WO2012156366A1

WO2012156366A1 - Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: WO2012156366A1
Application number: PCT/EP2012/058930
Authority: WO
Inventors: Michael Eusterbrock; Andreas Miemczyk
Original assignee: Hella Kgaa Hueck & Co.
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2012-11-22
Also published as: EP2710295B1; EP2710295A1; ES2543443T3; PL2710295T3; DE102011050380A1; DE102011050380B4; DK2710295T3

Abstract

Eine Beleuchtungseinrichtung (1) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (2) und einen wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper (3) auf, der eine kreisrunde Becherform hat. Der Kühlkörper (3) hat ein der Halbleiterlichtquelle (2) zugewandtes Basisteil (4), an das Kühlrippen (7) angeformt sind, die sich in der Aufsicht auf das Basisteil (4) in quer zueinander angeordneten Richtungen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) weg erstrecken. Zwischen den Kühlrippen (7) weist der der Kühlkörper (3) in dem Basisteil (4) Öffnungen (10) für den Durchtritt von Kühlluft auf.

Description

Beleuchtungseinrichtung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle und einem wärmeleitend damit verbundenen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper ein der Halbleiterlichtquelle zugewandtes Basisteil aufweist, an das Kühlrippen angeformt sind, und wobei der Kühlkörper Öffnungen für den Durchtritt von Kühlluft aufweist

Stand der Technik

Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist aus DE 20 2009 001 475 Ul bekannt. Sie weist als Halbleiterlichtquelle eine Leuchtdiode auf, die an der Unterseite einer Leiterplatte montiert ist und nach unten Licht abstrahlt. Die der Leuchtdiode abgewandten Rückseite der Leiterplatte ist flächig wärmeleitend mit einem- über der Leiterplatte angeordneten Kühlkörper verbunden. Der Kühlkörper ist als längliches Biegestanzteil ausgestaltet, das aus einem rechteckigen Stück Blech hergestellt ist, dessen Längsränder zur Bildung von Kühlrippen derart umgebogen sind, dass der Kühlkörper eine etwa halbkreiszylindrische Grundform hat. Dabei weist der Kühlkörper ein ebenes Basisteil mit einer Befestigungsfläche für die Leiterplatte und zwei und zwei an den Längsrändern des Basisteils daran anschließenden Kühlrippen mit jeweils einem viertelkreiszylindrischen Abschnitt auf. An den Kühlrippen weist der Kühlkörper schlitzförmige untere und obere Öffnungen auf. Die unteren Öffnungen befinden sich jeweils am unteren und die oberen Öffnungen am oberen Ende des viertelkreiszylindrischen Abschnitts. Wenn sich die Leuchtdiode beim Betrieb erwärmt kann durch die Öffnungen ein Kamineffekt in dem Kühlkörper entstehen, bei dem Kühlluft an den unteren Öff- nungen in den durch das Basisteil und die Kühlrippen begrenzten Innenraum des halbkreiszylindrischen Kühlkörpers eintritt und nach Durchströmen des Innenraums an den oberen Öffnungen aus dem Kühlkörper austritt. Dennoch ermög- licht der Kühlkörper nur eine begrenzte Kühlung der Leuchtdiode. Dies ist insbesondere bei Hochleistungs-Leuchtdioden, die eine entsprechend hohe Verlustleistung aufweisen, und bei hohen Umgebungstemperaturen ungünstig. Ungünstig ist außerdem, dass der Kühlkörper relativ große Abmessungen aufweist. US 2010/012058 AI zeigt einen LED-Spot, bei der eine mit LEDs bestückte Platine, die einer planen Basis als Träger in einem Gehäuse angeordnet ist. Teil des Gehäuses ist eine die Basis und somit auch die Platine ringförmig umgebender separater Kühlkörper. Nach vorne wird die Leuchte wie üblich durch eine Abschlussscheibe abgeschlossen. DE 20 2010 004 317 Ul zeigt eine LED-Leuchte mit einem Kühlkörper. Der Kühlkörper wird von außen auf ein Gehäuse aufgesteckt und hat eine näherungsweise kreisscheibenförmige Basis. An die Schmalseite der kreisscheibenförmigen Basis sind Kühlrippen angesetzt. Der untere Teil der Kühlrippen ist abgewinkelt, so dass der Kühlkörper als solches den Eindruck eines Topfes vermittelt. DE 20 2009 005 266 Ul zeigt eine LED-Lampe, bei der LEDs auf einer Platine angeordnet sind. Die Platine liegt in einer Ausnehmung eines Kühlkörpers, der radial nach außen weisende Kühlrippen aufweist. Der Kühlkörper ist Teil des Gehäuses.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei kompakten Abmessungen eine effektive Kühlung der Halbleiterlichtquelle und somit eine entsprechend lange Lebensdauer der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Bei einer einleitend angegebenen Beleuchtungsvorrichtung wird diese Aufgabe insbesondere dadurch gelöst, dass sich in der Aufsicht auf das Basisteil die Kühlrippen in quer zueinander angeordneten Richtungen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle weg erstrecken, und dass die Öffnungen in dem Basisteil zwischen den Kühlrippen angeordnet sind.

