WO2018046754A2 - Kompakte led-leuchtvorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2018046754A2
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piston
lighting device
holder
holding elements
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Georg Rosenbauer
Wolfgang Seitz
Heinz Lang
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Ledvance Gmbh
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    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F21V17/04—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages the fastening being onto or by the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V19/00—Fastening of light sources or lamp holders
    • F21V19/001—Fastening of light sources or lamp holders the light sources being semiconductors devices, e.g. LEDs
    • F21V19/0015—Fastening arrangements intended to retain light sources
    • F21V19/0025—Fastening arrangements intended to retain light sources the fastening means engaging the conductors of the light source, i.e. providing simultaneous fastening of the light sources and their electric connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting device, a lamp with at least one LED lighting device and a method for producing an LED lighting device.
  • Inventive LED lighting devices are particularly suitable for the construction of cheaper, but still high quality lights, especially for lights with a central electric driver, with a plurality of interchangeable, inexpensive LED lighting devices.
  • LED-based lights is usually a
  • Printed circuit board used with a variety of LEDs soldered thereto, each having only a low brightness.
  • the manufacture of such circuit boards is complex and requires many machines (e.g., solder paste printers, pick and place machines, reflow ovens, blank separators) and is therefore one of a kind
  • circuit board is designed only for a particular lamp. Improvements in LED development are making them more powerful, so fewer LEDs are enough to achieve the desired brightness of a luminaire. As a result, an existing circuit board can not be used for the advanced LEDs and a new circuit board needs to be developed.
  • Luminaires with three-dimensionally arranged light sources therefore often use built-in LEDs that are not
  • halogen lamps are known in small designs (for example G4), which are also interchangeable with luminaires
  • LED-based G4 retrofit lamps therefore have to have integrated driver electronics which, either with sufficient dimensioning, make the retrofit lamps larger than the halogen lamps or, with a correspondingly small design of the driver electronics, the risk of inferior quality
  • Quality of light e.g., flicker
  • the task is performed by an LED lighting device, a
  • An LED lighting device according to the present invention has an at least partially translucent (i.e.
  • the piston is made of glass, in particular
  • the piston can be clear or frosted (eg by sandblasting), in particular also partially matted, eg only in the tip area.
  • the matting can be done inside or outside the piston.
  • the shape of the piston may for example be cylindrical with an approximately hemispherical closed end. The other end can be open, so there are the others
  • Components can be inserted into the interior of the piston.
  • the piston may also have one or more further openings.
  • the piston has an outer diameter of about 10 mm and an inner diameter of about 8 mm, i. a wall thickness of about 1 mm. But other dimensions and wall thicknesses can be used, in particular, the wall thickness does not have to be uniform over the entire piston.
  • the piston may also have a different shape,
  • the piston may also have a reflector shape.
  • the shape of the piston can be chosen so that the
  • Cross-sectional area of the piston is round or oval.
  • the cross-sectional area of the piston may also be substantially round or oval with local deviations from this shape, e.g. with dents.
  • the cross-sectional area of the piston may also be substantially round or oval with local deviations from this shape, e.g. with dents.
  • Cross-sectional area of the piston to be designed substantially oval with two opposite dents, i. have approximately the shape of an "8".
  • At least one LED is mounted, which is attached to an LED holder. If more than one LED in the piston to be arranged, they can be to a LED module summarized and arranged, for example, on a circuit board. In the following, when it is spoken by at least one LED, always understood an LED module with more than one LED. Preferably, an LED module has no further electronic components apart from the LEDs and the printed circuit board.
  • the LED holder in turn is fastened by a fastener in the piston.
  • the LED holder is made in two parts, i. he has two holding elements. Each of these two retaining elements has a contact area, i. a region for electrically contacting the LED (or the LED module), where it is electrically connected to an electrical connection region of the LED (or the LED module). Each of the two retaining elements further has a connection element which is arranged outside the piston when the LED holder is installed in the piston.
  • connection elements are used to connect to a socket and thereby make the electrical connection to a
  • the two holding elements of the LED holder are electrically conductive and are in the installed state from each other
  • At least one or both of the support members are made of a metal or a metal alloy, e.g. made of copper, aluminum or a copper alloy such as brass or bronze.
  • the holding elements and / or the connecting elements may in whole or in part comprise an additional metal layer (for example tin,
  • Nickel, zinc, gold, etc. This layer can serve for corrosion protection and improve both the solderability and the appearance.
  • Retaining elements made of metal may preferably be stamped parts.
  • die cast parts or MIM (Metal Inj ection Molding, metal injection molded) parts can be used.
  • electrically conductive plastics which can be produced by injection molding.
  • At least one of the holding elements preferably both
  • Holding elements on a heat dissipation region, with which the holding element rests against the inside of the piston. This allows the heat generated by the LED to be efficiently dissipated to the piston and thereby to the environment.
  • Circuit boards metal: greater than 20 W / (mK); electrical
  • Conductive plastic about 5 W / (mK); Glass: about 1 W / (mK); PCB material FR4: about 0.2 W / (mK);
  • Circuit board material CEM3 about 1 W / (mK)).
  • the LED used in an LED lighting device according to the invention can be, for example, the LED sold by OSRAM Opto Semiconductor under the name DURIS S8. Measurements by the inventors have shown that in
  • LED lighting devices LEDs with a luminous flux of up to 300 lumens, preferably up to
  • a material for improving the heat conduction between the holding element and the piston may be provided between the heat dissipation region of the holding elements and the piston (thermal interface material (TIM), for example thermal paste).
  • TIM thermal interface material
  • At least one retaining element may be resilient, so that the heat dissipation region of the retaining element through the Spring force is pressed in the installed state against the inside of the piston. This also improves the heat dissipation.
  • At least one of the holding elements has an L-shaped bent strip.
  • the L-shaped bent strip can do so
  • Leg of the L extends approximately at right angles from the wall of the piston inwards.
  • the leg which runs along the wall of the piston, can serve as a heat dissipation area.
  • the leg which extends approximately at right angles from the wall of the piston inwardly, can as
  • the leg extending along the wall of the piston may have a bend corresponding to the inner radius of the piston
  • At least one of the holding elements has a cylindrical wall-shaped section as a heat dissipation region.
  • the contact region of the retaining element is arranged as part of a cylinder base surface at one end of the cylindrical wall-shaped portion.
  • the holding element has thus at least in the region with which it is inserted into the piston, the shape of a
  • Hollow cylinder is obtained with a plane parallel to the lateral surface of the cylinder plane.
  • Design of the retaining element can be easily produced as a stamped part of a metal sheet.
  • Cylinder wall-shaped portion preferably corresponds to the inner radius of the piston. This optimizes the heat transfer from the retaining element to the piston. Likewise, a holding element as described above
  • Section of a solid cylinder be executed. If both Holding elements are designed such, preferably an electrically insulating intermediate layer between the two full cylinder sections is provided.
  • At least one retaining element may also have a strip-shaped heat dissipation region, the shape of which is preferably adapted to the inner wall of the piston.
  • the contact area may be away from the heat dissipation area (eg, at one or both of the ends of the strip
  • Contact area may be formed, for example, strip-shaped.
  • At least one of the retaining elements can be a flange
  • the flange abuts the edge of the opening of the piston and can thereby as a limiting means in the assembly of
  • At least one of the holding elements has a pin as
  • the pin can be connected to the holding element, for example by soldering, welding,
  • the pin can also be integral with the
  • Retaining element may be formed, for example as
  • Holding elements of an LED lighting device can be plugged into a corresponding socket for power supply.
  • the two pins have one
  • Holding elements can both have the same shape.
  • both can be circular or
  • both pins may have a circular cross section with different diameters or a polygonal cross section with different dimensions. It can also be a pin of a circular cross-section and the other pin a polygonal
  • the correct orientation is placed in the socket, especially to ensure the correct polarity of the terminal when operating on DC voltage. This is especially interesting if the LED lighting device can be replaced by the user. Also, only a suitable LED lighting device (e.g., adapted to the particular electronic driver) may be inserted into the socket. Another parameter for indexing is e.g. of the
  • the dimensions and spacing of the pins may also correspond to the type G4, i. Circular cross-section pins with a diameter of 0.65-0.75 mm and a spacing of 4 mm.
  • the LED lighting devices of a luminaire according to the invention can also be replaced by known G4 retrofit lamps.
  • G4 retrofit lamps are usually designed to operate on AC voltage, they can also be operated on DC voltage.
  • an LED lighting device is designed for operation on a DC voltage of 12V. Then this, e.g. In the case of a defect, can also be replaced by a standard G4 AC LED retrofit.
  • At least one of the holding elements is made of a metal or a metal alloy, e.g. made of copper, aluminum, brass, bronze. Metal is due to its relatively high
  • Holding elements can thus take over the dual function of power supply and heat dissipation.
  • At least one of the retaining elements is produced as a stamped part from a metal sheet. This allows a simple and cost-effective production of the holding elements.
  • the thickness of the sheet may be between about 0.1 mm and 1 mm,
  • At least one of the holding elements at least one latching mark on a point facing the piston.
  • the piston may correspondingly have at least one associated detent opening.
  • the latch may include a projection (e.g., in the form of a ball portion, i.e., a dent) on the outside of the support member (i.e.
  • the latching mark can also be designed as a tab, which on one side (preferably on the LED facing
  • the detent opening in the piston may, for example, be a hole in the piston wall or a notch in the inner wall of the piston.
  • a hole in the bulb wall can be produced, for example, by drilling (in particular laser drilling).
  • Detent mark and detent opening serve to connect the LED holder (with the two holding elements) and the piston with each other, preferably in a certain orientation to each other. For example, it can be prevented that when removing an LED lighting device from a lamp by pulling the piston, the piston detaches from the LED holder. Even when mounting the LED lighting device can rest stop and detent opening prevent the LED holder is pushed too far into the piston.
  • the fastening means has a cylindrical (in particular hollow cylindrical) section.
  • the cylindrical portion is within the piston between the two
  • Locking elements (locking mark and locking opening) supported.
  • cylindrical portion support the action of the locking elements, for example, by evading the
  • the fastening means with a cylindrical portion is preferably made of a material which is electrically insulating. Which has the advantage that the two
  • Retaining elements are not electrically connected via the fastening means and thus without additional
  • the fastening means may consist of glass, ceramic or plastic (preferably thermally conductive).
