EP1783421A1

EP1783421A1 - Leuchte

Info

Publication number: EP1783421A1
Application number: EP06021682A
Authority: EP
Inventors: Markus Kocks
Original assignee: Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH
Current assignee: Spectral Gesellschaft fuer Lichttechnik mbH
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2007-05-09
Also published as: DE202005016756U1

Abstract

Eine Leuchte weist eine Mehrzahl von auf einer Platine (4) angeordneten LED's (5) als Lichtquelle auf. Um die LED's (5) zu kühlen, ist ein örtlich getrennter Kühlkörper (1) vorgesehen, wobei zwischen den LED's (5) und dem Kühlkörper (1) eine Wärmeübertragungseinrichtung (6) vorgesehen ist. Als Wärmeübertragungseinrichtung (6) kann wenigstens ein stabförmiges Rohr (7) vorgesehen sein, in welchem sich ein längszirkulierendes Wärmeübertragungsmedium befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Leuchten, welche mit leistungsstarken LED's (sogenannten High Power LED's) bestückt sind, ist es notwendig, die LED's im Betrieb so kühl wie möglich zu betreiben. Wird die entstehende Verlustwärme nicht oder nur unzureichend abgeführt, leidet die LED unter Leistungsverlusten und wird im Extremfall sogar ganz zerstört. Außerdem verändert sich das Lichtspektrum.
In der Regel wird deshalb versucht, die entstehende Wärme so schnell wie möglich über sogenannte Heatsinks, nämlich Kühlelemente abzuführen. Diese Kühlelemente können je nach Leistung der LED's sehr groß werden. Reicht ein passives Kühlelement nicht aus, muß unter Umständen aktiv gekühlt werden (Flüssigkühlung, Ventilator).
Diese zusätzlichen Bauelemente zum Kühlen der LED's werden oftmals als störend empfunden, da sie von der Größe die eigentlich gestaltbildenden Elemente der Leuchte ausmachen. Zudem kann ein Lüfter, wenn er relativ nahe beim Benutzer ist, als störend wahrgenommen werden. Das eigentliche filigrane Leuchtmittel, nämlich die LED, wird somit wieder zu einem recht großen, konventionell anmutenden Leuchtmittel.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte der eingangs angegebenen Art mit einer verbesserten Kühlung für die LED's zu schaffen.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Grundidee der erfindungsgemäßen Kühlung für eine Leuchte mit LED's besteht darin, den Ort der Wärmeentstehung von dem Ort der Wärmeableitung zu entkoppeln. Dabei wird nicht mehr wie bisher üblich der Kühlkörper direkt auf die LED-Platine geklebt, sondern der Kühlkörper kann je nach Leuchtentyp an einem anderen Ort entfernt angebracht werden, wobei dieser Ort bis zu mehreren Metern wegliegen kann. Somit kommt der Leuchtenkopf (z. B. einer Pendelleuchte) ohne stark aufbauende Elemente wie Kühlkörper oder Ventilatoren aus, da bei den vorerwähnten Pendelleuchten die entstehende Wärme im Bereich der Decke abgeführt werden kann. Die Wärmeübertragungseinrichtung dient somit gleichzeitig sowohl der Wärmeleitung als auch als Halterung für den Leuchtenkopf. Somit liegt der Vorteil der Erfindung darin, daß die an der Lichtquelle entstehende Wärme abgeführt und an einem entfernten Ort die Kühlung durchgeführt wird. Dabei kann die Wärme nahezu an jedem beliebigen Ort abgeführt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt als Wärmeübertragungseinrichtung gemäß Anspruch 2 wenigstens ein stabförmiges Rohr vor, in welchem sich ein Wärmeübertragungsmedium befindet. Bei diesem Rohr handelt es sich um eine sogenannte Heatpipe. Diese Heatpipe kann sich in einem äußeren Hüllrohr befinden. Der Wärmetransport über diese sogenannten Heatpipes bedeutet, daß ein oder mehrere rohrähnliche Gebilde zur Verfügung stehen, über welche die Verlustwärme zum eigentlichen Kühlkörper abgeleitet werden kann. Die Heatpipes werden am einen Ende mit der durch die LED's produzierten Wärme in Kontakt gebracht, so daß dann von dort aus durch die Heatpipe hindurch die Wärme abtransportiert und dem Kühlelement zugeführt wird. Das Grundprinzip dieser Heatpipes besteht dabei darin, daß am einen Ende die Heatpipe eine Heizzone definiert, welcher die Wärme der LED's zugeführt wird. Innerhalb der Heatpipe findet die Verdampfung eines Mediums statt, so daß ein Dampfstrom in Kapillaren entsteht, wobei dieser Dampfstrom durch die Kapillarwirkung dem anderen Ende, nämlich der Kühlzone der Heatpipe zugeführt wird. Hier erfolgt eine Kondensation des Dampfes, welche mit einer Abstrahlung von Wärme einhergeht. Durch die Kapillarwirkung erfolgt dann ein Rückfluß des - wieder - flüssigen Kondensats in entsprechenden Kapillaren, so daß dann ein neuer Wärmeaustauschkreislauf beginnen kann.
Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß die Wärme auf größere Flächen verteilt wird. Dadurch wird die Wärmeübertragung verbessert.
Die Weiterbildung in Anspruch 4 hat den Vorteil, daß die Heatpipe zugleich der elektrischen Stromübertragung dient. Hierzu können vorzugsweise in einem Hüllrohr zusätzlich zu der Heatpipe noch elektrische Leitungen für die Spannungsversorgung der LED's verlaufen. Bei niedrigen Spannungen kann die Heatpipe auch als stromführendes Element fungieren.
Bei Leuchten mit beweglichem Kopf können gemäß der Weiterbildung in Anspruch 5 die Heatpipes mit flexiblen, biegbaren Abschnitten versehen werden.
Außer dem vorbeschriebenen Wärmetransport durch die Heatpipes können diesen Heatpipes gleichzeitig auch zusätzliche Funktionen zugewiesen werden. Neben der Ableitung der Wärme von der LED-Platine zum Kühlkörper kann die Heatpipe gemäß Anspruch 6 zur Abpendelung einer Pendelleuchte oder gemäß Anspruch 7 zur Befestigung einer Leuchte dienen. Somit kommt der Leuchtenkopf beispielsweise einer Pendelleuchte ohne stark aufbauende Elemente wie Kühlkörper oder Ventilatoren aus, da die entstehende Wärme im Bereich der Decke abgeführt werden kann. Wie ausgeführt, dient die Heatpipe dabei gleichzeitig als Wärmeleitung sowie als Pendelrohr. Bei abgehängten Decken kann sowohl der Kühlkörper wie auch ein Ventilator oder eine Flüssigkühlung oberhalb der Decke untergebracht werden.
Bei Ausleger- oder Tischleuchten können bei der Weiterbildung in Anspruch 7 die Heatpipes als Kragarm und gleichzeitig als stromführende Elemente genutzt werden.
Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 vor, daß dem Kühlkörper ein Ventilator zugeordnet ist. Ein Ventilator wird dann eingesetzt, wenn zusätzlich aktiv gekühlt werden muß. Ein leistungsstarker Ventilator kann diskret in einem baldachinählichen Gehäuse unterhalb der Decke untergebracht werden.
Drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Leuchte werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1a: eine perspektivische Ansicht einer Pendelleuchte;
Fig. 1b: einen Längsschnitt durch die Pendelleuchte in Fig. 1a;
Fig. 1c: eine Draufsicht auf den Kühlkörper der Pendelleuchte in Fig. 1a und 1b;
Fig. 2: eine Prinzipskizze der sogenannten Heatpipe, wie sie bei der Pendelleuchte in Fig. 1a bis 1c verwendet wird;
Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Auslegerleuchte;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Tischleuchte.

