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Technisches Gebiet
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Die Erfindung geht aus von einem LED-Modul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind LED-Module bekannt, die eine Leiterplatte aufweisen, auf der die LEDs angeordnet sind, und eine oder mehrere weitere Leiterplatten, auf denen die Treiberelektronik für die LEDs angeordnet ist. Diese Leiterplatten sind in einem Gehäuse angeordnet, das als Halterung für die Leiterplatten dient. Dabei ist das Gehäuse aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit gefertigt, beispielsweise Aluminium, so dass das Gehäuse gleichzeitig zur Wärmeabfuhr dienen kann. Weiterhin ist das Gehäuse nach außen hin elektrisch isoliert, beispielsweise durch ein weiteres Kunststoffgehäuse.
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Nachteilig bei derartigen Modulen ist, dass sie relativ groß sind, da trotz des wärmeabführenden Aluminiumgehäuses für eine ausreichende Wärmedissipation ein gewisser Freiraum im Gehäuse gelassen werden muss.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein LED-Modul bereitzustellen, das kompakter und platzsparender ausgestaltet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein LED-Modul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße LED-Modul umfasst mindestens eine LED, mindestens eine erste Leiterplatte, auf der die mindestens eine LED angeordnet ist, und ein Trägerelement, das zum Tragen der mindestens einen ersten Leiterplatte ausgebildet ist. Des Weiteren ist das Trägerelement als Wärmerohranordnung ausgebildet ist, die mindestens ein Wärmerohr umfasst.
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Somit kann das Trägerelement gleichzeitig die Funktion der Wärmeabfuhr übernehmen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht die Verwendung von Wärmerohren zum einen eine viel effizientere Wärmeabfuhr, da Wärmerohre viel bessere Wärmeleiter sind als beispielsweise ein Aluminiumgehäuse, und zum anderen ist eine viel höhere Flexibilität bei den Anordnungsmöglichkeiten des Wärmerohrs und den übrigen Komponenten des LED-Moduls gegeben als bei der Verwendung eines massiven Aluminiumgehäuses. Dadurch kann ein erfindungsgemäßes LED-Modul viel platzsparender ausgestaltet werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die vielfältigen Anordnungsmöglichkeiten die Wärmerohranordnung direkt an den Stellen angeordnet sein kann, an denen die Wärmeentwicklung am größten ist. Auch dies steigert die Effizienz in der Wärmeabfuhr, wodurch es darüber hinaus auch möglich ist, das erfindungsgemäße LED-Modul kompakter auszugestalten, ohne eine zu starke Erwärmung durch die kompakte Anordnung der Komponenten befürchten zu müssen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das LED-Modul ein Gehäuse, das aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist und das zumindest zum Teil als Begrenzung des LED-Moduls nach außen ausgebildet ist. Da die tragende und wärmeableitende Funktion durch die Wärmerohranordnung übernommen wird, ist als Gehäuse ein elektrisch isolierendes Element, beispielsweise ein Kunststoffgehäuse, ausreichend und es ist kein dickes massives Aluminiumgehäuse mehr erforderlich, wodurch sich die Größe des LED-Moduls ebenfalls reduziert.
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Weiterhin kann das LED-Modul ein Grundelement umfassen, wobei das mindestens eine Wärmerohr mit einem Ende thermisch kontaktierend an der mindestens einen ersten Leiterplatte angeordnet ist und mit einem anderen Ende am Grundelement des LED-Moduls angeordnet ist. Insbesondere stellt das Grundelement eine Begrenzung des LED-Moduls nach unten hin, d.h. zur der ersten Leiterplatte gegenüberliegenden Seite hin, dar. Durch die thermische Verbindung der ersten Leiterplatte mit dem Grundelement durch das mindestens eine Wärmerohr wird ein möglichst guter Wärmeabtransport nach außen gewährleistet.