  • projections or other elements may be formed, for example, reduce or prevent a rotation of the holding elements or a displacement of the holding elements to each other.
  • one or more (in particular two) webs may be provided on the front side (base of the cylinder, which is positioned closer to the LED), which is a touch of the
  • the attachment means may also comprise a putty, adhesive or polymer potting compound (e.g., silicone, epoxy, polyurethane, etc.) which, for example, seals the piston after insertion of the LED holder or with which the LED holder on the
  • a putty, adhesive or polymer potting compound e.g., silicone, epoxy, polyurethane, etc.
  • hardenable adhesive can be used in particular when the piston is made of glass, in particular of quartz glass, since then the thermal curing can take place by a hot but short heat pulse and a
  • a portion of the piston (preferably the portion between the LED and the closed end of the piston) is with a
  • the silicone compound may assist in mounting the LED holder in the piston. It can also improve the heat dissipation from the LED to the bulb since the thermal conductivity of silicone (about 0.2-0.3 W / (Km)) is about one order of magnitude higher than that of air (about
  • the silicone is milky at least after curing, whereby a scattering of the light emitted by the LED is achieved. Then, for example, can be dispensed with the matting of the piston. Without such a scattering of the light, depending on the LED used, the LED lighting device, in particular if it is visibly installed in the luminaire, may appear too bright.
  • the LED lighting device further comprises a carrier element.
  • the LED is on the
  • Attached support member the support member in turn is attached to the contact areas of the holding elements.
  • Such a support member may cause mechanical stress on the LED upon heating (e.g., due to different thermal conditions)
  • the support member may, for example, an electric
  • insulating plate made of ceramic or plastic (e.g., polymer).
  • Holding elements can then for example via a in the
  • Carrier element incorporated via or via mounted thereon (for example printed on) printed conductors.
  • Another way to prevent damage to the LED by mechanical stress when heated may be that a holding element or at least the
  • Contact area of a holding element is mechanically flexible so that the holding element or the contact area at
  • the other holding element is then so
  • the heat dissipation from the LED can be done mainly via this holding element.
  • the invention further relates to a lamp with one or more LED lighting devices as described above, a corresponding number of sockets for receiving the LED Lighting devices (in particular the connection elements of the LED lighting devices) and an electrical driver for driving the LEDs in the LED lighting devices.
  • the individual sockets (for example, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or a different number of sockets) may be electrically connected to each other and to the driver by cables. It is then no consuming to manufacture circuit board required.
  • the LED lighting devices of the luminaire can be arranged in a plane or also outside a plane and / or in different orientations to each other (three-dimensional).
  • the electrical driver is a central electrical driver, i. an electric driver that supplies electrical power to several LED lighting devices. Since then does not have to be installed in each LED lighting device, a separate electric driver, the LED lighting devices can be manufactured inexpensively.
  • the LED lighting devices can be exchangeable, for example, be plugged into and removed from corresponding base of the lamp so that in case of a defect of a LED lighting device this can be replaced by another, functioning LED lighting device.
  • the invention further relates to a method for producing an LED lighting device, in particular an LED lighting device according to one of the above-described
  • an at least partially translucent in particular
  • the piston is preferably made of glass.
  • the piston is frosted, for example by sandblasting.
  • an LED holder with two retaining elements is also provided.
  • an LED holder described above. Furthermore, an LED is provided. If an LED lighting device is to be manufactured with more than just one LED in the piston, these can be combined to form an LED module and accordingly the LED module
  • an LED module with more than one LED.
  • the LED or the LED module has two electrical connection areas.
  • the at least one LED is attached to the LED holder, in each case by an electrical connection region of the at least one LED with the contact regions of the holding elements
  • the LED holder with the LED attached thereto is then inserted into the piston and secured in the piston so that
  • Connection elements of the holding elements are arranged outside the piston.
  • the holding elements for example, connection pins
  • the two holding elements of the LED holder after punching each other by at least one bridge
  • the two holding elements are electrically isolated from each other and can be used for the power supply of the LED.
  • the severance of the bridge can be done, for example, after the LED with the contact areas of the two
  • the severance of the bridge may also occur after the LED holder has been inserted into the piston, especially after the LED holder has been mounted in the piston.
  • Cutting the bridge can then be done, for example, by means of a laser by drilling a glass into the bulb (e.g., a quartz glass flask) with the laser and then cutting the bridge through the hole with the laser.
  • a laser e.g., a quartz glass flask
  • the LED holder remains after punching with the sheet, i. connected to the LED holder surrounding the material of the sheet metal.
  • the at least one LED is attached to the LED holder as long as the LED holder is connected to the metal sheet. The LED holder will be out of the
  • a solder paste is applied to the contact areas of the holding elements. Following this, the LED with its electrical
  • Connection areas are placed on the contact areas and soldered there.
  • the solder paste may be left in place
  • LEDs Screen printing on the flat sheet and thus simultaneously applied to a variety of LED holders.
  • the LEDs can then be placed, for example as SMD (surface mounted device) elements in the pick-and-place process on the LED holder and soldered in the reflow process.
  • SMD surface mounted device
  • an electrically conductive adhesive is applied to the contact areas of the holding elements applied. Subsequently, the LED with its electrical connection areas can be placed on the contact areas and the adhesive cured. The curing can be done, for example, thermally or by UV light.
  • the LED holder has at least one latching mark and the piston has at least one latching opening, as described above. The fixing of the LED holder in the piston is then carried out by engaging the at least one latching mark in the at least one latching opening during insertion of the LED holder in the piston. The detent openings in the piston, for example, by
  • Fastening means for example, a fastening means with a cylindrical, in particular hollow cylindrical
  • Fastening means presses at least a portion of the holding elements against the piston. As a result, the LED holder is fixed in the piston by clamping.
  • the LED holder is placed outside of the piston on the fastener.
  • the fastener is then inserted into the piston together with the LED holder.
  • a putty, adhesive or polymer potting compound e.g., silicone, epoxy, polyurethane, etc.
  • silicone, epoxy, polyurethane, etc. may be used to secure the LED holder in the piston.
  • a plurality of LED holders are pre-punched in a planar sheet metal such that the LED holders remain connected to the sheet.
  • On the Contact areas of the LED holder is applied (for example by screen printing) solder paste.
  • An LED is placed on each LED holder (for example by means of a pick-and-place method). The LEDs are soldered (for example in the reflow process) on the LED holders. If the two
  • each LED holder Holding elements of each LED holder are connected to each other via the respective LED, the LED holders are separated from the sheet (for example by means of laser cutting). Then the LED holders can be bent so that they can each be inserted into a piston and fastened there.
  • an LED holder is punched out of a metal sheet.
  • the two holding elements of the LED holder remain connected to each other via one, two or more webs.
  • the LED holder is bent into the desired shape and placed on a glass tube.
  • the glass tube can support the LED holder from the inside.
  • An LED is placed on the contact areas and by introducing heat (for example by means of
  • Radiant heater, infrared laser, conductive heat transfer from below soldered to the LED holder.
  • the webs are removed (for example by means of a laser or a cutting knife). Then the LED holder can be inserted into a piston and fastened there.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an LED lighting device according to the invention
  • Fig. 2 shows an embodiment of a holding element
  • 3 shows an embodiment of an LED holder with LED attached thereto;
  • Fig. 4 shows a further embodiment of an inventive
  • Fig. 5 shows an embodiment of a lamp with
  • Fig. 6 shows a further embodiment of an inventive
  • FIG. 7 shows an embodiment of a carrier element
  • Fig. 9 shows a further embodiment of an inventive
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a holding element
  • Fig. 11 shows an embodiment of a connecting element.
  • Fig. 1 is an embodiment of a schematic
  • the LED lighting device has a transparent glass bulb 1.
  • an LED holder 2 is inserted, which comprises two holding elements 3.
  • Each of the holding elements 3 has a substantially flat contact region 4 and a substantially cylindrical heat dissipation region 5.
  • An LED 6 is with its electrical connection areas (here on the bottom of the LED 6 and therefore not visible) at the contact areas 4 of the two holding element. 3
  • the heat dissipation regions 5 abut against the inner wall of the piston 1, so that the heat generated by the LED 6 during operation can be transmitted via the contact regions 4 and the heat dissipation regions 5 to the piston 1 and discharged from there to the environment.
  • the LED comprises a housing in which one or more LED chips are arranged.
  • the LED chips can come with a
  • Fluorescent dye be covered so that the LED emits white light.
  • Each of the holding elements 3 is provided with a flange 7, which constitutes a limit on insertion of the LED holder 2 into the piston 1.
  • each retaining element 3 is integral with a
  • Connection element 8 is formed. With the two
  • connection elements 8 the LED lighting device can be plugged into a (not shown) socket.
  • the two connection elements 8 have a substantially rectangular cross-section. However, the two differ
  • Connection elements 8 by their dimensions. Thus, one of the connecting elements 8 is made wider than the other. This prevents the LED lighting device from being plugged upside down.
  • Air gap 9 are electrically isolated, the
  • Fig. 2 shows schematically a single holding element 3 of an LED holder 2.
  • the holding element 3 has a
  • the heat dissipation region integrally merges at one end into a connecting element 8, which also has a cylindrical shape, but is designed to be narrower than the
  • Heat dissipation region 5 in one piece with a substantially right angle in a contact region 4 on which an LED 6 can be attached.
  • a holding element 3 as shown in Fig. 2 can be easily and inexpensively produced for example by punching and bending a metal sheet.
  • An LED holder 2 may, for example, two in Fig. 2nd
  • connection elements 8 comprise holding elements 3 shown. If an indexing of the connection elements 8 is desired, can
  • An LED holder can also have a first holding element 3 as shown in FIG. 2 and a second holding element, which is designed differently from the first holding element 3.
  • Fig. 3 shows schematically an LED holder 2 comprising two holding elements 3 with attached thereto LED 6. The two
  • Retaining element 3 are each as L-shaped strips
  • One leg of the L represents the
  • the two heat dissipation regions 5 are each provided with a pin-shaped connection element 8. In each
  • Heat dissipation regions 5 are punched out two tabs 10, which remain connected to the heat dissipation region 5 on one side.
  • the pin-shaped connecting elements 8 are clamped between the strip-shaped heat dissipation region 8 and the tabs 10.
  • Connection elements 8 still with the holding element. 3 be connected for example by soldering or welding.
