EP3794276A1 - Led-leuchtenmodul und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Led-leuchtenmodul und verfahren zu dessen herstellung

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EP3794276A1
EP3794276A1 EP19728578.6A EP19728578A EP3794276A1 EP 3794276 A1 EP3794276 A1 EP 3794276A1 EP 19728578 A EP19728578 A EP 19728578A EP 3794276 A1 EP3794276 A1 EP 3794276A1
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EP
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led
cover plate
light
plate
housing
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VIRANT, ROBERT
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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 the technical field of light generation by means of light-emitting diodes (LED); LEDs denotes a number of such diodes.
  • a luminaire module is the light-generating luminous device or the light-generating luminous means of a luminaire or lamp.
  • the luminaire module according to the invention is preferably intended for outdoor use (or "outdoor") and can be provided here in particular in lights for the illumination of roads, paths and squares according to DIN EN 13201.
  • the LED lighting module according to the invention can be attached as a light source to a corresponding predetermined street lamp.
  • the present invention provides a method for producing such an LED luminaire module.
  • the present invention relates to an LED lamp module having a two-part module housing
  • this consists of a housing part and a transparent cover plate
  • a circumferential side wall is formed so that the housing part, the one side wall or both Side walls and the cover plate together define a hermetically sealed housing interior
  • circuit board in which a circuit board is located, on which a number of spaced-apart LEDs sit,
  • each individual LED is associated with a secondary optical element which captures the LED light generated by a given LED and directs and focuses in accordance with a predetermined lighting purpose.
  • the plastic housing has two essential parts, namely an upper housing part and a cover plate.
  • the upper housing part consists of a flat plate, on whose circumference integrally a circumferential side wall is mounted.
  • a circumferential side wall that is flush with the side wall on the housing part may or may not also be formed on the circumference of the cover plate.
  • These two plastic parts can be connected to each other by means of conventional measures for joining plastic parts, for example by hotstaking, vibration welding, ultrasonic welding, gluing and the like in order to produce a weatherproof module housing.
  • the plastic housing may consist of polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), glass or a combination of these materials.
  • a circuit board on which one LED or several LEDs is / are attached. These LEDs are each associated with a secondary optics element, which is also referred to as a lens.
  • Such optical lenses may be mounted on the board, or a number of such optical lenses may be combined into a matrix formed on a planar optical disk.
  • Such an optical disk may be made of polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC) and / or the like and may be secured to the module housing, possibly with the aid of sealing material, to create a seal around the optical disk.
  • the LED lamp module described here is provided with a mechanically stable metal frame, with which the two-piece plastic housing is attached to a mast, posts or the like.
  • Document EP 2 776 883 B1 discloses a street lamp equipped with LEDs as a light source. Each LED is associated with a light guiding element made of transparent material which modifies the light distribution pattern of the light beams generated by an LED.
  • the street lamp is arranged at a given height "H" above the road surface, and it is desired such a light distribution pattern that a street lamp such a road surface can be uniformly illuminated, whose length is about 4.5 times the height "H" and their Width about half the height "H" corresponds.
  • This LED light module has
  • Frame which has two spaced frame end faces and which sits on the bottom plate and is substantially aligned with the outer periphery thereof;
  • LEDs of light emitting diodes and with one, these LEDs or LED groups associated secondary optics, which is the one of the LEDs over a wide
  • Luminous flux directs and focuses; and with - A board located in the housing interior with electrical and / or electronic, with operating current, signal voltages and optionally further signals can be supplied components for the supply, control and monitoring of the LEDs; and
  • the frame consists of a PMMA material, and on one
  • Frame end face a circumferential web is integrally formed, which projects in the direction of the frame height of the frame end face;
  • This frame end face is connected by means of ultrasonic welding to the ceiling plate;
  • the module housing has a long-term tightness, which ensures that after carrying out a 46 weeks of accelerated aging treatment, while the module housing always at about 50 ° C and per day for one hour under ambient air pressure and 23 hours under one, compared to the ambient air pressure is maintained at 100 mbar reduced air pressure, the atmosphere in the housing interior of the module housing still consists of at least 30 vol .-% of argon from the originally introduced 100% Ar-filling.
  • the object of the present invention is a
  • Another object of the present invention is to provide a simple, efficient and reliably reproducible method for producing such LED luminaire modules.
  • this consists of a housing part and a transparent cover plate
  • each of the housing part and / or on the cover plate in one piece a circumferential side wall is formed so that the housing part, the one side wall or both side walls and the cover plate together define a hermetically sealed housing interior
  • circuit board in which a circuit board is located, on which a number of spaced-apart LEDs sit,
  • each individual LED is associated with a respective secondary optical element which captures the LED light generated by a given LED and directs and bundles it according to a predetermined lighting purpose
  • the housing part consists of a suitable material for housing light metal or a zamak alloy
  • UV-opaque PMMA material or UV-stabilized PC material UV-opaque PMMA material or UV-stabilized PC material
  • Each Sekundäroptikelement has a light guide, which consists of the Abdeckplattenmaterial and which is integrally formed on the board adjacent to the inside of the cover plate;
  • the module housing has such a long-term tightness, which ensures that after performing a 46 weeks of accelerated aging treatment, while the LED lamp module always at about 50 ° C and per day for one hour (hrs) long under ambient air pressure and 23 hrs long is maintained at a reduced atmospheric pressure by 100 mbar relative to the ambient air pressure, the atmosphere in the housing interior still consists of at least 58% by volume of the originally introduced 100% Ar charge.
  • a housing part which consists of a housing material suitable for light metal or a zamak alloy;
  • a cover plate which consists of a largely UV-opaque or UV-opaque PMMA material or a UV-stabilized
  • Each Sekundäroptikelement has a light guide, which from the
  • Cover plate material is made and which is integrally formed on the board adjacent to the inside of the cover plate;
  • LED luminaire module that can be manufactured easily, efficiently and safely reproducibly, and that is designed for a long and maintenance-free service life.
  • the LEDs in the LED luminaire module are operated in an environment that can be kept largely or completely free of harmful influences over a very long period of time. It can ensure a lifetime of the LEDs used greater than 100,000 hours (hours). Lifespan refers to the one here
  • the LED luminaire module is designed to provide light that comes as close as possible to the daylight provided by the sun. Consequently, LEDs are used which provide white or warm white light, typically with color temperatures between 2700 and 6500 Kelvin (K), in particular with color temperatures of 3000 or 4000 or 5000 Kelvin (K).
  • the LED semiconductor chip produces narrow-band blue-light ("royal blue") at a wavelength of 442 nm (nanometers), which has to be converted by fluorescence into a broad yellow light in order to produce cold-white (color temperatures of about 5,000) to 6000 K) to warm white (color temperatures of about 2000 to 3000 K) to deliver light.
  • This fluorescence provide selected powdery, yellow to orange phosphors, such as cerium-doped yttrium-aluminum garnet, which are applied as a layer on the LED semiconductor chip.
  • This phosphor layer is covered with a layer of a silicone material, or encapsulated with this silicone material.
  • This silicone encapsulant is particularly close to the LED semiconductor chip and is exposed to the heat generated by the LED semiconductor chip and "high photon energy" during operation of the LED.
  • This silicone encapsulating material is a lens or a dome of further silicone material with which the emission of the light emitted by the LED is already directed and controlled to a limited extent in terms of primary optics; This latter silicone material is also referred to as silicone lens material.
  • This two silicone materials are not damaged by the blue light generated by the LED semiconductor chip with an emission maximum at about 442 nm.
  • incompatible organic compounds that can gase from various sources, such as adhesives, coatings on a circuit board, certain brazing materials, and so forth, may be present in the interior of the enclosure from sealants and seals, such as O-rings and the like. These VOCs diffuse into these silicone materials, settling in voids between the silicone polymer chains and are confined there.
  • white light-generating LEDs are typically operated in a water and water vapor-free inert gas atmosphere, such as argon.
  • UV components of the sunlight can also have harmful effects on white light-generating LEDs, of which precisely these VOCs can be affected.
  • white light-generating LEDs of which precisely these VOCs can be affected.
  • Street lamp is the transparent cover plate, although not directly exposed to sunlight, but facing the ground. Nevertheless, scattered and / or reflected sunlight can penetrate through the transparent cover plate into the interior of the module housing and cause long-term damage to the silicone encapsulation material, to the silicone lens material and / or to the VOCs trapped in these silicone materials.
  • An important aspect of the present invention is therefore to prevent the penetration of harmful UV components of the sunlight in the interior of the module housing, which is why the cover plate including integrally formed thereon Sekundäroptiketti from a substantially UV-opaque or from a completely UV impermeable, transpar pensions plastic is made.
  • a largely UV-opaque or UV-opaque PMMA material or a UV-stabilized PC material is provided here. Specifically, materials are selected which not only provide the required UV protection but also for the LED light produced G
  • the LED lighting module according to the invention has a module housing consisting of two components; the one component is a plate-shaped, consisting of metallic material housing part, which is hereinafter referred to only briefly as a metal housing plate.
  • This metal housing plate may be made of a light metal or a zamak alloy. As is known, such metals are called light metals which have a density of less than 5.0 g / cm 3 .
  • light metals which have a density of less than 5.0 g / cm 3 .
  • light metals are suitable for housing materials light metals into consideration, which form a permanently protective and weather-resistant surface layer of ambient air, here in particular light metals based on aluminum (AI), magnesium (Mg), titanium (Ti) and beryllium (Be) ,
  • the metal housing plate preferably consists of a
  • Housing material selected from a group comprising:
  • Al-Si alloys with an Si content of 10.0 to 13.0% and smaller amounts of Mg, Fe, Mn, Ni, Zn, and / or TI typically less than 0.5%
  • the - Zamak alloys which may contain in addition to the main component Zn smaller proportions of Al, Cu and / or Mg. From these housing materials castings can be obtained in the metal injection molding process, where even small details with dimensions of 0.1 mm can be faithfully and reproducibly realized.
  • the castings have a relatively low weight, are corrosion resistant and weatherproof and have a good thermal conductivity.
  • suitable housing parts can also be obtained by deep drawing of precursors.
  • the Al alloy "6061 -T6 aluminum”, which contains 0.8 to 1.2% Mg and 0.4 to 0.8% Si as main alloying elements, is particularly preferably used as the light-metal housing material. Mechanically stable and durable castings with very fine details can be produced, even in the order of 0.1 mm; the castings have a comparatively high thermal conductivity up to about 170 W / (m K) for Al castings.
  • the second component of the module housing according to the invention is a transparent cover plate, to which a number of light guide elements consisting of the cover plate material are integrally formed and integrated.
  • a cover plate material is largely UV-opaque or UV-opaque PMMA material; PMMA stands for polymethylmethacrylate.
  • UV opaque means here that more than 99% of the incident UV radiation with a wavelength less than or equal to 400 nm is absorbed and blocked.As an alternative cover plate material UV-stabilized PC material is considered, PC stands for polycarbonate.
  • UV stabilized here means that the PC material in the mass is provided with a UV stabilizer that blocks incident UV radiation.
  • the cover plate including the light guiding elements forms a body with complex three-dimensional contour and must be produced by injection molding of fusible starting material; typically pulp-shaped or pellet-shaped starting materials are used.
  • fusible starting material typically pulp-shaped or pellet-shaped starting materials are used.
  • Substantially UV-opaque or UV-opaque, pellet-shaped PMMA material and UV-stabilized pellet-shaped PC material is commercially available.
  • the cover plate has been injection molded from a granular PMMA material marketed by CHI MEI CORPORATION, San Chia, Jen Te District, Tainan City, TAIWAN under the trade name PMMA ACRYREX® (ACRYREX is a Registered Trade Mark).
  • This PMMA material has a density of 1 19 g / cm 3, a tensile strength of 67 MPa, a Vicat softening temperature of 107 ° C and a refractive index of about 1, 49.
  • the material is available in the form of a granulate having a mean grain size of 3 mm.
  • the granules are heated to a temperature of about 220 ° C and thereby forms a mitelviskose melt.
  • This melt is processed under a pressure of about 700 bar to form a plate-shaped injection-molded body. After cooling, a fine machining is performed on this body to obtain a provided with light guide Abdeckplate surface having rounded Eckenberei surface and broken edges.
  • a UV stabilized PC material well suited for the present purposes is sold by CHI MEI CORPORATION, 59-1, San Chia, Jen Te, Tainan City 71702, Taiwan under the trade designation "WONDERLITE PC” (WONDERLITE® is a registered trademark) ;
  • WONDERLITE PC WONDERLITE® is a registered trademark
  • the UV-stabilized WONDERLITE PC materials PC-110U, PC-115U and PC-122U are particularly suitable. These materials have u.a. on:
  • light guide elements are integrally formed and integrated with the transparent cover plate.
  • An LED would be the first LED light beams typically evenly in all spatial directions of a radiating out of a hemispherical space.
  • the light guide elements preferably provided here provide on the way of these first LED light beams transparent material with high refractive index, which modifies the light distribution pattern of these first light beams so that finally a rectangular
  • Road surface can be uniformly illuminated, which has a comparatively long length and a comparatively small width; typically this length is eight to ten times the width.
  • a number of identical light guide elements are integrally formed on the inside of the cover plate adjacent to the board, all of which are arranged in the same arrangement or orientation. All light-guiding elements produce the same light distribution pattern. It is sufficient to describe a single light guide.
  • a particularly preferred light guide according to the invention forms on the inside of the cover plate an additional flat, approximately parallelepiped-shaped laminated body having a length of about 25 mm, a width of about 20 mm, a thickness of about 3 to about 4 mm and a laminated surface; wherein in this laminated body, a first cavity and two second cavities are formed, which are all open to the laminated surface.
  • “about” is meant a range of 10% smaller to 10% greater range of the specified value; a width of about 20 mm thus includes widths of 18.0 to 22.0 mm
  • the first cavity is arranged in the center of the light-guiding element, forms the focus of the light-guiding element and serves to receive an LED; the composite surface then abuts the circuit board.
  • the larger second cavity has a convexly curved with respect to the focus and inclined relative to the Abdeckplattenebene contour whose apex is directed to the focus.
  • the smaller second cavity has a respect to the focus moderately convex curved and opposite the Abdeckplattenebene obliquely Asked contour whose apex the focus is too focused. On the surface of these contours, a total reflection of LED light rays takes place, which hit from the interior of the composite body on these surfaces.
  • the laminated body has two longer parallel planar sides whose direction or extension defines a long-side direction and an orthogonal short-side direction of the light-guiding element. Further, above each
  • the LED light beams passing through the cover plate are deflected toward the longitudinal center of the road surface to be illuminated.
  • a light guide having all of these features optimally modifies the LED light distribution pattern for the purpose of street lighting and can be used for all the street-grade LEDs on the market.
  • an inventive LED lighting module which is equipped with a number of LEDs, wherein the LED light of each LED is modified with a light guide of the type described above, at least the road surface luminance can be obtained for dry and wet road surfaces, according to DIN EN 13201 -2 is required for the Me lighting classes Me5 and Me6.
  • an alternative cover plate can be used with alternative light-guiding elements.
  • the essential difference is that the convex contours of the light guide element described above are replaced by truncated cone lateral surfaces and conical surface areas in the case of the alternative light guide element.
  • the desired for a street lighting asymmetric luminance distribution can be further increased.
  • a flat lens design can be realized in which otherwise trapped in the module housing LED light is directed back in the light guide in other useful directions, whereby the luminous efficacy - over conventional lights of this type - can be increased by up to 7%.
  • the LED lighting module according to the invention has a closed, hermetically sealed module housing in which a number of LEDs can generate LED light. Each luminous LED converts about 2/3 of the supplied electrical energy into heat. Excessive heating of the LEDs and the module housing must be avoided in order not to affect the useful life of the LEDs.
  • the LED lighting module according to the invention is to be mounted on the back of the metal housing plate on the back of the street lamp.
  • each pair of flanges enters a recessed there, complementary groove having such dimensions that a pressing pressure between the groove flanks and the outer edges of the incoming flange pair is generated.
  • This pressing pressure ensures a particularly good, unobstructed heat transfer between the metal housing plate on the LED luminaire module and the relatively large back part of the street lamp.
  • an adhesive selected from a group comprising:
  • a first adhesive 10 parts by volume of methyl methacrylate A component and 1 part by volume of peroxide B component;
  • a third adhesive of 1 part by volume of 2-cyanoacrylic acid ethyl ester A component and 1 part by volume of epoxy resin component is sold, inter alia, by Adchem GmbH, 90530 Wendelstein, DE under the trade name ACRALOCK® (ACRALOCK® is a registered trademark); According to the invention, in particular the product
  • ACRALOCK SA 10-05 LV It is a primerless metal and plastic adhesive, which is excellently suitable for bonding AI and plastics such as PMMA and PC.
  • the peroxide-induced radical polycondensation provides a fully reacted, cured product that does not release volatile organic compounds (VOCs).
  • VOCs volatile organic compounds
  • the cured adhesive is impact resistant, UV stable and shows very high weather resistance
  • the second adhesive is sold, inter alia, by Permabond Engineering Adhesives Ltd, Hampshire, UK under the trade name Permabond® (Permabond® is a registered trademark); According to the invention, in particular the products "Permabond TA4202" (with a lower viscosity and a maximum gap filling capacity of up to 0.5 mm) or “Permabond TA4200” (with a higher viscosity and a maximum gap filling capacity of up to 4 mm) are used.
  • the third adhesive is one of Henkel AG & Co. KGaA,
  • LOCTITE® is a registered trademark
  • the products “LOCTITE HY 4080” and “LOCTITE HY 4090” are used.
  • the adhesives show good gap filling capacity and are also suitable for applications that are exposed to high temperatures and / or high humidity.
  • the product ACRALOCK SA 10-05 LV is used with particular preference as the peroxide-induced free-radical polycondensation gives a fully reacted cured product which releases no volatile organic compounds or components (VOCs).
  • the inventively provided luminaire module housing should have a particularly high long-term tightness.
  • a certain inventively designed adhesive joint in the peripheral region of light metal housing plate and cover plate is provided.
  • a stepped bottom sloping peripheral base is integrally formed, on which an upright, continuous and continuous three-flange sealing contour sits, which is integrally formed on the base and which has - adjacent and spaced from the edge of the plate inside - a Outer flange, a spaced center flange and a spaced inner flange;
  • a circumferential and continuous three-groove sealing zone is formed, which has an outer groove, a center groove and an inner groove, and this three-groove sealing zone complementary to the three Flange sealing contour is formed on the metal housing plate;
  • Three-flange sealing contour and three-groove sealing zone a continuous gap is formed, which is filled with a continuous adhesive strand.
  • this adhesive strand extends continuously from a first adhesive strand level in the outer groove parallel to the cover plate plane to a second adhesive strand level parallel to the cover plate plane in the inner groove.
  • a first and / or second adhesive strand level which is parallel to the plane of the platen, can not be visually perceived so that the adhesive introduced to produce the adhesive bond does not cause any visible soiling. Since the second adhesive strand level adjoining the interior of the housing has a comparatively small cross-sectional area, typically less than 1.2 cm 2 , appreciable emergence of VOCs from the polymerized and cured adhesive at this adhesive cross-sectional area is not to be expected.
  • a comparatively long uninterrupted adhesive strand is formed between the first adhesive strand level and second adhesive strand level, which presents an insurmountable resistance to the escape of argon from the housing interior and / or the entry of air and moisture from the external environment into the housing interior. It is obtained a particularly high long-term tightness of the module housing.
  • the hermetically sealed housing interior which is bounded by the metal housing plate, cover plate and adhesive connection, there is a printed circuit board on which a number of LEDs are seated.
  • a glowing LED converts about 2/3 of the energy into heat.
  • the mitlere operating temperature of a luminous LED should not exceed about 85 ° C, not their useful long-term operation
  • the LED luminaire module according to the invention has a comparatively small housing interior. In order nevertheless to avoid excessive heating of the luminous LEDs, according to the invention it is preferably provided that
  • the board has such dimensions that for each power LED at least a board area of 5 to 9 cm 2 is available.
  • Middle power LEDs suitable for the purposes of the present invention are sold, for example, under the trade name LM101A by Samsung Electronics Co., Ltd., Yongin-si, Gyeonggi-do, 446-71 1 KOREA; such medium power LEDs from the LM101A series are offered, for example, with color temperatures of 6500 to 2700 Kelvin.
  • the board consists of a good heat-conducting material, such as the preferably used Al alloy "6061 -T6 aluminum", and this board rests good thermal conductivity of the metal housing plate, which in turn has good thermal conductivity of a light alloy Luminaire back of sufficient size is applied, can be achieved with such board dimensions good dissipation of the resulting during operation of the LEDs process heat, so that without consuming heat management and / or additional cooling measures even with hours of operation of the LEDs their heating to temperatures above 80 ° C. safely avoided. It is possible to achieve a high usable lifetime of the LEDs of 100,000 operating hours and more; the operation of the LEDs at limited
  • Power consumption of less than or equal to about 3 watts (W) of the LEDs increases their efficiency, improves their efficiency and extends the useful life of the LEDs.
  • a circuit board is placed within the housing interior on the bottom plate of the metal housing plate;
  • a mounted on the board LED forms a point-like heat source, which can typically reach an operating temperature of about 85 ° C. From this heat source emanating from a heat propagation cone.
  • Base plate inserted graphite foil spreads and expands this heat propagation cone, thus improving the heat dissipation of the light-emitting LED through the metal housing plate to a solid, light alloy back of a street lamp.
  • a circumferential and continuous three-groove sealing zone is formed on the cover plate - adjacent and spaced from the side wall on the inside - has an outer groove, a center groove and an inner groove.
  • a liquid or plastic adhesive is introduced into the center groove of the three-groove sealing zone, namely a curing at room temperature 2-component acrylate adhesive based on acrylic acid ester, with a hermetically sealed adhesive bond between metal Housing plate and cover plate is generated.
  • 2-component acrylate adhesive is a 2-component acrylate adhesive
  • Methacrylic acid methyl ester base is used, which is cured by peroxide-induced radical polycondensation.
  • the cover plate provided with this adhesive is brought into abutment with the metal housing plate until a cover plate sidewall end face abuts a socket on the metal housing plate.
  • this system can be supported by exerting mechanical pressure on the cover plate, while the metal housing plate is held stationary; preferably, a compressive force of up to 100 N can be exerted.
  • a continuous gap is formed between three-flange sealing contour and three-groove sealing zone, which is filled with a continuous adhesive strand.
  • such an amount of adhesive is introduced to form an adhesive strand that extends continuously from a first level of adhesive strand parallel to the plane of the plate to a second plane parallel to the plane of the adhesive strand in the inner groove, each at the three-groove sealing zone ,
  • this leak test is an exclusion criterion; faulty module housings can be detected and eliminated.
  • the module housing may preferably be heated to a moderately high temperature of about 50 to 80 ° C before and during the leak test, and the pressure reduction may be performed for a while. With the help of such a treatment even persistently adhering VOCs can be removed from the housing interior of the module housing. The expected during a long service life of a high-power LED color change of the emitted light and a decrease in light output can be further slowed down
  • an LED luminaire module can be provided with such a module housing, which has a long-term sealing, which ensures that after carrying out a 46 weeks accelerated aging treatment, while the module housing always at about 50 ° C and a day per hour. Is maintained under ambient air pressure for 23 hours and under a reduced air pressure of 100 mbar (millibars) relative to the ambient air pressure, the atmosphere in the housing interior of the module housing still amounts to at least 58% by volume of argon from the originally introduced 100% -igen Ar-filling exists.
  • the white light-generating LEDs in an LED luminaire module according to the invention can also be operated under a protective atmosphere for a long service life of at least 20 years.
  • FIG. 2 shows the LED luminaire module separate from the street lamp on the basis of an oblique image exploded view
  • Fig. 3 based on an oblique image exploded view of the essential components of the LED lamp module, namely metal housing plate, board with
  • FIG. 4a is an oblique view of the back of the metal housing plate.
