Led-Retrofit-Lampe
Die Erfindung betrifft ein Led-Retrofit-Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Bei der Neuentwicklung von Lampen als Lichtquellen spielt die Verwendung von LED-Leuchmitteln eine herausgehobene Rolle aufgrund ihrer technischen Vorteile gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln im Bezug beispielsweise auf Energieverbrauch und Lebensdauer. Aktuelle Bemühungen zielen hierbei darauf ab, auch in grosser Stückzahl standardmäßig verwendete Leuchtmittel des alltäglichen Gebrauchs durch LED-Anwendungen zu ersetzen. Insbesondere wird sich bemüht, die traditionelle Glühbirnenkonfiguration als sogenannte Retrofit-Lampen auch durch LED-Technik zu realisieren und so unter anderem auch einen Beitrag für den Klimaschutz zu leisten. Es ist hierbei bislang nicht gelungen, eine Lösung einer Glühbirnenkonfiguration auf LED-Basis zu schaffen, die auch wirtschaftlich vergleichbar ist mit herkömmlichen Glühbirnen oder zumindest für die Endverbraucher in einem preislich tolerablen Bereich angesiedelt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, eine wirtschaftlich vernünftige Alternative zu bisherigen Glühbirnen auf der Basis der LED-Technik zu entwerfen, die die Vorzüge der LED-Technik in ein alltagstaugliches Glühbirnensubstitut implementiert.
Der Begriff der Retrofit- Lampe bedeutet in diesem Zusammenhang, es handelt sich um Leuchtmittel, die mit herkömmlichen Fassungen in bereits bestehen- den Lampen verwendet werden können. Der Stand der Technik, wie dieser sich beispielsweise auch in der Veröffentlichung DE 10 2009 035 515 einer Leuchtvorrichtung wiederspiegelt sieht hierbei vor, dass diese LED-Leuchtmittel mit einem Treiber zur Umwandlung der Netzspannung auf kleinere Spannungen von etwa 10-25 Volt ausgestattet ist. Der Ort der Anordnung einer derartigen Treibers ist in der Regel in der Lampenfassung selbst.
Desweiteren benötigen LED-Lampen grundsätzlich Kühlkörper, um die durch die LEDs punktuell erzeugte Wärme abzuführen, da eine Überhitzung der LEDs deren Funktion und Lebensdauer negativ beeinflußt. Die LEDs sind in der Regel auf einem Träger angeordnet, der auf diesem Kühlkörper aufgesetzt ist, wobei relevant ist, dass eine Isolierung gegenüber diesem in der Regel wärme- und elektri- zitätsleitfähigen Kühlkörper erfolgt, um Stromschläge des Nutzers sicher zu vermeiden. Die Offenbarung der DE 10 2009 035 515 betrifft hierbei vor diesem Hintergrund die vorteilhafte Anordnung eines LED-Trägers auf einem Kühlkörper.
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung geht allerdings über die- se bekannten Konstruktionen von LED-Retrofit-Lampen hinaus, indem eine Lösung vorgeschlagen wird, durch die eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht wird, die zudem die LED-Retrofit-Lampe baulich vereinfacht. Es werden hierbei verschiedene technische Lösungsansätze in einem Lampenkörper vereint, der eine preiswerte Herstellung einer LED-Retrofit-Lampe ermöglichen sollen. Ein zentrales Merkmal der Erfindung ist hierbei, dass im Gegensatz zum Stand der Technik eine LED-Retrofit-Lampe mit einem Hochvolt-LED-Modul realisiert werden soll. Dieses Hochvolt-LED-Modul soll über einen Direktanschluss mit der Netzspannung angesteuert werden können im Verbund mit einem integrierten Schaltkreis (IC), der direkt mit auf der Platine de Hochvolt-LED-Moduls angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Treiber zur Spannungsumwandlung für die erfindungsgemäße LED-Retrofit-Lampe komplett eingespart werden.
Dies hat zum einen Vorteile in Bezug auf die Herstellungskosten der Lampe, zum anderen aber auch was die Lebensdauer anbetrifft, da diese sich nun nicht mehr am Treiber sondern ausschließlich an den langlebigeren LEDS orientiert. Ein weiterer positiver Aspekt kann eine Raumersparnis sein, die je nach Ausbildungsform des Lampenkörpers zum Tragen kommt. Weitere positive Aspekte dieser baulichen Lösung sind eine Unterdrückung des häufig auftretenden 100 HZ Fla- ckerns sowie eine gute Dimmbarkeit der Lampe, was durch den verwendeten Mikro- chip als integrierten Schaltkreis erreicht wird. Das Fehlen eines Treibers als Spannungskonverter in der erfindungsgemäßen LED-Retrofit-Lampe ermöglicht auch weiterführende erfinderische Verbesserungen bei der Lampengestaltung im Bereich der Wärmeabfuhr.