  • the connection elements can be connected to the holding element 3 directly without soldering or soldering by welding. The listed here
  • Mounting options can also be used with differently shaped retaining elements.
  • the two pin-shaped connecting elements 8 differ by their thickness, so that an indexing is achieved, which prevents the LED lighting device, in which the LED holder shown in FIG. 3 is installed, is inserted upside down in a socket. This ensures the correct polarity of the power supply.
  • FIG. 4 schematically shows a further embodiment of an LED lighting device according to the invention in a view from below. It can be seen how the two
  • the fastening element 11 has the shape of a hollow cylinder and is made of ceramic or glass.
  • FIG. 5 shows schematically an example of a luminaire in which four LED lighting devices 12 according to the invention are used.
  • the luminaire has a housing with four angled side surfaces 13. Each of these side surfaces 13 is provided with a base (not shown), in each of which an LED lighting device 13 can be inserted. Inside the housing, an electrical driver (not shown) housed, which is connected via cables to the sockets and the driving of the LEDs 6 in the LED lighting devices 12 is used.
  • FIG. 6 a further embodiment of an LED lighting device according to the invention is shown schematically.
  • the LED lighting device according to FIG. 6 essentially corresponds to the LED lighting device according to FIG. 1, so that corresponding elements will not be described again here.
  • the LED 6 is not directly at the contact regions 4 of the holding elements 3
  • the carrier element 14 is shown schematically in FIG.
  • the carrier element 14 in turn is fastened to the contact regions 4 of the holding elements 3.
  • Vias 15 can both with the
  • FIG. 8 a further embodiment of an LED lighting device according to the invention is shown schematically.
  • the LED lighting device according to FIG. 8 corresponds in some aspects to the LED lighting device according to FIG. 1, so that corresponding elements will not be described again here. In the embodiment shown in Fig. 8 but only one comes
  • Retaining element 3 (as shown in Fig. 3) are used.
  • the second holding element 3 ' is made mechanically flexible, so that the holding element 3' deforms at different levels of expansion of LED 6 and holding elements 3,3 'when heated before the LED 6 is damaged.
  • Holding element 3 has a contact region 4, which is connected to an electrical connection region of the LED 6, and a connection element 8.
  • the LED lighting device can with the two connecting elements 8 in a (not
  • the heat dissipation of the LED 6 can be done in this embodiment mainly on the rigid support member 3.
  • FIG. 9 schematically shows a further embodiment of an LED lighting device according to the invention.
  • the LED lighting device has a transparent glass bulb 1.
  • an LED holder 2 is inserted, which comprises two holding elements 3.
  • Each of the holding elements 3 has a substantially flat contact region 4 and a substantially cylindrical heat dissipation region 5.
  • the contact regions 4 here do not extend perpendicular to a longitudinal direction L but along the longitudinal direction L.
  • the longitudinal direction L may, for example, correspond to a rotational symmetry axis of the piston 1.
  • connection region 16 which is shown here perpendicular to the longitudinal direction L.
  • connection region 16 can also have a different orientation and, in particular, can be oblique to the longitudinal direction L.
  • Two LEDs 6 are each with an electrical
  • the heat dissipation regions 5 abut against the inner wall of the piston 1, so that the heat generated by the LEDs 6 during operation via the contact areas 4,
  • Each of the holding elements 3 is provided with a flange 7, which constitutes a limit on insertion of the LED holder 2 into the piston 1.
  • each retaining element 3 is integral with a
  • Connection element 8 is formed. With the two
  • connection elements 8 the LED lighting device can be plugged into a (not shown) socket.
  • the two connection elements 8 have a substantially rectangular cross-section. However, the two differ
  • Connection elements 8 by their dimensions. Thus, one of the connecting elements 8 is made wider than the other. This prevents the LED lighting device from being plugged upside down.
  • Air gap 9 are electrically isolated, the
  • Fig. 10 shows schematically a single holding element 3 of an LED holder 2.
  • the holding element 3 has a
  • Heat dissipation region 5 which is substantially cylindrically shaped and thereby adapted to the shape of a piston 1, in which the holding element 3 is to be inserted.
  • the heat dissipation region integrally merges at one end into a connecting element 8, which also has a cylindrical shape, but is designed to be narrower than the
  • Heat dissipation region 5 in one piece with a substantially right angle in a connecting portion 16 via, which in turn at a substantially right angle in a
  • Connection region 16 and between connection region 16 and contact region 4 can also deviate from a right angle, so that the connection region 16 in particular is arranged obliquely to heat dissipation region 5 and / or contact region 4.
  • a holding element 3 as shown in Fig. 10 can be easily and inexpensively produced for example by punching and bending a metal sheet.
  • An LED holder 2 may, for example, two in Fig. 10
  • connection elements 8 comprise holding elements 3 shown. If an indexing of the connection elements 8 is desired, can
  • An LED holder 2 can also be a first holding element 3 as in FIG. 10
  • FIG. 11 schematically shows an embodiment of the invention
  • the connecting element 17 shown.
  • the connecting element 17 has a U-shaped cross section and can be simple and
  • the connecting element can also be other shapes
  • a connecting element may have a round U-shaped cross section instead of the polygonal U-shaped cross section.
  • the connecting element may have a rectangular cross-section, that is to say have the shape of a cuboid.

Abstract

Eine LED-Leuchtvorrichtung weist einen zumindest teilweise transluzenten Kolben auf, in dem ein LED-Halter mit einer daran befestigten LED angeordnet ist. Der LED-Halter wird durch ein Befestigungsmittel im Kolben befestigt. Der LED-Halter weist zwei Halteelemente auf, die jeweils einen Kontaktbereich zum elektrischen Anschluss der LED und ein Anschlusselement außerhalb des Kolbens aufweisen. Die Halteelemente können sowohl für die Wärmeableitung von der LED als auch für die Stromversorgung der LED verwendet werden.

Description

KOMPAKTE LED -LEUCHTVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZU DEREN
HERSTELLUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED- Leuchtvorrichtung, eine Leuchte mit mindestens einer LED- Leuchtvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer LED- Leuchtvorrichtung. Erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtungen eignen sich insbesondere für den Aufbau günstiger, aber dennoch qualitativ hochwertiger Leuchten, insbesondere für Leuchten mit einem zentralen elektrischen Treiber, mit einer Mehrzahl von austauschbaren, kostengünstigen LED- Leuchtvorrichtungen .
Stand der Technik
In Leuchten auf LED-Basis wird üblicherweise eine
Leiterplatte mit einer Vielzahl darauf angelöteter LEDs verwendet, die jeweils nur eine geringe Helligkeit haben. Die Herstellung solcher Leiterplatten ist aufwändig und benötigt viele Maschinen (z.B. Lötpastendrucker, Bestückungsautomaten, Reflow-Ofen, Nutzentrenner) und ist daher für einen
Leuchtenhersteller oftmals nicht machbar. Im Einkauf sind die Leiterplatten aber sehr teuer und bestimmen oft den
Gesamtpreis der Leuchte wesentlich.
Darüber hinaus ist die Leiterplatte jeweils nur für eine bestimmte Leuchte entworfen. Durch Verbesserungen bei der LED-Entwicklung werden diese immer leistungsfähiger, sodass weniger LEDs ausreichen, um die gewünschte Helligkeit einer Leuchte zu erreichen. Dies führt dazu, dass eine schon existierende Leiterplatte nicht für die weiterentwickelten LEDs verwendet werden kann und eine neue Leiterplatte entwickelt werden muss.
Schließlich macht die zwangsläufig flächige
(zweidimensionale) Form der Leiterplatte die Konstruktion formschöner Leuchten mit einer räumlichen (dreidimensionalen) Anordnung der Lichtquellen schwierig wenn nicht gar
unmöglich .
Leuchten mit dreidimensional angeordneten Lichtquellen verwenden daher oft fest eingebaute LEDs, die nicht
ausgetauscht werden können. Ein Defekt von nur einer der LEDs hat dann oft den Totalschaden der Leuchte zur Folge.
Schließlich sind Halogenlampen in kleinen Bauformen (z.B. G4) bekannt, die austauschbar auch in Leuchten mit
dreidimensional angeordneten Lichtquellen verwendet werden. Da die Halogenlampen mit Wechselspannung betrieben werden, sind die Leuchten dafür ausgelegt. G4-Retrofit-Lampen auf LED-Basis müssen daher eine integrierte Treiberelektronik aufweisen, die entweder - bei ausreichender Dimensionierung - die Retrofit-Lampen größer als die Halogen-Lampen ausfallen lässt oder aber - bei entsprechend kleiner Gestaltung der Treiberelektronik - das Risiko einer minderwertigen
Lichtqualität (z.B. Flickern) mit sich bringt.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte LED- Leuchtvorrichtung, die die oben dargestellten Nachteile beseitigt oder zumindest verringert, eine entsprechende
Leuchte sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der LED-Leuchtvorrichtung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine LED-Leuchtvorrichtung, eine
Leuchte und ein Verfahren zur Herstellung einer LED- Leuchtvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine LED-Leuchtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen zumindest teilweise transluzenten (d.h.
lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten) Kolben auf. Vorzugsweise besteht der Kolben aus Glas, insbesondere
Quarzglas, transluzenter Keramik (z.B. AI2O3) oder Kunststoff. Der Kolben kann klar oder mattiert (z.B. durch Sandstrahlen), insbesondere auch teilmattiert, z.B. nur im Kuppenbereich, ausgeführt sein. Die Mattierung kann innen oder außen am Kolben erfolgen. Die Form des Kolbens kann beispielsweise zylinderförmig mit einem in etwa halbkugelförmig geschlossenen Ende sein. Das andere Ende kann offen sein, sodass dort die weiteren
Komponenten ins Innere des Kolbens eingeführt werden können. Der Kolben kann auch eine oder mehrere weitere Öffnungen aufweisen. Vorzugsweise hat der Kolben einen Außendurchmesser von etwa 10 mm und einen Innendurchmesser von etwa 8 mm, d.h. eine Wandstärke von etwa 1 mm. Aber auch andere Abmessungen und Wandstärken können zum Einsatz kommen, insbesondere muss die Wandstärke nicht über den ganzen Kolben einheitlich sein. Der Kolben kann auch eine andere Form aufweisen,
beispielsweise birnenförmig oder kerzenförmig (d.h. die von den klassischen Glühlampen bekannten Formen) . Der Kolben kann auch eine Reflektorform aufweisen.