  • Fig. 4b is an oblique view of the visible side of the metal housing plate
  • Fig. 4c is an oblique view of the outside of the transparent cover plate
  • Fig. 4d is the sectional view taken along section line B-B of Fig. 4c;
  • Fig. 5a is a fragmentary, greatly enlarged sectional view of a
  • Fig. 5b is a fragmentary, greatly enlarged sectional view of a
  • 5c is a fragmentary, greatly enlarged sectional view of the gap
  • Fig. 6a is a ratio of 1: 4 enlarged view of a plan view of a
  • FIG. 6b is a sectional view taken along section line AA of FIG. 6a;
  • FIG. Fig. 6c is a plan view of four adjacent light-guiding elements according to Fig. 6a;
  • Fig. 6d is an oblique view of the cover plate, on the inside of a number of adjacent light-guiding elements is integrally formed;
  • Fig. 9 shows five spectra of, located in the interior of the module housing gas compositions on different days in the course of a
  • Interior of a module housing contained gas composition during the expected life of the LED lamp module
  • 16a shows an alternative cover plate with alternative light-guiding elements
  • Fig. 16b is a plan view of a single insulated alternative light guide element, enlarged in scale 1: 4;
  • 16c is a sectional view taken at a section along the section line A - A '
  • FIGS. 16d and 16e each show an orthogonal side view of the alternative
  • FIG. 16b shows, with reference to a diagram, the different luminance distribution that can be obtained when using the alternative cover plate in the one hand of the CO-C 180 direction and on the other hand of the C90-C270 direction.
  • the LED luminaire module according to the invention is preferably used as a light-generating element or as a lamp in a street lamp.
  • the Applicant has developed street lights of different dimensions,
  • a "small street lamp” typically placed at a height of 4 to 6 m above the surface to be illuminated, equipped with 12 medium-power LEDs, and a light flux up to approximately 4400 when receiving 35 W of electrical power Im delivering;
  • a "medium-sized street lamp” typically located at a height of 6 to 10 m above the surface to be illuminated, equipped with 36 medium-power LEDs, and capable of producing a luminous flux of up to 12,500 lm when receiving an electrical power of 100W supplies;
  • a "large street lamp” typically placed at a height of 8 to 14 m above the surface to be illuminated, equipped with 64 medium-power LEDs, and a light flux up to approximately 22,500 when receiving an electrical power of 180W Im delivering.
  • the street lamp 1 shows a street lamp 1, which can be attached at different angles to a vertically oriented mast 2.
  • the street lamp 1 has a back part 3 on which each detachably a service part 4 and an inventive LED lamp module 5 can be attached;
  • the service part 4 contains transformers, rectifiers, driver Circuits and other elements of the LED power supply, as well as Signalemp- catch-, control and control electronics and is provided with an adjustable bracket, via which the entire street light 1 to the mast 2 can be fastened.
  • 2 shows, in a kind of exploded view, the LED luminaire module 5 which is separate and remote from the back part 3.
  • the LED luminaire namely, a metal housing plate 10 and a transparent cover plate 60, is short.
  • Metal housing plate 10 and cover plate 60 define a housing interior 9 within the module housing 8.
  • FIG. 3 shows in a kind of exploded view the metal housing plate 10, the cover plate 60 separate and removed from the housing plate 10 and therebetween one equipped with a number of LEDs 44 Board 40 which is placed on a flat plate bottom 22 of the metal housing plate 10 and fastened there.
  • 2 and 3 show the metal housing plate 10 and the cover plate 60 in an arrangement in which the LED lamp module 5 located on the street lamp 1 could illuminate a road surface.
  • FIGS. 4a and 4b show the metal housing plate 10 in a reverse arrangement, showing more details;
  • Fig. 4c shows the cover plate 60 in another view;
  • Fig. 4c shows a schematic sectional view of a portion of the cover plate, on the inside of a Lichtleitelement is integrally formed, and on the outside of the same surface to the light guide curvature is formed.
  • This metal housing plate 10 consists of a light metal suitable for housing materials or of a zamak alloy, typically made of Al, an Al alloy, or an Al-Si alloy, can be painted and has a Essentially rectangular shape.
  • this metal housing plate 10 has a length of about 250 mm, a width of about 220 mm and a thickness of less than 20 mm.
  • the Metal housing plate 10 has a visible side 15 located in the illustration according to FIG. 3 and a rear side 16 located at the top thereof.
  • integrally formed on the rear side 16 of the metal housing plate 10 are paired flanges 17 and 17 '.
  • the two flanges 17 and 17 'of a pair of flanges are separated by a gap 19 and away from each other.
  • the two flanges 17 and 17 'of a pair of flanges have such dimensions and mechanical strengths that they can be deformed a little when exposed to considerable forces on each other
  • the two outer edges 18 and 18' of a pair of flanges are slightly inclined to a vertical to the housing plate plane and each other too inclined.
  • Each pair of flanges is associated with a groove recessed in the bottom of the back part 3 of the street lamp 1, which has such dimensions, which in the case of considerable force insertion of a pair of flanges into the associated groove, the outer flanks 18 and 18 'sliding against their flanks are easily deformed towards each other. It should be achieved under pressing pressure system of the outer edges 18 and 18 'of a pair of flanges on the groove flanks of the grooves in the back part 3, which promotes the heat transfer from the metal housing part 10 to the back part 3 of the street lamp 1.
  • each corner region of the metal housing plate 10 is ever a hole 13 recessed, through which a screw can be performed, with which the LED lamp module 5 can be attached via its metal housing plate 10 on the back part 3 of the street lamp 1 under considerable contact pressure; the areas to be planted should be bare and bare in order to allow a good, unobstructed heat transfer.
  • a flat recess 20 which is open towards the visible side 15 is formed in the metal housing plate 10, which is bounded by a flat plate bottom 22 and a peripheral plate edge section 25 which has a plate edge inner circumference 26.
  • the recess 20 has a rectangular shape with straight side surfaces and rounded corners; in the case of the here considered th LED lamp module for a "small street lamp” has this recess 20 has a length of about 170 mm, a width of about 145 mm and a depth, which is the distance from the plate bottom 22 to the flat surface of the plate edge portion 25, of about 7 mm.
  • the plate edge inner circumference 26 is followed by an integrally formed circumferential base 27, which forms a sloping to the plate bottom 22 stage.
  • On this base 27 sits - adjacent and spaced from the plate edge inner circumference 26 - an integrally formed on the base 27 upright, circumferential and continuous three-flange sealing contour 30, which - considerably enlarged - is shown with Fig. 5b and will be explained in detail below.
  • a board 40 is prepared on which a number of LEDs 44 are mounted.
  • This board 40 may consist of a 1.5 mm thick Al plate, on which there is an insulating coating, on which the tracks of an electrical circuit are applied; in the case of an LED luminaire module according to the invention for a "small street lamp", this Al plate can have, for example, dimensions of 130 mm ⁇ 120 mm.
  • the LEDs are arranged in several rows, which are aligned parallel to the longer side of the board.
  • medium power LEDs are used, which are each operated with a power consumption of less than or equal to 3 watts (W).
  • Each LED 44 can be arranged in the focus of a cuboid light-guiding element, which in the context of the present invention preferably has dimensions of approximately 20 mm ⁇ approximately 25 mm and rests on the board 40. Without costly temperature management, effective dissipation of the operating heat of a luminous mid-power LED operated under the above conditions can be achieved if each LED to each adjacent LED maintains a distance greater than 20 mm and the board 40 has dimensions such that each individual LED is at least a board area of 5 to 9 cm 2 is available.
  • the leading to the LEDs 44 traces are connected to fittings 45.
  • thermosensors 47 are attached to the circuit board, which are connected to contact 48 pieces.
  • the board 40 and / or within the housing interior apart from the above-mentioned components, such as LEDs 44, thermal sensors 47 and connecting and contact pieces 45, 48 no further, during normal operation heat generating provided electrical and / or electronic components. Rather, such components, including transformers, rectifiers, driver circuits and the like.
  • the service part 4 which is attached to, consisting of good heat-conducting light metal street lights back 3.
  • the thus prepared board 40 is placed within the three-flange sealing contour 30 on the plate bottom 22 of the metal housing plate 10. Between board 40 and
  • a graphite foil 23 are inserted to improve the heat transfer between board 40 and metal housing plate 10.
  • the board 40 With the aid of a number of screws 42 which are screwed into, in the metal housing plate recessed Sackboh ments, the board 40 is tightly and firmly pressed against the flat plate bottom 22.
  • a cable pair 46 is connected, via which the seated on the board 40 LEDs are supplied with power and voltage.
  • the signals of the thermal sensor 47 are supplied via conductor tracks of the electrical circuit to the contact piece 48, to which in turn a conductor bundle 49 is connected.
  • a typical conical compression fitting has an externally threaded tube which is threadable into an internal thread in the plate bottom 22 of the metal housing plate 10 and then secured with a nut screwed onto the external thread; such a nut 50 is shown in Fig. 4a at the back 16 of the metal housing plate 10.
  • a first round post 52 and a second round post 55 are integrally formed on the bottom plate 22, each associated with a respective counterpart 53 and 56 on the back 16 of the metal housing plate 10.
  • a threaded bore 54 and 57 is guided.
  • Argon can be introduced into the housing interior 9 through the one bore 54, and the gas located in the housing interior 9 can simultaneously exit through the other bore 57, while argon (Ar) is introduced.
  • the composition of the exiting gas can be detected, and the Ar introduction can be terminated when the outgoing gas consists only of Ar.
  • this Abdeckplate 60 consists of a transparent plastic, namely a largely
  • UV-opaque or UV-opaque PMMA material or from one
  • the Abdeckplate 60 has a rectangular shape with longer sides 61 and 61 ', with shorter sides 62 and 62' and with rounded corner areas.
  • the orientation or extent of the longer sides 61, 61 ' defines a parallel cover plate longitudinal direction; the orientation or
  • the longer sides of the board 40 are aligned parallel to Abdeckplatten- longitudinal direction.
  • the cover plate longitudinal direction extends in the longitudinal direction of the street light 1
  • the cover plate transverse direction extends in the longitudinal direction of the road surface to be illuminated.
  • the cover plate 60 has an inner side 63 adjacent to the metal housing plate 10 and an outer side 64 spaced therefrom. On this inner side 63, light guide elements 80 are integrally formed on the cover plate 60
  • a circumferential uninterrupted side wall 65 which protrudes perpendicular to the Abdeckplaten- level of the cover plate 60.
  • This side wall 65 has a flat side wall end surface 66.
  • This housing interior 9 can be hermetically sealed by means of a specific seal and then filled with argon.
  • This particular seal comprises an uninterrupted circumferential one integrally formed on the metal housing plate 10 adjacent to its plate edge portion 25
  • Fig. 5a shows in a considerably enlarged sectional view fragmentary the three-groove sealing zone 70 on the cover plate 60;
  • FIG. 5b shows in a considerably enlarged sectional view fragmentary the three-flange sealing contour 30 on the metal housing plate 12;
  • FIG. 5c illustrates three-flange sealing contour 30 and three-groove sealing zone 70 intermeshed together with additional adhesive therebetween to provide a hermetically sealed adhesive bond and seal between cover plate 60 and metal housing plate 10.
  • FIG. 5 b shows a section of the metal housing plate 10 with a plate edge section 25, a plate edge inner circumference 26 and a base 27, which drops in a stepped manner to the plate bottom 22.
  • a portion of the graphite foil 23 and the circuit board 40 can be seen.
  • On the base 27 are integrally formed and project from this perpendicular to the top of the outer flange 32 at a distance from the plate inner circumference 26, the tapered here Mittelflansch 34 spaced from the outer flange 32 and the inner flange 36 at a distance from the center flange 34.
  • Jardinflansch 32 and réelleflansch 36 haben a matching rectangular cross-section.
  • Three-groove sealing zone 70 Fig. 5a shows a sectional view of an edge portion of the cover plate 60 with side wall 65 and spaced first circumferential flange 68, both of which together define an outer groove 72. Further, a center groove 74 is bounded by this first flange 68 and a second circumferential flange 69 spaced therefrom. Finally, this sealing zone 70 includes an internal groove 76 which is bounded by the second flange 69 and raised surfaces on the inside 62 of the cover plate 60.
  • the external groove 72 has dimensions such that the outer flange 32 of the three-flange sealing contour 30 is at play the metal housing plate 10 can be inserted into this outer groove 72.
  • the center groove 74 has such a shape and dimensions that with play of the center flange 34 of the three-flange sealing contour 30 on the metal housing plate 10 in this center groove 74 is insertable. With respect to the plate plane of the cover plate 60 inclined surfaces of center flange 34 and center groove 74 produce when attempting to adjust the cover plate 60 against the Me tall housing plate 10 a shear stress on the inserted between these surfaces sealant; As is known, the sealants used here counteract such shear stress particularly high resistance, which is an adjustment of the
  • the inner groove 76 has such dimensions that the inner flange 36 of the three-flange sealing contour 30 on the metal housing plate 10 with play in this inner groove 76 can be inserted.
  • Fig. 5c shows a sectional view in a much larger scale in Fig. 5b and 5a indicated and nested components of three-flange sealing contour 30 and three-groove sealing zone 70.
  • the side wall 65 on the cover plate 60 has a bit greater length than center flange 74 and inner flange 76; the abutment of sidewall end surface 66 with pedestal 27 limits the insertion of three-flange sealant 30 into complementary three-flange seal zone 70 leaving a narrow gap between opposing surfaces; Typically, the remaining gap may have a gap width of about 0.2 to about 0.5 mm.
  • the initially freshly prepared 2-component acrylate adhesive in liquid or plastic form into the center groove 74 has a viscosity-dependent gap fill, travels in the remaining gap and forms a continuous cured adhesive strand 77 between an adhesive strand level 78 in the outer groove 72 and another level of adhesive bead 79 in the inner groove 76.
  • the amount of adhesive introduced is selected to provide a flat, parallel to the plane of the adhesive layer 78 or 79 of the entire adhesive strand 77 in both the outer groove 72 and the inner groove 76.
  • Such adhesive strand levels 78 and 79, which are parallel to the plane of the board, can not be seen from the outside, so that visible contamination by the incorporated adhesive is avoided.
  • the migration of the freshly prepared, liquid or plastic adhesive in the entire gap can be promoted by the fact that during the bonding process, the metal housing plate 10 is held stationary and at the same time on the cover plate 60 mechanical pressure is applied, for example, a compressive force up to 100 Newton ( N) to bring the side wall end surface 66 on the cover plate 60 to rest against the base 27 of the metal housing plate 10.
  • a compressive force up to 100 Newton ( N) to bring the side wall end surface 66 on the cover plate 60 to rest against the base 27 of the metal housing plate 10.
  • a continuous cured adhesive strand 77 may be formed a, parallel to the board level adhesive strand level 78 in the outer groove 72 to a plane parallel to the board level adhesive strand level 79 in the inner groove 76 extends.
  • Such a long adhesive strand 77 provides an insurmountable resistance to the escape of argon from the housing interior 9 and the entry of air and moisture from the external environment into the housing interior 9, so that an extremely high long-term sealing of the module housing 8 is obtained becomes.
  • each Sekundäroptikelement has a on the inside 63 of the cover plate 60 integrally formed light guide 80, which is associated with an integrally formed, coextensive, curvature 112 on the outer side 64 of the cover plate 60;
  • Each individual LED 44 on the circuit board 40 is assigned its own light-conducting element 80, which serves to modify the light distribution pattern of the LED light emitted by the LED.
  • Each light guide element 80 forms an additional flat planar, approximately parallelepipedal layer body 81 having a length of about 25 mm, a width of about 20 mm and a thickness of about 3 mm to about 4 mm, and which fits integrally on the cover plate material.
  • “about” is meant here and elsewhere a 10% smaller to 10% greater range of the specified value; a width of about 20 mm thus includes widths of 18.0 to 22.0 mm.
  • Fig. 6a is a plan view of a single light guide 80 in the scale 1: 4 shown enlarged.
  • the approximately parallelepiped layer body 81 considered here has two longer parallel planar sides 82 and 82 'and two shorter sides 83 and 83'.
  • Each laminate 81 is attached to and aligned with the cover plate 60 so that its long-side direction is aligned parallel to the cover plate transverse direction.
  • the laminated body 81 has a flat surface 84, which is aligned parallel to and at a distance from the cover plate plane and which rests on the board 40 on the assembled module housing 8.
  • each quarter-circle-shaped recesses 85 are formed on the laminate 81; in the case of adjacent and adjoining light-conducting elements 80 (see Fig. 6d) form each four recesses 85 together a round bore 85 'through which a screw can be performed, with which the cover plate 60 can be fixed to the metal housing plate 10.
  • a recessed triangular recess 86 or 88 is recessed, which is bounded by straight surfaces 86' and 86 "or 88 'and 88"; these recesses 86 and 88 have no optical function and merely serve to save material.
  • first cavity 90 and two second cavities 100 and 106 are formed; Each cavity 90, 100 and 106 is open to the laminate surface 84.
  • the centrally arranged in the laminated body 81 first cavity 90 has a bell-shaped inner contour 91 with a spherical and concave curved relative to the Abdeckplattenebene rising bottom contour 92 against a flat base 93, forms the focus 95 of the light guide 80 and serves to receive an LED 44.
  • the larger second Cavity 100 is bounded, in addition to a flat base surface 101, by a contour 103 which is strongly convexly curved with respect to the focus 95 and is inclined relative to the cover plate plane, the vertex 104 of which is directed towards the focus 95.
  • the smaller second cavity 106 is bounded by a flat base surface 107 of a, with respect to the focus 95 moderately convex and inclined relative to the Abdeckplattenebene contour 108 whose apex 109 is directed to the focus 95 to.
  • FIG. 6b schematically shows a section along the section line AA through the light-guiding element 80 shown in FIG. 6a.
  • a single light-guiding element 80 is arranged in isolation on the inside 62 of the cover plate 60.
  • 4d shows a schematic, limited sectional illustration of a single light-guiding element 80, whose layered body 81 is integrally formed on the inside of the cover plate 60, which is shown only as an excerpt.
  • This light-guiding element 80 is assigned a coextensive curvature 112 integrally formed on the cover plate outer side 64. This curvature 112 is limited in the cover plate transverse direction of a moderately concave curved contour 113 and extends the same contour in the cover plate longitudinal direction.
  • This contour 113 has a vertex 114, which occupies a distance of 3.5 mm to the other flat cover plate surface in the example considered here.
  • the LED light beams having passed the cover plate 60 are deflected toward the longitudinal center of the road surface to be illuminated.
  • Each individual LED 44 located on the board 40 is associated with at least one secondary optical element of the type described above.
  • Several secondary optic elements of this type may be formed isolated and spaced from each other on the cover plate 60.
  • an arrangement may also be chosen in which adjacent light guide elements 80 contact each other; with Fig. 6c, such an arrangement of four light-guiding elements is shown.
  • a row-shaped arrangement of a plurality of contacting secondary optical elements has on the cover plate outer side 64 a common curvature 112 which extends continuously in the cover plate longitudinal direction. Furthermore, it is possible, regardless of the number of LEDs 44 on the circuit board 40, to occupy a surface area identical to the board surface on the cover plate 60 completely contacting with itself secondary optical elements of the type described above. The number of secondary optical elements on a cover plate 60 may be greater than the number of LEDs 44 on the associated circuit board 40.
  • Such a cover plate can be manufactured relatively inexpensively by injection molding and can then be used in different module housings having a different arrangement of the LEDs provide the board.
  • FIG. 6d The oblique view of Figure 6d shows the inside 63 of a cover plate 60, on which a whole number, for example, 30, adjacent light-guiding elements 80 is integrally formed; in this illustration, only three light-guiding elements 80 are bounded by dashed lines and made identifiable as such; Each light-guiding element 80 corresponds to the illustration according to FIG. 6a.
  • the total number of optical fibers 80 is arranged in six rows and five rows; these rows are aligned parallel to the longer sides 61, 61 'of the cover plate 60 (cover plate longitudinal direction).
  • FIG. 7 shows an oblique view of a luminaire module 5 according to the invention.
  • cover plate outer side 64 On the cover plate outer side 64, five parallel, continuous, adjacent and touching bulges 112 can be seen; each camber 112 extends coextensive with a series of light-guiding elements 80, which - as shown in FIG. 6d - on the inside 63 of the cover plate 60 are formed.
  • an alternative cover plate 160 is shown having a cover plate longitudinal direction 161 and a cover plate transverse direction 162 orthogonal thereto; in the peripheral region of this cover plate 160, the above-described continuous circumferential three-groove sealing zone 70 is formed.
  • alternative cover plate 160 corresponds to cover plate 60 described above.
  • Cover plate 160 is formed in seven rows extending in cover plate transverse direction 162 and in five rows extending in cover plate longitudinal direction 161 , a total of 35 alternative light-guiding elements 180 are formed.
  • This cover plate 160 is intended for a mid-sized street lamp equipped with a 17 x 19 cm rectangular board with 35 LED's on it, with each LED spaced at least 1.5 cm from the nearest adjacent LED.
  • a single light guiding element 180 is marked in dashed lines in the upper left corner of the cover plate 160.
  • Each light guide element 180 has a light guide element body 181 which forms an integral part of the cover plate 160.
  • all seven light guide elements 180 form a homogeneous body without parting line (s); between each two adjacent Lichtleitelement-rows a production-related separation or limitation is recognizable.
  • the entire alternative cover plate 160 is typically made of high quality PMMA by injection molding.
  • FIG. 16b shows a plan view of a single insulated light guide element 180 in a scale of 1: 4, with an arrow B each pointing to a transverse side surface 183 of the light guide element 180 and a further arrow C pointing to the longitudinal side surface 184 of the light guide element 180; each a plan view of these side surfaces 183 and 184 - in the above scale 1: 4 - is shown with Figs. 16d and 16e.
  • the light guide 180 is made of a transparent material, structures and boundaries of the light guide are also shown in these plan views Recognize 180 trained cavities.
  • FIG. 16c shows the sectional image obtainable in a section along the section line A - A 'in FIG. 16b.
  • FIG. 16f light distributions achievable with an LED luminaire module equipped with an alternative cover plate 160 will be explained.
  • the single insulated light guide 180 forms a flat body 181 with a flat rectangular base 182, which has a side length of about 20 mm in the longitudinal side direction and a side length of about 25 mm in the lateral direction.
  • a side length of about 20 mm thus includes side lengths of 18.0 to 22.0 mm.
  • the side surfaces 183 and 184 have a height of about 8 mm.
  • the light-guiding element 180 has a slightly contoured cover surface 185 above this height; in cross-section follows this contour of a flat double shaft with central valley 186, which extends in the longitudinal direction.
  • each individual Lichtleitleitelement 180 here consists of corrochigem, transparent polymethylmethacrylate (PMMA) with a refractive index of 1, 49th
  • PMMA transparent polymethylmethacrylate
  • three cavities are formed, namely, a first cavity 190 and two second cavities 194 and 200 are formed, which are all open to the base 182 out.
  • the first cavity 190 which is arranged centrally in the light-conducting element body 181, forms the focus of the light-guiding element 180 and serves to receive an LED 44, which dips into this cavity 190.
  • the base surface 182 rests on the circuit board 40, and the light-generating LED semiconductor chip is located within the light-guiding element body 181 in its first cavity 190.
  • the light guide 180 which is referred to in the relevant art as lens, has only a small height of about 9 to 10 mm, which is why the invention, the so-called "flat-lens design" (flat-lens design) is realized.
  • the horizontal LED light component emerging parallel or nearly parallel and close to the base 182 accounts for about 10% of the total LED light and would be absorbed by the lamp module housing.
  • the light guiding element provided special cavities, at their interfaces a total reflection of the horizontal LED light can take place, so that this proportion of light from the horizontal direction is forced back into the functional direction.
  • the second cavities 194 and 200 form such
  • the first cavity 190 formed within the light guide body 181 is bounded by
  • a large planar pitch surface 191 which covers an angular range of approximately 120 ° on a circle having a radius of curvature of approximately 20 mm and which is oriented perpendicular to the base surface 182;
  • a small planar pitch circle 192 which covers an angle range of about 120 ° on a circle with a radius of curvature of about 10 mm, and which is parallel to the large pitch surface 191 and directed at a distance of about 5 mm to this;
  • a second cavity is formed within the light guide element body 181, which is referred to herein as a large recessing cavity 194; Furthermore, another second cavity, referred to herein as the smaller-returning cavity 200, is formed adjacent to the large pitch circle 191 within the light-guiding body 181
  • the large rectifying cavity 194 is limited
  • pitch circle surface 195 which covers an angle range of about 130 ° on a circle with a radius of curvature of about 9 mm, and which is arranged parallel and spaced from the large pitch surface 193;
  • the small rectifying cavity 200 is limited
  • a pitch circle surface 201 which covers an angular range of approximately 130 ° on a circle having a radius of curvature of approximately 9 mm and which is arranged parallel to and at a distance from the large pitch surface 191;
  • the distance between the pitch circle 201 on a light guide 180 to the adjacent pitch circle 195 on the adjacent light guide 180 is about 3 mm.