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Bei einer weiteren Ausgestaltungsvariante der Erfindung umfasst das LED-Modul mindestens eine zweite Leiterplatte und eine auf der mindestens einen zweiten Leiterplatte angeordnete Treiberelektronik für die mindestens eine LED. Dabei ist die mindestens eine zweite Leiterplatte zwischen der mindestens einen ersten Leiterplatte und dem Grundelement des LED-Moduls angeordnet. Weiterhin besteht durch das Wärmerohr eine thermische Verbindung zwischen der mindestens einen zweiten Leiterplatte und dem Grundelement und eine thermische Verbindung zwischen der mindestens einen zweiten Leiterplatte und der einen ersten Leiterplatte. So kann eine Treiberelektronik für die mindestens eine LED in das LED-Modul integriert werden, wobei durch die Wärmerohranordnung auch gleichzeitig eine Kühlung der zweiten Leiterplatte und der Treiberelektronik gewährleistet ist. Zusätzlich kann das mindestens eine Wärmerohr als Führung für elektrische Verbindungen zwischen den Leiterplatten genutzt werden.
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Vorteilhafterweise kann die Wärmerohranordnung ein Grundelement und ein Deckelement umfassen, die mit dem mindestens einen Wärmerohr einstückig ausgebildet sind und wobei die mindestens eine erste Leiterplatte auf dem Deckelement angeordnet ist. Durch diese räumlich ausgedehnte Struktur der Wärmerohranordnung wird die Effizienz bei der Wärmeabfuhr, insbesondere von der ersten Leiterplatte zum Grundelement hin, zusätzlich erhöht.
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Weiterhin kann das Grundelement der Wärmerohranordnung das Grundelement des LED-Moduls sein oder auf diesem thermisch kontaktierend angeordnet sein. So kann das Grundelement des LED-Moduls beispielsweise als Aluminiumplatte oder als flächige Einfassung für das Grundelement der Wärmerohranordnung ausgebildet sein. Optional kann das Grundelement als Begrenzung des LED-Moduls auch durch die Wärmerohranordnung selbst gebildet sein. In beiden fällen wird eine gute Wärmeabfuhr nach außen hin gewährleistet.
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In einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung sind das Grundelement der Wärmerohranordnung und/oder das Deckelement zumindest zum Teil als flächige Wärmerohre ausgebildet.
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Bei einer Weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind das Grundelement der Wärmerohranordnung und/oder das Deckelement zumindest zum Teil als spiralförmige Wärmerohre ausgebildet.
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Überdies lassen sich diese Ausbildungsvarianten von Grundelement und Deckelement auch miteinander kombinieren.
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Darüber hinaus kann das LED-Modul ein Verbindungselement umfassen, über das mindestens eine elektronische Komponente der Treiberelektronik mit der Wärmrohranordnung, insbesondere mit deren Grundelement, thermisch gekoppelt ist. So kann eine noch bessere thermische Anbindung der Treiberelektronik an die Wärmerohranordnung bewerkstelligt werden, was eine noch bessere Kühlung der Treiberelektronik ermöglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wärmerohranordnung als Gehäuse des LED-Moduls ausgebildet, wobei das Gehäuse mindestes eine Öffnung aufweist, wobei die erste Leiterplatte an der mindestens einen Öffnung thermisch kontaktierend am Gehäuse angeordnet ist, wobei die mindestens eine zweite Leiterplatte im Gehäuse angeordnet ist und wobei das Gehäuse von einem elektrisch isolierenden Material ummantelt ist. So kann beispielsweise die Wärmerohranordnung direkt in ein elektrisch isolierendes Kunststoffgehäuse integriert werden, was ebenfalls eine sehr platzsparende Ausgestaltung des LED-Moduls ermöglicht.