Die Form des Kolbens kann so gewählt sein, dass die
Querschnittsfläche des Kolbens rund oder oval ist. Die
Querschnittsfläche des Kolbens kann auch im Wesentlichen rund oder oval mit örtlichen Abweichungen von dieser Form sein, z.B. mit Eindellungen . Insbesondere kann die
Querschnittsfläche des Kolbens im Wesentlichen oval mit zwei gegenüberliegenden Eindellungen gestaltet sein, d.h. in etwa die Form einer „8" haben.
Zusätzlich können in der Kolbenform optische Elemente
integriert sein (z.B. Linse durch Glasansammlung in Kuppe) . Die zusätzlichen optischen Elemente im Glaskolben (um
beispielsweise die Lichtverteilung zu verbessern) können durch Formwerkzeuge in das Glas eingebracht werden
(Formbacken und Aufblasen; oder Formstempel und Eindrücken) .
Im Inneren des Kolbens ist mindestens eine LED angeordnet, die an einem LED-Halter befestigt ist. Wenn mehr als nur eine LED im Kolben angeordnet werden soll, können diese zu einem LED-Modul zusammengefasst sein und beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Im Folgenden wird, wenn von mindestens einer LED gesprochen wird, immer auch ein LED- Modul mit mehr als einer LED verstanden. Vorzugsweise weist ein LED-Modul außer den LEDs und der Leiterplatte keine weiteren elektronischen Bauteile auf.
Der LED-Halter wiederum wird durch ein Befestigungsmittel im Kolben befestigt. Der LED-Halter ist zweiteilig ausgeführt, d.h. er weist zwei Halteelemente auf. Jedes dieser beiden Halteelemente hat einen Kontaktbereich, d.h. einen Bereich zum elektrischen Kontaktieren der LED (oder des LED-Moduls) , an dem es mit einem elektrischen Anschlussbereich der LED (oder des LED-Moduls) elektrisch leitend verbunden ist. Jedes der beiden Halteelemente hat ferner ein Anschlusselement, das außerhalb des Kolbens angeordnet ist, wenn der LED-Halter in den Kolben eingebaut ist.
Die Anschlusselemente dienen der Verbindung zu einem Sockel und stellen dadurch die elektrische Verbindung zu einer
Treiberelektronik her, welche die LED ansteuert. Die beiden Halteelemente des LED-Halters sind elektrisch leitend und sind im eingebauten Zustand voneinander
elektrisch isoliert (bis auf die Verbindung über die LED) . Dadurch können die Halteelemente für die elektrische
Verbindung zwischen LED und Anschlusselementen und damit für die Stromversorgung der LED verwendet werden. Bevorzugt besteht mindestens eines oder beide der Halteelemente aus einem Metall oder einer Metalllegierung, z.B. aus Kupfer, Aluminium oder einer Kupferlegierung wie Messing oder Bronze.
Die Halteelemente und/oder die Anschlusselemente können ganz oder teilweise eine zusätzliche Metallschicht (z.B. Zinn,
Nickel, Zink, Gold, usw.) aufweisen. Diese Schicht kann dem Korrosionsschutz dienen und sowohl die Lötbarkeit als auch das Erscheinungsbild verbessern. Halteelemente aus Metall können bevorzugterweise Stanzteile sein. Alternativ können auch Druckgussteile oder MIM- (Metal- Inj ection-Molding, Metall-Spritzguss ) Teile eingesetzt werden. Denkbar sind auch elektrisch leitende Kunststoffe, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden können.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist mindestens eines der Halteelemente (bevorzugt beide
Haltelemente) einen Wärmeableitungsbereich auf, mit dem das Halteelement an der Innenseite des Kolbens anliegt. Dadurch kann die von der LED erzeugte Wärme effizient an den Kolben und dadurch an die Umgebung abgeleitet werden. Die
Wärmeleitfähigkeit eines Halteelements aus Metall und eines Glaskolbens ist mindestens eine Größenordnung höher als die Wärmeleitfähigkeit von im Stand der Technik verwendeten
Leiterplatten (Metall: größer 20 W/ (mK) ; elektrisch
leitfähiger Kunststoff: etwa 5 W/ (mK) ; Glas: etwa 1 W/ (mK) ; Leiterplattenmaterial FR4 : etwa 0,2 W/ (mK) ;
Leiterplattenmaterial CEM3 : etwa 1 W/ (mK) ) . Dadurch können in Leuchten mit erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtungen leistungsfähigere LEDs verwendet werden, als in auf
Leiterplatten basierenden LED-Leuchten.
Als LED in einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung kann beispielsweise die von der Firma OSRAM Opto Semiconductor unter der Bezeichnung DURIS S8 vertriebe LED verwendet werden. Messungen der Erfinder haben ergeben, dass in
erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtungen LEDs mit einem Lichtstrom von bis zu 300 Lumen, vorzugsweise bis zu
200 Lumen verwendet werden können, ohne die vom Hersteller vorgegebenen Temperatur-Grenzwerte zu überschreiten. Zwischen dem Wärmeableitungsbereich der Halteelemente und dem Kolben kann ein Material zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen Halteelement und Kolben vorgesehen sein (thermal Interface material (TIM), z.B. Wärmeleitpaste).
Zumindest ein Halteelement kann federnd ausgebildet sein, sodass der Wärmeableitungsbereich des Halteelements durch die Federkraft im eingebauten Zustand gegen die Innenseite des Kolbens gedrückt wird. Auch dies verbessert die Wärmeabfuhr.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist mindestens eines der Halteelemente einen L-förmig gebogenen Streifen auf. Der L-förmig gebogene Streifen kann so
innerhalb des Kolbens angeordnet sein, dass ein Schenkel des L entlang der Wand des Kolbens verläuft und der andere
Schenkel des L sich in etwa rechtwinklig von der Wand des Kolbens nach innen erstreckt. Der Schenkel, der entlang der Wand des Kolbens verläuft, kann als Wärmeableitungsbereich dienen. Der Schenkel, der sich in etwa rechtwinklig von der Wand des Kolbens nach innen erstreckt, kann als
Kontaktbereich dienen, an dem ein elektrischer
Anschlussbereich der LED befestigt ist. Ein derartiges L- förmiges Halteelement kann einfach und ohne großen
Materialaufwand hergestellt werden. Vorzugsweise kann der Schenkel, der entlang der Wand des Kolbens verläuft, eine Biegung aufweisen, die an den Innenradius des Kolbens
angepasst ist. In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist mindestens eines der Halteelemente einen zylinderwandförmigen Abschnitt als Wärmeableitungsbereich auf. Der Kontaktbereich des Halteelements ist als Teil einer Zylindergrundfläche an einem Ende des zylinderwandförmigen Abschnitts angeordnet. Das Halteelement hat also zumindest in dem Bereich, mit dem es in den Kolben eingeführt ist, die Form eines
Hohlzylinderabschnitts, der durch den Schnitt eines
Hohlzylinders mit einer zur Mantelfläche des Zylinders parallel verlaufenden Ebene erhalten wird. Eine solche
Gestaltung des Halteelements lässt sich einfach als Stanzteil aus einem Metallblech herstellen. Der Außenradius des
zylinderwandförmigen Abschnitts entspricht vorzugsweise dem Innenradius des Kolbens. Dadurch wird die Wärmeübertragung vom Halteelement auf den Kolben optimiert. Ebenso kann ein Halteelement als wie oben beschriebener
Abschnitt eines Vollzylinders ausgeführt sein. Wenn beide Halteelemente derart ausgeführt sind, ist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Zwischenschicht zwischen den beiden Voll zylinderabschnitten vorgesehen .
Mindestens ein Halteelement kann auch einen streifenförmigen Wärmeableitungsbereich aufweisen, dessen Form vorzugsweise an die Innenwand des Kolbens angepasst ist. Der Kontaktbereich kann sich vom Wärmeableitungsbereich weg (beispielsweise an einem oder beiden der Enden des streifenförmigen
Wärmeableitungsbereichs oder in dessen Mitte) in etwa unter einem rechten Winkel nach innen erstrecken. Der
Kontaktbereich kann beispielsweise streifenförmig ausgebildet sein .
Zumindest eines der Halteelemente kann einen Flansch
aufweisen, der außerhalb des Kolbens angeordnet ist, wenn das Halteelement in den Kolben eingeführt ist. Vorzugsweise liegt der Flansch dann am Rand der Öffnung des Kolbens an und kann dadurch als Begrenzungsmittel beim Zusammenbau von
Halteelement und Kolben dienen.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist mindestens eines der Halteelemente einen Stift als
Anschlusselement auf. Der Stift kann mit dem Halteelement verbunden sein, beispielsweise durch Löten, Schweißen,
Crimpen, o.ä. Der Stift kann auch einstückig mit dem
Halteelement ausgebildet sein, beispielsweise als
stiftförmiger Abschnitt eines als Stanzteil gefertigten
Halteelements. Mit den beiden Stiften der beiden
Halteelemente einer LED-Leuchtvorrichtung kann diese zur Stromversorgung in einen entsprechenden Sockel gesteckt werden. Vorzugsweise haben die beiden Stifte einen
Durchmesser von etwa 0,7 mm und einen Abstand von etwa 4 mm.
Die als Anschlusselemente dienenden Stifte der beiden
Halteelemente können beide die gleiche Form haben.
Insbesondere können beide einen kreisförmigen oder
polygonförmigen (beispielsweise rechteckigen) Querschnitt aufweisen. Beide Stifte können aber auch unterschiedliche Formen aufweisen. Insbesondere können beide Stifte einen kreisförmigen Querschnitt mit unterschiedlichem Durchmesser oder einen polygonförmigen Querschnitt mit unterschiedlichen Abmessungen haben. Es kann auch ein Stift einen kreisförmigen Querschnitt und der andere Stift einen polygonförmigen
Querschnitt aufweisen. Eine solche Indexierung kann
sicherstellen, dass die LED-Leuchtvorrichtung in der
richtigen Ausrichtung in den Sockel gesteckt wird, vor allem um die richtige Polarität des Anschlusses beim Betrieb an Gleichspannung zu gewährleisten. Dies ist vor allem dann interessant, wenn die LED-Leuchtvorrichtung vom Benutzer ausgetauscht werden kann. Auch kann so nur eine passende LED- Leuchtvorrichtung (z.B. an den jeweiligen elektronischen Treiber angepasst) in den Sockel eingesetzt werden. Ein weiterer Parameter für die Indexierung ist z.B. der
Abstand der beiden Stifte, ebenfalls um sicherzustellen, dass nur passende LED-Leuchtvorrichtungen in den Sockel eingesetzt werden können.
