Elektrische Leuchte mit einer Leuchtdiode und einem Leuchten-Reflektor

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer elektrischen Leuchte unter Ver- wendung einer Hochleistungs-LED (im weiteren Verlauf zumeist verkürzt LED genannt) und dem Problem der Abführung der im Betrieb von der LED erzeugten Wärme.

LED's wurden lange Zeit aufgrund geringer Lichtleistung und fehlender Verfügbar- keit weiss strahlender LED's hauptsächlich als Indikationsleuchten in Siebensegment- und Punktmatrixanzeigen eingesetzt. Im Zuge der Entwicklung konnte die Lichtleistung erheblich gesteigert werden, so dass nun Hochleistungs-LED's als Leuchtmittel für elektrische Leuchten zur Verfügung stehen.

Stand der Technik

Elektrische Leuchten, die als Leuchtmittel eine Hochleistungs-LED aufweisen, welche einen Betriebsstrom bis zu 1 A aufnehmen, sind bekannt. Hierbei ist bisher ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich, um die beim Betrieb der LED erzeugte Wärme abzuführen, ansonsten würde die LED in der Lichtleistung stark abfallen bzw. zerstört werden. Je grösser die für eine derart bestückte Leuchte konzipierte Lichtleistung ist, desto höher ist der konstruktive Aufwand zur Wärmeabfuhr, um eine weitgehend konstante hohe Lichtleistung zuverlässig zu gewährleisten.

Die Wärmeabführung von der LED erfolgt bisher über aktive Elemente, z.B. mittels Lüfter bzw. einen geschlossenen Kühlkreislauf, oder passive Elemente, z.B. dem Leuchtengehäuse, Kühlkörpern bzw. Stromleitungen und ist in der Beleuchtungstechnik hinlänglich bekannt. Diese Massnahmen verteuern die elektrischen Leuchten erheblich infolge des zusätzlichen Aufwands an Bauelementen und überdies vergrössert sich dadurch der erforderliche Raumbedarf, was sich auf an sich gewünschte ästhetische Formgestaltungen negativ auswirken kann.

BESTATIGUNGSKOPIE

Aufqabe der Erfindung

Es gilt, eine elektrische Leuchte zu schaffen, in welcher als Leuchtmittel eine Höchleistungs-LED eingesetzt ist, und dabei die notwendige Wärmeabfuhr zur Kühlung der sich im Betrieb erhitzenden LED mit möglichst geringem apparativen Aufwand zu erreichen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Stromversorgung der LED ebenfalls möglichst einfach zu gestalten. Die Massnahmen zur effizient realisierten Kühlung der LED und deren Stromversorgung zielen darauf ab, die elektrische Leuchte möglichst räum- und kostensparend herstellen zu können sowie in der designmässigen Gestaltung nicht durch ansonsten zwingend vorzusehende Bauteile eingeschränkt zu werden.

übersicht über die Erfindung Die elektrische Leuchte mit zumindest einer Hochleistungs-LED und einem Leuchten-Reflektor hat zur Ableitung von durch die Hochleistungs-LED erzeugter Wärme hin zum Leuchten-Reflektor wärmeleitende Mittel, welche zwischen der Hochleistungs-LED und dem Leuchten-Reflektor angeordnet sind.

Die nachfolgenden Merkmale beziehen sich auf spezielle Ausführungen der Erfindung: Benachbart zur Hochleistungs-LED ist als ein erster Bestandteil der wärmeleitenden Mittel ein Kühlkörper angeordnet und ein zweiter Bestandteil der wärmeleitenden Mittel erstreckt sich zwischen dem Kühlkörper und dem Leuchten-Reflektor. Die wärmeleitenden Mittel umfassen eine Anzahl von überbrückungsele- menten, welche den zweiten Bestandteil bilden. Die Hochleistungs-LED ist auf einer Platine angeordnet, und die überbrückungselemente sind gegenüber der Platine elektrisch isoliert.