Es ist hier der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen LED-Retrofit- Lampe, das diese in ihrer Konstruktion deutlich näher an der klassischen Konstruktion einer Glühlampe orientiert sein kann durch das Fehlen eines Treibers als Spannungskonverter. Erreicht wird dies durch den innovativen Einsatz eines Kunststoff- Compound-Materials, das als Kühlkörper eingesetzt wird.
Hierbei ist zentral, dass dieser Kunststoffwerkstoff elektrisch isolierende Eigenschaften mit Wärmeleitfähigkeit verbindet. Das heisst, dieser Kunststoff kann als Kühlkörper zwischen der Lampenfassung und der Leuchtebene aussenseitig angeordnet sein, wobei es ein zentrales bauliches Merkmal ist, das die von der LED- Platine abzuführende Wärme über einen hoch wärmeleitfähigen Kern, beispielsweise aus Metall, gleichmäßig in die deutlich schwächer wärmeleitfähige Kunststoff- Compound-Kühlkörperummantelung eingeführt wird. Als Vorteil ergibt sich, dass eine wärmeemittierende LED-Anordnung direkt auf den Kühlkörper aufsetzbar ist, da im Gegensatz zu metallischen Kühlkörpern hier keine zusätzlichen Isolationsmaßnah- men wie bspw. Isolationsfolien oder Keramikplättchen erforderlich sind.
Somit ist es eine zentrale Verbesserung, dass die abzuführende Wärme über diese hoch wärmeleitfähige Wärmebrücke im Kern des Kühlkörpers derart gleichmäßig auf die Innenfläche des Kühlkörpers verteilt wird, dass auch die geringere Wärmeleitfähigkeit des Kunststoff-Compounds nicht zu einem Wärmerückstau im LED-Leuchtmittel führt. Die LEDs werden so hinreichend entwärmt, gleichzeitig läßt sich aber der Anteil der wärmeleitenden Füllstoffe im Compound durch die Wärmespreizung auf ein notwendiges Maß reduzieren, was einen wesentlichen Faktor zur Kostenreduzierung darstellt. Zudem verbessert sich die Materialqualität des Compounds mit der Reduzierung der Füllstoffe, da diese bei hohem Füllstoffanteil sehr spröde und brüchig sind, was Probleme im Herstellungsverfahren mit sich bringt.
Es sind hierbei verschiedene Bauformen der LED-Retrofit-Lampe vorgesehen. So kann der metallische Kern erfindungsgemäß gebildet sein aus einer metallischen Lampenfassung, die im Gegensatz zum Stand der Technik gleichzeitig den metallischen Kern für den Kühlkörper bildet. Dies kann durchgängig als eine Art Verlängerung einer Lampenfassung konstruiert sein, die sich somit röhrenförmig oberhalb der Fassung bis zur Ebene der LED-Platine fortsetzt und somit eine durchgängige hohle metallische Hülse bildet.
Alternativ hierzu kann diese metallische Hülse erst nachträglich mit der ebenfalls metallischen Fassung der Lampe verbunden werden, indem diese auf den metallischen Kühlkörperlern aufgebördelt bzw. aufgecrimpt wird. Es ist hierbei verfahrenstechnisch effizient, einen entsprechenden Hülsenkörper in das Werkzeug zur Herstellung der Kunststoffsp tzung des Kunststoff-Compound-Kühlkörpers einzusetzen und somit dem Verbund zwischen dem Metallkern in Form der verlängerten Lampenfassung und dem Kunststoffkühlkörper herzustellen.
Es ist hierbei ein wesentlicher erfinderischer Aspekt, dass auf diese Weise die Spannungszufuhr zum Leuchtmittel unter Vermeidung des Treibers direkt in klassischer Weise über die Lampenfassung erfolgen kann, da diese elektrisch leitfähig ist, aber durch den Kunststoff-Compound-Kühlkörper isoliert ist und somit die Gefahr eines Stromschlages für den Anwender sicher vermieden ist. Gleichzeitig erfüllt dieser isolierende Kühlkörper dennoch die Funktion einer Wärmeabfuhr und weist hiermit eine doppelte Funktionalität auf, was dadurch ermöglicht ist, dass die Wärmeableitung erst über den metallischen Kern der hochleitfähig ist erfolgt, der dann wiederum seine Wärme sehr gleichmäßig und großflächig in den ihn umgebenden Compound-Kunststoff abführt.