Abmessungen und Abstand der Stifte können auch der Bauform G4 entsprechen, d.h. Stifte mit kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 0,65-0,75 mm und einem Abstand von 4 mm. Dann können die erfindungsgemäßen LED- Leuchtvorrichtungen einer Leuchte auch durch bekannte G4- Retrofit-Lampen ersetzt werden. G4-Retrofit-Lampen sind zwar für gewöhnlich für den Betrieb an Wechselspannung ausgelegt, können aber auch an Gleichspannung betrieben werden.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtung für den Betrieb an einer Gleichspannung von 12V ausgelegt. Dann kann diese, z.B. im Falle eines Defekts, auch durch eine Standard G4 Wechselstrom LED Retrofit ersetzt werden.
Im Vergleich zu bekannten G4-Retrofit-Lampen kommen die
Vorteile der erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtungen besonders zum Vorschein. Beispielsweise können bei
Kronleuchtern (mit ca. 20 Lampen) oder Sternenhimmeln (mit mehr als 100 Lampen) bei richtiger Wahl des Vorschaltgeräts (beim Design der Leuchte) bzw. bei dessen Austausch (bei schon existierenden Leuchten) entsprechend viele kleine
Elektronikschaltungen eingespart werden, die in G4-Retrofit- Lampen verwendet werden müssten. Dies führt zu einer
deutlichen Ressourcenschonung.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung besteht mindestens eines der Halteelemente aus einem Metall oder einer Metalllegierung, z.B. aus Kupfer, Aluminium, Messing, Bronze. Metall ist aufgrund seiner relativ hohen
Wärmeleitfähigkeit und seiner elektrischen Leitfähigkeit gut als Material für die Halteelemente geeignet. Die
Halteelemente können somit die Doppelfunktion der Stromzufuhr und der Wärmeableitung übernehmen.
Bevorzugterweise ist mindestens eines der Halteelemente als Stanzteil aus einem Blech gefertigt. Dies erlaubt eine einfache und kostengünstige Fertigung der Halteelemente. Die Dicke des Blechs kann zwischen etwa 0,1 mm und 1 mm,
bevorzugt zwischen etwa 0,2 mm und 0,8 mm, besonders
bevorzugt zwischen etwa 0,4 mm und 0,5 mm liegen. In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist mindestens eines der Halteelemente an einer dem Kolben zugewandten Stelle mindestens eine Rastmarke auf. Der Kolben kann entsprechend mindestens eine zugehörige Rastöffnung aufweisen. Die Rastmarke kann ein Vorsprung (z.B. in der Form eines Kugelabschnitts, d.h. eine Delle) auf der dem Kolben zugewandten Außenseite des Halteelements (d.h. des
Wärmeableitungsbereichs) sein, die beispielsweise durch eine Prägung von der Innenseite des Halteelements erzeugt werden kann. Die Rastmarke kann auch als Lasche ausgebildet sein, die an einer Seite (vorzugsweise an der der LED zugewandten
Seite) mit dem Halteelement verbunden ist und von diesem nach außen (in Richtung des Kolbens) absteht. Diese
Ausführungsformen der Rastmarke lassen sich einfach während eines Stanz- und Biegeverfahrens zur Herstellung der
Halteelemente fertigen. Die Rastöffnung im Kolben kann beispielsweise ein Loch in der Kolbenwand oder eine Kerbe in der Innenwand des Kolbens sein. Ein Loch in der Kolbenwand lässt sich beispielsweise durch Bohren (insbesondere Laserbohren) erzeugen. Rastmarke und Rastöffnung dienen dazu, den LED-Halter (mit den beiden Halteelementen) und den Kolben miteinander zu verbinden, vorzugsweise in einer bestimmten Ausrichtung zueinander. Beispielsweise kann dadurch verhindert werden, dass beim Ausbauen einer LED-Leuchtvorrichtung aus einer Leuchte durch Ziehen am Kolben sich der Kolben vom LED-Halter löst. Auch bei der Montage der LED-Leuchtvorrichtung können Rastmarke und Rastöffnung verhindern, dass der LED-Halter zu weit in den Kolben hineingeschoben wird.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung weist das Befestigungsmittel einen zylinderförmigen (insbesondere hohlzylinderförmigen) Abschnitt auf. Der zylinderförmige Abschnitt ist innerhalb des Kolbens zwischen den beiden
Halteelementen angeordnet und kann diese nach außen gegen den Kolben drücken. Durch kann eine Klemmung erreicht werden, die den LED-Halter im Kolben fixiert. Gegebenenfalls wird die Wirkung dieser Klemmung durch die oben diskutierten
Rastelemente (Rastmarke und Rastöffnung) unterstützt.
Andererseits kann ein Befestigungsmittel mit einem
zylinderförmigen Abschnitt die Wirkung der Rastelemente unterstützen, indem beispielsweise ein Ausweichen der
Halteelemente nach innen (von der Kolbenwand und damit der Rastöffnung weg) verhindert wird.
Das Befestigungsmittel mit einem zylinderförmigen Abschnitt besteht vorzugsweise aus einem Material, das elektrisch isolierend ist. Die hat den Vorteil, dass die beiden
Halteelemente nicht über das Befestigungsmittel elektrisch verbunden sind und somit auch ohne zusätzliche
Isolierungsmaßnahmen für die Stromzufuhr zur LED verwendet werden können. Insbesondere kann das Befestigungsmittel aus Glas, Keramik oder Kunststoff (bevorzugt wärmeleitend) bestehen . Am Befestigungsmittel können Vorsprünge oder andere Elemente ausgebildet sein, die beispielsweise eine Verdrehung der Halteelemente oder eine Verschiebung der Halteelemente zueinander verringern oder verhindern. Beispielsweise können an der Stirnseite (Grundfläche des Zylinders, die näher an der LED positioniert ist) ein oder mehrere (insbesondere zwei) Stege vorgesehen sein, die eine Berührung der
Kontaktbereiche der beiden Halteelemente verhindern, auch wenn sich die Halteelemente, z.B. durch eine Drehung des LED- Halters während des Zusammenbaus, relativ zueinander bewegen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Befestigungsmittel auch einen Kitt, Klebstoff oder eine Polymervergussmasse (z.B. Silikon, Epoxid, Polyurethan, usw.) aufweisen, mit dem beispielsweise der Kolben nach dem Einsetzen des LED-Halters verschlossen wird oder mit dem der LED-Halter an der
Innenwand des Kolbens befestigt wird. Ein thermisch
aushärtbarer Kleber kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn der Kolben aus Glas, insbesondere aus Quarzglas ist, da dann die thermische Aushärtung durch einen heißen aber kurzen Wärmeimpuls erfolgen kann und auf eine
langwierige Aushärtung bei niedriger Temperatur verzichtet werden kann.
Wenn als Befestigungsmittel ein Kitt, Klebstoff oder eine Polymervergussmasse verwendet wird, dehnt sich dieser
vorzugsweise beim Aushärten aus, wodurch die Halteelemente weiter gegen den Kolben gedrückt werden.
In einer Ausführungsform der LED-Leuchtvorrichtung ist ein Abschnitt des Kolbens (vorzugsweise der Abschnitt zwischen LED und geschlossenem Ende des Kolbens) mit einer
Silikonmasse gefüllt. Die Silikonmasse kann die Befestigung des LED-Halters im Kolben unterstützen. Sie kann auch die Wärmeableitung von der LED zum Kolben verbessern, da die Wärmeleitfähigkeit von Silikon (etwa 0,2-0,3 W/ (Km) ) etwa eine Größenordnung höher ist als die von Luft (etwa
0,026 / (Km) ) . Bevorzugterweise ist das Silikon zumindest nach dem Aushärten milchig, wodurch eine Streuung des von der LED emittierten Lichts erreicht wird. Dann kann z.B. auf das Mattieren des Kolbens verzichtet werden. Ohne eine solche Streuung des Lichts kann je nach verwendeter LED die LED- Leuchtvorrichtung, insbesondere wenn sie sichtbar in der Leuchte verbaut ist, zu hell wirken.
In einer Ausführungsform weist die LED-Leuchtvorrichtung ferner ein Trägerelement auf. Die LED ist auf dem
Trägerelement befestigt, das Trägerelement wiederum ist an den Kontaktbereichen der Halteelemente befestigt. Ein solches Trägerelement kann eine mechanische Belastung der LED bei Erwärmung (z.B. aufgrund unterschiedlicher thermischer
Ausdehnungskoeffizienten von LED und Halteelementen)
verringern und dadurch eine Beschädigung der LED verhindern.
Das Trägerelement kann beispielsweise eine elektrisch
isolierende Platte aus Keramik oder Kunststoff (z.B. Polymer) sein. Die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlussbereichen der LED und den Kontaktbereichen der
Halteelemente kann dann beispielsweise über eine in das
Trägerelement eingearbeitete Durchkontaktierung oder über darauf angebrachte (z.B. aufgedruckte) Leiterbahnen erfolgen.
Eine andere Möglichkeit, eine Beschädigung der LED durch mechanische Belastung bei Erwärmung zu verhindern, kann darin bestehen, dass ein Halteelement oder zumindest der
Kontaktbereich von einem Halteelement mechanisch so flexibel ist, dass das Haltelement oder der Kontaktbereich bei
unterschiedlich starker Ausdehnung von LED und Halteelementen bei Erwärmung verformt wird, bevor die LED beschädigt wird. Bevorzugterweise ist das andere Halteelement dann so
ausgeführt, dass die Wärmeabfuhr von der LED hauptsächlich über dieses Halteelement erfolgen kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchte mit einer oder mehreren LED-Leuchtvorrichtungen wie oben beschrieben, einer entsprechenden Anzahl von Sockeln zum Aufnehmen der LED- Leuchtvorrichtungen (insbesondere der Anschlusselemente der LED-Leuchtvorrichtungen) und einem elektrischen Treiber zum Ansteuern der LEDs in den LED-Leuchtvorrichtungen. Die einzelnen Sockel (beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder eine andere Anzahl Sockel) können miteinander und mit dem Treiber durch Kabel elektrisch verbunden sein. Es ist dann keine aufwändig zu fertigende Leiterplatte erforderlich.