  • Each light guide element 180 and the cavities 190, 194 and 200 formed therein are formed symmetrically to a longitudinal center plane which is aligned with the section line A - A 'in alignment parallel to the longitudinal side direction.
  • each conical tip 197 and 202 is located on the base 182
  • the adjacent proportional conical surface 196 and 201 increases obliquely in the longitudinal side direction until it has reached the pitch circle circumference at the respective pitch circle 195 or 201.
  • a total reflection of LED light can take place, which strikes these conical surface areas on its way through the light-conducting material.
  • the LED light strikes the conical surface at an angle of incidence, forming an interface between air and PMMA or PC.
  • PMMA has a refractive index of 1.49
  • PC has a refractive index of 1.855.
  • material-specific critical angle which for PMMA is 42.17 ° and for PC 39, 13 °. If the angle of incidence, under which the LED light AIF meets the conical surface, is greater than this critical angle, then a total reflection of the incident LED light takes place on the conical surface. The LED light thus reflected will finally exit the light guide element 180 at the light guide element cover surface 185.
  • parallel or substantially parallel LED light which is also referred to as “horizontal LED scattered light”
  • horizontal LED scattered light can be directed back and forced in a direction in which it emerges from the LED luminaire module 5 and used for illumination purposes can.
  • the overall height of the LED light module 5 is small as possible, including the flanges at the back typically less than 30 mm, and less than 25 mm in the case of the medium-sized street lamp considered here.
  • the proportion of horizontal LED light accounts for up to 10% of the total LED light.
  • the inventively provided rectifying cavities 194 and 200 within the alternative light-guiding element 180 up to 70% of this horizontal LED scattered light can be redirected, thus saved and additionally used for street lighting.
  • the luminous efficacy of an LED luminaire module according to the invention can be increased by up to 7%.
  • An alternative LED lighting module 5 ' may be provided with an alternative cover plate 160 having a lamp module longitudinal direction and a lamp module transverse direction orthogonal thereto, and on which in seven rows and five rows a total of 35 alternative light guide elements 180 described above are formed; and
  • a luminaire for street lighting equipped with such an alternative LED luminaire module 5 ' is typically arranged such that the longitudinal direction of the light guide element, the cover plate longitudinal direction and thus also the longitudinal direction of the luminaire module are aligned perpendicular to the direction of travel of the street to be illuminated.
  • the light guide 180 is made of PMMA, with a refractive index of 1.49; the surfaces of the cavities 190, 194 and 200 are finely machined and have high smoothness (rough surfaces would scatter the light in different directions). At the bordering cavities 194 and 200 limiting
  • Cone surface areas 196 and 202 a total reflection of LED light take place, which meets on its way through the light guide material on this conical surface when its angle of incidence is greater than the critical angle 42.17 °.
  • an LED luminaire module which contains 24 LEDs, (light wattage 72 W), each associated with an alternative light-conducting element 180, which provides a light flux of about 8750 Im and which is attached to a street lamp, which in turn is attached to a whip mast at a height of 10 m above the roadway.
  • the purpose of this street lamp is to illuminate a typical street with a lane width of 6 m (two directions of travel), followed by a 2.5 m wide parking zone and a 2.4 m wide footpath.
  • the illuminance is determined on a circular flat surface at a number of measuring points, which are designated by their polar coordinates.
  • the results thus obtained are shown in FIG. 16f. shown; the area obtained for the plane C0 - C180 is shown by a solid line; the area obtained for the plane C90 - C270 is shown with a dashed line.
  • the respective bounded areas are a measure of the luminances obtained in the respective direction. Obviously, a very different luminance distribution is obtained, which is adapted to the respective needs; the road is on one long area sufficiently and evenly lit, so that a distance of 40 m between two whip masts, each with a street lamp is possible.
  • the values of illuminance required by DIN EN 13 201 for different areas are also met:
  • Parking zone 1 length 40 m, width 2.5 m, selected illumination class CE5, measured on a grid with 14 x 3 measuring points average luminance Eav (Ix) U0
  • Footpath 1 length 40 m, width 2.4 m, selected lighting class S5, measured on a grid with 14 x 6 measuring points:
  • a hermetically sealed adhesive bond with an adhesive is produced in which both during the reaction of the two adhesive components as later in the cured state, the risk of release, outgassing or evaporation of non-compatible volatile, organic Compounds, so-called VOCs, minimal is.
  • VOCs volatile, organic Compounds
  • the commonly used simple 1-K cyanoacrylate adhesives, such as "superglue”, are less suitable here.
  • a selected 2-component acrylate adhesive which cures at room temperature is used, in which case this risk is minimal.
  • the hermetically sealed adhesive bond between cover plate 60 and metal housing plate 10 is produced in particular and particularly preferably with the aid of a 2-component acrylate adhesive based on methyl methacrylate, which is cured by peroxide-induced radical polycondensation.
  • Peroxide-induced radical polycondensation provides a fully reacted, cured product that does not release volatile organic compounds or components (VOCs).
  • VOCs volatile organic compounds or components
  • one part by volume peroxide B component is used per ten parts by weight of methacrylic acid A component.
  • the adhesive is ready for use.
  • the mixing and application can be carried out at room temperature (about 25 ° C).
  • the mixing and application can be carried out by means of a transportable applicator comprising:
  • the prepared adhesive mixture is introduced into the center groove 74 of the three-groove sealing zone 70 on the cover plate 60.
  • the adhesive mixture adheres to the groove surfaces.
  • Cover plate 60 is immediately placed on the metal housing plate 10 so that its three-flange sealing contour 30 penetrates into the three-groove sealing zone 70 on the cover plate 60. Subsequently, a considerable pressure force, for example up to 100 N, can be exerted on the cover plate 60 when the housing plate 10 is held in place in order to achieve its final arrangement on the housing plate 10.
  • An amount of 2-component acrylate adhesive is introduced into the center groove 74 to allow the introduced adhesive mixture to form a continuous adhesive strand 77 ranging from a first level of adhesive bead 78 in the outer groove 72 to a second level of adhesive bead 79 in the inner groove 76.
  • a leak test is carried out on the LED lighting module 5 which has been completed so far.
  • a first round post 52 and a second round post 55 are integrally formed on the plate bottom 22 of the metal housing plate 10, each associated with a corresponding counterpart 53 and 56 on the back 16 of the housing plate 10; through each post 52 and 55, as well as through the respective counterpart 53 and 56 and through the plate portion therebetween is guided in each case one, provided with an internally threaded bore 54 and 57, respectively.
  • an air pressure gauge is connected to the one hole 54.
  • a mammalian pump is connected, with which the air pressure in the interior 9 of the module housing 8 is lowered to a value of 100 millibar (mbar) or less.
  • the LED lighting module 5 is heated to an elevated temperature prior to this vacuum treatment, for example, to about 50 to 80 ° C, and the pressurization is continuously performed for at least 20 minutes at this elevated temperature.
  • This particular vacuum treatment even stubborn adhering VOCs can be largely removed from the interior 9 of the module housing 8.
  • the connection to the mammal pump is interrupted, and this hole is sealed pressure-tight. Subsequently, with the aid of the air pressure measuring device connected to the other bore 57, it is checked whether the negative pressure set in the interior 9 remains constant for at least 30 seconds.
  • the lamp module interior 9 is filled with argon (Ar).
  • Ar is used which has a purity greater than 99.99%, for example a purity of 99.996%.
  • Ar can be provided from commercial gas cylinders. Suitable Ar compressed gas cylinders can be obtained, for example, from KRAISS & FRIZ, 70190 Stuttgart, Germany.
  • a gas pressure reducing valve downstream probe is connected to the one bore 54 to introduce Ar into the lamp module interior space 9.
  • a gas analyzer is connected, which analyzes the composition of the emerging from the lamp module interior 9 gas.
  • the function of the electronics and the light generation caused by the LEDs as well as the desired light propagation are checked. If the tested LED luminaire module fulfills all specified requirements, a test certificate with article number and test date is output and attached to the tested LED luminaire module.
  • each module housing I, II and III a holder is attached to the Plattenboden- of the metal housing plate holding two electrodes so that after applying a DC voltage between 2 and 5 kV between the electrodes, an arc ignites and can be operated. Voltage and current are supplied via a multi-core cable, which is sealed with respect to the housing by means of a conventional conical sealing compression fitting.
  • the sensor of a spectrometer can be mounted on its transparent ceiling plate, which after ignition of the arc in the respective Gas recorded radiation evaluates and evaluates and prints out an appropriate Speu rum and stores.
  • Spectrometer USP-G which has a measuring range of 200 to 1200 nm
  • the interior of the module housings I and II is filled with 100% Ar
  • the interior of the module housing III is filled with different gas compositions for calibration purposes and comparative spectra are generated, in detail the following gas compositions are measured: 100% Ar, 90% Ar + 10% air, 80% Ar + 20% air to 10% Ar and 90% air and 100% air
  • the spectra obtained for the gas compositions are 100% Ar, 70% Ar + 30% air, 50% Ar + 50% air, 30% Ar + 70% air and 100% air
  • the actual test started in January 2017 and was completed in November 2017.
  • the module housing I filled with 100% Ar is kept constant at 25 ° C and under ambient air pressure At least once a week the arc is ignited and a spectrum of the current gas composition is manufactured and stored. This is considered a reference treatment for normal aging under ambient conditions.
  • a drying oven in which a closable pressure chamber is set up.
  • the module housing II filled with 100% Ar is placed in this pressure chamber and kept therein at 23 ° C at 50 ° C. and under an air pressure which is reduced by 100 mbar (millibars) from the ambient air pressure.
  • the pressure chamber is opened, the module housing II is exposed to the ambient air pressure, the arc is ignited, and a spectrum of the current gas composition is manufactured and stored. This type of treatment is considered as accelerated aging treatment.
  • the gas composition produced in the module housing II becomes a spectrum which agrees with the spectrum obtained from the gas composition in the module housing I after expiration of 23 weeks of normal aging under ambient conditions. It is concluded that accelerated aging treatment has an "acceleration factor" of 23 under the conditions imposed here. Consequently, after 46 weeks of accelerated aging treatment, the gas mixture formed in module housing II should have a composition which, after normal aging under ambient conditions, is not obtained until 1058 weeks have elapsed; that is a period of 20.7 years. A comparison with a comparative spectrum confirms that the gas composition formed after expiration of 46 weeks of accelerated aging treatment in the module housing II still contains at least 58% of the originally charged argon (Ar). Fig. 9 shows some spectra obtained from the gas composition formed in the module housing II at certain indicated periods of accelerated aging treatment.
  • the above experiment confirms the expectation that in the module housing of an LED luminaire module according to the invention, the white light-generating LEDs provided therein can be operated under a protective atmosphere for a lifetime of at least 20 years.

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Abstract

LED-Leuchtenmodul (5) mit einem zweiteiligen Modulgehäuse (8) bestehend aus einer Leichtmetall-Gehäuseplatte (10) und einer transparenten aus einem weitgehend UV-undurch lässigen oder UV-undurch lässigen PMMA-Material oder aus einem UV-stabilisierten PC-Material bestehenden Abdeckplatte (60). Die Metall-Gehäuseplatte (10) und die Abdeckplatte (60) begrenzen gemeinsam einen hermetisch dichten Gehäuseinnenraum (9), in dem sich eine Platine (40) mit mehreren beabstandet zueinander angeordneten LEDs (44). Jeder LED (44) ist ein Lichtleitelement (80) zugeordnet, das aus dem Abdeckplattenmaterial besteht, und das an der zur Platine (40) benachbarten Innenseite (63) der Abdeckplatte (60) einstückig angeformt ist. Zwischen Leichtmetall-Gehäuseteil (10) und Abdeckplatte (60) ist eine hermetisch dichte Klebeverbindung ausgebildet, die mit Hilfe eines bei Raumtemperatur aushärtenden 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes erzeugt worden ist. In dem Gehäuseinnenraum (9) wird eine argonhaltige Atmosphäre erzeugt.

Description

LED-LEUCHTENMODUL UND
VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Beschreibung:
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Lichterzeugung mit Hilfe Licht emittierender Dioden (LED); LEDs bezeichnet eine Anzahl solcher Dioden.
Ein Leuchtenmodul ist die Licht erzeugende Leuchteinrichtung bzw. das Licht erzeugende Leuchtmittel einer Leuchte oder Lampe. Das erfindungsgemäße Leuchtenmodul ist vorzugsweise für den Außeneinsatz (bzw. "outdoor") bestimmt und kann hier insbesondere in Leuchten zur Beleuchtung von Straßen, Wegen und Plätzen nach DIN EN 13201 vorgesehen werden. Hierzu kann das erfindungsgemäße LED- Leuchtenmodul als Leuchtmittel an einer entsprechenden vorgegebenen Straßenleuchte angebracht werden.
Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen LED-Leuchtenmoduls angegeben.
ZUM STAND DER TECHNIK
Mehr im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein LED-Leuchtenmodul, mit einem zweiteiligen Modulgehäuse,
das besteht aus einem Gehäuseteil und einer transparenten Abdeckplatte,
wobei je am Gehäuseteil und/oder an der Abdeckplatte einstückig eine umlaufende Seitenwand so angeformt ist, dass das Gehäuseteil, die eine Seitenwand oder beide Seitenwände und die Abdeckplatte gemeinsam einen hermetisch dichten Gehäuse- innenraum begrenzen,
in dem sich eine Platine befindet, auf der eine Anzahl je beabstandet zueinander angeordnete LEDs sitzen,
wobei jeder einzelnen LED je ein Sekundäroptikelement zugeordnet ist, welches das von einer gegebenen LED erzeugte LED-Licht einfängt und entsprechend einem vorgegebenen Beleuchtungszweck richtet und bündelt.
Ein LED-Leuchtenmodul dieser Art ist in dem Dokument WO 2016/094038 A1 be- schrieben. Dieses Dokument betrifft eine LED-Außenleuchte mit Kunststoffgehäuse, das mit einem Außenrahmen versehen ist. Das Kunststoffgehäuse hat zwei wesentliche Teile, nämlich ein oberes Gehäuseteil und eine Abdeckplatte. Das obere Gehäuseteil besteht aus einer ebenen Platte, an deren Umfang einstückig eine umlaufende Seitenwand angebracht ist. Bei einigen Ausführungsformen kann oder kann nicht auch am Umfang der Abdeckplatte eine umlaufende Seitenwand angeformt sein, die mit der Seitenwand am Gehäuseteil fluchtet. Diese beiden Kunststoffteile können mit Hilfe üblicher Maßnahmen zum Verbinden von Kunststoffteilen miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Hotstaking, Vibrationsschweißen, Ultraschallschweißen, Verkleben und dergleichen, um ein wetterfestes Modulgehäuse zu erzeugen. Das Kunst- stoffgehäuse kann bestehen aus Polycarbonat (PC), aus Polymethylmethacrylat (PMMA), aus Glas oder aus einer Kombination dieser Materialien. Im Modulgehäuse befindet sich eine Platine, auf der eine LED oder mehrere LEDs angebracht ist/sind. Diesen LEDs ist je ein Sekundäroptikelement zugeordnet, das auch als Linse bezeichnet wird. Solche optischen Linsen können an der Platine befestigt sein, oder eine Anzahl solcher optischen Linsen können zu einer Matrix zusammengefasst sein, die an einer ebenen optischen Platte ausgebildet ist. Eine solche optische Platte kann aus Polymethylmethacrylat (PMMA), aus Polycarbonat (PC) und/oder dergleichen bestehen und kann am Modulgehäuse befestigt sein, möglicherweise mit Hilfe von Dichtungsmaterial, um eine Abdichtung rund um die optische Platte zu erzeugen. Das hier beschriebene LED-Leuchtenmodul ist mit einem mechanisch stabilen Metallrahmen versehen, mit dem das zweiteilige Kunststoffgehäuse an einem Mast, Pfosten oder dergleichen befestigt wird. Das Dokument EP 2 776 883 B1 offenbart eine Straßenleuchte, die mit LEDs als Lichtquelle bestückt ist. Jeder LED ist ein, aus transparentem Material bestehendes Lichtleitelement zugeordnet, das das Lichtverteilungsmuster der von einer LED erzeugten Lichtstrahlen modifiziert. Die Straßenleuchte ist in einer gegebenen Höhe "H“ über der Straßenfläche angeordnet, und es wird ein solches Lichtverteilungsmuster angestrebt, dass mit einer Straßenleuchte eine solche Straßenfläche gleichmäßig beleuchtet werden kann, deren Länge etwa der 4,5-fachen Höhe "H“ und deren Breite etwa der halbe Höhe "H“ entspricht.
Das nicht vorveröffentlichte Deutsche Patent DE 10 2017 000 571 B3
betrifft ein LED-Leuchtenmodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Dieses LED-Leuchtenmodul hat
- ein flaches, quaderförmiges, hermetisch dichtes Modulgehäuse, das
einen Gehäuseinnenraum begrenzt und das besteht aus drei Bestandteilen, nämlich
— einer, im Wesentlichen rechteckigen Bodenplatte aus Aluminium (AI)
oder einer Al-Legierung;
— einem einstückigen, geschlossenen, die Gehäuseseitenwände bildenden
Rahmen, der zwei voneinander beabstandete Rahmenstirnflächen hat und der auf der Bodenplatte sitzt und im Wesentlichen mit deren Außenumfang fluchtet;
— einer, auf dem Rahmen aufliegenden, aus einem transparenten Kunststoff
bestehenden Deckenplatte, die im Wesentlichen mit dem Außenumfang des Rahmens fluchtet; wobei
— die eine Rahmenstirnfläche hermetisch dicht mit der Deckenplatte
verbunden ist, und die andere Rahmenstirnfläche hermetisch dicht mit der Bodenplatte verbunden ist; und mit
- mehreren, im Gehäuseinnenraum befindlichen Licht emittierenden Dioden
(LEDs von light emitting diodes) und mit einer, diesen LEDs oder LED-Gruppen zugeordneten Sekundäroptik, welche das von den LEDs über einen weiten
Raumwinkelbereich abgestrahlte Licht zu einem begrenzten, bandförmigen
Lichtstrom richtet und bündelt; und mit - einer im Gehäuseinnenraum befindlichen Platine mit elektrischen und/oder elektronischen, mit Betriebsstrom, Signalspannungen und gegebenenfalls weiteren Signalen versorgbaren Bauelementen zur Versorgung, Steuerung und Kontrolle der LEDs; und
- in diesem Gehäuseinnenraum eine argonhaltige Atmosphäre herrscht.
Die erfindungsgemäße Besonderheit dieses LED-Leuchtenmoduls soll
darin bestehen, dass
- die Deckenplatte aus einem weitgehend UV-undurchlässigen oder aus
einem UV-undurchlässigem PMMA-Material besteht, und an einer Hauptfläche der Deckenplatte in deren Randbereich eine umlaufende Nut ausgespart ist;
- der Rahmen aus einem PMMA-Material besteht, und an der einen
Rahmenstirnfläche ein umlaufender Steg einstückig angeformt ist, der in Richtung der Rahmenhöhe von der Rahmenstirnfläche absteht;
- diese Rahmenstirnfläche mittels Ultraschallverschweißung mit der Deckenplatte verbunden ist; und
- das Modulgehäuse eine Langzeitdichtigkeit aufweist, die gewährleistet, dass nach Durchführung einer 46 Wochen dauernden beschleunigten Alterungsbehandlung, während der das Modulgehäuse stets bei etwa 50 °C sowie pro Tag eine Std. lang unter Umgebungsluftdruck sowie 23 Std. lang unter einem, gegenüber dem Umgebungsluftdruck um 100 mbar verminderten Luftdruck gehalten wird, die Atmosphäre im Gehäuseinnenraum des Modulgehäuses immer noch zu wenigstens 30 Vol.-% aus Argon aus der ursprünglich eingebrachten 100 %-igen Ar-Befüllung besteht.
AUFGABE DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Davon ausgehend, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein
LED-Leuchtenmodul der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, das ein einfacher aufgebautes Gehäuse hat und das unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen einer beschleunigten Alterungsbehandlung eine noch bessere Langzeitdichtigkeit gewährleistet. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches, effizientes und sicher reproduzierbares Verfahren zur Herstellung derartiger LED-Leuchten- module anzugeben.
DIE ERFINDUNGSGEMÄSSE LÖSUNG
Ausgehend von einem gattungsgemäßen LED-Leuchtenmodul
mit einem zweiteiligen Modulgehäuse,
das besteht aus einem Gehäuseteil und einer transparenten Abdeckplatte,
wobei je am Gehäuseteil und/oder an der Abdeckplatte einstückig eine umlaufende Seitenwand so angeformt ist, dass das Gehäuseteil, die eine Seitenwand oder beide Seitenwände und die Abdeckplatte gemeinsam einen hermetisch dichten Gehäuse- innenraum begrenzen,
in dem sich eine Platine befindet, auf der eine Anzahl je beabstandet zueinander angeordnete LEDs sitzen,
wobei jeder einzelnen LED je ein Sekundäroptikelement zugeordnet ist, welches das von einer gegebenen LED erzeugte LED-Licht einfängt und entsprechend einem vorgegebenen Beleuchtungszweck richtet und bündelt,
ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass
- das Gehäuseteil aus einem für Gehäusematerialien geeigneten Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung besteht;
- die Abdeckplatte aus einem weitgehend UV-undurchlässigen oder
UV-undurchlässigen PMMA-Material oder aus einem UV-stabilisierten PC-Material besteht;
- jedes Sekundäroptikelement ein Lichtleitelement aufweist, das aus dem Abdeckplattenmaterial besteht und das an der zur Platine benachbarten Innenseite der Abdeckplatte einstückig angeformt ist;
- zwischen Leichtmetall-Gehäuseteil und Abdeckplatte eine hermetisch dichte Klebeverbindung ausgebildet ist, die mit Hilfe eines bei Raumtemperatur aushärtenden 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes erzeugt worden ist;
- innerhalb des Gehäuseinnenraums eine argonhaltige Atmosphäre herrscht; und - das Modulgehäuse eine solche Langzeitdichtigkeit aufweist, die gewährleistet, dass nach Durchführung einer 46 Wochen dauernden beschleunigten Alterungsbehandlung, während der das LED-Leuchtenmodul stets bei etwa 50 °C sowie pro Tag eine Stunde (Std.) lang unter Umgebungsluftdruck sowie 23 Std. lang unter einem gegenüber dem Umgebungsluftdruck um 100 mbar verminderten Luftdruck gehalten wird, die Atmosphäre im Gehäuseinnenraum immer noch zu wenigstens 58 Vol.-% aus der ursprünglich eingebrachten 100 %-igen Ar-Befüllung besteht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines LED-Leuchtenmoduls mit den vorstehend genannten Merkmalen sieht vor, dass
- ein Gehäuseteil eingesetzt wird, das aus einem für Gehäusematerialien geeigneten Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung besteht;
- eine Abdeckplatte eingesetzt wird, die aus einem weitgehend UV-undurchlässigen oder UV-undurchlässigen PMMA-Material oder aus einem UV-stabilisierten
PC-Material besteht;
- jedes Sekundäroptikelement ein Lichtleitelement aufweist, das aus dem
Abdeckplattenmaterial besteht und das an der zur Platine benachbarten Innenseite der Abdeckplatte einstückig angeformt ist; und
- zwischen dem Leichtmetall-Gehäuseteil und der Abdeckplatte mit
Hilfe eines bei Raumtemperatur aushärtenden 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes eine hermetisch dichte Klebeverbindung erzeugt wird.