Für den Kunststoff-Compound-Werkstoff hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass dieser durch Einlagerungen von Bornitrid in seiner Wärmeleit- fähigkeit je nach Bedarf eingestellt werden kann. Allerdings sind auch andere Stoffe als Einlagerstoffe möglich, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Graphiteinlagerungen, die geeignet sind, die thermische Leitfähigkeit im Kunststoff-Compound auf einen gewünschten Wert einzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Lösung ist es beim Herstellungsverfahren für den Lampenkörper vorgesehen, auch den Schritt des Lötens der LEDs auf die Platine in den Spritzgußvorgang des Kühlkörpers zu integrieren. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die für den Lötschritt der LEDs erforderliche Wärme über den Spritzgußvorgang des Kunststoffkörpers in die Platine eingeleitet wird.
Grundsätzlich ist es hierbei vorgesehen, die die LEDs tragende Platine durch einen kuppelartigen bzw. kolbenförmigen Diffusor abzudecken, der für eine gleichmäßige Lichtabstrahlung der punktuell abstrahlenden LEDs sorgt. Dies ist er-
forderlich, um ein gleichmäßiges Licht zu erreichen und eine Blendung bei Blick auf die LED-Retrofit-Lampe zu vermeiden.
Eine besonders vorteilhafte Bauform sieht hierbei vor, dass eine sogenannte „Remote-Phosphor"-Kuppelteil dieses Diffusors ist, das heisst, es ist bei- spielsweise in der Bauform vorgesehen, dass ein mit einer Phosphorbeschichtung versehener erster Körper über der LED-Platine angeordnet ist, wobei dieser erste Kolbenkörper durch die Lichtabstrahlung der LEDs angeregt wird und somit eine gleichmäßige Lichtabstrahlung dieser phosphorizierenden Beschichtung erreicht wird. Über diesem Remot-Phosphor-Kolben ist dann der eigentliche Diffusor ange- ordnet, der nochmals für eine bessere Lichtverteilung sorgt und den Farbton des abstrahlten Lichtes gegebenenfalls verändert.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, den eigentlichen Diffussorkolben selbst an seiner Innenfläche mit einer Phosphorbeschichtung zu versehen und somit ohne einen zweiten Remot-Phosphorkolben ebenfalls diese vorteilhafte Lichtverteilung und Abstrahlung zu erreichen. Es ist hierbei vorgesehen, den Diffusor innenseitig mit einer Phosphor- beschlämmung zu versehen. Neben der Lichtabstrahlung wird hierdurch auch eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über den beispielsweise Glaskolben erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläu- tert.
eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen LED- Retrofit-Lampe mit seitliche erkennbaren Kühlrippen des Compound-Kunststoff-Kühlkörpers, einen Schnitt durch die perspektivisch dargestellte Led- Retrofit-Lampe mit eingesetzter LED-Platine und Mikro- chip und aufgesetztem Diffusor, den metallischen Kern als Verlängerung der Fassung zur Wärmespreizung über den Kühlkörper,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht des Kühlkörpers mit innenliegendem Metallkern und abschließender Fassung sowie
Figur 5 einen perspektivischen Schnitt durch die erfindungsgemäße LED-Retrofit-Lampe mit zusätzlichem Remote- Phosphor-Kolben.
In Figur 1 ist der Grundaufbau der gesamten Retrofit- Lampe erkennbar. Dieser umfasst eine herkömmliche Lampenfassung 1 , in diesem Fall des Formats E27, über der der Kühlkörper 2 bis zur Ebene 3 der Led-Platine 5 verläuft. Abgeschlossen wird dies durch den kolbenförmigen Diffusor 4 zur Steuerung der LED-Abstrahlung.
Figur 2 zeigt einen perspektivischen Schnitt durch den Lampenkörper, in dem, wie bereits in der seitlichen Ansicht beschrieben, ausgehend von der Fassung 1 sich der Kühlkörper 2 bis zu Ebene 3 der LED-Platine 5 erstreckt. Hierbei wird allerdings deutlich, dass die Fassung 1 nicht am unteren Ende des Kühlkörpers 2 lediglich befestigt ist, sondern dass diese sich in den metallischen, hülsenförmigen, wärmeübertragenden Kern 1 1 bis unterhalb der LED-Platine 5 erstreckt, bzw. dies eine bauliche Einheit ist.
