf nicht näher erläuterte Art verbunden ist.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfacher und kostengünstiger montierbar ist und bei der sich die Gehäuseteile mit einem möglichst glatten Übergang aneinanderfügen und drehfest miteinander verbunden sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Leuchtvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch aus, dass an einem Auflagerand des Gehäuseoberteils eine nach unten weisende Zunge ausgebildet ist, mit der das Gehäuseoberteil in das Gehäuseunterteil eingesteckt wird, wobei an der Zunge eine Mehrzahl von nach außen hervorstehenden Rippen angeordnet ist, und dass eine sich nach außen aufweitende Rastvertiefung an einem oberen Rand des Gehäuseunterteils angeordnet ist, wobei im Bereich der Rastvertiefung eine Riffelung vorgesehen ist, mit der die hervorstehenden Rippen verhaken. Die Verrastung ermöglicht eine einfache, schnelle und damit kostengünstige Montage. Das Gehäuseunterteil übergreift das Gehäuseoberteil im Bereich der Verrastung, wodurch die Verrastung innerhalb des Gehäuses liegt und damit ein glatter Übergang zwischen den beiden Gehäuseteilen an der Außenseite der Leuchtvorrichtung ermöglicht wird.
Die Zunge ist vorteilhaft umlaufend ausgebildet. Sie kann mindestens eine umlaufende oder zumindest teilweise umlaufende, nach außen weisende Rastnase aufweisen, die in die Rastvertiefung des Gehäuseunterteils eingreift. Die Verrastung ist im verbreiterten Abschnitt des Gehäuseunterteils angeordnet und kann entsprechend große Rastkräfte für eine belastbare Verbindung der beiden Gehäuseteile aufnehmen.
Wenn die Rastnase in die Rastvertiefung eingerastet ist, greifen die Rippen an der Zunge in die Riffelung ein, wodurch das Gehäuseoberteil drehfest mit dem Gehäuseunterteil verbunden ist. Dieses ist insbesondere bei einer Leuchtvorrichtung mit einem Sockel mit Schraubgewinde wichtig, um die Leuchtvorrichtung ein- und ausschrauben zu können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Leuchtvorrichtung ist ein oberer Rand des Gehäuseunterteils verbreitert, wobei der verbreiterte Bereich als eine Auflage dient, auf der das Gehäuseoberteil mit einem Auflagerand aufliegt. So wird eine großflächige Auflagefläche zwischen den beiden Gehäuseteilen geschaffen, die zu einer soliden Verbindung der beiden Teile beiträgt. Bevorzugt ist in dem verbreiterten Bereich des Gehäuseunterteils eine sich nach außen aufweitende Rastvertiefung angeordnet, die einen hinterschnittenen Rastvorsprung bildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Leuchtvorrichtung ist innerhalb des Gehäuses ein metallischer Basiskörper angeordnet, auf dem das Halbleiter-Leuchtmittel festgelegt ist, wobei der metallische Basiskörper in das Gehäuseunterteil eingesetzt ist und von dem Gehäuseoberteil festgelegt ist. Der metallische Basiskörper dient als Träger und stellt gleichzeitig ein Kühlelement für das Halbleiter-Leuchtmittel dar, so dass eine gute Abfuhr der von dem Halbleiter-Leuchtmittel im Betrieb erzeugten Wärme erfolgt. Bevorzugt liegt dabei die Oberfläche des Basiskörpers eng an einer inneren Oberfläche einer Wandung des Gehäuses an, um einen möglichst guten Wärmeübergang zu ermöglichen. Dadurch, dass das Gehäuseoberteil im Bereich der Verrastung so geformt und angeordnet ist, dass es den Basiskörper festlegt, sind im Wesentlichen alle inneren Komponenten der Leuchtvorrichtung durch die eine Rastverbindung zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Gehäuseunterteil in der Leuchtvorrichtung festgelegt.
In einer Ausgestaltung der Leuchtvorrichtung ist vorgesehen, den Basiskörper zusätzlich rastend oder klemmend in dem Gehäuseunterteil festzulegen. Die Festlegung durch das Gehäuseoberteil dient in dem Fall als eine zusätzliche Sicherung. Zur Befestigung im Gehäuseunterteil weist der Basiskörper beispielsweise eine Rastwulst auf, die unter mindestens einem im Gehäuseunterteil angeordneten Rastvorsprung verrastet.
Das Gehäuseunterteil ist bevorzugt ein Kunststoff-Spritzgussteil, wohingegen das Gehäuseoberteil, das beispielsweise der typische Birnenform von Glühbirnen nachempfunden ist, vorteilhafterweise in einem Spritzblasverfahren hergestellt ist.