Die erfindungsgemäßen Merkmale in obiger Gesamtkombination wirken in
synergistischer Weise zusammen, um ein LED-Leuchtenmodul bereitzustellen, das einfach, effizient und sicher reproduzierbar gefertigt werden kann, und das für eine lange und wartungsfreie Gebrauchsdauer ausgelegt ist. Die im LED- Leuchtenmodul befindlichen LEDs werden in einer Umgebung betrieben, die über einen sehr langen Zeitraum weitgehend oder völlig frei von schädlichen Einflüssen gehalten werden kann. Es kann eine Lebensdauer der eingesetzten LEDs größer 100.000 Stunden (Std.) gewährleistet werden. Lebensdauer bezeichnet hier diejenige
Zeitspanne, innerhalb der ein Betrieb der LEDs möglich ist, ohne dass deren anfängliche Lichtleistung (Lumen/Watt) um mehr als 20 % abgenommen hat. Weiterhin bleibt die anfängliche Lichtfarbe weitgehend erhalten. Diese Ergebnisse beruhen auf nachstehenden Überlegungen und Beiträgen.
Das LED-Leuchtenmodul soll Licht liefern, das dem von der Sonne bereitgestellten Tageslicht möglichst nahekommt. Folglich werden LEDs eingesetzt, die weißes oder warm-weißes Licht liefern, typischenweise mit Farbtemperaturen zwischen 2700 und 6500 Kelvin (K), insbesondere mit Farbtemperaturen von 3000 oder 4000 oder 5000 Kelvin (K). Der LED-Halbleiterchip erzeugt schmalbandiges blaues Licht ("royal blue") bei einer Wellenlänge von 442 nm (Nanometer), das mittels Fluoreszenz in ein breit- bändig gelbes Licht umgewandelt werden muss, um in der Summe kalt-weißes (Farbtemperaturen von etwa 5000 bis 6000 K) bis warm-weißes (Farbtemperaturen von etwa 2000 bis 3000 K) Licht zu liefern. Für diese Fluoreszenz sorgen ausgewählte pulverförmige, gelb bis orangefarbene Leuchtstoffe, wie beispielsweise Cer-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat, die als Schicht auf dem LED-Halbleiterchip aufgebracht sind. Diese Leuchtstoffschicht ist mit einer Lage aus einem Silicon-Material bedeckt, bzw. mit diesem Silicon-Material eingekapselt. Dieses Silicon-Einkapselmaterial (encapsulant) befindet sich besonders nahe an dem LED-Halbleiterchip und ist bei Betrieb der LED der vom LED-Halbleiterchip erzeugten Wärme und "hohen Photonen- Energie" ausgesetzt. Häufig befindet sich auf diesem Silicon-Einkapselmaterial eine Linse oder ein Dom aus weiterem Silicon-Material, mit der/dem die Abstrahlung des von der LED emittierten Lichtes im Sinne einer Primäroptik bereits in einem begrenzten Umfang gerichtet und gesteuert wird; dieses letztere Silicon-Material wird auch als Silicon-Linsenmaterial bezeichnet. Die Erfahrung zeigt, dass diese beiden Silicon- Materialien von dem von dem LED-Halbleiterchip erzeugten blauen Licht mit einem Emissions-maximum bei etwa 442 nm nicht geschädigt werden.
Jedoch können in der im Gehäuseinnenraum herrschenden Atmosphäre nichtkompatible organische Verbindungen (die Fachleute sprechen von VOCs, abgeleitet von olatile organic compounds) Vorkommen, die aus verschiedenen Quellen aus- gasen können, wie etwa aus Klebstoffen, Beschichtungen auf einer Platine, aus bestimmten Lötmaterialien, sowie aus Dichtmitteln und Dichtungen, wie etwa O-Ringen und dgl. Diese VOCs diffundieren in diese Silicon-Materialien hinein, setzen sich in Hohlräumen zwischen den Siliconpolymerketten fest und werden dort einge schlossen. Die nachfolgende Einwirkung der von der LED erzeugten "hohen Photo nenenergie", die beim Betrieb der LED erzeugte Wärme und weitere Umwelteinflüsse verfärben die im Silicon-Einkapselmaterial sowie im Silicon-Linsenmetarial eingeschlossenen bzw. "gefangenen" VOCs. Diese Verfärbung der gefangenen VOCs kann das von der LED emittierte Licht schädigen. Diese Verfärbung tritt insbesondere bei blaues Licht erzeugenden LEDs auf; dieses blaue Licht wird jedoch für die Bereitstel lung von weißem, dem Tageslicht entsprechendem Licht benötigt. Eine solche Schä- digung des von den LEDs emittierten Lichtes kann bis zum völligen Ausfall des LED- Leuchtenmoduls führen.
Ferner ist bekannt, dass Feuchtigkeit den Betrieb von weißes Licht erzeugenden LEDs beeinträchtigt. Deshalb werden weißes Licht erzeugende LEDs typischerweise in einer wasser- und wasserdampf-freien Schutzgasatmosphäre, wie etwa Argon, betrieben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass auch UV-Komponenten des Sonnenlichts schädliche Auswirkungen auf weißes Licht erzeugende LEDs haben können, wovon gerade diese VOCs betroffen sein können. An einer typischen
Straßenleuchte ist die transparente Abdeckplatte zwar nicht direkt dem Sonnenlicht ausgesetzt, sondern dem Erdboden zugewandt. Trotzdem kann gestreutes und/oder reflektiertes Sonnenlicht über die transparente Abdeckplatte in den Innenraum des Modulgehäuses eindringen und dort Langzeitschäden an dem Silicon-Einkapsel material, an dem Silicon-Linsenmaterial und/oder an den in diesen Silicon-Materialien gefangenen VOCs hervorrufen. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung be- steht deshalb darin, das Eindringen von schädlichen UV-Komponenten des Sonnen lichts in den Innenraum des Modulgehäuses zu verhindern, weshalb die Abdeckplatte einschließlich der einstückig daran angeformten Sekundäroptikelemente aus einem weitgehend UV-undurchlässigen oder aus einem völlig UV-undurchlässigen, transpa renten Kunststoff gefertigt wird. Erfindungsgemäß ist hier ein weitgehend UV- undurchlässiges oder UV-undurchlässiges PMMA-Material oder ein UV-stabilisiertes PC-Material vorgesehen. Im Einzelnen werden Materialien ausgewählt, welche nicht nur den erforderlichen UV-Schutz liefern, sondern für das erzeugte LED-Licht g
- abhängig von der zu durchdringenden Schichtdicke - auch eine hohe Transmission bis zu 92 % gewährleisten und zusätzlich die notwendige Wetterbeständigkeit aufweisen, um ein LED-Leuchtenmodul mit einer solchen Abdeckplatte über viele Jahre im Außenbereich nutzen können.
VORTEILHAFTE AUSGESTALTUNGEN
Nachstehend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung beschrieben; teilweise sind solche Ausgestaltungen auch Gegenstand von Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße LED-Leuchtenmodul hat ein aus zwei Bestandteilen bestehendes Modulgehäuse; der eine Bestandteil ist ein plattenförmiges, aus metallischem Material bestehendes Gehäuseteil, das nachstehend nur kurz als Metall- Gehäuseplatte bezeichnet wird. Diese Metall-Gehäuseplatte kann aus einem Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung bestehen. Bekanntlich werden solche Metalle als Leichtmetalle bezeichnet, die eine Dichte kleiner als 5,0 g/cm3 aufweisen. Im Falle eines Leichtmetalles kommen dann für Gehäusematerialien geeignete Leichtmetalle in Betracht, die an Umgebungsluft eine dauerhaft schützende und wetterfeste Oberflächenschicht bilden, hier insbesondere Leichtmetalle auf der Basis von Aluminium (AI), Magnesium (Mg), Titan (Ti) und Beryllium (Be).
Erfindungsgemäß besteht die Metall-Gehäuseplatte vorzugsweise aus einem
Gehäusematerial, das aus einer Gruppe ausgewählt ist die umfasst:
- Aluminium (AI),
- Al-Legierungen mit Beimengungen an Si, Cr, Mg, Fe, Cu, Mn, Ti und/oder Zn, typischerweise je in Anteilen kleiner 1 %;
Al-Si-Legierungen mit einem Si-Anteil von 10,0 bis 13,0 % und kleineren Anteilen an Mg, Fe, Mn, Ni, Zn, und/oder TI typiscerweise kleiner als 0,5 %
- Magnesium (Mg) und
- Zamak-Legierungen die neben dem Hauptbestandteil Zn kleinere Anteile an AI, Cu und/oder Mg enthalten können. Aus diesen Gehäusematerialien können im Metallspritzgießverfahren Gussteile erhalten werden, an denen auch kleine Details mit Abmessungen von 0,1 mm getreu und wiederholbar zu realisieren sind. Die Gussteile haben relativ geringes Gewicht, sind korrosionsbeständig und wetterfest und weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit auf. Alternativ können geeignete Gehäuseteile auch durch Tiefziehen von Vorprodukten erhalten werden. Besonders bevorzugt wird als Leichtmetall-Gehäusematerial die Al-Legierung "6061 -T6 Aluminium" eingesetzt, die als Hauptlegierungselemente 0,8 bis 1 ,2 % Mg und 0,4 bis 0,8 % Si enthält. Es können mechanisch stabile und dauerhafte Gussteile mit sehr feinen Details erzeugt werden, auch in der Größenord- nung von 0,1 mm; die Gussteile weisen eine für Al-Gussteile vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit bis zu etwa 170 W/(m K) auf.
Der zweite Bestandteil des erfindungsgemäßen Modulgehäuses ist eine transparente Abdeckplatte, an die eine Anzahl, aus dem Abdeckplattenmaterial bestehende Licht- leitelemente einstückig angeformt und integriert ist. Als Abdeckplattenmaterial dient weitgehend UV-undurchlässiges oder UV-undurchlässiges PMMA-Material; PMMA steht für Polymethylmethacrylat. "UV-undurchlässig“ meint hier, dass mehr als 99 % der einfallenden UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner/gleich 400 nm absorbiert und blockiert werden. Als alternatives Abdeckplattenmaterial kommt UV-stabilisiertes PC-Material in Betracht; PC steht für Polycarbonat. "UV-Stabilisiert“ meint hier, dass das PC-Material in der Masse mit einem UV-Stabilisator versehen ist, der einfallende UV-Strahlung blockiert. Die Abdeckplatte einschließlich der Lichtleitelemente bildet einen Körper mit komplexer dreidimensionaler Kontur und muss im Spritzgussverfahren aus schmelzbarem Ausgangsmaterial erzeugt werden; typischerweise werden pul- verförmige oder pelletförmige Ausgangsmaterialien eingesetzt. Weitgehend UV- undurchlässiges oder UV-undurchlässiges, pelletförmiges PMMA-Material sowie UV- stabilisiertes pelletförmiges PC-Material steht handelsüblich zur Verfügung.
Typische Anbieter für pelletförmiges PMMA in Europa sind die Firmen der
ALTUGLAS INTERNATIONAL GROUP, beispielsweise in 97100 Bronderslev, Dänemark oder in 59700 Marcq-en-Baroel, Frankreich. Es können gezielt ausgewählte und bestimmte PMMA-Sorten beschafft werden, die hohe Kratzfestigkeit, hohe Schlagzä- higkeit, hohe Witerungsbeständigkeit und/oder eine hohe Glasübergangstemperatur aufweisen. Erfindungsgemäß ist die Abdeckplatte im Spritzgussverfahren aus einem granulatförmigen PMMA-Material erzeugt worden, das von CHI MEI CORPORATION, San Chia, Jen Te District, Tainan City, TAIWAN unter der Handelsbezeichnung PMMA ACRYREX® (ACRYREX ist eine eingetragene Marke) vertrieben wird. Dieses PMMA-Material weist eine Dichte von 1 ,19 g/cm3, eine Zugfestigkeit von 67 MPa, eine Vicat-Erweichungstemperatur von 107 °C und einen Brechungsindex von etwa 1 ,49 auf. Das Material ist in Form eines Granulats erhältlich, das eine mittlere Korngöße von 3 mm aufweist. Das Granulat wird auf eine Temperatur von etwa 220 °C erwärmt und bildet dabei eine mitelviskose Schmelze. Diese Schmelze wird unter einem Druck von etwa 700 bar zu einem plattenförmigen Spritzgusskörper verarbeitet. Nach der Abkühlung wird an diesem Körper eine Feinbearbeitung vorgenommen, um eine mit Lichtleitelementen versehene Abdeckplate zu erhalten, die abgerundete Eckenberei che und gebrochene Kanten hat.
Ein für die vorliegenden Zwecke gut geeignete UV-stabilisiertes PC-Material wird von CHI MEI CORPORATION, 59-1 , San Chia, Jen Te, Tainan City 71702, Taiwan unter der Handelsbezeichnung "WONDERLITE PC" (WONDERLITE® ist eine eingetragene Marke) vertrieben; für die vorliegenden Zwecke sind insbesondere die UV-stabilisier- ten WONDERLITE PC-Materialien PC-110U, PC-115U und PC-122U gut geeignet. Diese Materialien weisen u.a. auf:
- eine, an einer 3 mm dicken Platte nach ASTM D1003 bestimmte Lichtdurchlässigkeit von 88 bis 89 %;
- eine an einer 3,2 mm dicken Plate nach ASTM D1003 bestimmte Trübung (Haze) kleiner 0,8 %; und
- einen nach ASTM D542 bestimmten Brechungsindex von 1 ,585.
Aus diesen Materialien können Werkstücke von "optischer Güte" erzeugt werden. Nach einem wesentlichen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind an die transparente Abdeckplate Lichtleitelemente einstückig angeformt und integriert. Eine LED würde erste LED-Lichtstrahlen typischer gleichmäßig in alle Raumrichtungen ei- nes halbkugelförmigen Raumes ausstrahlen. Die hier vorzugsweise vorgesehenen Lichtleitelemente stellen auf dem Weg dieser ersten LED-Lichtstrahlen transparentes Material mit hohem Brechungsindex zur Verfügung, welches das Lichtverteilungsmuster dieser ersten Lichtstrahlen so modifiziert, dass schließlich eine rechteckige
Straßenfläche gleichmäßig beleuchtet werden kann, die eine vergleichsweise große Länge und eine vergleichsweise geringe Breite aufweist; typischerweise beträgt diese Länge das Acht- bis Zehnfache der Breite.
Erfindungsgemäß ist an der zur Platine benachbarten Innenseite der Abdeckplatte eine Anzahl identischer Lichtleitelemente einstückig angeformt, die sämtlich in der gleichen Anordnung bzw. Ausrichtung angeordnet sind. Sämtliche Lichtleitelemente erzeugen das gleiche Lichtverteilungsmuster. Es ist ausreichend, ein einzelnes Lichtleitelement zu beschreiben.
Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Lichtleitelement bildet an der Innenseite der Abdeckplatte einen zusätzlichen flachen, angenähert quaderförmigen Schichtkörper, der eine Länge von etwa 25 mm, eine Breite von etwa 20 mm, eine Dicke/Stärke von etwa 3 bis etwa 4 mm und eine Schichtkörperoberfläche hat; wobei in diesem Schichtkörper ein erster Hohlraum sowie zwei zweite Hohlräume ausgebildet sind, die sämtlich zur Schichtkörperoberfläche hin offen sind. Mit "etwa" soll hier ein von 10 % kleiner bis 10 % größer reichender Bereich des angegebenen Wertes bezeichnet werden; eine Breite von etwa 20 mm schließt folglich Breiten von 18,0 bis 22,0 mm ein
Der erste Hohlraum ist im Zentrum des Lichtleitelementes angeordnet, bildet den Fokus des Lichtleitelementes und dient zur Aufnahme einer LED; die Schichtkörperoberfläche liegt dann an der Platine an.
Der größere zweite Hohlraum hat eine bezüglich des Fokus stark konvex gekrümmte und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellte Kontur, deren Scheitel auf den Fokus zu gerichtet ist.
Der kleinere zweite Hohlraum hat eine bezüglich des Fokus mäßig konvex gekrümmte und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellte Kontur, deren Scheitel auf den Fokus zu gerichtet ist. An der Oberfläche dieser Konturen findet eine Totalreflexion von LED-Lichtstrahlen statt, die aus dem Inneren des Schichtkörpers auf diese Oberflächen treffen. Der Schichtkörper hat zwei längere parallele ebene Seiten, deren Richtung bzw. Erstreckung eine Lang-Seiten-Richtung sowie eine dazu orthogonale Kurz-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes definieren. Ferner ist über jedem
Schichtkörper an der Außenseite der Abdeckplatte eine flächengleiche, mäßig konvex gekrümmte, aus dem Abdeckplattenmaterial bestehende Wölbung einstückig angeformt, die eine Scheitellinie hat, die parallel zur Kurz-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes ausgerichtet ist. An der Oberfläche dieser Wölbung werden die die Abdeckplatte passiert habenden LED-Lichtstrahlen in Richtung auf die Längsmitte der zu beleuchtenden Straßenfläche hin abgelenkt.
Ein Lichtleitelement mit der Gesamtheit dieser Merkmale modifiziert das LED- Lichtverteilungsmuster optimal für die Zwecke der Straßenbeleuchtung und kann für sämtliche, am Markt befindliche, für Straßenbeleuchtungszwecke vorgesehene LEDs eingesetzt werden. Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmoduls, das mit einer Anzahl LEDs bestückt ist, wobei das LED-Licht jeder LED mit einem Lichtleitelement der vorstehend beschriebenen Art modifiziert wird, kann für trockene und nasse Straßenflächen wenigstens die Fahrbahnleuchtdichte erhalten werden, die nach DIN EN 13201-2 für die Me-Beleuchtungsklassen Me5 und Me6 erforderlich ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann eine alternative Abdeckplatte mit alternativen Lichtleitelementen eingesetzt werden. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die konvexen Konturen des vorstehend beschriebenen Lichtleitelementes beim alternativen Lichtleitelement durch Kegelstumpf- Mantelflächen und Kegelmantelflächen ersetzt sind. Die für eine Straßenbeleuchtung gewünschte asymmetrische Leuchtdichtenverteilung kann noch weiter gesteigert werden. Ferner kann ein Flachlinsen-Design realisiert werden, bei dem ansonsten im Modulgehäuse gefangenes LED-Licht im Lichtleitelement in andere nutzbare Richtungen zurückgerichtet wird, womit die Lichtausbeute - gegenüber herkömmlichen Leuchten dieser Art - um bis zu 7 % gesteigert werden kann. Das erfindungsgemäße LED-Lechtenmodul hat ein geschlossenes, hermetisch dichtes Modulgehäuse, in dem eine Anzahl LEDs LED-Licht erzeugen kann. Jede leuchtende LED setzt etwa 2/3 der zugeführten elektrischen Energie in Wärme um. Eine übermä- ßige Erwärmung der LEDs und des Modulgehäuses muss vermieden werden, um die nutzbare Lebensdauer der LEDs nicht zu beeinträchtigen.
Das erfindungsgemäße LED-Leuchtenmodul soll über die Rückseite von dessen Metall-Gehäuseplatte am Rückenteil der Straßenleuchte angebracht werden.
Vorzugsweise ist an der Rückseite der Metall-Gehäuseplatte einstückig eine
Anzahl paarweise angeordneter Flansche angeformt, die je ein Flanschpaar bilden.
Bei der Anlage des LED-Leuchtenmoduls am Rückenteil der Straßenleuchte tritt jedes Flanschpaar in eine dort ausgesparte, komplementäre Nut ein, die solche Abmessungen hat, dass ein Pressdruck zwischen deren Nutflanken und den Außenflanken des eintretenden Flanschpaares erzeugt wird. Dieser Pressdruck sorgt für einen beson- ders guten, unbehinderten Wärmeübergang zwischen Metall-Gehäuseplatte am LED- Leuchtenmodul und dem relativ großen Rückenteil der Straßenleuchte.
Am erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmodulgehäuse besteht zwischen Metall- Gehäuseplatte und der vorstehend erläuterten Abdeckplatte eine hermetisch dichte Klebeverbindung, die mit Hilfe eines, bei Raumtemperatur aushärtenden
2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes erzeugt worden ist.
Vorzugsweise kann hier ein Klebstoff eingesetzt werden, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die umfasst:
- einen ersten Klebstoff aus 10 Vol.-Teilen Methacrylsäuremethylester-A- Komponente und 1 Vol.-Teil Peroxid-B-Komponente; oder
- einen zweiten Klebstoff aus 1 Vol.-Teil Methacrylsäuremethylester-A-Komponente und 1 Vol.-Teil Methacrylsäuremethylester-B-Komponente; oder
- einen dritten Klebstoff aus 1 Vol.-Teil 2-Cyanacrylsäureethylester-A- Komponente und 1 Vol.-Teil Epoxidharz-Komponente. Der erste Klebstoff wird u.a. von Adchem GmbH, 90530 Wendelstein, DE unter der Handelsbezeichnung ACRALOCK® (ACRALOCK® ist eine eingetragene Marke) vertrieben; erfindungsgemäß wird hier insbesondere das Produkt
"ACRALOCK SA 10-05 LV" eingesetzt. Es handelt sich um einen primerlosen Metall- und Kunststoffkleber, der exzellent zum Kleben von AI und Kunstoffen wie PMMA und PC geeignet ist. Die Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation liefert ein vollständig umgesetztes, ausgehärtetes Produkt das keine flüchtigen organischen Komponenten (VOCs) freisetzt. Der ausgehärtete Kleber ist schlagzäh, UV-stabil und zeigt sehr hohe Witterungsbeständigkeit
Der zweite Klebstoff wird u.a. von Permabond Engineering Adhesives Ltd., Hampshire, UK unter der Handelsbezeichnung Permabond® (Permabond® ist eine eingetragene Marke) vertrieben; erfindungsgemäß werden hier insbesondere die Produkte "Permabond TA4202" (mit geringerer Viskosität und einem maximalen Spaltfüllvermö- gen bis zu 0,5 mm) oder "Permabond TA4200" (mit höherer Viskosität und einem maximalen Spaltfüllvermögen bis zu 4 mm) eingesetzt. Es handelt sich um ein strukturelles 2-komponentiges 1 :1 Acryl Klebstoffsystem auf der Basis von Methacrylsäure- methylester, das ideal zum Verkleben einer Vielzahl von Materialien, einschließlich AI, PMMA und PC geeignet ist; beispielsweise werden Scherfestigkeiten (nach ISO 4587) an unbehandeltem AI von 3 bis 6 N/mm2, an PMMA von 3 bis 4 N/mm2, und an PC von 3 bis 4 N/mm2 erhalten.
Beim dritten Klebstoff handelt es sich um eines der von Henkel AG & Co. KGaA,
40191 Düsseldorf, DE vertriebenen LOCHTE® Produkte (LOCTITE® ist eine einge- tragene Marke); erfindungsgemäß werden hier insbesondere die Produkte "LOCTITE HY 4080" und "LOCTITE HY 4090" (mit besonders hoher Endfestigkeit an PC) einge- setzt. Die Klebstoffe zeigen gutes Spaltfüllvermögen und eignen sich auch bei Anwendungen die hohen Temperaturen und/oder hoher Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Erfindungsgemäß wird als Klebstoff besonders bevorzugt das Produkt ACRALOCK SA 10-05 LV eingesetzt, weil die Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation ein vollständig umgesetztes ausgehärtetes Produkt liefert, das keine flüchtigen organischen Bestandteile bzw. Komponenten (VOCs) freisetzt.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Leuchtenmodulgehäuse soll eine besonders hohe Langzeitdichtigkeit aufweisen. Zusätzlich zu der Auswahl bestimmter Klebstoffe ist hierfür auch eine bestimmte erfindungsgemäß ausgestaltete Klebefuge im Umfangsbereich von Leichtmetall-Gehäuseplatte und Abdeckplatte vorgesehen.