In der vorliegenden Bauform handelt es sich hierbei um eine durchgehenden hülsenförmigen metallischen Kern 1 1 , der an seinem oberen unterhalb der LED-Platine angeordneten Ende in einen rechtwinklig abzweigenden Flansch 12 übergeht, auf dem die LED-Platine aufliegt. Der Kühlkörper 2, der über seinen Umfang gleichmäßig verteilte Kühlrippen 8 aufweist, ist hierbei vollflächig an dem hülsenförmigen Kern 1 1 anliegende angeordnet, bzw. der Kühlkörper 2 aus Compound- Kunststoff ist direkt auf den metallischen Kern 1 1 aufgespritzt. Durch diese Bauweise ergibt sich ein gleichmäßiger Wärmeeintrag direkt in den Compound-Kunststoff- Kühlkörper hinein über die gesamte Fläche des Kern 1 1 oberhalb des Gewindes 1 .
Wie im Schnitt erkennbar weist diese Bauform keinen Treiber als elektische Komponente auf, sondern lediglich einen Mikrochip 6 als integrierten
Schaltkreis auf der LED-Platine 5. Um diesen Mikrochip herum randständig auf der LED-Platine 5 sind eine Vielzahl von LEDs 7 nebeneinander angeordnet, wobei die Spannungsverteilung auf diese LEDs 7 über den Mikrochip 6 erfolgen.
Die LED-Platine 5 weist zudem 3 zentrale Bohrungen 10 auf, von de- nen zwei zur Durchführung von Befestigungsmitteln dienen können, beispielsweise zum Aufnieten der LED-Platine 5 auf den metallischen Kern 1 1 . Die mittlere im Zentrum der LED-Platine 5 angeordnete Bohrung dient der Durchführung einer Phase 9 zur Spannungsversorgung des Mikrochips 6. Die zweite Phase erfolgt in dieser Bauform direkt über den metallischen Kern 1 1 , da dieser durch den Kühlkörper 2 isoliert ist und somit die Sicherheit beim Umgang mit der Lampe gewährleistet bleibt.
Oberhalb der Led-Leuchtebene 3 ist der Diffusor 4 direkt auf den Kühlkörper 2 aufgesetzt. Er überspannt somit kolbenförmig die LED-Leuchtebene 3 und führt zu einer gleichmäßigen Abstrahlung der Lichtenergie.
Figur 3 zeigt den erfindungsgemäßen Kern 1 1 als metallischen Kern des Kühlkörpers 2, der in dieser Darstellung noch nicht auf den Kern 1 1 aufgebracht ist. Es ist erkennbar, dass hier eine hülsenförmige Verlängerung des Gewindes 1 vorliegt als Trägerkörper für den Compound-Kunststoff-Kühlkörper 2. Dieses Werkstück des Kerns 1 1 kann somit als Träger in ein Spritzgusswerkzeug eingesetzt werden, um dann direkt mit dem Kunststoff verbunden zu werden. Im Fußkontakt der Fassung 1 ist eine Durchbrechung 13 erkennbar, die einen Verbindungsdraht als Phase zum Mikrochip 6 auf der LED-Platine 5 aufnimmt, wobei diese Bauteile hier nicht dargestellt sind. Am oberen Ende des metallischen Kerns 1 1 ist eine umlaufende rechtwinklig abzweigende Flansch 12 angeordnet, die als Auflagefläche für die LED-Platine 5 dienen kann. Figur 4 zeigt wiederum eine perspektivische Ansicht der Verbindung aus Kern 1 1 mit dem Kühlkörper 2. Es ist hierbei eine Darstellungsform gewählt, bei der die LED-Platine noch nicht auf die Verbindung aus Kern 1 1 und Kühlkörper 2 aufgesetzt ist. Es ist am oberen Ende des Kerns 1 1 die umlaufende Flansch 12 erkennbar sowie die radial ausgerichteten Kühlrippen 8 am Kühlkörper 2. Schließlich zeigt Figur 5 eine alternative Bauform der LED-Retrofit-
Lampe was den Diffusor 4 anbetrifft. Dieser ist in dieser Bauform gegenüber Figur 2
ergänzt durch einen weiteren innenliegenden Remote-Phosphor-Kolben 15, der durch die LED-Abstrahlung der unterhalb angeordneten LED-Platine 5 angeregt wird.
Es ergibt sich hieraus die Möglichkeit, LEDs ohne Phosphoranteil zu verwenden. Durch diese Trennung des Phosphors, der für die Bildung des weißen Lichts verantwortlich ist, erhält die neue LED eine höhere Effizienz, also eine höhere Helligkeit bei geringerem Stromverbrauch. Abgeschlossen wird hier der Aufbau durch einen Diffusor 4, wie dieser auch in Figur 2 dargestellt ist.
Der in der hier dargestellten Bauform verwendete hülsenförmige metallische Kern 1 1 weist hierbei keine nach aussen weisenden Falz 1 1 auf. Vielmehr ist hier eine Verbindung mit der LED-Platine durch Nieten 16 vorgesehen, die die LED- Platine 6 mit der metallischen Hülse 1 1 verbinden.