I n vorteilhafter Weise kann dann beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle zwischen den Kühlrippen ein Kamineffekt auftreten, bei dem Kühlluft an einer relativ großen Oberfläche an den Kühlrippen vorbei strömt. Da die Kühlrippen in quer zueinander angeordneten Richtungen von der Halbleiterlichtquelle weg verlaufen kann die von der Halbleiterlichtquelle abgegebene Wärme wirkungsvoll nach allen Seiten über die Kühlrippen zu den Stellen abgeleitet werden, die mit dem bei dem aufgrund des Kamineffekts auftretenden Kühlluftstrom in Kontakt geraten. Die Beleuchtungseinrichtung ermöglicht daher bei kompakten Abmessungen eine effektive Kühlung und somit eine lange Lebensdauer der Halbleiterlichtquel- le. Die Beleuchtungseinrichtung kommt bevorzugt in Gebäudeinnenräumen zum Einsatz. Sie kann aber auch für andere Anwendungen verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in der Aufsicht auf das Basisteil im Zentrum des Kühlkörpers vorgesehen, wobei die Kühlrippen etwa radial zu der mindestens einen Halbleiter- lichtquelle angeordnet sind. Durch diese Maßnahme kann die Halbleiterlichtquelle noch effektiver gekühlt werden. Der durch den Kamineffekt erzeugte Kühlluftstrom wird bevorzugt mit Abstand zur Halbleiterlichtquelle an den Kühlrippen vorbei geleitet, damit eine möglichst große Oberfläche der Kühlrippen gekühlt werden kann. Zweckmäßigerweise sind die Öffnungen als Schlitze a usgestaltet, die sich in der Aufsicht auf das Basisteil radial zur mindestens einen Halbleiterlichtquelle erstre- cken. Die durch die Schlitze hindurch tretende Kühlluft kann dann eine relativ große Fläche der Kühlrippen anströmen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Basisteil im Wesentlichen becherförmig mit einem Boden und einer Seitenwand ausgestaltet, welche eine Innenhöhlung begrenzen, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in der Innenhöhlung am Boden des Basisteils angeordnet ist. Die Innenhöhlung kann auch als Ausnehmung bezeichnet werden. Dabei kann die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle auftretende Verlustwärme über die Seitenwände noch großflächiger an die Umgebungsluft abgeführt werden. Außerdem ist die Halbleiterlichtquelle in der Innenhöhlung des Basisteils vor mechanischer Beschädigung geschützt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Innenhöhlung eine Optik zur Formung des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ausgesendeten Lichts angeordnet. Die Optik kann mindestens eine Linse und/oder wenigstens einen Reflektor aufweisen.

Vorteilhaft ist, wenn zwischen der Optik und der der Innenhöhlung zugewandten Innenfläche der Seitenwand mindestens ein Luftdurchtrittskanal gebildet wird, wobei der Luftdurchtrittskanal mit mindestens einer der Öffnungen verbunden ist. Die Optik erfüllt dann eine Doppelfunktion, bei der sie einerseits zur Lenkung des von der Halbleiterlichtquelle ausgesendeten Lichts dient und andererseits den bei dem Kamineffekt auftretenden Kühlluftstroms so führt, dass dieser an einem möglichst großen Oberflächenbereich des Kühlkörpers vorbeiströmt.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung durchsetzten die Kühlrippen den Boden und/oder die Seitenwand des Basisteils und kommen mit einem am Boden und/oder der Seitenwand in die Innenhöhlung vorstehenden Teilbereich an der Optik zur Anlage. Dadurch wird eine noch größere Oberfläche des Kühlkörpers ermöglicht. Bevorzugt weist die Seitenwand eine Schräge auf, an der die lichte Weite der Innenhöhlung, ausgehend vom Boden zu dem vom Boden entfernten freien Rand der Seitenwand, zunimmt, wobei sich die Öffnungen vom Boden bis in die Schräge erstrecken. Dabei kann praktisch die gesamte durch die Öffnungen hindurch tretende Kühlluft an den Kühlrippen vorbeiströmen.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung, die

Leuchtdioden aufweist, die wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden ist, wobei die Querschnittsebene des Teilquerschnitts radial zur Leuchtdiode angeordnet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Rückseite einer Beleuchtungseinrichtung und

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Rückseite der Beleuchtungseinrichtung.

Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Beleuchtungseinrichtung weist als Leuchtmittel mehrere, in der Zeichnung nur schematisch dargestellte, als Leuchtdioden ausgestaltete Halbleiterlichtquellen 2 auf, die jeweils in einen Halbleiterchip integriert sind. Die Halbleiterchips sind auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, der aus einem gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Aluminium, besteht. Die einzelnen Halbleiterchips sind an ihrer der Abstrahlseite abgewandten Rückseite jeweils flächig wärmeleitend mit dem Träger verbunden.

Der Träger ist mit seiner den Halbleiterchips abgewandten Rückseite flächig wärmeleitend mit einem über dem Träger angeordneten Kühlkörper 3 verbunden, der aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff, wie z.B. Aluminium besteht. Der Träger kommt mit seiner Rückseite flächig an der Unterseite des Kühlkörpers 3 zur Anlage. Die beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 in den Halbleiterlichtquellen 2 auftretende Verlustwärme wird von den Halbleiterchips der Halbleiterlichtquellen 2 durch den Träger hindurch in den Kühlkörper 3 eingeleitet und von dort an die Umgebungsluft abgegeben.

Wie in Fig. 1 und 2 erkennbar ist, weist der Kühlkörper 3 ein becherförmiges Basisteil 4 auf. Das Basisteil 4 hat in der in Fig. 3 gezeigten Aufsicht auf seine Rückseite eine etwa kreisförmige Außenkontur. Das Basisteil 4 hat einen Boden 5 und eine seitlich damit verbundene Seitenwand 6, die um den Boden 5 herumläuft. An das Basisteil 4 sind rückseitig Kühlrippen 7 angeformt, die jeweils radial vom Zentrum des Basisteils 4 weg nach außen verlaufen. In Fig. 2 ist deutlich erkennbar, dass die Kühlrippen 7 in quer zueinander angeordneten Richtungen um das Zentrum des Basisteils 4 herum angeordnet sind. Dabei erstrecken sich die Kühlrippen 7 in Radialebenen, die durch die Mittelachse 8 des Basisteils 4 und radial dazu verlaufende Achsen aufgespannt sind.

In der Aufsicht auf die Abstrahlseite der Beleuchtungseinrichtung befinden sich die Halbleiterlichtquellen 2 im Zentrum des Kühlkörpers 3 auf der Mittelachse 8 oder dicht benachbart zu dieser, so dass die beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 in den Halbleiterlichtquellen 2 auftretende Verlustwärme nach allen Seiten gut abgeführt und über eine entsprechend große Kühlkörperoberfiäche an die Umgebungsluft angegeben wird. In Fig. 1 ist die Wärmetransportrichtung schematisch durch einen Pfeil 9 angedeutet.

Wie in Fig. 1 besonders gut erkennbar ist, sind die Kühlrippen 7 in Umfangsrich- tung des Basisteils 4 durch seitliche Zwischenräume voneinander beabstandet. Im Bereich der Zwischenräume weist das Basisteil 4 Öffnungen 10 für den Durchtritt von Kühlluft auf. Die Öffnungen 10 sind als schlitzförmige Wandungsdurchbrüche ausgestaltet, die sich in Radialebenen erstrecken, die durch die Mittel- achse 8 des Basisteils 4 und radial dazu verlaufende Achsen aufgespannt sind. In Fig. 3 ist erkennbar, dass die Öffnungen 10 im äußeren Bereich des Kühlkörpers 3 mit Abstand von dessen Zentrum angeordnet sind.

Anhand von Fig. 1 wird deutlich, dass der Boden 5 und die Seitenwand 6 eine Innenhöhlung begrenzen, und dass die Halbleiterlichtquellen in der Innenhöhlung am Boden 5 des Basisteils 4 angeordnet sind. In der Innenhöhlung ist außerdem eine Optik 11 zur Formung des von den Halbleiterlichtquellen 2 ausgesendeten Lichts angeordnet.