Vorzugsweise ist zur Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Klebefuge vorgesehen, dass
- am Plattenrandinnenumfang der Metall-Gehäuseplatte ein zum Plattenboden stufenförmig abfallender umlaufender Sockel einstückig angeformt ist, auf dem eine aufrechte, umlaufende und ununterbrochene Drei-Flansch-Dichtkontur sitzt, die am Sockel einstückig angeformt ist und die aufweist - benachbart und beabstandet zum Plattenrandinnenumfang - einen Außenflansch, einen dazu beabstandeten Mittelflansch und einen dazu beabstandeten Innenflansch; und
- ferner an der Abdeckplatte - benachbart und beabstandet zu deren Seitenwand an deren Innenseite - eine umlaufende und ununterbrochene Drei-Nuten-Dichtzone ausgebildet ist, die eine Außennut, eine Mittelnut und eine Innennut aufweist, und diese Drei-Nuten-Dichtzone komplementär zur Drei-Flansch-Dichtkontur an der Metall-Gehäuseplatte ausgebildet ist; und
- nach Einbringen von flüssigem oder plastischem Klebstoff in die Mittelnut und nach Anlage der Abdeckplatte an der Metall-Gehäuseplatte zwischen
Drei-Flansch-Dichtkontur und Drei-Nuten-Dichtzone ein ununterbrochener Spalt gebildet ist, der mit einem ununterbrochenen Klebstoffstrang gefüllt ist.
Vorzugsweise erstreckt sich dieser Klebstoffstrang ununterbrochen von einem zur Abdeckplattenebene parallelen ersten Klebstoffstrangpegel in der Außennut bis zu einem zweiten, zur Abdeckplattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel in der Innennut. Ein je zur Platenebene paralleler erster und/oder zweiter Klebstoffstrangpegel ist optisch nicht wahrnehmbar, so dass der zur Erzeugung der Klebeverbindung einge- brachte Klebstoff keine sichtbaren Verschmutzungen verursacht. Weil der an den Ge- häuseinnenraum angrenzende zweite Klebstoffstrangpegel eine vergleichsweise kleine Querschnitsfläche hat, typischerweise kleiner 1 ,2 cm2, ist mit einem nennenswerten Austrit von VOCs aus dem polymerisierten und ausgehärteten Klebstoff an dieser Klebstoff-Querschnitsfläche nicht zu rechnen. Andererseits wird zwischen erstem Klebstoffstrang pegel und zweitem Klebstoffstrangpegel ein vergleichsweise langer ununterbrochener Klebstoffstrang gebildet, welcher dem Austritt von Argon aus dem Gehäuseinnenraum und/oder dem Eintrit von Luft und Feuchtigkeit aus der äußeren Umgebung in den Gehäuseinnenraum einen unüberwindbaren Widerstand entgegensetzt; es wird eine besonders hohe Langzeitdichtigkeit des Modulgehäuses erhalten.
In dem von Metall-Gehäuseplate, Abdeckplate und Klebeverbindung begrenzten, hermetisch dichten Gehäuseinnenraum befindet sich eine Platine, auf der eine Anzahl LEDs sitzt. Eine leuchtende LED setzt etwa 2/3 der zugeführten Energie in Wärme um. Andererseits soll die mitlere Betriebstemperatur einer leuchtenden LED etwa 85 °C nicht übersteigen, um deren nutzbare Langzeitbetriebsdauer nicht zu
beeinträchtigen. Das erfindungsgemäße LED-Leuchtenmodul weist einen vergleichsweise kleinen Gehäuseinnenraum auf. Um trotzdem eine übermäßige Erwärmung der leuchtenden LEDs zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorzugsweise vorgesehen, dass
- Mitelleistungs-LEDs eingesetzt werden, die bei einer Flußspannung von etwa 2,7 bis etwa 2,9 Volt mit einer maximalen Leistungsaufnahme von etwa 3 Watt (W) betrieben werden; und
- die Platine solche Abmessungen hat, dass für jede Mitelleistungs-LED wenigstens eine Platinenfläche von 5 bis 9 cm2 zur Verfügung steht.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gut geeignete Mitelleistungs-LEDs (Middle Power LEDs) werden beispielsweise von Samsungs Electronics Co., Ltd., Yongin-si, Gyeonggi-do, 446-71 1 KOREA unter der Handelsbezeichnung LM101A vertrieben; solche Mittelleistungs-LEDs aus der LM101A-Serie werden beispielsweise mit Farbtemperaturen von 6500 bis 2700 Kelvin angeboten.
Sofern die Platine aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, etwa aus der be- vorzugt eingesetzten Al-Legierung "6061 -T6 Aluminium", und diese Platine gut wärme- leitend an der Metall-Gehäuseplatte anliegt, die ihrerseits gut wärmeleitend an einem aus Leichtmetall bestehenden Leuchtenrücken ausreichender Größe anliegt, kann mit solchen Platinenabmessungen eine gute Abführung der beim Betrieb der LEDs entstehenden Prozesswärme erreicht werden, so dass ohne aufwendiges Wärmema- nagement und/oder ohne zusätzliche Kühlungsmaßnahmen auch bei einem stundenlangen Betrieb der LEDs deren Erwärmung auf Temperaturen oberhalb 80 °C sicher vermieden wird. Es kann eine hohe nutzbare Lebensdauer der LEDs von 100.000 Betriebsstunden und mehr erzielt werden; der Betrieb der LEDs bei begrenzter
Leistungsaufnahme kleiner/gleich etwa 3 Watt (W) der LEDs erhöht deren Wirkungs- grad, verbessert die Effizienz und verlängert die nutzbare Einsatzdauer der LEDs.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist innerhalb des Gehäuseinnenraums auf der Bodenplatte der Metall-Gehäuseplatte eine Platine aufgelegt; und
zwischen Bodenplatte und Platine ist eine Graphitfolie eingelegt.
Eine auf der Platine befestigte LED bildet eine punktförmige Wärmequelle, die typischerweise eine Betriebstemperatur von etwa 85 °C erreichen kann. Von dieser Wärmequelle geht ein Wärmeausbreitungskegel aus. Die zwischen Platine und
Bodenplatte eingelegte Graphitfolie spreizt und erweitert diesen Wärmeausbreitungs- kegel und verbessert so die Wärmeabfuhr von der Licht emittierenden LED über die Metall-Gehäuseplatte zu einem massiven, aus Leichtmetall bestehenden Rücken einer Straßenleuchte.
Wie bereits oben ausgeführt, ist an der Abdeckplatte - benachbart und beabstandet zu deren Seitenwand an deren Innenseite - eine umlaufende und ununterbrochene Drei-Nuten-Dichtzone ausgebildet, die eine Außennut, eine Mittelnut und eine Innennut aufweist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in die Mittelnut der Drei-Nuten-Dichtzone ein flüssiger oder plastischer Klebstoff eingebracht, nämlich ein bei Raumtemperatur aushärtender 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff auf Acrylsäureester-Basis, mit dem eine hermetisch dichte Klebeverbindung zwischen Metall-Gehäuseplatte und Abdeckplatte erzeugt wird. Besonders bevorzugt wird als 2- Komponenten-Acrylat-Klebstoff ein 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff auf
Methacrylsäuremethylester-Basis eingesetzt wird, der durch Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation ausgehärtet wird.
Die mit diesem Klebstoff versehene Abdeckplatte wird zur Anlage an der Metall- Gehäuseplatte gebracht, bis eine Abdeckplatten-Seitenwandstirnfläche an einem Sockel an der Metall-Gehäuseplatte anliegt. Vorzugsweise kann diese Anlage durch Ausübung mechanischer Druckkraft auf die Abdeckplatte unterstützt werden, während die Metall-Gehäuseplatte ortsfest festgehalten wird; vorzugsweise kann eine Druckkraft bis zu 100 N ausgeübt werden.
Nach einer solchen Anlage wird zwischen Drei-Flansch-Dichtkontur und Drei-Nuten- Dichtzone ein ununterbrochener Spalt gebildet, der mit einem ununterbrochen Klebstoffstrang gefüllt ist. Vorzugsweise wird eine solche Menge Klebstoff eingebracht, damit sich eine Klebstoffstrang bildet, der sich ununterbrochen von einem zur Plattenebene parallelen ersten Klebstoffstrangpegel in der Außennut bis zu einem zweiten, zur Plattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel in der Innennut - je an der Drei- Nuten-Dichtzone - erstreckt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird - nach Erzeugung und Aushärtung der Klebeverbindung am Modulgehäuse des insoweit fertiggestellten LED-Leuchtenmoduls - eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt, wozu der Gasdruck im Gehäuseinnenraum des Modulgehäuses auf einen Wert von 100 mbar oder kleiner abgesenkt wird.
Das Nicht-Bestehen dieser Dichtigkeitsprüfung ist ein Ausschlusskriterium; fehlerhafte Modulgehäuse können erkannt und ausgeschieden werden. Ferner kann das Modulgehäuse vorzugsweise vor und während der Dichtigkeitsprüfung auf eine mäßig hohe Temperatur von etwa 50 bis 80 °C erwärmt werden, und die Druckabsenkung kann eine Zeitlang durchgeführt werden. Mit Hilfe einer solchen Behandlung können auch hartnäckig anhaftende VOCs aus dem Gehäuseinnenraum des Modulgehäuses entfernt werden. Die im Verlauf einer langen Betriebsdauer einer Hochleistungs-LED zu erwartende Farbänderung des emittierten Lichtes sowie eine Abnahme der Lichtleistung kann noch weiter gebremst werden
Mit der vorliegenden Erfindung kann ein LED-Leuchtenmodul mit einem solchen Modulgehäuse bereitgestellt werden, das eine Langzeitdichtigkeit aufweist, die gewährleistet, dass nach Durchführung einer 46 Wochen dauernden beschleunigten Alterungsbehandlung, während der das Modulgehäuse stets bei etwa 50 °C sowie pro Tag eine Std. (Stunde) lang unter Umgebungsluftdruck sowie 23 Std. lang unter einem gegenüber dem Umgebungsluftdruck um 100 mbar (Millibar) verminderten Luftdruck gehalten wird, die Atmosphäre im Gehäuseinnenraum des Modulgehäuses immer noch zu wenigstens 58 Vol.-% aus Argon aus der ursprünglich eingebrachten 100 %-igen Ar-Befüllung besteht.
Damit können die, weißes Licht erzeugenden LEDs in einem erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmodul auch während einer langen Lebensdauer von wenigstens 20 Jahren unter einer schützenden Atmosphäre betrieben werden. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird die Erfindung mehr im Einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf Zeichnungen erläutert; die Letzteren zeigen mit: Fig. 1 anhand einer Schrägbilddarstellung eine Straßenleuchte, an der ein
erfindungsgemäßes LED-Leuchtenmodul angebracht ist; Fig. 2 anhand einer Schrägbild-Explosionsdarstellung das von der Straßenleuchte getrennte LED-Leuchtenmodul;
Fig. 3 anhand einer Schrägbild-Explosionsdarstellung die wesentlichen Bestandteile des LED-Leuchtenmoduls, nämlich Metall-Gehäuseplatte, Platine mit
LEDs und transparente Abdeckplatte in je einer Anordnung, in der das an der Straßenleuchte befindliche LED-Leuchtenmodul eine Straßenfläche beleuchten könnte; Fig. 4a eine Schrägansicht der Rückseite der Metall-Gehäuseplatte;
Fig. 4b eine Schrägansicht der Sichtseite der Metall-Gehäuseplatte;
Fig. 4c eine Schrägansicht der Außenseite der transparenten Abdeckplatte;
Fig. 4d die längs der Schnittlinie B-B aus Fig. 4c erhaltene Schnittdarstellung;
Fig. 5a eine ausschnittsweise, stark vergrößerte Schnittdarstellung einer
Drei-Flansch-Dichtkontur im Umfangsbereich der Metall-Gehäuseplatte;
Fig. 5b eine ausschnittweise, stark vergrößerte Schnittdarstellung einer
Drei-Nuten-Dichtzone im Umfangsbereich der Abdeckplatte;
Fig. 5c eine ausschnittsweise, stark vergrößerte Schnittdarstellung des Spaltes,
der nach Anlage der Abdeckplatte an die Metall-Gehäuseplatte zwischen
Drei-Flansch-Dichtkontur und komplementärer Drei-Nuten-Dichtzone verbleibt;
Fig. 6a eine im Verhältnis 1 : 4 vergrößerte Darstellung einer Draufsicht auf ein
einzelnes Lichtleitelement;
Fig. 6b die längs der Schnittlinie A-A aus Fig. 6a erhaltene Schnittdarstellung; Fig. 6c eine Draufsicht auf vier aneinandergrenzende Lichtleitelemente nach Fig. 6a;
Fig. 6d eine Schrägansicht der Abdeckplatte, an deren Innenseite eine ganze Anzahl aneinandergrenzender Lichtleitelemente einstückig angeformt ist;
Fig. 7 in einer Schrägbilddarstellung ein erfindungsgemäßes LED-Leuchtenmodul;
Fig. 8 fünf Spektren von, im Innenraum des Modulgehäuses befindlichen Gaszusammensetzungen, die unterschiedliche Anteile an Argon (Ar) enthalten;
Fig. 9 fünf Spektren von, im Innenraum des Modulgehäuses befindlichen Gaszusammensetzungen, die an verschiedenen Tagen im Verlauf einer
46-wöchigen beschleunigten Alterungsbehandlung des Modulgehäuses aufgenommen worden sind;
Fig.10 anhand einer graphischen Darstellung die - hier unter den genannten
Voraussetzungen - zu erwartende Abnahme des Ar-Gehaltes der im
Innenraum eines Modulgehäuses enthaltenen Gaszusammensetzung während der zu erwartenden Lebensdauer des LED-Leuchtenmoduls;
Fig. 16a eine alternative Abdeckplatte mit alternativen Lichtleitelementen;
Fig. 16b eine Draufsicht auf ein einzelnes isoliertes alternatives Lichtleitelement, das im Maßstab 1 : 4 vergrößert dargestellt ist;
Fig. 16c ein Schnittbild, das bei einem Schnitt längs der Schnittlinie A - A'
am alternativen Lichtelement nach Fig. 16b erhältlich ist;
Fig. 16d und 16e je eine orthogonale Seitenansicht des alternativen
Lichtleitelementes nach Fig. 16b; und Fig. 16f anhand eines Diagrammes die bei Einsatz der alternativen Abdeckplatte erhältliche unterschiedliche Leuchtdichtenverteilung in einerseits der CO - C 180 Richtung und andererseits der C90 - C270 Richtung.
Das erfindungsgemäße LED-Leuchtenmodul wird vorzugsweise als Licht erzeugendes Element bzw. als Lampe in einer Straßenleuchte eingesetzt. Die Anmelderin hat Straßenleuchten unterschiedlicher Abmessungen entwickelt,
beispielsweise
- eine "kleine Straßenleuchte", die typischenweise in einer Höhe von 4 bis 6 m über der zu beleuchtenden Fläche angeordnet wird, die mit 12 Mittelleistungs-LEDs bestückt ist, und die bei Aufnahme einer elektrischen Leistung von 35 W einen Lichtfluss bis zu etwa 4400 Im liefert; ferner
- eine "mittelgroße Straßenleuchte", die typischenweise in einer Höhe von 6 bis 10 m über der zu beleuchtenden Fläche angeordnet wird, die mit 36 Mittelleistungs- LEDs bestückt ist, und die bei Aufnahme einer elektrischen Leistung von 100 W einen Lichtfluss bis etwa 12.500 Im liefert; und
- eine "große Straßenleuchte", die typischerweise in einer Höhe von 8 bis 14 m über der zu beleuchtenden Fläche angeordnet wird, die mit 64 Mittelleistungs-LEDs bestückt ist, und die bei Aufnahme einer elektrischen Leistung von 180 W einen Lichtfluss bis zu etwa 22.500 Im liefert.
Ohne dass damit eine Beschränkung auf die Anwendung in bestimmten Straßenleuchten mit bestimmten Abmessungen beabsichtigt ist, wird die vorliegende Erfindung nachstehend im Einzelnen mit Bezugnahme auf ein, für eine solche "kleine Straßenleuchte" vorgesehenes, erfindungsgemäßes LED-Leuchtenmodul beschrieben, das eine flache, angenähert rechteckige Gestalt mit einer Länge von etwa 250 mm, mit einer Breite von etwa 220 mm und mit einer Dicke/Höhe von etwa 20 mm hat.
Fig.1 zeigt eine Straßenleuchte 1 , die in unterschiedlichen Winkeln an einem vertikal ausgerichteten Mast 2 befestigt werden kann. Die Straßenleuchte 1 hat ein Rückenteil 3 an dem lösbar je ein Serviceteil 4 und ein erfindungsgemäßes LED-Leuchtenmodul 5 anbringbar sind; das Serviceteil 4 enthält Transformatoren, Gleichrichter, Treiber- Schaltungen und sonstige Elemente der LED-Stromversorgung, sowie Signalemp- fangs-, Steuerungs- und Regelelektronik und ist mit einer einstellbaren Halterung versehen, über welche die gesamte Straßen leuchte 1 an dem Mast 2 befestigbar ist. Fig. 2 zeigt in einer Art Explosionsdarstellung das vom Rückenteil 3 getrennte und ent- fernte LED-Leuchtenmodul 5. Das LED-Leuchtenm, nämlich kurz einer Metall- Gehäuseplatte 10 und einer transparenten Abdeckplatte 60 besteht. Metall- Gehäuseplatte 10 und Abdeckplatte 60 begrenzen einen Gehäuseinnenraum 9 innerhalb des Modulgehäuses 8. Fig. 3 zeigt in einer Art Explosionsdarstellung die Metall- Gehäuseplatte 10, die von der Gehäuseplatte 10 getrennte und entfernte Abdeckplatte 60 und dazwischen eine, mit einer Anzahl LEDs 44 bestückte Platine 40, die auf ei- nem ebenen Plattenboden 22 der Metall-Gehäuseplatte 10 aufgelegt und dort befes tigt wird. Fig. 2 und 3 zeigen die Metall-Gehäuseplatte 10 und die Abdeckplatte 60 in einer Anordnung, in der das an der Straßenleuchte 1 befindliche LED-Leuchtenmodul 5 eine Straßenfläche beleuchten könnte.
Die Fig. 4a und Fig. 4b zeigen die Metall-Gehäuseplatte 10 in einer umgekehrten An- ordnung, die mehr Details erkennen lässt; die Fig. 4c zeigt die Abdeckplatte 60 in einer anderen Ansicht; die Fig. 4c zeigt mit einer schematischen Schnittdarstellung einen Abschnitt der Abdeckplatte, an deren Innenseite ein Lichtleitelement einstückig angeformt ist, und an deren Außenseite eine zum Lichtleitelement flächengleiche Wölbung ausgebildet ist.
Diese Metall-Gehäuse-platte 10 besteht aus einem für Gehäusematerialien geeigne- ten Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung, typischenweise aus AI, einer Al- Legierung, oder einer Al-Si-Legierung, kann mit einem Anstrich versehen sein und hat eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt. Im Falle des für eine "kleine Straßenleuchte" vorgesehenen Leuchtenmoduls hat diese Metall-Gehäuseplatte 10 eine Länge von etwa 250 mm, eine Breite von etwa 220 mm und eine Dicke/Stärke kleiner 20 mm. An einer Schmalseite sind zwei Bügel 14 und 14' ausgebildet, mit denen die Metall- Gehäuseplatte 10 scharnierartig an dem Serviceteil 4 angelenkt werden kann. Die Metall-Gehäuseplatte 10 hat eine - in der Darstellung nach Fig. 3 unten befindliche Sichtseite 15 und eine dazu entfernte, oben befindliche Rückseite 16.
Wie insbesondere aus Fig. 4a ersichtlich, sind an der Rückseite 16 der Metall- Gehäuseplatte 10 einstückig paarweise angeordnete Flansche 17 und 17' angeformt. Die beiden Flansche 17 und 17' eines Flanschpaares sind durch einen Spalt 19 voneinander getrennt und voneinander entfernt. Die beiden Flansche 17 und 17' eines Flanschpaares haben solche Abmessungen und mechanische Festigkeiten, dass sie bei Einwirkung erheblicher Kräfte ein wenig aufeinander zu verformt werden können Die beiden Außenflanken 18 und 18' eines Flanschpaares sind gegenüber einer Vertikalen auf die Gehäuseplattenebene leicht schräg gestellt und aufeinander zu geneigt. Jedem Flanschpaar ist eine im Boden des Rückenteils 3 der Straßenleuchte 1 ausgesparte Nut zugeordnet, die solche Abmessungen hat, das beim mit erheblicher Krafteinwirkung erfolgendem Einführen eines Flanschpaares in die zugeordnete Nut die an deren Nutflanken gleitenden Außenflanken 18 und 18' leicht aufeinander zu verformt werden. Es soll eine unter Pressdruck stehende Anlage der Außenflanken 18 und 18' eines Flanschpaares an den Nutflanken der Nuten im Rückenteil 3 erzielt werden, die den Wärmeübergang von dem Metall-Gehäuseteil 10 auf das Rückenteil 3 der Straßenleuchte 1 fördert.
In jedem Eckenbereich der Metall-Gehäuseplatte 10 ist je eine Bohrung 13 ausgespart, durch die eine Schraube geführt werden kann, mit welcher das LED- Leuchtenmodul 5 über seine Metall-Gehäuseplatte 10 am Rückenteil 3 der Straßenleuchte 1 unter erheblichem Anpressdruck angebracht werden kann; die je zur Anlage kommenden Flächen sollen blank und bloß sein, um einen guten, unbehinderten Wärmeübergang zu ermöglichen.
Wie insbesondere aus Fig. 4b und 5b ersichtlich, ist in der Metall-Gehäuseplatte 10 eine zur Sichtseite 15 hin offene, flache Aussparung 20 ausgebildet, die von einem ebenen Plattenboden 22 und einem umlaufenden Plattenrandabschnitt 25 begrenzt ist, der einen Plattenrandinnenumfang 26 hat. Die Aussparung 20 hat rechteckige Gestalt mit geraden Seitenflächen und abgerundeten Ecken; im Falle des hier betrachte- ten LED-Leuchtenmoduls für eine "kleine Straßenleuchte" hat diese Aussparung 20 eine Länge von etwa 170 mm, eine Breite von etwa 145 mm und eine Tiefe, das ist der Abstand vom Plattenboden 22 zur ebenen Oberfläche des Plattenrandabschnittes 25, von etwa 7 mm. An den Plattenrandinnenumfang 26 schließt sich ein einstückig angeformter umlaufender Sockel 27 an, der eine zum Plattenboden 22 abfallende Stufe bildet. Auf diesem Sockel 27 sitzt - benachbart und beabstandet zum Plattenrandinnenumfang 26 - eine einstückig am Sockel 27 angeformte aufrechte, umlaufende und ununterbrochene Drei-Flansch-Dichtkontur 30, die - erheblich vergrößert - mit Fig. 5b dargestellt ist und nachstehend im Einzelnen erläutert wird.
Es wird eine Platine 40 vorbereitet, auf der eine Anzahl LEDs 44 befestigt ist. Diese Platine 40 kann aus einer 1,5 mm starken Al-Platte bestehen, auf der sich eine isolierende Beschichtung befindet, auf der die Leiterbahnen einer elektrischen Schaltung aufgebracht sind; im Falle eines erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmoduls für eine "kleine Straßenleuchte" kann diese Al-Platte beispielsweise Abmessungen von 130 mm x 120 mm haben. Die LEDs sind in mehreren Reihen angeordnet, die parallel zur längeren Seite der Platine ausgerichtet sind. Vorzugsweise werden Mittelleistungs- LEDs eingesetzt, die je mit einer Leistungsaufnahme kleiner/gleich 3 Watt (W) betrieben werden.
Zwischen zwei benachbarten LEDs wird in beiden orthogonalen Flächenrichtungen ein Abstand von wenigstens 20 mm und vorzugsweise ein noch größerer Abstand vorgesehen. Jede LED 44 kann im Fokus eines quaderförmigen Lichtleitelementes angeordnet werden, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Abmessungen von etwa 20 mm x etwa 25 mm hat und das auf der Platine 40 aufliegt. Ohne aufwendiges Temperaturmanagement kann eine wirksame Abführung der Betriebswärme einer leuchtenden, unter obigen Bedingungen betriebenen Mittelleistungs-LED erzielt werden, wenn jede einzelne LED zu jeder benachbarten LED einen Abstand größer 20 mm einhält, und die Platine 40 solche Abmessungen hat, dass jeder einzelnen LED wenigstens eine Platinenfläche von 5 bis 9 cm2 zur Verfügung steht. Die zu den LEDs 44 führenden Leiterbahnen sind an Anschlußstücke 45 angeschlossen. Ferner werden auf der Platine 40 Thermosensoren 47 angebracht, die an Kon- taktstücke 48 angeschlossen sind. Nach einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden auf der Platine 40 und/oder innerhalb des Gehäuseinnenraums, abgesehen von den vorstehend genann- ten Komponenten, wie LEDs 44, Thermosensoren 47 und Anschluss- und Kontaktstücke 45, 48 keine weiteren, beim bestimmungsgemäßen Betrieb Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Komponenten vorgesehen. Vielmehr werden solche Komponenten, einschließlich Transformatoren, Gleichrichter, Treiberschaltungen und dgl. ausschließlich im Serviceteil 4 vorgesehen, das am, aus gut wärmeleitendem Leichtmetall bestehenden Straßenleuchten-Rückenteil 3 befestigt ist.