Die LED-Leuchtvorrichtungen der Leuchte können in einer Ebene oder auch außerhalb einer Ebene und/oder in unterschiedlichen Ausrichtungen zueinander (dreidimensional) angeordnet sein.
Vorzugsweise ist der elektrische Treiber ein zentraler elektrischer Treiber, d.h. ein elektrischer Treiber, der mehrere LED-Leuchtvorrichtungen mit elektrischer Energie versorgt. Da dann nicht in jede LED-Leuchtvorrichtung ein eigener elektrischer Treiber eingebaut sein muss, können die LED-Leuchtvorrichtungen kostengünstig gefertigt werden.
Insbesondere können die LED-Leuchtvorrichtungen austauschbar sein, beispielsweise in entsprechende Sockel der Leuchte einsteckbar und wieder entfernbar sein, sodass bei einem Defekt einer LED-Leuchtvorrichtung diese durch eine andere, funktionierende LED-Leuchtvorrichtung ersetzt werden kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer LED-Leuchtvorrichtung, insbesondere einer LED- Leuchtvorrichtung nach einer der oben beschriebenen
Ausführungen. Auf die nachfolgend im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erwähnten Komponenten (z.B. Kolben, LED, LED-Halter, usw.) finden die obigen Ausführungen
entsprechend Anwendung. Ebenso gelten die nachfolgenden
Beschreibungen der Komponenten auch für die oben
dargestellten Ausführungsformen.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein zumindest teilweise transluzenter (insbesondere
transparenter) Kolben bereitgestellt, der vorzugsweise aus Glas besteht. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Kolben mattiert, beispielsweise durch Sandstrahlen. Ebenfalls wird ein LED-Halter mit zwei Halteelementen
bereitgestellt, beispielsweise ein vorstehend beschriebener LED-Halter. Ferner wird eine LED bereitgestellt. Wenn eine LED-Leuchtvorrichtung mit mehr als nur einer LED im Kolben hergestellt werden soll, können diese zu einem LED-Modul zusammengefasst werden und entsprechend das LED-Modul
bereitgestellt werden. Im Folgenden wird, wenn von mindestens einer LED gesprochen wird, immer auch ein LED-Modul mit mehr als einer LED verstanden. Die LED oder das LED-Modul weist zwei elektrische Anschlussbereiche auf.
Die mindestens eine LED wird am LED-Halter befestigt, indem jeweils ein elektrischer Anschlussbereich der mindestens einen LED mit den Kontaktbereichen der Halteelemente
elektrisch leitend verbunden wird, beispielsweise durch
Löten.
Der LED-Halter mit der daran befestigten LED wird dann in den Kolben eingeführt und derart im Kolben befestigt, dass
Anschlusselemente der Halteelemente (z.B. Anschlussstifte) außerhalb des Kolbens angeordnet sind. In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das
Bereitstellen des LED-Halters das Stanzen des LED-Halters oder der beiden Halteelemente des LED-Halters aus einem Blech und das Biegen des Stanzteils in eine vorbestimmte Form.
Dabei können die beiden Halteelemente des LED-Halters nach dem Stanzen miteinander durch mindestens eine Brücke
verbunden sein. Diese Brücke wird dann im weiteren Verfahren durchtrennt. Dadurch sind die beiden Halteelemente elektrisch voneinander isoliert und können für die Stromversorgung der LED verwendet werden. Das Durchtrennen der Brücke kann beispielsweise erfolgen, nachdem die LED mit den Kontaktbereichen der beiden
Halteelemente eines LED-Halters verbunden wurde. Dann bilden die beiden Halteelemente und die LED eine Einheit und die beiden Halteelemente müssen nicht mehr durch die Brücke zusammengehalten werden.
Das Durchtrennen der Brücke kann auch erfolgen, nachdem der LED-Halter in den Kolben eingeführt wurde, insbesondere nachdem der LED-Halter im Kolben befestigt wurde. Das
Durchtrennen der Brücke kann dann beispielsweise mittels eines Lasers erfolgen, indem mit dem Laser ein Glas in den Kolben (z.B. einen Kolben aus Quarzglas) gebohrt wird und dann mit dem Laser durch dieses Loch die Brücke durchtrennt wird.
In einer Ausführungsform des Verfahrens bleibt der LED-Halter nach dem Stanzen mit dem Blech, d.h. mit dem den LED-Halter umgebenden Material des Blechs, verbunden. Die mindestens eine LED wird am LED-Halter befestigt, solange der LED-Halter mit dem Blech verbunden ist. Der LED-Halter wird aus dem
Blech herausgetrennt, nachdem die mindestens eine LED am LED- Halter befestigt wurde. Dies erlaubt eine effiziente
Herstellung einer Vielzahl von LED-Haltern mit daran
befestigter LED, die dann im weiteren Verfahren gebogen und jeweils in einen Kolben eingesetzt werden können.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Lötpaste auf die Kontaktbereiche der Halteelemente aufgetragen. Im Anschluss kann die LED mit ihren elektrischen
Anschlussbereichen auf die Kontaktbereiche aufgesetzt und dort angelötet werden.
Wenn der LED-Halter nach dem Stanzen mit dem umgebenden Blech verbunden bleibt, kann die Lötpaste beispielsweise im
Siebdruckverfahren auf das ebene Blech und damit gleichzeitig auf eine Vielzahl von LED-Haltern aufgetragen werden. Die LEDs können dann beispielsweise als SMD- (surface mounted device) Elemente im Pick-and-Place-Verfahren auf die LED- Halter aufgesetzt und im Reflow-Verfahren angelötet werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein elektrisch leitfähiger Kleber auf die Kontaktbereiche der Halteelemente aufgetragen. Im Anschluss kann die LED mit ihren elektrischen Anschlussbereichen auf die Kontaktbereiche aufgesetzt und der Kleber ausgehärtet werden. Die Aushärtung kann beispielsweise thermisch oder mittels UV-Licht erfolgen. In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der LED-Halter mindestens eine Rastmarke und der Kolben mindestens eine Rastöffnung auf, wie oben beschrieben wurde. Das Befestigen des LED-Halters im Kolben erfolgt dann durch Einrasten der mindestens einen Rastmarke in die mindestens eine Rastöffnung während des Einsetzens des LED-Halters in den Kolben. Die Rastöffnungen im Kolben können beispielsweise durch
Laserbohren (insbesondere bei Kolben aus Quarzglas) erzeugt werden .
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein
Befestigungsmittel (beispielsweise ein Befestigungsmittel mit einem zylindrischen, insbesondere hohlzylindrischen
Abschnitt) so in den Kolben eingeführt, dass das
Befestigungsmittel zumindest einen Teil der Halteelemente gegen den Kolben drückt. Hierdurch wird der LED-Halter im Kolben durch Klemmung befestigt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der LED-Halter außerhalb des Kolbens auf das Befestigungsmittel aufgesetzt. Das Befestigungsmittel wird dann zusammen mit dem LED-Halter in den Kolben eingeführt. Bei entsprechender Dimensionierung von Innenmaß des Kolbens, Dicke der Halteelemente und
Außenmaß des Befestigungsmittels werden, LED-Halter und
Befestigungsmittel durch Klemmung (Reibschluss ) im Kolben gehalten .
Alternativ oder zusätzlich kann ein Kitt, Klebstoff oder eine Polymervergussmasse (z.B. Silikon, Epoxid, Polyurethan, usw.) verwendet werden, um den LED-Halter im Kolben zu befestigen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl von LED-Haltern in einem ebenen Metallblech so vorgestanzt, dass die LED-Halter mit dem Blech verbunden bleiben. Auf die Kontaktbereiche der LED-Halter wird (beispielsweise mittels Siebdruck) Lötpaste aufgetragen. Auf jeden LED-Halter wird eine LED (beispielsweise mittels Pick-and-Place-Verfahren) aufgesetzt. Die LEDs werden (beispielsweise im Reflow- Verfahren) auf den LED-Haltern angelötet. Wenn die beiden
Halteelemente eines jeden LED-Halters über die jeweilige LED miteinander verbunden sind, werden die LED-Halter aus dem Blech herausgetrennt (beispielsweise mittels Laserschneiden) . Dann können die LED-Halter so gebogen werden, dass sie jeweils in einen Kolben eingesetzt und dort befestigt werden können .
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein LED-Halter aus einem Metallblech ausgestanzt. Die beiden Halteelemente des LED-Halters bleiben über einen, zwei oder mehr Stege miteinander verbunden. Der LED-Halter wird in die gewünschte Form gebogen und auf ein Glasrohr aufgesetzt. Das Glasrohr kann den LED-Halter von innen stützen. Auf die
Kontaktbereiche der Halteelemente wird Lötpaste aufgetragen (beispielsweise mit einem Einzeldosiergerät oder durch
Betupfen) . Eine LED wird auf die Kontaktbereiche aufgesetzt und durch Einbringen von Wärme (beispielsweise mittels
Heizstrahler, Infrarot-Laser, konduktiver Wärmeübertragung von unten) mit dem LED-Halter verlötet. Die Stege werden (beispielsweise mittels Laser oder Schneidmesser) entfernt. Dann kann der LED-Halter in einen Kolben eingesetzt und dort befestigt werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher
erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED- LeuchtVorrichtung,·
Fig. 2 eine Ausführungsform eines Halteelementes; Fig. 3 eine Ausführungsform eines LED-Halters mit daran befestigter LED;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
LED-LeuchtVorrichtung; Fig. 5 eine Ausführungsform einer Leuchte mit
erfindungsgemäßen LED-LeuchtVorrichtungen;
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
LED-LeuchtVorrichtung,·
Fig. 7 eine Ausführungsform eines Trägerelements; Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
LED-LeuchtVorrichtung,·
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
LED-LeuchtVorrichtung,·
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines Haltelements; Fig. 11 eine Ausführungsform eines Verbindungselements.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung dargestellt. Die LED- Leuchtvorrichtung weist einen transparenten Glaskolben 1 auf. In den Kolben 1 ist ein LED-Halter 2 eingeführt, der zwei Halteelemente 3 umfasst. Jedes der Halteelemente 3 weist einen im Wesentlichen flachen Kontaktbereich 4 und einen im Wesentlichen zylinderförmigen Wärmeableitungsbereich 5 auf. Eine LED 6 ist mit ihren elektrischen Anschlussbereichen (hier auf der Unterseite der LED 6 und daher nicht zu sehen) an den Kontaktbereichen 4 der beiden Halteelement 3
festgelötet. Die Wärmeableitungsbereiche 5 liegen an der Innenwand des Kolbens 1 an, sodass die von der LED 6 während des Betriebs erzeugte Wärme über die Kontaktbereiche 4 und die Wärmeableitungsbereiche 5 zum Kolben 1 übertragen und von dort an die Umgebung abgegeben werden kann.