Im Hinblick auf den Herstellungsprozess und einen platzsparenden Aufbau ist der Basiskörper bevorzugt zweiteilig ausgestaltet, wobei er beispielsweise aus einer Unterschale und einer Oberschale zusammengesetzt ist. Die beiden Schalen bilden einen Hohlraum, in dem ein Anschlussmodul zur Stromversorgung des Halbleiter-Leuchtmittels angeordnet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Leuchtvorrichtung ist das Halbleiter-Leuchtmittel mit einem Niet auf dem Basiskörper, beispielsweise dessen Oberschale, festgelegt. Bevorzugt ist der Niet integral mit dem Basiskörper ausgebildet, wodurch das Halbleiter-Leuchtmittel besonders einfach und kostengünstig auf dem Basiskörper als Träger befestigt werden kann. Die integrale Ausbildung erlaubt auch, den Niet zur Befestigung zu verformen, ohne dass mit einem Werkzeugt gegen die dem Halbleiter-Leuchtmittel gegenüberliegende Seite gedrückt werden muss. Ein Verformen des Niets kann alleinig von der Außenseite des Basiskörpers her erfolgen. Besonders vorteilhaft ist der Basiskörper, beispielsweise wiederum die Oberschale, mit dem Niet in einem Tiefziehverfahren urgeformt. Es wird dann in nur einem Herstellungsschritt die Oberschale geformt und der Niet ausgebildet. Ober- wie auch Unterschale können beispielsweise aus Aluminium tiefgezogen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Leuchtvorrichtung kann das Halbleiter-Leuchtmittel auch mittels einer Schraube auf dem Basiskörper, insbesondere auf dessen Oberschale, festgelegt sein.
Die beschriebene Leuchtvorrichtung kann insbesondere gut als Retrofit-Leuchtvorrichtung ausgebildet sein, bei der beispielsweise ein Aussehen und ein Anschlussschema einer klassischen Glühbirne nachgeahmt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele illustrieren weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Leuchtvorrichtung bzw. von Komponenten der Leuchtvorrichtung. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 bis 3: jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung im Retrofit-Stil in schematischen Explosionsdarstellungen; und
Fig. 4 bis 15: Details aus verschiedenen Ausführungsbeispielen von Leuchtvorrichtungen jeweils in schematischen Schnittdarstellungen oder schematischen perspektivischen Ansichten.

In den Fig. 1 bis 3 sind drei verschiedene Ausführungsbeispiele einer anmeldungsgemäßen Leuchtvorrichtung jeweils in einer perspektivischen Explosionszeichnung dargestellt. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in diesen wie den folgenden Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Bei allen drei dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Leuchtvorrichtung als Retrofit-Leuchtvorrichtung ausgestaltet, das heißt, dass sie sich im Hinblick auf den elektrischen Anschluss und auch die Formgebung an bekannten Leuchtmitteln, hier Glühbirnen mit Schraubgewinde (E14 oder E27), orientiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Anmeldung gezeigten Merkmale auch in Leuchtvorrichtungen mit anderer Formgebung und/oder anderen Anschlusssockeln oder Anschlussmöglichkeiten umgesetzt sein können, einschließlich Leuchtvorrichtungen, die nicht als Retrofit-Leuchten ausgebildet sind. Teilweise sind die vorgestellten Merkmale auch in anderen Elektronik-Anwendungen einsetzbar, die keine Leuchtmittel aufweisen.
Die Leuchtvorrichtung hat ein Gehäuse 10, das ein Gehäuseunterteil 11 und ein darauf aufgesetztes Gehäuseoberteil 12 aufweist, sowie einen gegenüber dem Gehäuseoberteil 12 am Gehäuseunterteil 11 angesetzten Sockel 13, der der Halterung der Leuchtvorrichtung in einer Fassung und der elektrischen Kontaktierung dient. Es ist eine rastende oder einschnappende Verbindung des Gehäuseunterteils 11 und des Gehäuseoberteils 12 vorgesehen. Dazu sind die Teile im Verbindungsbereich entsprechend ineinander greifend ausgestaltet. Bevorzugt ist eine Rastung vorgesehen, die ein Drehmoment übertragen kann, so dass die beiden Gehäuseteile 11, 12 verdrehsicher zueinander festgelegt sind. Bis auf die kontaktierenden Flächen am Sockel 13 sind die einzelnen Teile des Gehäuses 10 aus Kunststoff gefertigt, bevorzugt in einem Spritzgussverfahren. Zumindest das Gehäuseoberteil 12 ist dabei transluzent, z.B. transparent oder opak, gehalten, um das von der Leuchtvorrichtung emittierte Licht abzugeben. Das Gehäuseoberteil 12 kann vorteilhaft in einem Spritblasverfahren hergestellt sein.
In das Gehäuse 10 ist ein Basiskörper 20 eingesetzt, der in den hier gezeigten Fällen jeweils zweiteilig aufgebaut ist und eine Unterschale 21 und eine damit verbundene Oberschale 22 aufweist. Der Basiskörper 20 hat eine vielfältige Funktion inne. Er dient zum Beispiel zur Halterung eines Halbleiter-Leuchtmittels 30, nachfolgend Leuchtmittel 30 genannt, das auf der Oberschale 22 befestigt ist.