Alternativ umfassen die wärmeleitenden Mittel eine elektrisch isolierende Schicht, welche den zweiten Bestandteil bildet und als separate isolierende Schicht vorhanden ist oder zum Leuchten-Reflektor und/oder zum Kühlkörper gehört.

Ein Pol der Stromzuführung zur Hochleistungs-LED wird vom Leuchten-Reflektor gebildet, während der andere Pol der Stromzuführung zur Hochleistungs-LED von den wärmeleitenden Mitteln in Gestalt des ersten Bestandteils als Kühlkörper gebildet wird. Hierbei ist zwischen dem ersten Bestandteil der wärmeleitenden Mittel in Gestalt des Kühlkörpers und der Hochleistungs-LED ein erster elektrischer An- schluss vorgesehen, und ein zweiter elektrischer Anschluss besteht zwischen dem Leuchten-Reflektor und der Hochleistungs-LED.

Die Hochleistungs-LED besitzt einen Sockel, und zwischen dem Sockel und dem ersten Bestandteil der wärmeleitenden Mittel in Gestalt des Kühlkörpers ist ein dritter Bestandteil der wärmeleitenden Mittel eingefügt. Als dritter Bestandteil der wärmeleitenden Mittel eignet sich eine Wärmeleitpaste besonders.

Kurzbeschreibung der beigefügten Zeichnungen Es zeigen:

Figur 1A: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Leuchte in erster

Ausführungsform; Figur 1B: das vergrösserte Detail X1 aus Figur 1A;

Figur 2A: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Leuchte in zweiter

Ausführungsform; Figur 2B: das vergrösserte Detail X2 aus Figur 2A;

Figur 3A: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Leuchte in dritter Ausführungsform; und

Figur 3B: das vergrösserte Detail X3 aus Figur 3A.

Ausführungsbeispiel

Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt nachstehend die detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele zur erfindungsgemässen Leuchte.

Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung. Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugsziffern enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erläutert, so wird auf deren Erwäh-

nung in vorangehenden oder nachfolgenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen. Im Interesse der übersichtlichkeit wird auf die wiederholte Bezeichnung von Bauteilen in weiteren Figuren zumeist verzichtet, sofern zeichnerisch eindeutig erkennbar ist, dass es sich um "wiederkehrende" Bauteile handelt.

Figuren 1A und 1 B

Die Leuchte in der ersten Ausführungsform besteht im wesentlichen aus einem Leuchten-Reflektor 1, einer Hochleistungs-LED 2, einer Platine 3 und wärmeleitenden Mitteln 6, welche zur Ableitung der durch die LED 2 erzeugten Wärme dienen. Der Leuchten-Reflektor 1 hat eine Aussenseite 10 sowie eine Innenseite 11. Die LED 2 sitzt vorzugsweise zentrisch in einer Aussparung des Leuchten-Reflektors 1 und setzt sich aus einem Sockel 20, einem daran vorhandenen ersten und zweiten Anschluss 21,22 sowie dem LED-Reflektor 23 zusammen. Bei der hiesigen ersten Ausführungsform werden die wärmeleitenden Mittel 6 aus einem ersten Bestandteil 64, einem zweiten Bestandteil 61 und einem dritten Bestandteil 63 gebildet. Der erste Bestandteil 64 hat die Gestalt eines Kühlkörpers 64, der zweite Bestandteil 61 besitzt die Form von überbrückungselementen 61 , während der dritte Bestandteil 63 eine Wärmeleitpaste 63 ist. Der Sockel 20 der LED 2 ist in einer Ausnehmung eines benachbarten Kühlkörpers 64 angeordnet, wobei der Freiraum zwischen Sockel 20 und Kühlkörper 64 durch Wärmeleitpaste 63 ausgefüllt ist. Die überbrückungselemente 61 stellen eine wärmeleitende, gegenüber der Platine 3 elektrisch isolierte Verbindung zwischen Kühlkörper 64 und Leuchten-Reflektor 1 dar.