Die so vorbereitete Platine 40 wird innerhalb der Drei-Flansch-Dichtkontur 30 auf dem Plattenboden 22 der Metall-Gehäuseplatte 10 aufgelegt. Zwischen Platine 40 und
Plattenboden 22 kann eine Graphitfolie 23 eingelegt werden, um den Wärmeübergang zwischen Platine 40 und Metall-Gehäuseplatte 10 zu verbessern. Mit Hilfe einer Anzahl Schrauben 42, die in, in der Metall-Gehäuseplatte 10 ausgesparte Sackboh rungen einschraubbar sind, wird die Platine 40 dicht und fest an den ebenen Platten- boden 22 angepresst. An die beiden Anschlußstücke 45 wird ein Kabelpaar 46 angeschlossen, über das die auf der Platine 40 sitzenden LEDs mit Strom und Spannung versorgt werden. Die Signale des Thermosensors 47 werden über Leiterbahnen der elektrischen Schaltung dem Kontaktstück 48 zugeführt, an das wiederum ein Leiterbündel 49 angeschlossen ist.
Diese Leiter 46, 49 müssen fluiddicht aus dem Modulgehäuse 8 herausgeführt bzw. in dieses eingeführt werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer in den Plattenboden 22 der Metall-Gehäuseplatte 10 eingesetzten, konisch dichtenden Quetschverschraubung geschehen, oder mit anderen, dem Fachmann geläufigen Dichtungsmit- teln, beispielsweise mit Hilfe einer Leiterdurchführung, bei der jeder einzelne Leiter 46 bzw. 49 in einen ausgewählten, an die Leiterisolierung angepassten Werkstoff einge- betet ist. Da im vorliegenden Falle nur eine kleine Anzahl Leiter 46 und 49 fluiddicht in das Modulgehäuse 8 hinein und aus diesem heraus geführt werden müssen, ist eine konisch dichtende Quetschverschraubung als Dichtungsmitel ausreichend. Eine typische konisch dichtende Quetschverschraubung hat ein mit einem Außengewinde versehenes Rohr, das in ein Innengewinde im Platenboden 22 der Metall-Gehäuseplatte 10 einschraubbar ist und dann mit einer auf das Außengewinde aufgeschraubten Muter gesichert wird; eine solche Muter 50 ist in Fig. 4a an der Rückseite 16 der Metall-Gehäuseplate 10 dargestellt. Benachbart und beabstandet zur Muter 50 ist am Platenboden 22 einstückig je ein erster runder Pfosten 52 und ein zweiter runder Pfosten 55 angeformt, dem je ein entsprechendes Gegenstück 53 und 56 an der Rückseite 16 der Metall-Gehäuseplate 10 zugeordnet ist. Durch jeden Pfosten 52 und 55, sowie durch das jeweilige Gegenstück 53 und 56 und durch den dazwischen befindlichen Platenabschnit ist je eine, mit einem Gewinde versehene Bohrung 54 bzw. 57 geführt. Durch die eine Bohrung 54 kann Argon in den Gehäuseinnenraum 9 eingeführt werden, und durch die andere Bohrung 57 kann gleichzeitig das im Gehäuseinnenraum 9 befindliche Gas austreten, während Argon (Ar) eingeführt wird. Die Zusammensetzung des austretenden Gases kann erfasst werden, und die Ar-Einführung kann beendet werden, wenn das austretende Gas nur noch aus Ar besteht. Nachdem der Gehäuseinnenraum 9 mit Ar befüllt worden ist, wird jede Bohrung 54 bzw. 57 druckdicht verschlossen, indem je eine Schraube 58 bzw. 59 in die Gewindebohrung 54 bzw. 57 eingeschraubt wird.
In der Metall-Gehäuseplatte 10 ist eine zur Sichtseite 15 hin offene flache Aussparung 20 ausgebildet, in die eine transparente, im Wesentlichen ebene Abdeckplate 60 eingesetzt wird, deren ebene Ausrichtung bzw. Erstreckung eine damit fluchtende Abdeckplatenebene definiert. Wie bereits oben ausgeführt, besteht diese Abdeckplate 60 aus einem transparenten Kunststoff, nämlich aus einem weitgehend
UV-undurchlässigen oder UV-undurchlässigen PMMA-Material oder aus einem
UV-stabilisierten PC-Material. Die Abdeckplate 60 hat eine rechteckige Gestalt mit längeren Seiten 61 und 61', mit kürzeren Seiten 62 und 62' und mit abgerundeten Eckenbereichen. Die Ausrichtung bzw. Erstreckung der längeren Seiten 61 , 61 ' definiert eine dazu parallele Abdeckplatten-Längsrichtung; die Ausrichtung bzw.
Erstreckung der kürzeren Seiten 62, 62' definiert eine dazu parallele Abdeckplatten- Querrichtung. Die längeren Seiten der Platine 40 sind parallel zur Abdeckplatten- Längsrichtung ausgerichtet. Bei bestimmungsgemäßer Anwendung eines erfindungs- gemäßen LED-Leuchtenmoduls 5 erstreckt sich die Abdeckplatten-Längsrichtung in der Längsrichtung der Straßen leuchte 1 , und die Abdeckplatten-Querrichtung erstreckt sich in der Längsrichtung der zu beleuchtenden Straßenfläche.
Wie aus Fig. 5a ersichtlich, hat die Abdeckplatte 60 eine zur Metall-Gehäuseplatte 10 benachbarte Innenseite 63 und eine dazu beabstandete Außenseite 64. An dieser Innenseite 63 sind an der Abdeckplatte 60 einstückig Lichtleitelemente 80 der
Sekundäroptikelemente angeformt, was nachstehend im Einzelnen erläutert wird. Am Rand bzw. Außenumfang der Abdeckplatte 60 ist einstückig eine umlaufende ununterbrochene Seitenwand 65 angeformt, die senkrecht bezüglich der Abdeckplaten- ebene von der Abdeckplatte 60 absteht. Diese Seitenwand 65 hat eine ebene Seitenwandstirnfläche 66.
Wenn die Abdeckplatte 60 in die Aussparung 20 an der Gehäuseteilplatte 12 einge- setzt ist, liegt die Seitenwandstirnfläche 66 auf dem Sockel 27 auf, und Abdeckplatte 60 und die Metall-Gehäuseplatte 10 begrenzen gemeinsam einen Gehäuseinnenraum
9, der dank der Aussparung 20 im Modulgehäuse 8 ausgebildet ist. Dieser Gehäuseinnenraum 9 kann mit Hilfe einer bestimmten Abdichtung hermetisch dicht verschlossen werden und anschließend mit Argon befüllt werden. Diese bestimmte Abdichtung umfasst eine, an der Metall-Gehäuseplatte 10 benachbart zu deren Plattenrand- abschnitt 25 einstückig angeformte ununterbrochene umlaufende
Drei-Flansch-Dichtzone 30 und eine dazu komplementäre an, der Innenseite 62 der Abdeckplatte 60 in deren Umfangsbereich einstückig angeformte, ununterbrochene umlaufende Drei-Nuten-Dichtzone 70.
Fig. 5a zeigt in einer erheblich vergrößerten Schnittdarstellung ausschnittsweise die Drei-Nuten-Dichtzone 70 an der Abdeckplatte 60;
Fig. 5b zeigt in einer erheblich vergrößerten Schnittdarstellung ausschnittsweise die Drei-Flansch-Dichtkontur 30 an der Metall-Gehäuseplatte 12; Fig. 5c zeigt Drei-Flansch-Dichtkontur 30 und Drei-Nuten-Dichtzone 70 ineinander gefügt, zusammen mit zusätzlichem dazwischen eingebrachtem Klebstoff, um eine hermetisch dichte Klebeverbindung und Abdichtung zwischen Abdeckplatte 60 und Metall-Gehäuseplatte 10 zu schaffen.
Drei-Flansch-Dichtkontur 30
Fig. 5b zeigt anhand einer Schnittdarstellung einen Abschnitt der Metall-Gehäuseplatte 10 mit Plattenrandabschnitt 25, Plattenrandinnenumfang 26 und Sockel 27, der stufenförmig zum Plattenboden 22 abfällt. Auf dem Plattenboden 22 ist ein Abschnitt der Graphitfolie 23 und der Platine 40 zu erkennen. Am Sockel 27 sind einstückig angeformt und stehen von diesem senkrecht nach oben ab der Außenflansch 32 im Abstand zum Platteninnenumfang 26, der hier spitz zulaufende Mittelflansch 34 im Abstand zum Außenflansch 32 und der Innenflansch 36 im Abstand zum Mittelflansch 34. Außenflansch 32 und Innenflansch 36 haben einen übereinstimmenden rechteckigen Querschnitt.
Drei-Nuten-Dichtzone 70 Fig. 5a zeigt anhand einer Schnittdarstellung einen Randabschnitt der Abdeckplatte 60 mit Seitenwand 65 und dazu beabstandetem ersten umlaufenden Flansch 68, die beide gemeinsam eine Außennut 72 begrenzen. Ferner wird eine Mittelnut 74 von diesem ersten Flansch 68 und einem dazu beabstandeten zweiten umlaufenden Flansch 69 begrenzt. Schließlich gehört zu dieser Dichtzone 70 eine Innennut 76, die begrenzt wird von dem zweiten Flansch 69 und erhabenen Flächen an der Innenseite 62 der Abdeckplatte 60. Die Außennut 72 hat solche Abmessungen, dass mit Spiel der Außenflansch 32 der Drei-Flansch-Dichtkontur 30 an der Metall-Gehäuseplatte 10 in diese Außennut 72 einführbar ist. Die Mittelnut 74 hat solche Gestalt und Abmessungen, dass mit Spiel der der Mittelflansch 34 der Drei-Flansch-Dichtkontur 30 an der Metall-Gehäuseplatte10 in diese Mittelnut 74 einführbar ist. Die bezüglich der Plattenebene der Abdeckplatte 60 schräg gestellten Flächen an Mittelflansch 34 und Mittelnut 74 erzeugen beim Versuch einer Verstellung der Abdeckplatte 60 gegenüber der Me- tall-Gehäuseplatte 10 einen Scherstress auf das zwischen diesen Flächen eingebrach- te Dichtmittel; bekanntlich setzen die hier verwendeten Dichtmittel einem solchen Scherstress besonders hohen Widerstand entgegen, was eine Verstellung der
Abdeckplatte 60 gegenüber der Metall-Gehäuseplatte 10 verhindert. Die Innennut 76 hat solche Abmessungen, dass der Innenflansch 36 der Drei-Flansch-Dichtkontur 30 an der Metall-Gehäuseplatte 10 mit Spiel in diese Innennut 76 einführbar ist.
Fig. 5c zeigt anhand einer Schnittdarstellung in einem noch wesentlich größeren Maßstab die in Fig. 5b und 5a angedeuteten und ineinander gefügten Komponenten aus Drei-Flansch-Dichtkontur 30 und Drei-Nuten-Dichtzone 70. Die Seitenwand 65 an der Abdeckplatte 60 hat eine etwas größere Länge als Mittelflansch 74 und Innenflansch 76; das Anliegen von Seitenwandstirnfläche 66 am Sockel 27 begrenzt das Einfügen von Drei-Flansch-Dichtkontor 30 in die komplementäre Drei-Flansch-Dichtzone 70 so, dass ein schmaler Spalt zwischen gegenüberliegenden Flächen verbleibt; typischer- weise kann der verbleibende Spalt eine Spaltbreite von etwa 0,2 bis etwa 0,5 mm haben. Der anfänglich frisch zubereitete und in flüssiger oder plastischer Form in die Mittelnut 74 eingebrachte aushärtende 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff hat ein von seiner Viskosität abhängendes Spaltfüllvermögen, wandert im verbleibenden Spalt und bildet einen zusammenhängenden ausgehärteten Klebstoffstrang 77 zwischen einem Klebstoffstrangpegel 78 in der Außennut 72 und einem weiteren Klebstoffstrangpegel 79 in der Innennut 76. Die eingebrachte Klebstoffmenge wird so gewählt, dass sowohl in der Außennut 72 wie in der Innennut 76 ein ebener, zur Plattenebene paralleler Klebstoffstrangpegel 78 bzw. 79 des gesamten Klebstoffstranges 77 gebildet wird. Solche, zur Plattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel 78 bzw. 79 sind von außen nicht zu erkennen, so dass sichtbare Verschmutzungen durch den eingebrach- ten Klebstoff vermieden werden. Die Wanderung des frisch zubereiteten, flüssigen oder plastischen Klebstoffes in dem gesamten Spalt kann dadurch gefördert werden, dass während des Klebevorganges die Metall-Gehäuseplatte 10 ortsfest festgehalten wird und gleichzeitig auf die Abdeckplatte 60 mechanischer Druck ausgeübt wird, beispielsweise eine Druckkraft bis zu 100 Newton (N), um die Seitenwandstirnfläche 66 an der Abdeckplatte 60 zur Anlage am Sockel 27 der Metall-Gehäuseplatte 10 zu bringen. Im Ergebnis kann nach Einbringen von Klebstoff in die Mittelnut 74 und Anlage der Abdeckplatte 60 an die Metall-Gehäuseplatte 10 in dem verbleibenden Spalt zwischen Drei-Flansch-Dichtkontur 30 und Drei-Nuten-Dichtzone 70 ein ununterbrochener ausgehärteter Klebstoffstrang 77 gebildet werden, der von einem, zur Plattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel 78 in der Außennut 72 bis zu einem, zur Plattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel 79 in der Innennut 76 reicht. Ein solch langer Kleb- stoff-strang 77 stellt dem Austritt von Argon aus dem Gehäuseinnenraum 9 und dem Eintritt von Luft und Feuchtigkeit aus der äußeren Umgebung in den Gehäuseinnen- raum 9 einen unüberwindbaren Widerstand entgegen, so dass eine außerordentlich hohe Langzeitdichtigkeit des Modulgehäuses 8 erhalten wird.
Lichtleitelement 80 Nach einem wichtigen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind in die Abdeckplatte 60 Sekundäroptikelemente integriert und einstückig daran angeformt. Jedes Sekundäroptikelement weist ein an der Innenseite 63 der Abdeckplatte 60 einstückig angeformtes Lichtleitelement 80 auf, dem eine einstückig angeformte, flächengleiche, Wölbung 112 an der Außenseite 64 der Abdeckplatte 60 zugeordnet ist; jeder einzel- nen LED 44 auf der Platine 40 ist ein eigenes Lichtleitelement 80 zugeordnet, das dazu dient, das Lichtverteilungsmuster des von der LED abgestrahlten LED-Lichtes zu modifizieren. Jedes Lichtleitelement 80 bildet einen zusätzlichen flachen ebenen, angenähert quaderförmigen Schichtkörper 81 , der eine Länge von etwa 25 mm, eine Breite von etwä 20 mm und eine Dicke/Stärke von etwa 3 mm bis etwa 4 mm hat, und der einstückig am Abdeckplattenmaterial anliegt. Mit "etwa" soll hier und an anderer Stelle ein von 10 % kleiner bis 10 % größer reichender Bereich des angegebenen Wertes bezeichnet werden; eine Breite von etwa 20 mm schließt folglich Breiten von 18,0 bis 22,0 mm ein.
Mit Fig. 6a ist eine Draufsicht auf ein einzelnes Lichtleitelement 80 im Maßstab 1 : 4 vergrößert dargestellt. Der hier betrachtete, angenähert quaderförmige Schichtkörper 81 hat zwei längere parallele ebene Seiten 82 und 82' sowie zwei kürzere Seiten 83 und 83'. Die Richtung der längeren Seiten 82 und 82' definiert eine Lang-Seiten- Richtung sowie eine dazu orthogonale Kurz-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes 80. Jeder Schichtkörper 81 ist an der Abdeckplatte 60 so angebracht und ausgerichtet, dass dessen Lang-Seiten-Richtung parallel zur Abdeckplatten-Querrichtung ausgerichtet ist. Der Schichtkörper 81 hat eine ebene Oberfläche 84, die parallel und im Abstand zur Abdeckplattenebene ausgerichtet ist und die am fertig zusammengebauten Modulgehäuse 8 auf der Platine 40 aufliegt. Im Bereich der vier Ecken sind am Schichtkörper 81 je Viertelkreis-förmige Aussparungen 85 ausgebildet; im Falle benachbarter und aneinandergrenzender Lichtleitelemente 80 (vgl. Fig. 6d) bilden je vier Aussparungen 85 zusammen eine runde Bohrung 85', durch welche eine Schraube geführt werden kann, mit welcher die Abdeckplatte 60 an der Metall-Gehäuseplatte 10 festgelegt werden kann. In den kürzeren Seiten 83 und 83' des Schichtkörpers 81 ist je eine einspringende dreieckige Ausnehmung 86 bzw. 88 ausgespart, die von geraden Flächen 86' und 86" bzw. 88’ und 88" begrenzt ist; diese Ausnehmungen 86 und 88 haben keine optische Funktion und dienen lediglich zur Materialeinsparung.
In dem aus transparentem Material mit einem Brechungsindex deutlich größer als eins bestehendem Schichtkörper 81 ist ein erster Hohlraum 90 und sind zwei zweite Hohlräume 100 und 106 ausgebildet; jeder Hohlraum 90, 100 und 106 ist zur Schichtkörperoberfläche 84 hin offen. Der zentral im Schichtkörper 81 angeordnete erste Hohlraum 90 hat eine glockenförmige Innenkontur 91 mit einer sphärisch und konkav gewölbten gegenüber der Abdeckplattenebene ansteigenden Bodenkontur 92 gegenüber einer ebenen Basis 93, bildet den Fokus 95 des Lichtleitelementes 80 und dient zur Aufnahme einer LED 44. Der größere zweite Hohlraum 100 wird neben einer ebenen Basisfläche 101 von einer, bezüglich des Fokus 95 stark konvex gekrümmten und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellten Kontur 103 begrenzt, deren Scheitel 104 auf den Fokus 95 zu gerichtet ist. Der kleinere zweite Hohlraum 106 wird neben einer ebenen Basisfläche 107 von einer, bezüglich des Fokus 95 mäßig konvex gekrümmten und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellten Kontur 108 begrenzt, deren Scheitel 109 auf den Fokus 95 zu gerichtet ist. Es ist eine solche Ausgestaltung gewählt, dass an diesen konvex gekrümmten und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellten Konturen 103 und 108 eine Totalreflexion von LED-Lichtstrahlen stattfindet, die aus dem Inneren des Schichtkörpers 81 auf die Oberflächen dieser Konturen 103 bzw. 108 treffen. Diese Totalreflexion zwingt einen überwiegenden Teil des LED-Lichtes auf einen Weg, der parallel oder weitgehend parallel zur Lang-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes 80 ausgerichtet ist. Mit Fig. 6b ist schematisch ein Schnitt längs der Schnittlinie A-A durch das mit Fig. 6a dargestellte Lichtleitelement 80 dargestellt. Ein einzelnes Lichtleitelement 80 ist isoliert auf der Innenseite 62 der Abdeckplatte 60 angeordnet.
Mit dem Lichtleitelement 80 wird eine asymmetrische Verteilung, Ausrichtung und Bündelung des LED-Lichtes erreicht.
Sämtliche am Schichtkörper 81 nicht parallel zur Lang-Seiten-Richtung ausgerichteten Flächen, also die Flächen 86', 86", 88', 88", 93, 103 und 108 sind zusätzlich gegenüber der Abdeckplattenebene ansteigend geneigt ausgerichtet, so dass an
diesen Flächen das auftreffende LED-Licht in einer Richtung abgelenkt und reflektiert wird, die senkrecht oder weitgehend senkrecht zur Abdeckplattenebene ausgerichtet ist. Das so gerichtete LED-Licht wird dann an der Abdeckplatten-Außenseite 64 aus dem Modulgehäuse 8 austreten und kann zu Beleuchtungszwecken genutzt werden. Die Fig. 4d zeigt anhand einer schematischen, begrenzten Schnittdarstellung ein einzelnes Lichtleitelement 80, dessen Schichtkörper 81 einstückig an der Innenseite der nur auschnittsweise dargestellten Abdeckplatte 60 angeformt ist. Diesem Lichtleitelement 80 ist eine flächengleiche, an der Abdeckplatten-Außenseite 64 einstückig angeformte Wölbung 112 zugeordnet. Diese Wölbung 112 wird in der Abdeckplatten- Querrichtung von einer mäßig konkav gekrümmten Kontur 113 begrenzt und erstreckt sich konturgleich in der Abdeckplatten-Längsrichtung. Diese Kontur 113 hat einen Scheitel 114, der im hier betrachteten Beispiel einen Abstand von 3,5 mm zur sonstigen ebenen Abdeckplatten-Oberfläche einnimmt. An der Oberfläche dieser Wölbung 112 werden die, die Abdeckplatte 60 passiert habenden LED-Lichtstrahlen in Richtung auf die Längsmitte der zu beleuchtenden Straßenfläche hin abgelenkt. Jeder einzelnen, auf der Platine 40 befindlichen LED 44 ist wenigstens ein Sekundäroptikelement der oben beschriebenen Art zugeordnet. Mehrere Sekundäroptikelemente dieser Art können isoliert und voneinander beabstandet an der Abdeckplatte 60 ausgebildet sein. Alternativ kann im Falle einer Anzahl Sekundäroptikelemente an einer einzelnen Abdeckplatte 60 auch eine Anordnung gewählt werden, in der sich benachbarte Lichtleitelemente 80 gegenseitig berühren; mit Fig. 6c ist eine derartige Anordnung von vier Lichtleitelementen dargestellt. Eine reihenförmige Anordnung von mehreren, sich berührenden Sekundäroptikelementen weist an der Abdeckplatten- Außenseite 64 eine gemeinsame Wölbung 112 auf, die sich ununterbrochen in Ab- deckplatten-Längsrichtung erstreckt. Ferner ist es möglich, unabhängig von der Anzahl der LEDs 44 auf der Platine 40, einen zur Platinenfläche flächengleichen Flächenabschnitt an der Abdeckplatte 60 vollständig mit sich berührenden Sekundäroptikelementen der oben beschriebenen Art zu besetzen. Die Anzahl der Sekundäroptikelemente an einer Abdeckplatte 60 kann größer sein, als die Anzahl der LEDs 44 auf der zugeordneten Platine 40. Eine solche Abdeckplatte kann vergleichsweise kostenarm im Spritzgießverfahren hergestellt werden und kann dann in unterschiedlichen Modulgehäusen eingesetzt werden, die eine unterschiedliche Anordnung der LEDs auf der Platine vorsehen.
Die Schrägansicht nach Fig. 6d zeigt die Innenseite 63 einer Abdeckplatte 60, an der eine ganze Anzahl, beispielsweise 30, aneinandergrenzender Lichtleitelemente 80 einstückig angeformt ist; in dieser Darstellung sind lediglich drei Lichtleitelemente 80 mit gestrichelten Linien eingegrenzt und als solche isoliert kenntlich gemacht; jedes Lichtleitelement 80 entspricht der Darstellung nach Fig. 6a. Die gesamte Anzahl der Lichtleitelemente 80 ist in sechs Zeilen und fünf Reihen angeordnet; diese Reihen sind parallel zu den längeren Seiten 61 , 61' der Abdeckplatte 60 (Abdeckplatten- Längsrichtung) ausgerichtet.