Weiter ist der Basiskörper 20 aus einem gut wärmeleitenden Material, bevorzugt einem Metall wie Aluminium, hergestellt und dient damit der Wärmeableitung von dem Leuchtmittel 30 produzierten Wärme. Sowohl die Unterschale 21 als auch die Oberschale 22 sind bevorzugt in einem Tiefziehverfahren hergestellt, was eine kostengünstige Fertigung bei möglichst geringen Wandstärken erlaubt. Die Unterschale 21 und die Oberschale 22 sind mechanisch belastbar miteinander verbunden, wodurch auch gute eine Wärmeleitung von der Oberschale 22 auf die Unterschale 21 gegeben ist, so dass auch die Unterschale 21 Wärme vom Leuchtmittel 30 aufnehmen und weiterleiten bzw. abgeben kann. Beide Elemente, Unterschale 21 und Oberschale 22, sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, wobei die Verbindung beider Elemente miteinander durch eine Fügepassung erfolgt, ggf. unterstützt von Rastmitteln im Verbindungsbereich, zum Beispiel eine im Verbindungsbereich ausgebildete umlaufende Wulst oder Einkerbung.
Zusammengesetzt ist der Basiskörper 20 im Wesentlichen kapselförmig, wobei in seinem inneren Hohlraum ein Anschlussmodul 40 aufgenommen ist. Das Anschlussmodul 40 dient der Umsetzung des über den Sockel 13 zugeführten Wechselstroms des Haus-Lichtnetzes, also beispielsweise im Spannungsbereich von 110 Volt bis 230 Volt, in einen zur Versorgung des Leuchtmittels 30 geeigneten Gleichstrom.
Erfindungsgemäß sind Basiskörper 20 und das Gehäuseunterteil 11 miteinander verrastet, wobei die Verrastung so ausgebildet ist, dass eine Wärmeausdehnung des Basiskörpers 20, insbesondere der Unterschale 21 des Basiskörpers 20, keine unzulässige und materialzerstörende- oder ermüdende Belastung auf das Gehäuseunterteil 11 ausübt. Dabei ist ein guter Wärmekontakt zwischen der Unterschale 21 und dem Gehäuseunterteil 11 gegeben, so dass innerhalb der Leuchtvorrichtung entstehende Wärme unter anderem über das Gehäuseunterteil 11 abgegeben wird. Die Verrastung des Basiskörpers 20 mit dem Gehäuseunterteil 11 ist detaillierter im Zusammenhang mit den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Weiter ist nach unten, in Richtung des Sockels 13, in der Unterschale 21 eine Öffnung vorgesehen, durch die Anschlussdrähte 41 des Anschlussmoduls 40 zum Sockel 13 hindurchgeführt sind. In die Oberschale 22 ist ebenfalls ein Durchbruch eingebracht, durch den eine elektrische Verbindung vom Leuchtmittel 30 zum Anschlussmodul 40 erfolgt. Diese kann beispielsweise über einen am Halbleiter-Leuchtmittel 30 vormontierten, beispielsweise angelöteten, Stecker 42 erfolgen.
Wie die Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 3 zeigen, kann das Leuchtmittel 30 eine ebene Trägerplatine 31 aufweisen, auf der eine Mehrzahl von Leuchtelementen, hier Leuchtdioden 32 (LEDs - light emitting diodes), angeordnet sind. Ein derartig ausgestaltetes Leuchtmittel 30 strahlt im Wesentlichen senkrecht zur Fläche der Trägerplatine 31 ab, also in Richtung der Symmetrieachse (Einschraubachse) der Leuchtvorrichtung. Um eine Abstrahlung auch senkrecht zu der Symmetrieachse zu erzielen, ist in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 3 ein optisches Element 50 vorgesehen, das in Abstrahlrichtung gesehen hinter dem Leuchtmittel 30 angeordnet ist und die Abstrahlcharakteristik der Leuchtvorrichtung beeinflusst. Das optische Element 50 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen auf der Oberschale 22 montiert.
Das optische Element 50 ist bevorzugt ein ebenfalls in einem Tiefziehverfahren hergestelltes Metallelement, das aufgrund der Befestigung auf der Oberschale 22 oder unmittelbar an der Trägerplatine 31 auch Wärme aufnehmen und abgeben kann. Alternativ kann das optische Element 50 auch aus Kunststoff hergestellt sein, wobei transparente und/oder reflektierende Komponenten verwendet werden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist das optische Element 50 reflektierenden Flächen 51 auf, die rotationssymmetrisch trichterförmig ausgestaltet sind. Die reflektierende Flächen 51 lenken einen Großteil der von den Leuchtdioden 32 abgegebenen Strahlung radial nach außen ab. Zentral ist das optische Element 50 offen, so dass ein weiterer Teil der Strahlung axial austritt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 umfasst das optische Element 50 eine Linse 52, die axial vor den Leuchtdioden 32 angeordnet ist. Die Linse 52 ist hier eine Zerstreuungslinse, die das von den Leuchtdioden 32 abgegebene Strahlungsbündel aufweitet und so die Abstrahlcharakteristik in radialer Richtung verbreitert. Wegen ihrer flachen Bauform kann die Linse 52 vorteilhaft als Fresnellinse ausgebildet sein. Es können auch optische Elemente 50 verwendet werden, die sowohl reflektierende Flächen 51 als auch Linsen 52 aufweisen.