Die LED umfasst ein Gehäuse, in dem ein oder mehrere LED- Chips angeordnet sind. Die LED-Chips können mit einem
Fluoreszenzfarbstoff bedeckt sein, sodass die LED weißes Licht emittiert.
Jedes der Halteelemente 3 ist mit einem Flansch 7 versehen, der eine Begrenzung beim Einschieben des LED-Halters 2 in den Kolben 1 darstellt.
Ferner ist jedes Halteelement 3 einstückig mit einem
Anschlusselement 8 ausgebildet. Mit den beiden
Anschlusselementen 8 kann die LED-Leuchtvorrichtung in einen (nicht dargestellten) Sockel gesteckt werden. Die beiden Anschlusselemente 8 haben einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Allerdings unterscheiden sich die beiden
Anschlusselemente 8 durch ihre Abmessungen. So ist eines der Anschlusselemente 8 breiter ausgeführt als das andere. Dies verhindert, dass die LED-Leuchtvorrichtung verkehrt in den Sockel gesteckt wird.
Da die beiden Halteelemente 3 voneinander durch einen
Luftspalt 9 elektrisch isoliert sind, kann die
Stromversorgung der LED 6 über die beiden Halteelemente 3 erfolgen. Diese übernehmen gleichzeitig die Wärmeabfuhr von der LED 6 zum Kolben 1.
Fig. 2 zeigt schematisch ein einzelnes Halteelement 3 eines LED-Halters 2. Das Halteelement 3 weist einen
Wärmeableitungsbereich 5 auf, der im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und dadurch an die Form eines Kolbens 1 angepasst ist, in den das Halteelement 3 eingeführt werden soll. Der Wärmeableitungsbereich geht an einem Ende einstückig in ein Anschlusselement 8 über, das ebenfalls eine zylindrische Form aufweist, jedoch schmäler ausgeführt ist als der
Wärmeableitungsbereich 5. Am anderen Ende geht der
Wärmeableitungsbereich 5 einstückig mit einem im Wesentlichen rechten Winkel in einen Kontaktbereich 4 über, an dem eine LED 6 befestigt werden kann.
Ein Halteelement 3 wie in Fig. 2 dargestellt kann einfach und kostengünstig beispielsweise durch Stanzen und Biegen eines Metallblechs hergestellt werden.
Ein LED-Halter 2 kann beispielsweise zwei in Fig. 2
dargestellte Halteelemente 3 umfassen. Wenn eine Indexierung der Anschlusselemente 8 gewünscht ist, können sich
beispielsweise die Anschlusselemente 8 der beiden
Halteelemente 3 in ihrer Breite unterscheiden. Ein LED-Halter kann auch ein erstes Halteelement 3 wie in Fig. 2 dargestellt und ein zweites Halteelement, das vom ersten Halteelement 3 verschieden ausgeführt ist, aufweisen. Fig. 3 zeigt schematisch einen LED-Halter 2 umfassend zwei Halteelemente 3 mit daran befestigter LED 6. Die beiden
Halteelement 3 sind jeweils als L-förmige Streifen
ausgestaltet. Ein Schenkel des L stellt den
Wärmeableitungsbereich 5 dar, der andere Schenkel den
Kontaktbereich 4. Eine LED 6 ist mit ihren beiden
elektrischen Anschlussbereichen an den beiden
Kontaktbereichen 4 angelötet.
Die beiden Wärmeableitungsbereiche 5 sind jeweils mit einem stiftförmigen Anschlusselement 8 versehen. In jedem
Wärmeableitungsbereiche 5 sind zwei Laschen 10 ausgestanzt, die jeweils an einer Seite mit dem Wärmeableitungsbereich 5 verbunden bleiben. Die stiftförmigen Anschlusselemente 8 sind zwischen dem streifenförmigen Wärmeableitungsbereich 8 und den Laschen 10 eingeklemmt. Zusätzlich können die
Anschlusselemente 8 noch mit dem Halteelement 3 beispielsweise durch Löten oder Schweißen verbunden werden. Alternativ können die Anschlusselemente auch ohne Einklemmen direkt durch Löten oder Schweißen mit dem Halteelement 3 verbunden werden. Die hier aufgeführten
Befestigungsmöglichkeiten können auch bei anders geformten Halteelementen zum Einsatz kommen.
Die beiden stiftförmigen Anschlusselemente 8 unterscheiden sich durch ihre Dicke, sodass eine Indexierung erzielt wird, die verhindert, dass die LED-Leuchtvorrichtung, in die der in Fig. 3 dargestellte LED-Halter eingebaut wird, verkehrt herum in einen Sockel eingesteckt wird. Dies stellt die richtige Polarität der Stromversorgung sicher.
In Fig. 4 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung in einer Ansicht von unten dargestellt. Zu erkennen ist, wie die beiden
Halteelemente 3 des LED-Halters 2 von einem
Befestigungselement 11 gegen die Innenseite des Kolbens 1 gedrückt werden. Dadurch wird der LED-Halter 2 im Kolben 1 befestigt. Das Befestigungselement 11 hat die Form eines Hohlzylinders und ist aus Keramik oder Glas gefertigt.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Leuchte, in der vier erfindungsgemäße LED-Leuchtvorrichtungen 12 zum Einsatz kommen. Die Leuchte weist ein Gehäuse mit vier angewinkelten Seitenflächen 13 auf. Jede dieser Seitenflächen 13 ist mit einem Sockel (nicht dargestellt) versehen, in den jeweils eine LED-Leuchtvorrichtung 13 eingesteckt werden kann. Im Inneren des Gehäuses ist ein elektrischer Treiber (nicht dargestellt) untergebracht, der über Kabel mit den Sockeln verbunden ist und der Ansteuerung der LEDs 6 in den LED-Leuchtvorrichtungen 12 dient.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen LED- Leuchtvorrichtungen 12 in der Leuchte ist es möglich, die LED-Leuchtvorrichtungen 12 jeweils in zueinander nicht parallelen Seitenflächen 13 des Gehäuses einzubauen und dadurch eine dreidimensionale Anordnung zur erhalten. In Fig. 6 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung dargestellt. Die LED- Leuchtvorrichtung gemäß Fig. 6 entspricht im Wesentlichen der LED-Leuchtvorrichtung gemäß Fig. 1, sodass entsprechende Elemente hier nicht nochmals beschrieben werden. In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist die LED 6 aber nicht direkt an den Kontaktbereichen 4 der Halteelemente 3
befestigt, sondern die LED 6 ist auf einem Trägerelement 14 befestigt. Das Trägerelement 14 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt.
Das Trägerelement 14 wiederum ist an den Kontaktbereichen 4 der Halteelemente 3 befestigt. Die elektrische Verbindung zwischen den Anschlussbereichen der LED 6 (auf der Unterseite der LED 6 und daher nicht zu sehen) und den Kontaktbereichen 4 der beiden Halteelement 3 erfolgt mittels
Durchkontaktierungen 15 durch das Trägerelement 14. Die
Durchkontaktierungen 15 können sowohl mit den
Anschlussbereichen der LED 6 als auch mit den
Kontaktbereichen 4 der Halteelemente 3 durch Löten oder
Kleben elektrisch leitend verbunden werden.
In Fig. 8 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung dargestellt. Die LED- Leuchtvorrichtung gemäß Fig. 8 entspricht in einigen Aspkten der LED-Leuchtvorrichtung gemäß Fig. 1, sodass entsprechende Elemente hier nicht nochmals beschrieben werden. In der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform kommt aber nur ein
Halteelement 3 (wie in Fig. 3 dargestellt) zum Einsatz. Das zweite Halteelement 3' ist mechanisch flexibel ausgestaltet, sodass sich das Halteelement 3' bei unterschiedlich starker Ausdehnung von LED 6 und Halteelementen 3,3' bei Erwärmung verformt, bevor die LED 6 beschädigt wird. Das flexible
Halteelement 3' weist einen Kontaktbereich 4, der mit einem elektrischen Anschlussbereich der LED 6 verbunden ist, und ein Anschlusselement 8 auf. Die LED-Leuchtvorrichtung kann mit den beiden Anschlusselementen 8 in einen (nicht
dargestellten) Sockel gesteckt werden. Die Wärmeabfuhr von der LED 6 kann in dieser Ausführungsform hauptsächlich über das starre Halteelement 3 erfolgen.
In Fig. 9 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LED-Leuchtvorrichtung dargestellt. Die LED- Leuchtvorrichtung weist einen transparenten Glaskolben 1 auf. In den Kolben 1 ist ein LED-Halter 2 eingeführt, der zwei Halteelemente 3 umfasst. Jedes der Halteelemente 3 weist einen im Wesentlichen flachen Kontaktbereich 4 und einen im Wesentlichen zylinderförmigen Wärmeableitungsbereich 5 auf. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 erstrecken sich die Kontaktbereiche 4 hier nicht senkrecht zu einer longitudinalen Richtung L, sondern entlang der longitudinalen Richtung L. Die longitudinale Richtung L kann beispielsweise einer Rotationssymmetrieachse des Kolbens 1 entsprechen. Zwischen dem Kontaktbereich 4 und dem Wärmeableitungsbereich 5 eines jeden Halteelements 3 erstreckt sich ein
Verbindungsbereich 16, der hier senkrecht zur longitudinalen Richtung L dargestellt ist. Der Verbindungsbereich 16 kann aber auch eine andere Ausrichtung haben und kann insbesondere schräg zur longitudinalen Richtung L sein.