Die Fig. 7 zeigt anhand einer Schrägansicht ein erfindungsgemäßes Leuchtenmodul 5. An der Abdeckplatten-Außenseite 64 sind fünf parallele, ununterbrochene, benachbar- te und sich berührende Wölbungen 112 erkennbar; jede Wölbung 112 erstreckt sich flächengleich zu einer Reihe von Lichtleitelementen 80, die - wie Fig. 6d zeigt - an der Innenseite 63 der Abdeckplatte 60 angeformt sind.
Alternative Abdeckplatte 160 mit alternativen Lichtleitelementen 180
Mit Fig. 16a ist eine alternative Abdeckplatte 160 dargestellt, die eine Abdeckplatten- Längsrichtung 161 und eine dazu orthogonale Abdeckplatten-Querrichtung 162 hat; im Umfangsbereich dieser Abdeckplatte 160 ist die vorstehend erläuterte ununterbrochene umlaufende Drei-Nuten-Dichtzone 70 ausgebildet. Soweit keine anderen Ausfüh- rungen gemacht sind, entspricht die alternative Abdeckplatte 160 der vorstehend beschriebenen Abdeckplatte 60. An der Abdeckplatte 160 sind in sieben Zeilen, die sich in Abdeckplatten-Querrichtung 162 erstrecken sowie in fünf Reihen, die sich in Abdeckplatten-Längsrichtung 161 erstrecken, insgesamt 35 alternative Lichtleitelemente 180 ausgebildet. Diese Abdeckplatte 160 ist für eine mittelgroße Straßenleuch- te bestimmt, die mit einer rechteckigen Platine mit Abmessungen von 17 x 19 cm ausgerüstet ist, auf der 35 LEDs sitzen, wobei jede LED zur nächst benachbarten LED einen Abstand von wenigstens 1 ,5 cm einhält. Ein einzelnes Lichtleitelement 180 ist in der oberen linken Ecke der Abdeckplatte 160 mit gestrichelten Linien markiert. Jedes Lichtleitelement 180 hat einen Lichtleitelementkörper 181 , der einen integralen Be- standteil der Abdeckplatte 160 bildet. In Abdeckplatten-Längsrichtung bilden alle sieben Lichtleitelemente 180 einen homogenen Körper ohne Trennfuge(n); zwischen je zwei benachbarten Lichtleitelement-Reihen ist eine fertigungsbedingte Trennung bzw. Begrenzung erkennbar. Die gesamte alternative Abdeckplatte 160 wird typischerweise aus hochwertigem PMMA im Spritzgussverfahren erzeugt.
Mit Fig. 16b ist eine Draufsicht auf ein einzelnes isoliertes Lichtleitelement 180 im Maßstab 1 : 4 vergrößert dargestellt, wobei je ein Pfeil B auf eine Querseitenfläche 183 des Lichtleitelementes 180 zielt und ein weiterer Pfeil C auf die Längsseitenfläche 184 des Lichtleitelementes 180 zielt; je eine Draufsicht auf diese Seitenflächen 183 und 184 - im oben angegebenen Maßstab 1 : 4 - ist mit den Fig. 16d und 16e dargestellt. Weil das Lichtleitelement 180 aus einem transparenten Material besteht, sind an diesen Draufsichten auch Strukturen und Grenzen der in dem Lichtleitelement 180 ausgebildeten Hohlräume zu erkennen. Die Fig. 16c zeigt das bei einem Schnitt längs der Schnittlinie A - A' in Fig. 16b erhältliche Schnittbild. Mit Bezugnahme auf Fig. 16f werden Lichtverteilungen erläutert, die mit einem LED-Leuchtenmodul erzielbar, das mit einer alternativen Abdeckplatte 160 ausgerüstet ist.
Das einzelne isolierte Lichtleitelement 180 bildet einen flachen Körper 181 mit ebener rechteckiger Grundfläche 182, die in Längsseiten-Richtung eine Seitenlänge von etwa 20 mm hat sowie in Querseiten-Richtung eine Seitenlänge von etwa 25 mm hat. Mit "etwa" soll hier und an derer Stelle ein von 10 % kleiner bis 10 % größer reichen- der Bereich des angegebenen Wertes bezeichnet werden; eine Seitenlänge von etwa 20 mm schließt folglich Seitenlängen von 18,0 bis 22,0 mm ein. Die Seitenflächen 183 und 184 weisen eine Höhe von etwa 8 mm auf. Wie insbesondere Fig. 16d zeigt, hat das Lichtleitelement 180 oberhalb dieser Höhe eine leicht konturierte Deckfläche 185; im Querschnitt folgt diese Kontur einer flachen Doppelwelle mit mittigem Tal 186, das sich in Längsseitenrichtung erstreckt.
Die Abdeckplatte 160 und damit auch jedes einzelne Lichtleitleitelement 180 besteht hier aushochwertigem, transparentem Polymethylmethacrylat (PMMA) mit einem Brechungsindex von 1 ,49. In jedem Lichtleitelementkörper 181 sind drei Hohlräume ausgebildet, nämlich ein erster Hohlraum 190 und zwei zweite Hohlräume 194 und 200 ausgebildet, die sämtlich zur Grundfläche 182 hin offen sind. Der erste, zentral im Lichtleitelementkörper 181 angeordnete Hohlraum 190 bildet den Fokus des Lichtleitelementes 180 und dient zur Aufnahme einer LED 44, die in diesen Hohlraum 190 eintaucht. Am fertigen LED-Leuchtenmodul 5 ist eine Anordnung realisiert, bei welcher die Grundfläche 182 auf der Platine 40 aufliegt, und sich der lichterzeugende LED- Halbleiterchip innerhalb des Lichtleitelementkörpers 181 in dessen erstem Hohlraum 190 befindet. Das Lichtleitelement 180, das in der hier relevanten Fachwelt auch als Linse bezeichnet wird, hat nur eine geringe Höhe von etwa 9 bis 10 mm, weshalb erfindungsgemäß das so genannte„Flachlinsen-Design“ (flat-lens design) realisiert ist. Der parallel oder nahezu parallel und nahe zur Grundfläche 182 austretende horizontale LED-Lichtanteil macht etwa 10 % des gesamten LED-Lichtes aus und würde vom Leuchtenmodu-gehäuse absorbiert werden. Beim Flachlinsen-Design werden im Licht- leitelement besondere Hohlräume vorgesehen, an deren Grenzflächen eine Totalreflexion des horizontalen LED-Lichtes stattfinden kann, so dass dieser Lichtanteil aus der horizontalen Richtung wieder zurück in die funktionale Richtung gezwungen wird. Am Lichtleitelement 180 bilden die zweiten Hohlräume 194 und 200 solche
zurückrichtenden Hohlräume.
Der erste, innerhalb des Lichtleitelementkörpers 181 ausgebildete, Hohlraum 190 wird begrenzt von
- einer großen ebenen Teilkreisfläche 191 , die an einem Kreis mit einem Krümmungsradius von etwa 20 mm einen Winkelbereich von etwa 120° abdeckt, und die senkrecht zur Grundfläche 182 ausgerichtet ist;
- einer kleinen ebenen Teilkreisfläche 192, die an einem Kreis mit einem Krümmungs- Radius von etwa 10 mm einen Winkelbereich von etwa 120° abdeckt, und die parallel zur großen Teilkreisfläche 191 aus gerichtet und in einem Abstand von etwa 5 mm zu dieser angeordnet ist; und
- von einer anteiligen Kegelstumpfmantelfläche 193, die den Teilkreisumfang der großen Teilkreisfläche 191 mit dem Teilkreisumfang der kleinen Teilkreisfläche 192 verbindet.
Benachbart zur kleinen Teilkreisfläche 192 ist innerhalb des Lichtleitelementkörpers 181 ein zweiter Hohlraum ausgebildet, der hier als großer zurückrichtender Hohlraum 194 bezeichnet wird; weiterhin ist benachbart zur großenTeilkreisfläche 191 innerhalb des Lichtleitelementkörpers 181 ein weiterer zweiter Hohlraum ausgebildet, der hier als kleiner zurückrichtender Hohlraum 200 bezeichnet wird
Der große zurückrichtende Hohlraum 194 ist begrenzt
- von einer Teilkreisfläche 195, die an einem Kreis mit einem Krümmungsradius von etwa 9 mm einen Winkelbereich von etwa 130° abdeckt, und die parallel und beabstandet zur großen Teilkreisfläche 193 angeordnet ist; und
- von einer anteiligen großen Kegelmantelfläche 196, die an einem Teilkreisumfang der Teilkreisfläche 195 ansetzt und in einer ersten Kegelspitze 197 zusammengeführt ist und endet, die sich an der Grundfläche 182 befindet und dort nur einige wenige Bruchteile eines Millimeters von der kleinen Teilkreisfläche 192 des ersten Hohlraums 190 entfernt ist.
Der kleine zurückrichtende Hohlraum 200 ist begrenzt
- von einer Teilkreisfläche 201 , die an einem Kreis mit einem Krümmungsradius von etwa 9 mm einen Winkelbereich von etwa 130° abdeckt, und die parallel und beabstandet zur großen Teilkreisfläche 191 angeordnet ist; und
- von einer anteiligen kleinen Kegelmantelfläche 202, die an einem Teilkreisumfang der Teilkreisfläche 201 ansetzt und in einer zweiten Kegelspitze 203 zusammengeführt ist und endet, die sich an der Grundfläche 182 befindet und dort nur einige wenige Bruchteile eines Millimeters von der großen Teilkreisfläche 191 des ersten Hohlraums 190 entfernt ist.
Der Abstand zwischen der Teilkreisfläche 201 an einem Lichtleitelement 180 zur benachbarten Teilkreisfläche 195 am benachbarten Lichtleitelement 180 beträgt etwa 3 mm.
Jedes Lichtleitelement 180 sowie die darin ausgebildeten Hohlräume 190, 194 und 200 ist symmetrisch zu einer Längsmittelebene ausgebildet, die mit der Schnittlinie A - A' fluchtend parallel zur Längsseitenrichtung ausgerichtet ist.
Weil sich jede Kegelspitze 197 und 202 an der Grundfläche 182 befindet, steigt die angrenzende anteilige Kegelmantelfläche 196 bzw. 201 schräg in Längsseiten- Richtung an, bis sie den Teilkreisumfang am jeweiligen Teilkreis 195 bzw. 201 erreicht hat. An diesen ansteigenden Kegelmantelflächen 196 und 202 kann eine Total- reflexion von LED-Licht stattfinden, das auf seinem Weg durch das Lichtleitmaterial auf diese Kegelmantelflächen trifft.
Das LED-Licht trifft unter einem Einfallswinkel auf die Kegelmantelfläche, die hier eine Grenzfläche zwischen Luft und PMMA oder PC bildet. PMMA hat einen Brechungsindex von 1 ,49, und PC hat einen Brechungsindex von 1 ,585. Abhängig von diesem Brechungsindex gibt es einen materialspezifischen Grenzwinkel, der für PMMA 42,17° und für PC 39, 13° beträgt. Ist der Einfallswinkel, unter dem das LED-Licht aif die Kegelmantelfläche trifft, größer als dieser Grenzwinkel, dann findet an der Kegelmantelfläche eine Totalreflexion des auftreffenden LED-Lichtes statt. Das so reflektierte LED- Licht wird schließlich an der Lichtleitelement-Deckfläche 185 aus dem Lichtleitelement 180 austreten. Mit Hilfe dieser Totalreflexion kann zur Platinenebene paralleles oder weitgehend paralleles LED-licht, das auch als "horizontales LED-Streulicht" bezeichnet wird, zurückgerichtet und in eine Richtung gezwungen werden, in der es aus dem LED-Leuchtenmodul 5 austreten und zu Beleuchtungszwecken genutzt werden kann. Es besteht der Wunsch, die Gesamt-Höhe des LED-Leuchtenmoduls 5 möglichst klein, einschließlich der Flansche am Rückenteil typischerweise kleiner als 30 mm, und bei der hier betrachteten mittelgroßen Straßenleuchte kleiner als 25 mm zu halten. Bei dem dazu erforderlichen Flachlinsen-Design, macht der Anteil an horizontalem LED-licht bis zu 10% des gesamten LED-Lichts aus. Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen zurückrichtenden Hohlräume 194 und 200 innerhalb des alternativen Lichtleitelementes 180 kann bis zu 70 % dieses horizontalen LED-Streulichtes zurückgerichtet, somit gerettet und zusätzlich für die Straßenbeleuchtung genutzt werden. Damit kann die Lichtausbeute eines erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmoduls um bis zu 7 % gesteigert werden.
Ein alternatives LED-Leuchtenmodul 5' kann mit einer alternativen Abdeckplatte 160 versehen sein, die eine Leuchtenmodul-Längsrichtung und eine dazu orthogonale Leuchtenmodul-Querrichtung hat, und an der in sieben Zeilen und fünf Reihen insgesamt 35 vorstehend beschriebene alternative Lichtleitelemente 180 ausgebildet sind; und
sämtliche ebenen Teilkreisflächen 191 , 192, 195 und 201 dieser Lichtleitelemente 180 parallel zur Leuchtenmodul-Querrichtung ausgerichtet sind. Das LED- Licht soll hauptsächlich in Querseitenrichtung aus jedem Lichtleitelement 180 austreten, um auf der beleuchteten Fläche eine asymmetrische Verteilung der Beleuch- tungsstärke zu erzielen. Eine, mit einem solchen alternativen LED-Leuchtenmodul 5' ausgerüstete Leuchte zur Straßenbeleuchtung wird typischerweise so angeordnet, dass Lichleitelement- Längsrichtung, die Abdeckplatten-Längsrichtung und damit auch die Leuchtenmodul- Längsrichtung senkrecht zur Fahrtrichtung der zu beleuchtenden Straße ausgerichtet ist. Mit dem hier beschriebenen alternativen LED-Leuchtenmodul 5' wurden nachstehende Ergebnisse erhalten:
Das Lichtleitelement 180 besteht aus PMMA, mit einem Brechungsindex von 1 ,49; die Oberflächen der Hohlräume 190, 194 und 200 sind fein bearbeitet und weisen hohe Glätte auf (raue Oberflächen würden das Licht in unterschiedliche Richtungen streuen). An den, die zurückrichtenden Hohlräume 194 und 200 begrenzenden
Kegelmantelflächen 196 und 202 kann eine Totalreflexion von LED-Licht stattfinden, das auf seinem Weg durch das Lichtleitelement-Material auf diese Kegelmantelfläche trifft, wenn dessen Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel 42,17° ist.
Für nachstehende Messungen ist ein erfindungsgemäßes LED-Leuchtenmodul eingesetzt worden, das 24 LEDs enthält, (Licht-Wattleistung 72 W), denen je ein alternatives Lichtleitelement 180 zugeordnet ist, das einen Lichtfluss von etwa 8750 Im liefert und das an einer Straßenleuchte befestigt ist, die ihrerseits an einem Peitschenmast in einer Höhe von 10 m über der Fahrbahn angebracht ist. Mit dieser Straßenleuchte soll eine typische Straße beleuchtet werden, die eine Fahrbahnbreite von 6 m (zwei Fahrtrichtungen) hat, an die sich je eine 2,5 m breite Parkzone und ein 2,4 m breiter Fußweg anschließen. Mit dem üblichen Mess- und Auswerteverfahren wird die Beleuchtungsstärke auf einer kreisförmigen ebenen Fläche bei einer Anzahl Messpunkte bestimmt, die mit ihren Polarkoordinaten bezeichnet sind. Für die Ebene C0 - C180 (Fahrbahnmitte und parallel zur Fahrbahnrichtung) und für die Ebene C90 - C270 sind die so erhaltenen Ergebnisse mit Fig. 16f. dargestellt; der für die Ebene C0 - C180 erhaltene Bereich ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt; der für die Ebene C90 - C270 erhaltene Bereich ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Die jeweils eingegrenzten Flächen sind ein Maß für die in der jeweiligen Richtung erhaltenen Leuchtdichten. Ersichtlich wird eine stark unterschiedliche Leuchtdichtenverteilung erhalten, die an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst ist; die Fahrbahn ist auf einer langen Fläche ausreichend und gleichmäßig ausgeleuchtet, so das eine Abstand von 40 m zwischen zwei Peitschenmasten mit je einer Straßenleuchte möglich wird. Auch die mit DIN EN 13 201 für verschiedene Bereiche geforderten Werte der Beleuchtungsstärke werden erfüllt:
Fahrbahn, ausgewählte Beleuchtungklasse ME4a,
gemessen an einem Gitter mit 14 x 6 Messpunkten:
Fahrbahnleuchtdichte Lm (cd/m2> Uo Ui TI (%) SR aus Messwerten berechnet: 0,55 0,50 0,70 13 0,85 von der Norm gefordert: > 0,40 > 0,40 > 0,60 < 15 > 0,50
Parkzone 1, Länge 40 m, Breite 2,5 m, ausgewählte Beleuchtungsklasse CE5, gemessen an einem Gitter mit 14 x 3 Messpunkten mittlere Leuchtdichte Eav (Ix) U0
aus Messwerten berechnet: 6,08 0,56
von der Norm gefordert: > 6,00 > 0,40
Fußweg 1, Länge 40 m, Breite 2,4 m, ausgewählte Beleuchtungsklasse S5, gemessen an einem Gitter mit 14 x 6 Messpunkten:
mittlere Leuchtdichte Eav (Ix) Emin (Ix)
aus Messwerten berechnet: 3,77 2,60
von der Norm gefordert: > 3,00 > 0,60
Hermetisch dichte Klebeverbindung
Zwischen der Metall-Gehäuseplatte 10 und der transparenten Abdeckplatte 60 wird eine hermetisch dichte Klebeverbindung mit einem Klebstoff erzeugt, bei dem sowohl während der Reaktion der beiden Klebstoffkomponenten wie später im ausgehärteten Zustand die Gefahr einer Freisetzung, Ausgasung oder Ausdünstung von nicht-kompatiblen flüchtigen, organischen Verbindungen, sogenannten VOCs, minimal ist. Bekanntlich sind hier die häufig eingesetzten einfachen 1 K-Cyanoacrylat-Kleber, wie etwa "Superglue", weniger geeignet. Erfindungsgemäß wird hier ein ausgewählter, bei Raumtemperatur aushärtender 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff eingesetzt, bei dem diese Gefahr minimal ist.
Erfindungsgemäß wird die hermetisch dichte Klebeverbindung zwischen Abdeckplatte 60 und Metall-Gehäuseplatte 10 insbesondere und besonders bevorzugt mit Hilfe eines 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes auf Methacrylsäuremethylester-Basis erzeugt, der durch Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation ausgehärtet wird. Die Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation liefert ein vollständig umgesetztes, ausgehärtetes Produkt, das keine flüchtigen organischen Bestandteile bzw. Komponenten (VOCs) freisetzt. Typischerweise wird auf zehn Vol. -Teile Methacrylsäureme- thylester-A-Komponente ein Vol. -Teil Peroxid-B-Komponente eingesetzt. Nach etwa 4 bis 10 min langem Vermischen der beiden Komponenten A und B (Topfzeit) ist der Klebstoff einsatzbereit. Das Vermischen und Aufbringen kann bei Raumtemperatur (ca. 25 °C) durchgeführt werden. Das Vermischen und Aufbringen kann mit Hilfe eines transportablen Applikators erfolgen, der umfasst:
- je eine Kartusche für die Komponente A (400 ml) und die Komponente B (50 ml); - einen Statikmischer und
- eine, an eine Druckluftquelle angeschlossene 2-Komponenten-Pistole.
Mit Hilfe der 2-Komponenten-Pistole wird das vorbereitete Klebstoffgemisch in die Mittelnut 74 der Drei-Nuten-Dichtzone 70 an der Abdeckplatte 60 eingebracht. Das Klebstoffgemisch haftet an den Nutflächen. Die mit Klebstoffgemisch versehene
Abdeckplatte 60 wird umgehend so auf die Metall-Gehäuseplatte 10 aufgesetzt, dass deren Drei-Flansch-Dichtkontur 30 in die Drei-Nuten-Dichtzone 70 an der Abdeckplatte 60 eindringt. Anschließend kann - bei festgehaltener Gehäuseplatte 10 - eine erhebliche Druckkraft, beispielsweise bis zu 100 N auf die Abdeckplatte 60 ausgeübt werden, um deren finale Anordnung an der Gehäuseplatte 10 zu erreichen. In die Mittelnut 74 wird eine solche Menge 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff eingebracht, damit das eingebrachte Klebstoffgemisch einen ununterbrochenen Klebstoffstrang 77 bilden kann, der von einem ersten Klebstoffstrangpegel 78 in der Außennut 72 bis zu einem zweiten Klebstoffstrangpegel 79 in der Innennut 76 reicht. Anschließend lässt man die gesamte Anordnung wenigstens 12 Stunden lang ruhen, um eine für die weitere Bearbeitung ausreichende Festigkeit der Klebeverbindung zu erreichen. Danach kann das so erhaltene LED-Leuchtenmodul 5 einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden. Als nächster Arbeitsschritt wird an dem soweit fertiggestellten LED-Leuchtenmodul 5 eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt. Wie oben ausgeführt, ist am Plattenboden 22 der Metall-Gehäuseplatte 10 einstückig je ein erster runder Pfosten 52 und ein zweiter runder Pfosten 55 angeformt, dem je ein entsprechendes Gegenstück 53 und 56 an der Rückseite 16 des Gehäuseplatte 10 zugeordnet ist; durch jeden Pfosten 52 und 55, sowie durch das jeweilige Gegenstück 53 und 56 und durch den dazwischen befindlichen Plattenabschnitt ist je eine, mit einem Innengewinde versehene Bohrung 54 bzw. 57 geführt. An die eine Bohrung 54 wird ein Luftdruck-Messgerät angeschlossen. An die andere Bohrung 57 wird eine Säugpumpe angeschlossen, mit welcher der Luftdruck im Innenraum 9 des Modulgehäuses 8 auf einen Wert von 100 Millibar (mbar) oder weniger abgesenkt wird. Vorzugsweise wird das LED-Leuchtenmodul 5 vor dieser Unterdruckbehandlung auf erhöhte Temperatur erwärmt, beispielsweise auf etwa 50 bis 80 °C, und die Beaufschlagung mit Unterdrück wird fortlaufend wenigstens 20 min lang bei dieser erhöhten Temperatur durchgeführt. Mit dieser besonderen Unterdruckbehandlung können auch hartnäckig anhaftende VOCs weitgehend aus dem Innenraum 9 des Modulgehäuses 8 entfernt werden. Die Verbindung zur Säugpumpe wird unterbrochen, und diese Bohrung wird druckdicht verschlossen. Anschließend wird mit Hilfe des an die andere Bohrung 57 angeschlossenen Luftdruck-Messgerätes geprüft, ob der im Innenraum 9 eingestellte Unterdrück wenigstens 30 sec lang konstant erhalten bleibt. Ein merklicher Druckabfall innerhalb dieser Zeitspanne wäre ein Ausschlusskriterium. Ein bei dieser Unterdruckprüfung für gut befundenes LED- Leuchtenmodul wird dem nächsten Arbeitsschritt zugeführt. Im Verlauf dieses Arbeitsschrittes wird der Leuchtenmodul-Innenraum 9 mit Argon (Ar) befüllt. Vorzugsweise wird Ar eingesetzt, das eine Reinheit größer 99,99 %, beispielsweise eine Reinheit von 99,996 % aufweist. Derartiges Ar kann aus handelsüblichen Druckgasflaschen bereitgestellt werden. Geeignete Ar-Druckgasflaschen können beispielsweise von KRAISS & FRIZ, 70190 Stuttgart, Deutschland bezogen werden. Eine, einem Gasdruckminderungsventil nachgeschaltete Sonde wird an die eine Bohrung 54 angeschlossen, um Ar in den Leuchtenmodul-Innenraum 9 einzubringen. An die andere Bohrung 57 wird ein Gasanalysator angeschlossen, der die Zusammensetzung des aus dem Leuchtenmodul-Innenraum 9 austretenden Gases analysiert. Gut geeignet ist hierfür ein von Helantec GmbH, 76646 Bruchsal, Deutschland unter der Handelsbezeichnung GAS FILLING STATION "MINI" vertriebener Gasanalysator. Mit diesem Gerät kann die Zusammensetzung des austretenden Gases mit einer Genauigkeit größer 2 % bestimmt werden. Nachdem der Gasanalysator anzeigt, dass das austretende Gas zu 100 % aus Ar besteht, wird der Gasaustausch beendet, und die beiden Bohrungen 54 und 57 werden druckdicht mit Hilfe der Schrauben 58 bzw. 58* verschlossen. Hierzu kann je eine, mit einem Teflonband umwickelte Schraube 58 bzw. 58' in die zugeordnete Bohrung 54 bzw. 57 eingeschraubt und dort gesichert werden. Das so mit der gewünschten Ar-Gasfüllung befüllte LED-Leuchtenmodul wird dem nächsten Arbeitsschritt zugeführt.