Die Komponenten der Leuchtvorrichtung sind im Hinblick auf eine mögliche Automatisierbarkeit des Herstellungsprozesses, insbesondere des Prozesses des Zusammensetzens der Leuchtvorrichtung, ausgebildet. Dieses beinhaltet beispielsweise, dass Teile leicht greifbar und orientierbar sind. Weiterhin sind Verbindungen zwischen den Teilen bevorzugt Schnapp- und/oder Rast- und/oder Füge-Verbindungen, die besonders bevorzugt in einer gemeinsamen Füge- bzw. Verrastungsrichtung zusammengesetzt werden können, besonders bevorzugt entlang der Symmetrieachse der Leuchtvorrichtung, die bei den dargestellten Sockeln 13 auch die Richtung ist, in der die Leuchtvorrichtung in eine Fassung eingeschraubt wird. Im Rahmen der Anmeldung wird diese Richtung auch als axiale Richtung bezeichnet.
Die drei in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Leuchtvorrichtungen unterscheiden sich in der genauen Formgebung ihrer Komponenten, den äußeren Abmessungen und der Lichtleistung. Dennoch weisen sie alle einen vergleichbaren Grundaufbau auf. Dieses ermöglicht, eine Mehrzahl von unterschiedlichen Leuchtvorrichtungen auf denselben Fertigungsstraßen automatisiert herzustellen, ohne dass bei einem Modellwechsel tiefgreifende Veränderungen an der Fertigungsstraße bzw. dem Fertigungsprozess erforderlich sind. Es wird so eine Art Baukastensystem an Konstruktionslösungen geschaffen, mit dem schnell auf Marktanforderungen und kleine Änderungen in den Komponenten, beispielsweise neue Leuchtmittel, reagiert werden kann. Neuentwicklungen können flexibel und schnell in neue Produkte integriert werden.
Weitere Details der Leuchtvorrichtungen, die u.a. für die automatisierbare Fertigung relevant sind, sind in den nachfolgenden vorteilhaften Ausgestaltungen der Leuchtvorrichtung beschrieben.
In den Fig. 1 bis 3 ist eine vorteilhafte Befestigungsmöglichkeit für das Leuchtmittel 30 auf der Oberschale 22 angegeben, die in Fig. 4 detaillierter dargestellt ist. Bislang ist zur Befestigung des Leuchtmittels 30 eine Klebe- oder eine Schraubverbindung bekannt. Anmeldungsgemäß ist vorgesehen, das Leuchtmittel 30 mittels eines Formschlusses mithilfe eines verformbaren Verbindungselements auf der Oberschale 22 festzulegen.
Bei den Beispielen der Fig. 1 bis 4 wird als verformbares Verbindungselement eine Befestigungsklammer 222 verwendet, die bevorzugt durch zuvor eingebrachte Durchbrüche 311, 221 in der Trägerplatine 31 des Leuchtmittels 30 bzw. der Oberschale 22 gesteckt und an der Unterseite durch entsprechende Werkzeuge umgebogen werden. Die Form der Umbiegung und das gewählte Material ermöglichen dabei eine sichere und elastische, auch bei thermischer Ausdehnung kraftschlüssige Festlegung des Leuchtmittels 30 auf der Oberschale 22, wodurch eine gute thermische Anbindung des Leuchtmittels 30 an den Basiskörper 20 gegeben ist. Zudem kann die bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise aus einer Kupferlegierung, bestehende Befestigungsklammer 222 zur elektrischen Kontaktierung des Leuchtmittels 30 verwendet werden. Zusätzlich kann zwischen dem Leuchtmittel 30 und der Oberschale 22 eine wärmeleitende Paste aufgetragen sein.
In den Fig. 5 bis 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung in verschiedenen Darstellungen und verschiedenen Montagezuständen gezeigt. Die dort angegebene Befestigungsmöglichkeit für das Leuchtmittel 30 auf der Oberschale 22 kann ebenfalls für die Leuchtvorrichtungen der Fig. 1 bis 3 verwendet werden.
In Fig. 5a ist zunächst die verwendete Oberschale 22 dargestellt. Die Oberschale 22 weist an ihrer Oberseite, auf der das Leuchtmittel 30 montiert wird, einen integral angeformten Niet 223 auf. Der Niet 223 stellt eine Alternative zu der in Fig. 4 gezeigten Befestigungsklammer 222 dar. Der Niet 223 kann als ein Hohlniet oder als ein Vollmaterial-Niet ausgebildet sein. Wie zuvor bereits erwähnt wurde, ist die Oberschale 22 bevorzugt aus Aluminium aus einem Tiefziehverfahren hergestellt. Besonders bevorzugt wird der Niet 223 dabei bereits in diesem Tiefziehverfahren mit ausgeformt. Der Niet 223 ist also im Urformverfahren, mit dem die Oberschale 22 in ihre Grundform gebracht wird, ausgebildet. Auf diese Weise ist der Niet 223 nicht nur einstückig mit der Oberschale 22 geformt, sondern auch in einem Herstellungsschritt.