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Weiterhin kann die Wärmerohranordnung als Träger des Gehäuses des LED-Moduls ausgebildet sein. Im Allgemeinen kann das Gehäuse des LED-Moduls Befestigungselemente aufweisen, mittels welchen das Gehäuse an der Wärmerohranordnung befestigbar ist. Insbesondere kann durch diese Befestigung die Funktionalität der Wärmerohranordnung als Träger für das elektrisch isolierende Gehäuse bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus kann die Wärmerohranordnung (18) als räumlich ausgedehnte Struktur, insbesondere als Hohlzylinder und/oder quaderförmig, ausgebildet sein. Bevorzug ist die Wärmerohr bei einer Ausbildung als Gehäuse des LED-Moduls oder als Träger des elektrisch isolierenden Gehäuses becherförmig ausgebildet, d.h. als Hohlzylinder mit einem Boden. Die ausgedehnte Struktur der Wärmerohranordnung kann aber auch als eine andere Form ausgebildet sein, bevorzug angepasst auf die Form des LED-Moduls. Insbesondere kann auch ein einzelnes Wärmerohr als eine räumlich ausgedehnte Struktur ausgebildet sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Grundelement der Wärmerohranordnung Sockelfassungselemente, die dazu ausgebildet sind, das LED-Modul an einem Sockelfassungssystem zu befestigen. Bevorzugt kann das LED-Modul mit den Sockelfassungselementen durch Verrastung dieser Elemente in einem Sockelfassungssystem befestigt werden. So kann die Wärmerohranordnung auch gleichzeitig als Befestigungsvorrichtung dienen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einem Wärmerohr gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer Wärmerohranordnung mit einem zentral angeordneten Wärmerohr und einem Grund- und Deckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Grund- und/oder Deckelement mit spiralförmigen Wärmerohren einer Wärmerohranordnung eines LED-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3a eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer Wärmerohranordnung mit einem seitlich angeordneten Wärmerohr und einem Grund- und Deckelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Grund- und/oder Deckelement mit flächigen Wärmerohren einer Wärmerohranordnung eines LED-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4a eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer Wärmerohranordnung und Verbindungselementen zur thermischen Anbindung der Treiberelektronik gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung mit flächigen Wärmerohren als Grund- und Deckelement eines LED-Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer im Isolationsgehäuse integrierten Wärmerohranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer Wärmerohranordnung, einem metallischen Grundelement und seitlich verlaufenden Wärmerohren mit Sockelfassungselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung eines LED-Moduls mit einer Wärmerohranordnung mit seitlich verlaufenden Wärmerohren und einem Gehäuse mit Befestigungselementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung und einem Gehäuse, das mittels Befestigungselementen an der Wärmerohranordnung befestigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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8b eine weitere schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung und einem Gehäuse, das mittels Befestigungselementen an der Wärmerohranordnung befestigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einem Wärmerohr 15 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das LED-Modul 10 umfasst dabei eine erste Leiterplatte 11, auf der LEDs 12 angeordnet sind, und eine zweite Leiterplatte 13, auf der die Treiberelektronik 14 für die LEDs 12 angeordnet ist. Weiterhin wird das LED-Modul 10 zu den Seiten hin durch ein Isolationsgehäuse 17 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, begrenzt. Nach unten hin wird das LED-Modul 10 durch ein Aluminium-Grundelement 16 begrenzt. Als Trägerelement für die Leiterplatten 11, 13, insbesondere für die erste Leiterplatte 11, ist ein Wärmerohr 15 relativ zentral zwischen der ersten Leiterplatte 11 und dem Aluminium-Grundelement 16 angeordnet, so dass Wärme von der ersten Leiterplatte 11 direkt nach außen über das Aluminium-Grundelement abgeführt werden kann. Dazu ist das Wärmerohr 15 thermisch kontaktierend an der ersten Leiterplatte 11 und dem Aluminium-Grundelement 16 angeordnet. Weiterhin das Wärmerohr 15 auch thermisch mit der zweiten Leiterplatte 13 verbunden um auch die Treiberelektronik 14 kühlen zu können. Darüber hinaus kann das LED-Modul 10, auch wenn hier nicht abgebildet, noch weitere Wärmerohre umfassen, die ebenfalls vertikal verlaufen und thermisch mit den Leiterplatten 11, 13 und dem Aluminium-Grundelement 16 verbunden sind.