In diesem abschließenden Arbeitsschritt wird die Funktion der Elektronik und die von den LEDs bewirkte Lichterzeugung sowie die angestrebte Lichtausbreitung geprüft. Sofern das geprüfte LED-Leuchtenmodul sämtliche vorgegebenen Anforderungen erfüllt, wird ein mit Artikelnummer und Prüfzeitpunkt versehenes Prüfzertifikat ausge- geben und an dem geprüften LED-Leuchtenmodul angeheftet.
VERSUCH ZUR BESCHLEUNIGTEN PRÜFUNG DER LANGZEITDICHTIGKEIT DES MODULGEHÄUSES Der Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben einer Doppelscheiben- Fensteranordnung wird häufig mit Argon oder Krypton gefüllt, um die Wärmeisolierung solcher Fensteranordnungen zu verbessern. Erfahrungsgemäß entweicht Argon aus solchen Fensteranordnungen dreimal schneller oder noch schneller, als Stickstoff und Sauerstoff aus der Umgebungsluft wieder in den geschlossenen Raum zwischen den beiden Scheiben eintreten. Über die Länge der Zeit wird in diesem geschlossenen Raum ein Unterdrück aufgebaut, der bis zur Implosion führen kann. Es besteht deshalb ein Bedarf, den Argongehalt in solchen geschlossenen Doppelschei- ben-Fensteranordnungen zu bestimmen, ohne die Anordnung zu zerstören und/oder Gas aus dem geschlossenen Raum zu entnehmen und zu analysieren. Die Autoren Alex Sergeyev und Jacek Borysow haben mit ihrem Beitrag "Nondestructive Method of Measuring Relative Concentration of Gases (e.g. Argon) in Double-Pane Windows", erschienen in "Sensors and Materials", Band 20, Nr. 3 (2008), Seiten 123-130, MYU Tokyo ein Verfahren zur Lösung dieses Problems beschrieben. Im Wesentlichen ist vorgesehen, innerhalb der Gasatmosphäre in dem geschlossenen Raum zwischen den beiden Scheiben einen Gleichstrom-Lichtbogen zu zünden und zu betreiben, und das von diesem Lichtbogen erzeugte Licht zu analysieren. Dieses Licht weist für Stick- Stoff charakteristische Emissionen zwischen 330 und 420 nm und eine für Argon charakteristische Emission bei 750,4 nm auf. Aus dem relativen Verhältnis der gemessenen Absorptionen dieser Emissionen kann auf das relative Verhältnis der Anteile von Luft und Argon in der Gasatmosphäre zwischen den beiden Scheiben geschlossen werden. Die Autoren geben an, mit diesem Verfahren bei mäßigen bis hohen Argon- konzentration in Luft, den Argongehalt mit einer Genauigkeit von angenähert 5 % zu bestimmen.
Wie vorstehend beschrieben, werden drei identische Modulgehäuse I, II und III gefer- tigt und bereitgestellt. In jedem Modulgehäuse I, II und III wird auf dem Plattenboden- von deren Metall-Gehäuseplatte eine Halterung befestigt, die zwei Elektroden so hält, dass nach Anlegen einer Gleichspannung zwischen 2 und 5 kV zwischen den Elektroden ein Lichtbogen zündet und betrieben werden kann. Spannung und Strom werden über ein mehradriges Kabel zugeführt, das mit Hilfe einer üblichen, konisch dichtenden Quetschverschraubung gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. An jedem Mo- dulgehäuse I, II und III ist auf deren transparenter Deckenplatte der Sensor eines Spektrometers anbringbar, das nach Zünden des Lichtbogens die in der jeweiligen Gasatmosphäre gebildete Strahlung erfasst, auswertet und ein entsprechendes Spekt- rum ausdruckt und abspeichert.
Gut geeignet ist hier ein von Medialas Electronics GmbH, 72336 Balingen, DE unter der Handelsbezeichnung "Spectrometer USP-G vertriebenes Spektrometer, das einen Messbereich von 200 bis 1200 nm hat. Der Innenraum der Modulgehäuse I und II wird mit 100 %-igem Ar befüllt. Der Innenraum des Modulgehäuses III wird zu Kalibrierzwe- cken mit unterschiedlichen Gaszusammensetzungen befüllt, und davon werden Vergleichsspektren erzeugt; im Einzelnen werden nachstehende Gaszusammensetzun- gen vermessen: 100 % Ar, 90 % Ar + 10 % Luft, 80 % Ar + 20 % Luft bis ... 10 % Ar und 90 % Luft und 100 % Luft. In Fig. 8 sind die so erhaltenen Spektren für die Gaszusammensetzungen 100 % Ar, 70 % Ar + 30 % Luft, 50 % Ar + 50 % Luft, 30 % Ar + 70 % Luft und 100 % Luft dargestellt. Der eigentliche Versuch hat im Januar 2017 begonnen und wurde im November 2017 beendet. Während dieser Zeitspanne wird das mit 100 % Ar befüllte Modulgehäuse I konstant bei 25 °C und unter dem Umgebungsluftdruck gehalten. Wenigstens einmal pro Woche wird der Lichtbogen gezündet und ein Spektrum der aktuellen Gaszusammensetzung gefertigt und abgespeichert. Dies wird als Referenzbehandlung für übliche Alterung unter Umgebungsbedingungen angesehen.
Ferner wird ein Trockenofen bereitgestellt, in dem eine verschließbare Druckkammer eingerichtet ist. Das mit 100 % Ar befüllte Modulgehäuse II wird in diese Druckkammer gelegt und darin pro Tag 23 Stunden lang bei 50 °C und unter einem Luftdruck gehal- ten, der gegenüber dem Umgebungsluftdruck um 100 mbar (Millibar) reduziert ist. Während der 24. Stunde wird die Druckkammer geöffnet, das Modulgehäuse II wird dem Umgebungsluftdruck ausgesetzt, der Lichtbogen wird gezündet, und es wird ein Spektrum der aktuellen Gaszusammensetzung gefertigt und abgespeichert. Diese Art der Behandlung wird als beschleunigte Alterungsbehandlung gewertet.
Es wird festgestellt, dass nach Ablauf von einer Woche beschleunigter Alterungsbehandlung die im Modulgehäuse II entstandene Gaszusammensetzung ein Spektrum liefert, das mit demjenigen Spektrum übereinstimmt, das von der Gaszusammensetzung im Modulgehäuse I nach Ablauf von 23 Wochen üblicher Alterung unter Umgebungsbedingungen erhalten wird. Daraus wird geschlossen, dass der beschleunigten Alterungsbehandlung unter den hier ausgeübten Bedingungen ein "Beschleunigungs- faktor" von 23 zukommt. Folglich sollte nach Ablauf von 46 Wochen beschleunigter Alterungsbehandlung das im Modulgehäuse II gebildete Gasgemisch eine Zusammensetzung aufweisen, die nach üblicher Alterung unter Umgebungsbedingungen erst nach Ablauf von 1058 Wochen erhalten wird; das ist ein Zeitraum von 20,7 Jahren. Ein Vergleich mit einem Vergleichsspektrum bestätigt, dass die nach Ablauf von 46 Wochen beschleunigter Alterungsbehandlung im Modulgehäuse II gebildete Gaszusammensetzung immer noch wenigstens 58 % des ursprünglich eingefüllten Argon (Ar) enthält. Die Fig. 9 zeigt einige Spektren, die von der im Modulgehäuse II gebildeten Gaszusammensetzung zu bestimmten, angegebenen Zeiten der beschleunigten Alterungsbehandlung erhalten worden sind.
Die so erhaltenen Versuchsergebnisse lassen erwarten, dass der Argongehalt innerhalb der Atmosphäre in einem bestimmten, wie beschrieben gefertigten Modul- gehäuse im Verlauf von 20 Jahren unter üblichen Umgebungsbedingungen
entsprechend der in Fig. 10 dargestellten Kurve abnimmt und durch Umgebungsluft ersetzt wird.
Jedenfalls bekräftigt obiger Versuch die Erwartung, dass im erfindungsgemäß gefertigten Modulgehäuse eines erfindungsgemäßen LED-Leuchtenmoduls die darin vorgesehenen, weißes Licht erzeugenden LEDs während einer Lebensdauer von wenigsten 20 Jahren unter einer schützenden Atmosphäre betreibbar sind.

Claims

Patentansprüche:
1. LED-Leuchtenmodul (5)
mit einem zweiteiligen Modulgehäuse (8),
das besteht aus einer Metall-Gehäuseplatte (10) und einer transparenten
Abdeckplatte (60, 160), wobei je an der Metall-Gehäuseplatteeil (10) und/oder an der Abdeckplatte (60, 160) einstückig eine umlaufende Seitenwand (65) angeformt ist, so dass die Metall-Gehäuseplatte (10), die eine Seitenwand (65) oder beide Seitenwände und die Abdeckplatte (60, 160) gemeinsam einen hermetisch dichten Gehäuseinnenraum (9) begrenzen, in dem sich eine Platine (40) befindet, auf der eine Anzahl je beabstandet zueinander angeordnete LEDs (44) sitzen; und jeder einzelnen LED (44) je ein Sekundäroptikelement zugeordnet ist, welches das von einer gegebenen LED (44) erzeugte LED-Licht einfängt und entsprechend einem vorgegebenen Beleuchtungszweck richtet und bündelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Metall-Gehäuseplatte (10) aus einem, für Gehäuse geeigneten Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung besteht;
- die Abdeckplatte (60) aus einem weitgehend UV-undurchlässigen oder
UV-undurchlässigen PMMA-Material oder aus einem UV-stabilisierten
PC-Material besteht;
- jedes Sekundäroptikelement ein Lichtleitelement (80) oder ein alternatives Lichtleitelement (180) aufweist, das aus dem Abdeckplattenmaterial besteht und das an der zur Platine (40) benachbarten Innenseite (63) der Abdeckplatte (60, 160) einstückig angeformt ist;
- zwischen Leichtmetall-Gehäuseteil (10) und Abdeckplatte (60, 160) eine
hermetisch dichte Klebeverbindung ausgebildet ist, die mit Hilfe eines bei
Raumtemperatur aushärtenden 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoffes erzeugt worden ist;
- innerhalb des Gehäuseinnenraums (9) eine argonhaltige Atmosphäre herrscht; und - das Modulgehäuse (8) eine solche Langzeitdichtigkeit aufweist, die gewährleistet, dass nach Durchführung einer 46 Wochen dauernden beschleunigten Alterungsbehandlung, während der das LED-Leuchtenmodul (5) stets bei etwa 50 °C sowie pro Tag eine Std. lang unter Umgebungsluftdruck sowie 23 Std. lang unter einem gegenüber dem Umgebungsluftdruck um 100 mbar verminderten Luft druck gehalten wird, die Atmosphäre im Gehäuseinnenraum (9) immer noch zu wenigstens 58 Vol.-% aus der ursprünglich eingebrachten 100 %-igen
Ar-Befüllung besteht. 2. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Lichtleitelement (80) an der Abdeckplatte (60) einen zusätzlichen flachen, angenähert quaderförmigen Schichtkörper (81) bildet, der
- eine Länge von etwa 25 mm,
- eine Breite von etwa 20 mm,
- eine Dicke/Stärke von etwa 3 bis etwa 4 mm, und
- eine Schichtkörperoberfläche (84) hat; und
in diesem Schichtkörper (81) ein erster Hohlraum (90) sowie zwei zweite Hohlräume (94) und (100) ausgebildet sind, die sämtlich zur Schichtkörperoberfläche (84) hin offen sind.
3. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Hohlraum (90) im Zentrum des Lichtleitelementes (80) angeordnet ist, den Fokus (95) des Lichtleitelementes (80) bildet und zur Aufnahme einer LED
(44) dient;
- der größere zweite Hohlraum (100) eine bezüglich des Fokus (95) stark konvex gekrümmte und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellte Kontur (103) hat, deren Scheitel (104) auf den Fokus (95) zu gerichtet ist;
- der kleinere zweite Hohlraum (106) eine bezüglich des Fokus (95) mäßig
konvex gekrümmte und gegenüber der Abdeckplattenebene schräg gestellte Kontur (108) hat, deren Scheitel (109) auf den Fokus (95) zu gerichtet ist; und - an der Oberfläche der Konturen (103) und (108) eine Totalreflexion von LED- Lichtstrahlen stattfindet, die aus dem Inneren des Schichtkörpers (81) auf diese Oberflächen treffen. 4. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schichtkörper (81) zwei längere parallele ebene Seiten (82 und 82‘) hat, deren Richtung und Erstreckung eine Lang-Seiten-Richtung sowie eine dazu orthogonale Kurz-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes (80) definieren; und über jedem Schichtkörper (81 ) an der Außenseite (64) der Abdeckplatte (60) eine flächengleiche, konvexe, aus dem Abdeckplattenmaterial bestehende
Wölbung (112) einstückig angeformt ist, die eine Scheitellinie (114) hat, die parallel zur Kurz-Seiten-Richtung des Lichtleitelementes (80) ausgerichtet ist. 5. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das LED-Leuchtenmodul geeignet ist, eine Fahrbahnleuchtdichte zu liefern, welche bei trockener und nasser Straßenfläche wenigstens die Anforderungen an die M-Beleuchtungsklassen ME5 und ME6 nach DIN EN 13201-2 erfüllt.
6. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das LED-Leuchtenmodul (5) über die Rückseite (16) von dessen Metall- Gehäuseplatte (10) am Rückenteil (3) der Straßenleuchte (1) angebracht werden kann;
- an der Rückseite (16) der Metall-Gehäuseplatte (10) einstückig eine
Anzahl paarweise angeordneter Flansche (17 und 17') angeformt ist, die je ein Flanschpaar bilden, das Außenflanken (18 und 18') hat; und
- bei der Anlage des LED-Leuchtenmoduls (5) am Rückenteil (3) der Straßen- leuchte (1) jedes Flanschpaar in eine dort ausgesparte, komplementäre Nut eintritt, die solche Abmessungen hat, dass ein Anpressdruck zwischen deren Nut flanken und den Außenflanken (18 und 18') des eintretenden Flanschpaares erzeugt wird.
7. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
- am Plattenrandinnenumfang (26) der Metall-Gehäuseplatte (10) ein zum
Plattenboden (22) stufenförmig abfallender umlaufender Sockel (27) einstückig angeformt ist, auf dem eine aufrechte, umlaufende und ununterbrochene Drei-Flansch-Dichtkontur (30) sitzt, die am Sockel (27) einstückig angeformt ist und die aufweist - benachbart und beabstandet zum Plattenrandinnenumfang (26) - einen Außenflansch (32), einen dazu beabstandeten Mittelflansch (34) und einen dazu beabstandeten Innenflansch (36); und
- ferner an der Abdeckplatte (60) - benachbart und beabstandet zu deren
Seitenwand (62) an deren Innenseite (63) - eine umlaufende und ununterbrochene Drei-Nuten-Dichtzone (70) ausgebildet ist, die eine Außennut (72), eine Mittelnut (74) und eine Innennut (76) aufweist, und diese Drei-Nuten-
Dichtzone (70) komplementär zur Drei-Flansch-Dichtkontur (30) an der Metall- Gehäuseplatte (10) ausgebildet ist; und
- nach Einbringen von flüssigem oder plastischem Klebstoff in die Mittelnut (74) und nach Anlage der Abdeckplatte (60) an der Metall-Gehäuseplatte (10) zwischen Drei-Flansch-Dichtkontur (30) und Drei-Nuten-Dichtzone (70) ein ununterbrochener Spalt gebildet ist, der mit einem ununterbrochenen
Klebstoffstrang (77) gefüllt ist.
8. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Klebstoffstrang (77) ununterbrochen von einem zur Abdeckplattenebene parallelen ersten Klebstoffstrangpegel (78) in der Außennut (72) bis zu einem zweiten, zur Abdeckplattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel (79) in der Innennut (76) erstreckt.
9. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Platine (40) eine Anzahl Mittelleistungs-LEDs sitzen, die mit einer mittleren Leistungsaufnahme von etwa 3 Watt (W) betrieben werden; und die Platine (40) solche Abmessungen hat, dass für jede Mittelleistungs-LED wenigstens eine Platinenfläche von 5 bis 9 cm2 zur Verfügung steht.
10. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb des Gehäuseinnenraums (9) auf dem Plattenboden (22) der
Metall-Gehäuseplatte (10) eine Platine (40) aufgelegt ist; und
zwischen Plattenboden (22) und Platine (40) eine Graphitfolie (23) eingelegt ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines LED-Leuchtenmoduls, das aufweist:
ein zweiteiliges Modulgehäuse (8), das seinerseits besteht aus
einer Metall-Gehäuseplatte (10) und einer transparenten Abdeckplatte (60), die gemeinsam einen hermetisch dichten Gehäuseinnenraum (9) begrenzen, in dem sich eine Platine (40) befindet, auf der eine Anzahl, zueinander beab- standet angeordnete LEDs (44) sitzen, denen je ein Sekundäroptikelement zu geordnet ist, welches das von einer gegebenen LED (44) erzeugte LED-Licht einfängt und entsprechend einem vorgegebenen Beleuchtungszweck richtet und bündelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Metall-Gehäuseplatte (10) eingesetzt wird, das aus einem, für Gehäuse geeigneten Leichtmetall oder aus einer Zamak-Legierung besteht;
- eine Abdeckplatte (60) eingesetzt wird, die aus einem weitgehend
UV-undurchlässigen oder UV-undurchlässigen PMMA-Material oder aus einem UV- stabilisierten PC-Material besteht;
- jedes Sekundäroptikelement ein Lichtleitelement (80) aufweist, das aus dem Abdeckplattenmaterial besteht, und das an der zur Platine (40) benachbarten
Innenseite (63) der Abdeckplatte (60) einstückig angeformt ist; und - zwischen dem Leichtmetall-Gehäuseteil (10) und der Abdeckplatte (60) mit Hilfe eines bei Raumtemperatur aushärtenden 2-Komponenten-Acrylat- Klebstoffes eine hermetisch dichte Klebeverbindung erzeugt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff ein 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff auf
Methacrylsäuremethylester-Basis eingesetzt wird, der durch Peroxid-induzierte radikalische Polykondensation ausgehärtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
- an der Metall-Gehäuseplatte (10) in deren Umfangsbereich
- benachbart und beabstandet zum Plattenrandinnenumfang (26) - eine aufrechte, umlaufende und ununterbrochene Drei-Flansch-Dichtkontur
(30) einstückig angeformt ist, die einen Außenflansch (32), einen dazu beabstandeten Mittelflansch (34) und einen dazu beabstandeten
Innenflansch (36) aufweist; und
- an der Abdeckplatte (60) in deren Umfangsbereich an deren Innenseite (65)
- benachbart und beabstandet zu deren Seitenwand (62) - eine umlaufende und ununterbrochene, zur Drei-Flansch-Dichtkontur (30) komplementäre Drei-Nuten-Dichtzone (70) ausgebildet ist, die eine Außennut (72), eine Mittelnut (74) und eine Innennut (76) aufweist; und
- in diese Mittelnut (74) eine solche Menge 2-Komponenten-Acrylat-Klebstoff eingebracht wird, dass
- nach Einbringen von flüssigem oder plastischem Klebstoff in die Mittelnut (74) und nach Anlage der Abdeckplatte (60) an der Metall-Gehäuseplatte (10) zwischen Drei-Flansch-Dichtkontur (30) und Drei-Nuten-Dichtzone (70) ein ununterbrochener Spalt gebildet ist, der mit einem ununterbrochenen
Klebstoffstrang (77) gefüllt ist,
der sich ununterbrochen von einem ersten, zur Abdeckplattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel (78) in der Außennut (72) bis zu einem zweiten, zur Abdeckplattenebene parallelen Klebstoffstrangpegel (79) in der Innennut (76) erstreckt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach Erzeugung und Aushärtung der Klebeverbindung am Modulgehäuse (8) des insoweit fertiggestellten LED-Leuchtenmoduls (5) eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt wird, wozu der Gasdruck im Gehäuseinnenraum (9) des Modulgehäuses (8) auf einen Wert von 100 mbar oder kleiner abgesenkt wird
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Modulgehäuse (8) vor und während der Dichtigkeitsprüfung auf eine
Temperatur von 50 bis 80 °C erwärmt wird.
16. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das alternative Lichtleitelement (180) einen flachen Körper (181) hat, der
- eine ebene, rechteckige Grundfläche (182) mit Seitenlängen von
etwa 20 mm x 25 mm hat;
- Seitenflächen (183) mit einer Höhe von etwa 8 mm hat; und
in diesem Körper (181) ein erster Hohlraum (190) sowie zwei zweite Hohlräume (194 und 200) ausgebildet sind, die sämtlich zur Grundfläche (182) hin offen sind.
17. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Hohlraum (190) begrenzt ist von
- einer großen Teilkreisfläche (191), die an einem Kreis mit einem Krümmungs- radius von 12 mm einen Winkelbereich von etwa 140 0 abdeckt;
- einer kleinen Teilkreisfläche (192), die an einem Kreis mit einem Kümmungs- radius von etwa 8 mm einen Winkelbereich von etwa 140 0 abdeckt, und die parallel und beabstandet zur großen Teilkreisfläche (191) angeordnet ist; und
- von einer Kegelstumpfmantelfläche (193), die den Teilkreisumfang der großen Teilkreisfläche (191) mit dem Teilkreisumfang der kleinen Teilkreisfläche (192) verbindet.
18. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Hohlraum (194) begrenzt ist von
- einer Teilkreisfläche (195), die an einem Kreis mit einem Krümmungsradius von etwa 9 mm einen Winkelbereich von etwa 140° abdeckt, und die parallel und beabstandet zur großen Teilkreisfläche (193) angeordnet ist; und
- von einer anteiligen großen Kegelmantelfläche (196), die an einem Teilkreisumfang der Teilkreisfläche (195) ansetzt und in einer ersten Kegelspitze (197) zusammengeführt ist und endet, die sich an der Grundfläche (182) befindet und dort nur einige wenige Bruchteile eines Millimeters von der kleinen
Teilkreisfläche (192) des ersten Hohlraums (190) entfernt ist.
19. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Hohlraum (200) begrenzt ist von
- einer Teilkreisfläche (201), die an einem Kreis mit einem Krümmungsradius von etwa 9 mm einen Winkelbereich von etwa 140° abdeckt, und die parallel und beabstandet zur großen Teilkreisfläche (191) angeordnet ist; und
- von einer anteiligen kleinen Kegelmantelfläche (202), die an einem Teilkreis- umfang der Teilkreisfläche (201) ansetzt und in einer zweiten Kegelspitze (202) zusammengeführt ist und endet, die sich an der Grundfläche (182) befindet und dort nur einige wenige Bruchteile eines Millimeters von der großen Teilkreisfläche (191) des ersten Hohlraums (190) entfernt ist.
20. LED-Leuchtenmodul nach einem der Ansprüche 16 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
das LED-Leuchtenmodul (5) mit einer alternativen Abdeckplatte (160) versehen ist, die eine Leuchtenmodul-Längsrichtung und eine dazu orthogonale Leuchtenmodul-Querrichtung hat, und an der in sieben Zeilen und fünf Reihen insgesamt 35 alternative Lichtleitelemente (180) ausgebildet sind; und sämtliche ebenen Teilkreisflächen (191 , 192, 195 und 201) dieser Lichtleitelemente (180) parallel zur Leuchtenmodul-Querrichtung ausgerichtet sind.
21. LED-Leuchtenmodul nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem Lichtleitelement (180) bis zu 70 % des horizontalen LED-Streulichtes zu Beleuchtungszwecken genutzt werden können, womit die Lichtausbeute bzw. Effizienz des LED-Leuchtenmoduls um bis zu 7 % gesteigert werden kann.
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