In Fig. 5b und 5c ist die Montage des Leuchtmittels 30 unter Zuhilfenahme des Niets 223 dargestellt. Für die Montage des Leuchtmittels 30 ist die Leuchtvorrichtung bereits teilweise vormontiert. Konkret ist das Gehäuseunterteil 11 bereits auf den Sockel 13 auf- bzw. eingesetzt, vom Basiskörper 20 ist die Unterschale 21 in das Gehäuseunterteil 11 eingesetzt und mit diesem verrastet. Zu diesem Zweck ist umlaufend an dem Gehäuseunterteil 11 ein Rastwulst 211 ausgeformt, der unter Rastvorsprüngen (in der Fig. 5 nicht mit Bezugszeichen versehen) des Gehäuseunterteils 11 einrastet. Zudem ist das Anschlussmodul 40 in die Unterschale 21 eingesetzt, wobei die Anschlussdrähte 41 ggf. bereits mit dem Sockel 13 verbunden, beispielsweise verlötet oder in entsprechende Steckkontakte eingesteckt, sind.
Nach Aufsetzen der Oberschale 22 auf die Unterschale 21 wird das Leuchtmittel 30 auf die Oberseite der Oberschale 22 aufgelegt, wobei der Niet 223 durch den dafür vorgesehenen Durchbruch 311 der Trägerplatine 31 (in der Fig. 5 nicht mit Bezugszeichen versehen) dringt. Durch weitere, in der Figur ebenfalls nicht mit Bezugszeichen versehene Durchbrüche in der Trägerplatine 31 wird das Leuchtmittel 30 mittels des Steckers 42 zum einen auf der Oberschale 22 fixiert und zum anderen mit dem Anschlussmodul 40 kontaktiert.
In einem nächsten Bearbeitungsschritt wird der Niet 223 durch Krafteinwirkung eines Stempels von oben deformiert, so dass er die Trägerplatine 31 formschlüssig auf der Oberschale 22 festlegt. Die Oberschale 22 liegt bevorzugt umlaufend an ihrem unteren Rand auf der Unterschale 21 auf, so dass die beim Aufbiegen des Niets 223 auf die Oberschale 22 wirkenden Kräfte gut und großflächig nach unten abgeleitet werden können. Die Verformung des Niets 223 kann aus diesem Grund in dem vormontierten Zustand des Leuchtmittels erfolgen. Wie im Zusammenhang mit der Befestigungsklammer 222 erwähnt, kann über den Niet 223 zusätzlich eine zumindest einpolige elektrische Kontaktierung erfolgen.
Der weitere Montageprozess ist anhand der Fig. 6a und 6b dargestellt. Fig. 6a zeigt zunächst die endmontierte Vorrichtung. Gegenüber dem in Fig. 5c dargestellten Zustand, ist das optische Element 50 aufgesetzt, wobei dieses optische Element 50 so ausgebildet ist, dass es im oberen Bereich der Oberschale 22 an dessen äußerem Umfang verrastet. Zu diesem Zweck weist die Oberschale 22 in diesem Bereich eine umlaufende Einschnürung auf. Weiterhin ist das durchscheinende Gehäuseoberteil 12 auf das Gehäuseunterteil 11 aufgesetzt und mit diesem verrastet.
Fig. 6b zeigt den Bereich, in dem die Unterschale 21 des Basiskörpers 20 und das Gehäuseoberteil 12 in dem Gehäuseunterteil 11 verrastet sind, detaillierter. Fig. 7a und 7b zeigen ergänzend dazu das Gehäuseunterteil 11 mit eingesetzter Unterschale 21 separat in einer Schnittdarstellung, wobei in Fig. 7b wiederum der Verrastungsbereich vergrößert dargestellt ist. Fig. 7c zeigt das Gehäuseoberteil 12 in einer perspektivischen Darstellung separat.
Wie insbesondere die Fig. 6b und 7b zeigen, ist zur Verrastung des Gehäuseoberteils 12 mit dem Gehäuseunterteil 11 im oberen Bereich des Gehäuseunterteils 11 eine Rastvertiefung 111 eingebracht, deren oberer Rand einen nach innen weisende hinterschnittenen Rastvorsprung bildet. Die Rastvertiefung 111 kann umlaufend oder zumindest teilweise umlaufend ausgebildet sein. In die Rastvertiefung 111 ist zudem eine Riffelung 112 eingearbeitet.
Nach oben hin ist durch den Rastvorsprung ein verbreiteter Rand an dem Gehäuseunterteil 11 ausgebildet. Das Gehäuseoberteil 12 weist einen komplementären Auflagerand 121 auf, mit dem es auf dem Gehäuseoberteil 12 aufliegt. Innen umlaufend ist an dem Auflagerand 121 eine nach unten weisende Zunge mit einer ebenfalls umlaufend oder zumindest teilweise umlaufend nach außen weisenden Rastnase 122 ausgeformt. Beim Aufstecken des Gehäuseoberteils 12 rastet die Rastnase 122 in einem Hinterschnitt des Rastvorsprungs 111 ein. Im vorliegenden Fall ist die Rastnase 122 umlaufend ausgebildet und sie ist zusätzlich mit einer Mehrzahl von nochmals hervorstehenden Rippen 123 versehen. Wie in Fig. 7c zu erkennen ist, sind die Rippen 123 entlang des Umfangs verteilt. Wenn die Rastnase 122 in die Rastvertiefung 111 eingerastet ist, greifen die Rippen 123 in die Riffelung 113 ein, wodurch das Gehäuseoberteil 12 drehfest mit dem Gehäuseunterteil 11 verbunden ist. Dieses ist insbesondere bei einem Sockel 13 mit Schraubgewinde wichtig, um die Leuchtvorrichtung bequem ein- und ausschrauben zu können. Auch bei Leuchtvorrichtungen mit einem Bajonettsockel muss eine drehfeste Verbindung gegeben sein.