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2a zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer Wärmerohranordnung 18 mit einem zentral angeordneten Wärmerohr 15 und einem Grundelement 19 und einem Deckelement 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die erste Leiterplatte 11 mit den LEDs 12 ist dabei auf dem Deckelement 20 thermisch kontaktierend angeordnet und das Grundelement 19 thermisch kontaktierend am Aluminium-Grundelement 16 des LED-Moduls 10. Des Weiteren kann auch die zweite Leiterplatte 13, auf der die Treiberelektronik 14 angeordnet ist, thermisch mit dem zentralen Wärmerohr 18 verbunden sein. Weiterhin ist die Wärmerohranordnung 18, wie in allen Ausführungsbeispielen, gleichzeitig als Trägerelement der ersten Leiterplatte 11 und der zweiten Leiterplatte 13 ausgebildet. Durch die räumlich ausgedehnte Struktur des Grundelements 19 und des Deckelements 20 wird somit eine noch bessere Wärmeabfuhr erzielt, da die Wärme noch großflächiger in das Wärmerohr eingekoppelt und wieder ausgekoppelt werden kann.
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2b zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Grundelement 19 und/oder ein Deckelement 20 mit spiralförmigen Wärmerohren 15 einer Wärmerohranordnung 18 eines LED-Moduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch durch die spiralförmige Ausbildung der Wärmerohre 15 kann eine optimale Wärmeleitung erreicht werden, da durch die räumlich ausgedehnte Struktur eine bessere Wärme Ein- und Auskopplung ermöglicht wird. Die Wärmerohre 15 sind dabei einstückig ausgebildet, insbesondere sind Grundelement 19, Deckelement 20 und das das Grundelement 19 und Deckelement 20 verbindende zentrale Wärmerohr 15 einstückig ausgebildet.
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3a zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer Wärmerohranordnung 18 wie in 2a, nur mit einem seitlich angeordneten Wärmerohr 15 statt des Zentralen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch diese Anordnungsmöglichkeit kann noch weitere Wärmerohre 15 umfassen, wie beispielsweise weitere seitliche oder zentral angeordnete Wärmerohre 15. In diesem Ausführungsbeispiel kann das Grundelement 19 der Wärmerohranordnung 18 und/oder Deckelement 20 wie in 3b dargestellt ausgebildet sein.
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3b zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Grundelements 19 und/oder des Deckelements 20 einer Wärmerohranordnung 18 eines LED-Moduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei können das Grundelement 19 und/oder das Deckelement 19 als flächige Wärmerohre 15 ausgebildet sein. Auch hierbei sind Grundelement 19 und Deckelement 19 einstückig mit dem seitlichen, vertikal verlaufenden Wärmerohr 15 ausgebildet.
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4a zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer Wärmerohranordnung 18 wie in 3a. Zudem weist das LED-Modul Verbindungselemente 21 auf, über die die einzelnen Komponenten der Treiberelektronik 14 mit der Wärmerohranordnung 18 thermisch gekoppelt werden können. Bevorzugt sind dabei zumindest die zu koppelnden Komponenten der Treiberelektronik 14 unterseitig an der zweiten Leiterplatte 13 angeordnet. So können die Komponenten direkt mit dem Grundelement 19 der Wärmerohranordnung 18 thermisch gekoppelt werden wodurch eine besonders effektive Kühlung der Treiberelektronik 14 bewerkstelligt wird. Des Weiteren ist in diesem Fall das Grundelement 19 der Wärmerohranordnung 18 gleichzeitig die Begrenzung des LED-Moduls 10 nach unten hin. Grundelement 19 und Deckelement 20 können dabei wie in 4b dargestellt ausgebildet sein.