Zwei LEDs 6 sind mit jeweils einem elektrischen
Anschlussbereich an den Kontaktbereichen 4 der beiden
Halteelemente 3 festgelötet. Der jeweils andere elektrische Anschlussbereich jeder LED 6 ist an einem elektrisch
leitfähigen Verbindungselement 17 festgelötet, sodass die beiden LEDs 6 über das Verbindungselement 17 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Wärmeableitungsbereiche 5 liegen an der Innenwand des Kolbens 1 an, sodass die von den LEDs 6 während des Betriebs erzeugte Wärme über die Kontaktbereiche 4, die
Verbindungsbereiche 16 und die Wärmeableitungsbereiche 5 zum Kolben 1 übertragen und von dort an die Umgebung abgegeben werden kann. Jedes der Halteelemente 3 ist mit einem Flansch 7 versehen, der eine Begrenzung beim Einschieben des LED-Halters 2 in den Kolben 1 darstellt.
Ferner ist jedes Halteelement 3 einstückig mit einem
Anschlusselement 8 ausgebildet. Mit den beiden
Anschlusselementen 8 kann die LED-Leuchtvorrichtung in einen (nicht dargestellten) Sockel gesteckt werden. Die beiden Anschlusselemente 8 haben einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Allerdings unterscheiden sich die beiden
Anschlusselemente 8 durch ihre Abmessungen. So ist eines der Anschlusselemente 8 breiter ausgeführt als das andere. Dies verhindert, dass die LED-Leuchtvorrichtung verkehrt in den Sockel gesteckt wird.
Da die beiden Halteelemente 3 voneinander durch einen
Luftspalt 9 elektrisch isoliert sind, kann die
Stromversorgung der LED 6 über die beiden Halteelemente 3 erfolgen. Diese übernehmen gleichzeitig die Wärmeabfuhr von der LED 6 zum Kolben 1.
Fig. 10 zeigt schematisch ein einzelnes Halteelement 3 eines LED-Halters 2. Das Halteelement 3 weist einen
Wärmeableitungsbereich 5 auf, der im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und dadurch an die Form eines Kolbens 1 angepasst ist, in den das Halteelement 3 eingeführt werden soll. Der Wärmeableitungsbereich geht an einem Ende einstückig in ein Anschlusselement 8 über, das ebenfalls eine zylindrische Form aufweist, jedoch schmäler ausgeführt ist als der
Wärmeableitungsbereich 5. Am anderen Ende geht der
Wärmeableitungsbereich 5 einstückig mit einem im Wesentlichen rechten Winkel in einen Verbindungsbereich 16 über, der wiederum mit einem im Wesentlichen rechten Winkel in einen
Kontaktbereich 4 übergeht, an dem eine LED 6 befestigt werden kann. Der Winkel zwischen Wärmeableitungsbereich 5 und
Verbindungsbereich 16 sowie zwischen Verbindungsbereich 16 und Kontaktbereich 4 kann auch von einem rechten Winkel abweichen, sodass der Verbindungsbereich 16 insbesondere schräg zu Wärmeableitungsbereich 5 und/oder Kontaktbereich 4 angeordnet ist.
Ein Halteelement 3 wie in Fig. 10 dargestellt kann einfach und kostengünstig beispielsweise durch Stanzen und Biegen eines Metallblechs hergestellt werden.
Ein LED-Halter 2 kann beispielsweise zwei in Fig. 10
dargestellte Halteelemente 3 umfassen. Wenn eine Indexierung der Anschlusselemente 8 gewünscht ist, können sich
beispielsweise die Anschlusselemente 8 der beiden
Halteelemente 3 in ihrer Breite unterscheiden. Ein LED-Halter 2 kann auch ein erstes Halteelement 3 wie in Fig. 10
dargestellt und ein zweites Halteelement, das vom ersten Halteelement 3 verschieden ausgeführt ist, aufweisen.
In Fig. 11 ist schematisch eine Ausführungsform des
Verbindungselements 17 dargestellt. Das Verbindungselement 17 hat einen U-förmigen Querschnitt und kann einfach und
kostengünstig beispielsweise durch Stanzen und Biegen eines Metallblechs hergestellt werden.
Das Verbindungselement kann aber auch andere Formen
aufweisen. Insbesondere kann ein Verbindungselement anstelle des eckigen U-förmigen Querschnitts einen runden U-förmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ kann das Verbindungselement einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, also die Form eines Quaders haben. Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander
kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
1 Kolben
2 LED-Halter
3 Halteelement
3 ' flexibles Halteelement
4 Kontaktbereich
5 Wärmeableitungsbereich
6 LED
7 Flansch
8 Anschlusselement
9 Luftspalt
10 Laschen
11 Befestigungselement
12 LED-Leuchtvorrichtung
13 Gehäuseseitenflächen
14 Trägerelement
15 Durchkontaktierung
16 Verbindungsbereich
17 Verbindungselement

Claims

Ansprüche
1. LED-Leuchtvorrichtung aufweisend einen zumindest
teilweise transluzenten Kolben (1), mindestens eine LED (6), einen LED-Halter (2) und ein Befestigungsmittel (11) zum Befestigen des LED-Halters (2) im Kolben (1), wobei der LED-Halter (2) zwei Halteelemente (3)
aufweist, wobei jedes Halteelement (3) einen
Kontaktbereich (4), an dem es mit einem elektrischen Anschlussbereich einer der mindestens einen LED (6) elektrisch leitend verbunden ist, und ein
Anschlusselement (8) außerhalb des Kolbens (1) aufweist.
2. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) einen Wärmeableitungsbereich (5) aufweist, mit dem das Halteelement (3) an der
Innenseite des Kolbens (1) anliegt.
3. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2,
wobei mindestens eines der Halteelemente (3) einen L- förmig gebogenen Streifen aufweist.
4. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) einen zylinderwandförmigen
Abschnitt als Wärmeableitungsbereich (5) aufweist, wobei der Kontaktbereich (4) des Halteelements (3) als Teil einer Zylindergrundfläche an einem Ende des
zylinderwandförmigen Abschnitts angeordnet ist. 5. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) einen Flansch (7) außerhalb des Kolbens (1) aufweist.
6. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) einen Stift (8) als Anschlusselement aufweist, der mit dem Halteelement (3) verbunden ist.
7. LED-Leuchtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Stift (8) einstückig mit dem Halteelement (3) ausgebildet ist.
8. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, vorzugsweise als Stanzteil aus einem Blech gefertigt ist .
9. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei mindestens eines der Halteelemente (3) mindestens eine Rastmarke aufweist, wobei der Kolben (1) mindestens eine Rastöffnung aufweist. 10. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei das Befestigungsmittel (11) einen zylinderförmigen Abschnitt aufweist, der innerhalb des Kolbens (1) zwischen den beiden Halteelementen (3) angeordnet ist und diese nach außen gegen den Kolben (1) drückt.
11. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei das Befestigungsmittel (11) einen Kitt, einen Klebstoff oder eine Polymervergussmasse aufweist.
12. LED-Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen
Ansprüche, wobei ein Abschnitt des Kolbens (1) mit einer
Silikonmasse gefüllt ist.
13. LED- Leuchtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner aufweisend ein Trägerelement, wobei die LED auf dem Trägerelement befestigt ist, wobei das Trägerelement an den Kontaktbereichen der Halteelemente befestigt ist.
14. Leuchte (13), aufweisend eine oder mehrere LED- Leuchtvorrichtungen (12) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, einen oder mehrere Sockel zum Aufnehmen der LED-Leuchtvorrichtungen (12) und einen elektrischen
Treiber zum Ansteuern der LEDs (6) in den LED- Leuchtvorrichtungen (12). Verfahren zum Herstellen einer LED-Leuchtvorrichtung mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines zumindest teilweise transluzenten Kolbens ( 1 ) ;
- Bereitstellen eines LED-Halters (2) aufweisend zwei Halteelemente (3) ;
- Bereitstellen mindestens einer LED (6);
- Befestigen der mindestens einen LED (6) am LED-Halter (2), wobei jeweils ein elektrischer Anschlussbereich der mindestens einen LED (6) mit den Kontaktbereichen (4) der Halteelemente (3) elektrisch leitend verbunden wird;
- Einführen des LED-Halters (2) in den Kolben (1); und
- Befestigen des LED-Halters (2) im Kolben (1) derart, dass Anschlusselemente (8) der Halteelemente (3)
außerhalb des Kolbens (1) angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bereitstellen des LED-Halters (2) aufweist:
- Stanzen des LED-Halters (2) aus einem Blech; und
- Biegen des gestanzten LED-Halters (2) in eine
vorbestimmte Form.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die beiden
Halteelemente (3) des LED-Halters (2) nach dem Stanzen miteinander durch mindestens eine Brücke verbunden sind, wobei das Verfahren weiter aufweist:
- Durchtrennen der mindestens einen Brücke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16-17, wobei der LED- Halter (2) nach dem Stanzen mit dem Blech verbunden bleibt, wobei die mindestens eine LED (6) am LED-Halter (2) befestigt wird, solange der LED-Halter (2) mit dem Blech verbunden ist, wobei der LED-Halter (2) aus dem Blech herausgetrennt wird, nachdem die mindestens eine LED (6) am LED-Halter (2) befestigt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15-18, wobei das Befestigen der mindestens einen LED (6) am LED-Halter (2) aufweist: - Auftragen einer Lötpaste auf die Kontaktbereiche (4) der Halteelemente (3) ;
- Aufsetzen der mindestens einen LED (6) mit ihren elektrischen Anschlussbereichen auf die Kontaktbereiche ( 4 ) ; und
- Anlöten der LED (6) an den LED-Halter (2) .
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-19, wobei der LED- Halter (2) mindestens eine Rastmarke und der Kolben (1) mindestens eine Rastöffnung aufweist, wobei das
Befestigen des LED-Halters (2) im Kolben (1) durch
Einrasten der mindestens einen Rastmarke in die
mindestens eine Rastöffnung während des Einsetzens des LED-Halters (2) in den Kolben (1) erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Bereitstellen des Kolbens (1) weiter aufweist:
- Anbringen von Rastöffnungen im Kolben (1) durch
Laserbohren .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-19, wobei das
Befestigen des LED-Halters (2) im Kolben (1) weiter aufweist :
- Einführen eines Befestigungsmittels (11) in den Kolben derart, dass das Befestigungsmittel (11) zumindest einen Teil der Halteelemente (3) gegen den Kolben (1) drückt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der LED-Halter (2) auf das Befestigungsmittel (11) aufgesetzt wird, wobei das Befestigungsmittel (11) zusammen mit dem LED-Halter (2) in den Kolben (1) eingeführt wird.
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