In ihrem unteren Bereich ist die Oberschale 22 ebenfalls radial umlaufend leicht nach außen abgewinkelt. Die Zunge, an der die Rastnasen 122 ausgebildet sind, kann so dimensioniert sein, dass sie mit ihrem unteren Ende auf dieser Abwinkelung liegt und damit die Oberschale 22 direkt und indirekt auch die Unterschale 21, auf der die Oberschale 22 umlaufend aufliegt, im Gehäuseunterteil 11 festlegt. Alternativ kann ein kleiner Abstand zwischen der Zunge des Gehäuseoberteils 12 und dem Basiskörper 20 gegeben sein. In dem Fall legt die Zunge des Gehäuseoberteils 12 den Basiskörper 20 nicht unmittelbar im Gehäuseunterteil 11 fest, bietet jedoch eine zusätzliche Sicherung für den Fall, dass sich die eigentliche Befestigung des Basiskörpers 20 löst. Damit sind im Wesentlichen alle inneren Komponenten der Leuchtvorrichtung durch die eine Rastverbindung zwischen dem Gehäuseoberteil 12 und dem Gehäuseunterteil 11 in der Leuchtvorrichtung festgelegt oder zumindest zusätzlich gesichert.
Details der Befestigung der Unterschale 21 des Basiskörpers 20 mit dem Gehäuseunterteil 11 sind in den Fig. 6b und 7b erkennbar. Unterhalb der Rastvertiefung 111 ist an der Innenseite des Gehäuseunterteils 11 ein Rastvorsprung 113 ausgebildet. Dieser kann umlaufend sein, oder aber aus mehreren verteilten Segmenten bestehen. Der Rastvorsprung 113 ist hinterschnitten, so dass der Rastwulst 211 der Unterschale 21 unter dem Rastvorsprung 113 verrastet.
In dem Bereich unterhalb der Rastwulst 211 sitzt die Unterschale 21 passgenau in dem Gehäuseunterteil 11, so dass die Mantelflächen beider möglichst großflächig aufeinanderliegen. So wird ein guter Wärmeübergang von der Unterschale 21 auf das Gehäuseunterteil 11 erreicht. Dieses ist bevorzugt dünnwandig ausgebildet, so dass eine Wärmeübertragung auch auf die Außenseite des Gehäuseunterteils 11 erfolgt, wo eine Wärmeabgabe über Konvektion und/oder Strahlungswärme erfolgt. Obwohl das Gehäuseunterteil 11 aus Kunststoff gefertigt ist, kann so ein nicht zu vernachlässigender Teil der von der Leuchtvorrichtung erzeugten Wärme abgeführt werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung dehnt sich die metallische Unterschale 21 jedoch bei Erwärmung gegenüber dem Gehäuseunterteil 11 aus. Damit dieses nicht zu unzulässigen Spannungen in den Materialien führt, sind der Rastwulst 211 und der hinterschnittene Teil des Rastvorsprungs 113 so geformt, dass der Rastwulst 211 in der Rastposition nach oben ausweichen kann. Zu diesem Zweck sind beispielsweise sowohl der Rastwulst 211 als auch der Hinterschnitt des Rastvorsprungs 113 abgerundet. Es gibt keine Kontaktflächen zwischen der Unterschale 21 und dem Gehäuseunterteil 11, deren Oberflächennormale in Richtung der Wärmeausdehnung liegt. Bei Ausdehnung der Unterschale 21 gegenüber dem Gehäuseunterteil 11 kann die Unterschale 21 in der Rastposition nach oben ausweichen, ohne sich aus der Verrastung zu lösen.
Im unteren Teil des Gehäuseunterteils 11 sind zwei gegenüberliegende u-förmige Führungsstege 114 vorgesehen, die durch Durchbrüche 212 der Unterschale 21 in das Innere des Basiskörpers 20 hineinragen. In die Führungsstege 114 kann das Anschlussmodul 40 mit einer Leiterplatte (PCB - printed circuit board) eingeschoben werden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen in einer Seitenansicht und einer Draufsicht das Anschlussmodul 40. An dem Anschlussmodul 40 sind die Anschlussdrähte 41 festgelegt, beispielsweise durch eine Lötverbindung. Anmeldungsgemäß sind die Anschlussdrähte 41 als biegesteife Drähte ausgeführt, wobei der Durchmesser der Anschlussdrähte 41 ggf. größer sein kann, als für die elektrische Leitfähigkeit nötig ist. Das biegesteife Ausführen der Anschlussdrähte 41 hat den Vorteil, dass die Anschlussdrähte 41 bei der automatisierten Montage des Anschlussmoduls 40 problemlos durch Öffnungen in der Unterschale 21 und dem Gehäuseunterteil 11 geführt werden können und damit für eine Kontaktierung mit dem Sockel 13 bereit stehen. Wie Fig. 8 zeigt, können die Anschlussdrähte 41 in unterschiedlichen Ebenen geführt werden, so dass sie ausreichend voneinander beanstandet sind, auch wenn die Anschlusspunkte der Anschlussdrähte 41 am Anschlussmodul 40 eng benachbart sind. Die Anschlussdrähte 41 können als isolierte oder auch nicht isolierte Drähte ausgebildet sein. Die Biegesteifheit oder Biegefestigkeit ermöglicht in einer automatisierten Montage auch das Ausrichten, Fixieren, Biegen und/der Zuschneiden dieser Anschlussdrähte 41.