In Fig. 1 ist erkennbar, dass zwischen der Optik 11 und der dieser zugewandten Innenfläche der Seitenwand 6 ein Luftdurchtrittskanal 12 gebildet ist. Der Luft- durchtrittskanal 12 weist an seinem unteren Ende eine Ansaugöffnung 13 auf, die zwischen dem freien Rand der Seitenwand 6 und dem Außenumfang der Optik 11 kreisringförmig oder kreisringsegmentförmig um die Optik 11 herum verläuft. An seinem oberen Ende ist der Luftdurchtrittskanal 12 mit den Öffnun- gen 10 verbunden. Beim Betrieb der Halbleiterlichtquellen 2 tritt im Luftdurchtrittskanal 12 ein Kamineffekt auf, bei dem eine Luftströmung entsteht, die entlang der punktierten Linie 14 von der Ansaugöffnung 13 durch die Öffnungen 10 hindurch an dem Kühlrippen 7 vorbeiströmt.

In Fig. 1 ist noch erkennbar, dass die Kühlrippen 7 den Boden 5 und die Seiten- wand 6 des Basisteils 4 durchsetzten. Außerdem ist erkennbar, dass die Optik durch einen Freiraum 15 vom Boden 5 des Basisteils 4 beabstandet ist und dass die Halbleiterlichtquellen 2 in dem Freiraum 15 angeordnet sind. Bei Bedarf kann in dem Frei räum 15 auch die Ansteuereinrichtung für die Halbleiterlichtquellen 2 vorgesehen sein. Anhand von Fig. 1 wird deutlich, dass die Seitenwand 6 eine zumindest segmentweise in Umfangsrichtung um die Mittelachse 8 umlaufende Schräge aufweist, an der die lichte Weite der Innenhöhlung, ausgehend vom Boden 5 zu dem vom Boden 5 entfernten unteren Rand der Seitenwand 6, zunimmt. Die Öffnungen befinden sich im Boden 5 und in der Schräge.

Erwähnt werden soll noch, dass die Kühlrippen 7 durch einen konzentrisch um die Mittelachse 8 umlaufenden Ringwulst 16 miteinander verbunden sind.

Bezugszeichenliste

1 Beleuchtungseinrichtung

2 Halbleiterlichtquellen

3 Kühlkörper

4 Basisteil

5 Boden

6 Seitenwand

7 Kühlrippe

8 Mittelachse

9 Pfeil

10 Öffnung

11 Optik

12 Luftdurchtrittskanal

13 Ansaugöffnung

14 punktierte Linie

15 Freiraum

16 Ringwulst

Claims

Patentansprüche

1. Beleuchtungseinrichtung (1) mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle (2) und einem Kühlkörper, wobei

- der Kühlkörper (3) wärmeleitend der Halbleiterlichtquelle verbundenen ist,

- der Kühlkörper (3) ein der Halbleiterlichtquelle (2) zugewandtes Basisteil (4) aufweist,

- an das Basisteil (4) Kühlrippen (7) angeformt sind,

- der Kühlkörper (3) Öffnungen (10) für den Durchtritt von Kühlluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

(i) sich die Kühlrippen (7) in der Aufsicht auf das Basisteil (4) in quer zueinander angeordneten Richtungen von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) weg erstrecken, und

(ii) die Öffnungen (10) in dem Basisteil (4) zwischen den Kühlrippen (7) angeordnet sind.

2. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (2) in der Aufsicht auf das Basisteil (4) im Zentrum des Kühlkörpers (3) vorgesehen ist und dass die Kühlrippen (7) zumindest in etwa radial zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) angeordnet sind. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Öffnungen (10) als Schlitze ausgestaltet sind, und dass sich die Schlitze in der Aufsicht auf das Basisteil (4) radial zur mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) erstrecken.

Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

das Basisteil (4) zumindest im Wesentlichen becherförmig mit einem Boden (5) und einer Seitenwand (6) ausgestaltet ist, welche eine Innenhöhlung begrenzen, und dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (2) in der I nnenhöhlung am Boden (5) des Basisteils (4) angeordnet ist.

Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

in der Innenhöhlung eine Optik (11) zur Formung des von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (2) ausgesendeten Lichts angeordnet ist.

Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der Optik (11) und der der Innenhöhlung zugewandten I nnenfläche der Seitenwand (6) mindestens ein Luftdurchtrittskanal (12) gebildet ist, und dass der Luftdurchtrittskanal (12) mit mindestens einer der Öffnungen (10) verbunden ist.

Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die Kühlrippen (7) den Boden (5) und/oder die Seitenwand (6) des Basisteils (4) durchsetzten und mit einem am Boden (5) und/oder der Seiten- wand (6) in die I nnenhöhlung vorstehenden Teilbereich an der Optik (11) zur Anlage kommen.

Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Seitenwand (6) eine Schräge aufweist, an der die lichte Weite der Innenhöhlung, ausgehend vom Boden (5) zu dem vom Boden (5) entfernten freien Rand der Seitenwand (6), zunimmt, und dass sich die Öffnungen (10) vom Boden (5) bis in die Schräge erstrecken.