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4b zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung mit flächigen Wärmerohren als Grund- und Deckelement. In diesem Beispiel weisen die flächig ausgebildeten Wärmerohre eine runde Form auf. Weiterhin kann das Grundelement 19 auch Sockelfassungselemente 22 aufweisen um das LED-Modul 10 einfach in einem Sockelfassungssystem befestigen zu können.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer im Isolationsgehäuse 17 integrierten Wärmerohranordnung 18. Dabei könnte die Außenhülle aus Kunststoff und die Innenhülle aus Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium bestehen. Die Wärmerohranordnung 18 könnte somit aus unterschiedlichen Materialkompositionen bestehen um zum einen eine gute Wärmeeinkoppelfläche zu bieten, zum anderen elektrisch isolierend zu wirken. Des Weiteren ist die Wärmerohranordnung 18 als räumlich ausgedehnter Körper ausgebildet, wie in diesem Beispiel becherförmig, d.h. als Hohlzylinder mit einem Boden. Insbesondere kann dabei die Wärmerohranordnung 18 als Gehäuse ausgebildet und mit einem isolierenden Material ummantelt sein. Auch hierbei stehen die Leiterplatten 11, 13 im thermischen Kontakt mit der Wärmerohranordnung. Dadurch dass die Wärmerohranordnung 18 eine westlich bessere Wärmeabführung aus dem LED-Modul 10 bereitstellt als beispielsweise ein Aluminium-Gehäuse, ist auch hier eine wesentlich kompaktere Anordnung des LED-Moduls 10 möglich ohne dass diese kompakte Anordnung zu einem Wärmestau im LED-Modul 10 und dadurch zu einer Überhitzung des LED-Moduls 10 und dessen Komponenten führt.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer Wärmerohranordnung 18, einem metallischen Grundelement 16 und seitlich verlaufenden Wärmerohren 15 mit Sockelfassungselementen 22 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel umfasst die Wärmerohranordnung 18 nur ein Deckelement 20, auf dem die erste Leiterplatte 11 mit den LEDs 12 angeordnet ist. Das Grundelement 16 des LED-Moduls 10 wird dabei durch eine metallische Grundplatte gebildet zur flächigen Wärmeverteilung, wodurch eine bessere Wärmeübertragung an einen nachgeschalteten Kühlkörper 24 (nicht abgebildet) bewerkstelligt werden kann. Weiterhin sind seitlich am Deckelement 20 vertikal verlaufende Wärmerohre 15 angeordnet und im Bereich des Grundelements 16 nach außen hin Sockelfassungselemente 22 zur Einrastung in ein Sockelfassungssystem aufweisen. Diese können direkt von den Wärmerohren 15 ausgebildet sein.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines LED-Moduls 10 mit einer Wärmerohranordnung 18 mit seitlich verlaufenden Wärmerohren 15 und einem Gehäuse 17 mit Befestigungselementen 23 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mittels dieser Befestigungselemente 23, die einstückig mit dem elektrisch isolierenden Gehäuse 17 ausgebildet sein können, kann das Gehäuse 17, beispielsweise durch Anklipsen, an der Wärmerohranordnung 18 befestigt werden. So kann die Wärmerohranordnung 18 auch gleichzeitig als Träger für das elektrisch isolierende Gehäuse 17 dienen. Weiterhin ist in diesem Beispiel noch ein Kühlkörper 24 dargestellt, auf dem das LED-Modul 10 zur besseren Wärmeabführung angeordnet sein kann.
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8a eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung 18 und ein Gehäuse 17, das mittels Befestigungselementen 23 an der Wärmerohranordnung 18 befestigt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist ein flächig ausgebildetes und rechtecksförmiges Grundelement 19 und/oder Deckelement 20 der Wärmerohranordnung 18 dargestellt mit seitlich daran angeordneten Wärmerohren 15. An diesen seitlichen Wärmerohren 15 kann das elektrisch isolierende Gehäuse 17 mit den Befestigungselementen 23 angeklipst werden. 8b zeigt, wie 8a, eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Wärmerohranordnung 18, nur mit einem runden und flächig ausgebildeten Wärmerohr 15 als Grundelement 19 und/oder Deckelement 20.
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Des Weiteren können alle hier beschriebenen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten des LED-Moduls 10, wie beispielsweise die Formgebung und Struktur des Grundelements 19 und des Deckelements 20, sowie die Anzahl und Anordnung vertikaler Wärmerohre 15, die Anordnung der Leiterplatten 11, 13, sowie ober- und/oder unterseitig daran angeordnete Komponenten der Treiberelektronik 14 und deren mögliche thermische Anbindung an die Wärmerohranordnung 18, usw., miteinander kombiniert werden.
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Insgesamt wird so ein LED-Modul bereitgestellt, das durch die Verwendung einer Wärmerohranordnung zur Wärmeableitung und gleichzeitig als Trägerelement für die Leiterplatten des Moduls eine wesentlich höhere Flexibilität in den Anordnungsmöglichkeiten der einzelnen Komponenten des Moduls schafft, eine erheblich effizientere Wärmeabführung und eine viel kompaktere und platzsparendere Ausgestaltung eines solchen LED-Moduls ermöglicht.