Fig. 10 zeigt eine vorteilhafte elektrische Verbindung zwischen mehreren Leiterplatten. Vorliegend sind dies eine Leiterplatte des Anschlussmoduls 40 sowie die Leiterplatte 31 der Leuchtmittel 30. Es wird angemerkt, dass diese Art der Verbindung zweier winkelig zueinander stehenden Leiterplatten auch in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden kann. Die in Fig. 10 dargestellte elektrische Verbindung stellt eine Alternative zu dem in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigten Stecker 42 dar.
Vorliegend ist in der Trägerplatine 31 ein Durchbruch vorhanden, in den die Leiterplatte (Platine) des Anschlussmoduls 40 mit zumindest einem laschenförmig ausgebildeten Teil eingesteckt wird. Die Leiterbahnen beider Platinen werden anschließend nach dem Fügen miteinander verlötet, um zum einen die mechanische und zum anderen die elektrische Verbindung zu etablieren. Dabei kann auf einer der Platinen, beispielsweise auf der Trägerplatine 31 bereits ein Lötvorrat aufgebracht sein, der mittels geeigneter Lötverfahren, beispielsweise Aufheizen durch Laser, Ultraschall, Induktion oder ein anderes Lötverfahren aufgeschmolzen wird, um die Verbindung herzustellen. Das beschriebene Verfahren kann wie vorliegend gezeigt mit zwei ebenen Leiterplatten ausgeführt werden, aber auch mit dreidimensional ausgestalteten Leiterplatten (vgl. auch Fig. 15).
Fig. 11 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Dom 60, der mit Durchbrüchen 61 in verschiedenster Geometrie versehen ist. Dieser Dom 60 kann auf der Oberschale 22 durch ein geeignetes Verfahren, beispielsweise wiederum durch Fügung und/oder Verrastung, aufgesetzt werden und umgibt das Leuchtmittel 30. Der Dom 60 führt zu einer effektvollen Lichtverteilung, die die Form der Durchbrüche 61 widerspiegelt. Zusätzlich oder alternativ zu dem dargestellten Dom 60 können auch verspiegelte Metallteile um die Leuchtmittel 30 herum angeordnet werden, die zu einer entsprechend effektvollen Lichtverteilung führen.
In den Fig. 12 bis 14 sind verschiedene Ausgestaltungen eines hier als Reflektor ausgestalteten optischen Elements 50 dargestellt (vgl. Fig. 1 und 3), das der Lichtverteilung des von dem Leuchtmittel 30 abgestrahlten Lichts dient. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 13 und 14 ist zudem angedeutet, wie ein solches optisches Element 50 mit entsprechend ausgestalteten Beinen 53 am Leuchtmittel 30 und ggf. zusätzlich an der Oberschale 22 festgelegt sein kann. Dabei ist es möglich (vgl. Fig. 14), die Beine 53 auch als Befestigungsklammern wirken zu lassen, über die eine Festlegung des Leuchtmittels 30 an dem Basiskörper 20 erfolgt. In diesem Sinne kann das optische Element 50 zusätzlich und/oder alternativ zur Festlegung des Leuchtmittels 30 auf der Oberschale 22 in Art der Befestigungsklammer 222 gemäß den Fig. 1 bis 4 eingesetzt werden. Der abgeflachte Bereich am unteren Ende des Beins 53 kann beim Einsetzen des optischen Elements 50 durch einen Verformungsprozess während der Montage ausgebildet werden. Durch Verbindung des optischen Elements 50 mit dem Leuchtmittel 30 wird eine effektive Wärmeabgabe auch an das optische Element 50 erreicht, das die aufgenommene Wärme als Strahlungswärme abgeben kann und neben dem Basiskörper 20 ein wirksames Element zur Kühlung des Leuchtmittels 30 darstellt.
Vorteilhaft sind innere und äußere reflektierende Flächen 51 des optischen Elements 50 derart abgerundet ausgebildet, dass das optische Element 50 keine scharfen Kanten im Schattenwurf zeigt. Das optische Element 50 ist als ein rotationssymmetrischer Körper ausgebildet, der im Inneren einen offenen Bereich aufweist. Das durch den inneren offenen Bereich ausdringende Licht und das seitlich am optischen Element 50 vorbei geführte Licht überlagern sich im Fernbereich zu einem gleichmäßig ausgeleuchteten Lichtfeld.