Die bei im Betrieb befindliche LED 2 von dieser erzeugten Wärme wird zunächst über die Wärmeleitpaste 63 dem Kühlkörper 64 zugeleitet. Ein Teil der vom Kühlkörper 64 aufgenommenen Wärme wird von der heranströmenden Luft abgeführt, während ein weiterer Wärmeanteil via den überbrückungselementen 61 zum Reflektor 1 geleitet wird und von dort weiter an die Umgebungsluft gelangt. Damit wird der Kühlkörper 64 in seiner Wärmeabfuhr vom Reflektor 1 unterstützt und kann entsprechend kleiner dimensioniert werden.

Die Stromzuführung an die LED 2 erfolgt durch die auf der Platine 3 verlaufenden ersten und zweiten Leiterbahn 31,32 unterschiedlicher Polarität. Die erste Leiterbahn 31 bildet dabei den Minus-Pol und ist durch den ersten Anschluss 21 mit dem Sockel 20 der LED 2 verbunden. Andererseits hat die den Plus-Pol bildende zweite Leiterbahn 32 über den zweiten Anschluss 22 mit dem Sockel 20 der LED 2 Kontakt. Die Platine 3 ist zwischen dem Leuchten-Reflektor 1 und dem Kühlkörper 3 angeordnet, wobei die die Platine 3 durchragenden überbrückungselemente 61 gegenüber der Platine 3 elektrisch isoliert sind.

Figuren 2A und 2B

Die zweite Ausführungsform der Leuchte besitzt ebenfalls einen Leuchten-Reflektor 1, eine Hochleistungs-LED 2 und die wärmeleitenden Mittel 6. Die Platine 3 ist nun durch einen zweiten Bestandteil 62 der wärmeleitenden Mittel 6 in Form einer isolierenden Schicht 62 ersetzt, welche zwischen dem Reflektor 1 und dem Kühl- körper 64 angeordnet ist. Ferner hat sich die Stromzuführung an den Sockel 20 der LED 2 geändert, in dem nun der Minus-Pol am Kühlkörper 64 anliegt, von dem sich ein erster Anschluss 21 zum Sockel 20 erstreckt. Der Plus-Pol liegt am Reflektor 1 an, wobei von dort der zweite Anschluss 22 zum Sockel 20 führt. Alternativ zu einer separaten isolierenden Schicht 62 kann diese auch direkt zum Leuchten-Reflektor 1 und/oder zum Kühlkörper 64 gehören. Zwischen dem Kühlkörper 64 und dem Sockel 20 ist wiederum, als dritter Bestandteil 63 der wärmeleitenden Mittel 6, Wärmeleitpaste 63 vorgesehen.

Anstelle der überbrückungselemente 61 aus der ersten Ausführungsform erfolgt der Wärmefluss vom Kühlkörper 64 zum Leuchtenreflektor 1 nun über die elektrisch isolierende Schicht 62, so dass der Kühlkörper 64 erneut in der Abführung der von der LED 2 erzeugten Wärme unterstützt wird.

Figuren 3A und 3B Die dritte Ausführungsform stellt eine Mischform zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform dar. Aus der ersten Ausführungsform sind die überbrückungselemente 61 zur Wärmeleitung zwischen dem Kühlkörper 64 und dem Leuchten-Reflektor 1 übernommen, während aus der zweiten Ausführungsform

die Stromversorgung der LED 2 genutzt wird. Somit bedarf es weder einer Platine 3 noch einer isolierenden Schicht 62. Der am Kühlkörper 64 anliegende Minus-Pol wird über den ersten Anschluss 21 an den Sockel 20 herangeführt und der am Leuchten-Reflektor 1 anliegende Plus-Pol ist durch den zweiten Anschluss 22 mit dem Sockel 20 verbunden. Aufgrund der Erstreckung der überbrückungselemen- te 61 zwischen dem den Minus-Pol bildenden Kühlkörper 64 und dem den Plus- Pol bildenden Leuchten-Reflektor 1 verbietet sich, dass die überbrückungsele- mente 61 elektrisch leitend sind. Wie in beiden vorherigen Ausführungsformen ist auch nun der Raum zwischen dem Kühlkörper 64 und dem Sockel 20 mit Wärme- leitpaste 63 ausgefüllt.