Fig. 15 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein dreidimensional ausgebildetes Leuchtmittel 30. Die Trägerplatine 31 (PCB - printed circuit board) des Leuchtmittels 30 ist dabei nicht eben (zweidimensional) ausgebildet, sondern weist eine dreidimensionale Struktur auf. Dabei sind LEDs 32 auf Flächen angeordnet, die in verschiedene Richtungen weisen. Auf diese Weise wird bereits vom Leuchtmittel 30 selbst eine rundherum abstrahlende Charakteristik erzielt, so dass auf ein zusätzliches optisches Element zur Lichtverteilung verzichtet werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Herstellung der Trägerplatine 31 des Leuchtmittels 30 in einer ebenen Form, wobei die Trägerplatine 31 einen im Wesentlichen kreisförmigen Grundbereich 312 mit radial nach außen abstehenden Armen 313 aufweist. LEDs 32 sind sowohl im Grundbereich 312, als auch auf den abstehenden Armen 313 angeordnet. Im Grundbereich 312 ist der Durchbruch 311 zur Befestigung des Leuchtmittels 30 sichtbar sowie der weitere Durchbruch, durch den der Stecker zur Kontaktierung eingesteckt wird. Die abstehenden Arme 313 werden nachfolgend durch Verformung abgebogen. Dabei kann ein relativ großer Biegeradius vorgesehen sein, um die Schichtstruktur (Aluminiumträger, Isolierschicht, Leiterbahn) nicht zu beschädigen. Die Umformung kann entweder vor Montage der LEDs 32 oder aber nach deren Montage erfolgen.

Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
11: Gehäuseunterteil
111: Rastvertiefung
112: Riffelung
113: Rastvorsprung
114: Führungssteg
12: Gehäuseoberteil
121: Auflagerand
122: Rastwulst
123: Rippen
13: Sockel

20: Basiskörper
21: Unterschale
211: Rastwulst
212: Durchbruch
22: Oberschale
221: Durchbruch
222: Befestigungsklammer
223: integraler Niet

30: Halbleiter-Leuchtmittel
31: Trägerplatine
311: Durchbruch
312: Grundbereich
313: Arm
32: Leuchtdiode (LED)

40: Anschlussmodul
41: Anschlussdraht
42: Stecker

50: optisches Element
51: reflektierende Fläche
52: Linse
53: Bein

60: Dom
61: Durchbruch

Claims

Leuchtvorrichtung mit mindestens einem Halbleiter-Leuchtmittel (30) und einem Gehäuse (10) aus Kunststoff, in dem das mindestens eine Halbleiter-Leuchtmittel (30) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (10) ein Gehäuseunterteil (11) und ein durchscheinendes Gehäuseoberteil (12) umfasst, wobei das Gehäuseoberteil (12) zumindest teilweise in das Gehäuseunterteil (11) hineinragt und mit dem Gehäuseunterteil (11) verrastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
an einem Auflagerand (121) des Gehäuseoberteils (12) eine nach unten weisende Zunge ausgebildet ist, mit der das Gehäuseoberteil (12) in das Gehäuseunterteil (11) eingesteckt wird, wobei an der Zunge eine Mehrzahl von nach außen hervorstehenden Rippen (123) angeordnet ist, und dass eine sich nach außen aufweitende Rastvertiefung (111) an einem oberen Rand des Gehäuseunterteils (11) angeordnet ist, wobei im Bereich der Rastvertiefung (111) eine Riffelung (112) vorgesehen ist, mit der die hervorstehenden Rippen (123) verhaken.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der dem Gehäuseoberteil (12) zugewandter Rand des Gehäuseunterteils (11) verbreitert ist, wobei der verbreiterte Bereich als eine Auflage dient, auf der das Gehäuseoberteil (12) mit einem Auflagerand (121) aufliegt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die sich nach außen aufweitende Rastvertiefung (111) in dem verbreiterten Bereich des Gehäuseunterteils (11) angeordnet ist und einen hinterschnittenen Rastvorsprung bildet.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zunge umlaufend ausgebildet ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der an der Zunge mindestens eine nach außen weisende Rastnase (122) umlaufend oder zumindest teilweise umlaufend ausgebildet ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 3 und 5, bei der die mindestens eine Rastnase (122) des Gehäuseoberteils (12) in die Rastvertiefung (111) des Gehäuseunterteils (11) eingreift.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der innerhalb des Gehäuses (10) ein metallischer Basiskörper (20) angeordnet ist, auf dem das Halbleiter-Leuchtmittel (30) festgelegt ist, wobei der metallische Basiskörper (20) in das Gehäuseunterteil (11) eingesetzt ist und von dem Gehäuseoberteil (12) festgelegt ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Basiskörper (20) zusätzlich rastend oder klemmend in dem Gehäuseunterteil (11) festgelegt ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Basiskörper (20) eine Rastwulst (211) aufweist, die unter mindestens einem im Gehäuseunterteil (11) angeordneten Rastvorsprung (113) verrastet.
Leuchtvorrichtung nach einem der Anspruch 7 bis 9, bei der der Basiskörper (20) einen Hohlraum aufweist, in dem ein Anschlussmodul (40) für das Halbleiter-Leuchtmittel (30) angeordnet ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei der der Basiskörper (20) zweiteilig ausgestaltet ist und aus einer Unterschale (21) und einer Oberschale (22) zusammengesetzt ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das Gehäuseoberteil (12) in einem Spritzblasverfahren einstückig hergestellt ist.
Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die als Retrofit-Leuchtvorrichtung ausgebildet ist.