Die in den Fig. 1a bis 1c dargestellte Leuchte ist eine Pendelleuchte, welche an einer Decke aufgehängt wird.
Der obere Bereich der Pendelleuchte weist neben einer Aufhängeeinrichtung einen Kühlkörper 1 aus radialen Lamellen auf. In diesem Kühlkörper 1 ist ein Ventilator 2 integriert. Der mittige untere Bereich des Kühlkörpers 1 weist einen Wärmeraum 3 auf, welcher - wie noch auszuführen sein wird - die Wärme auf eine größere Fläche verteilen soll.
Das untere Ende der Leuchte weist eine Platine 4 mit LED's 5 auf. Auch hier ist ein Wärmeraum 3 oberhalb der Platine 4 zur Verteilung der Wärme auf eine größere Fläche vorgesehen.
Zwischen dem oberen Kühlkörper 1 und der unteren Platine 4 mit den LED's 5 befindet sich eine Wärmeübertragungseinrichtung 6, welche die Wärme, die durch die LED's 5 entsteht, zu dem Kühlkörper 1 transportieren soll. Die Wärmeübertragungseinrichtung 6 ist durch ein Rohr 7 einer sogenannten Heatpipe gebildet. Das Rohr 7 befindet sich dabei in einem äußeren Hüllrohr 8.
Die Funktionsweise der Wärmeübertragungseinrichtung 6 ist dabei unter Bezugnahme auf Fig. 2 wie folgt:
Durch die LED's 5 entsteht Wärme, welche sich in dem Wärmeraum 3 sammelt. In diesen Wärmeraum 3 taucht das untere Ende des Rohrs 7 der Heatpipe ein. Diese Heatpipe besteht aus einer Vielzahl von Kapillaren 9, welche in dem Rohr 7 aus Kupfer längsverlaufend angeordnet sind. Zusätzlich befindet sich in dem Rohr 7 ein Wärmetransportmedium.
Durch die in Fig. 2 angedeutete Wärme 10, welche auf das untere Ende des Rohres 7 wirkt, erfolgt eine Verdampfung des im Rohr 7 befindlichen Mediums. Vom physikalischen Standpunkt her benötigt die Verdampfung eines flüssigen Mediums Energie und führt daher zu einem Kühleffekt. Durch die Verdampfung entsteht ein Dampfstrom, der längs der Kapillare 9 sehr schnell zum anderen Ende des Rohres 7 der Heatpipe transportiert wird. Dort erfolgt durch Kondensation eine Wärmeabgabe 11, welche über den Kühlkörper 1 und den Ventilator 2 an die Umgebungsluft abgegeben wird. Das nunmehr wieder flüssige Kondensat fließt durch die Kapillarwirkung der Kapillare 9 zurück, so daß ein neuer Kühlungskreislauf beginnen kann.
Fig. 3 zeigt eine Leuchte in Form einer Auslegerleuchte. Auch hier ist ein Leuchtenkopf 12 mit einer Platine 4 mit LED's 5 vorgesehen. Das andere Ende der Leuchte wird durch einen Kühlkörper 1 gebildet. Zwischen dem Leuchtenkopf 2 und dem Kühlkörper 1 befindet sich das Rohr 7 einer Heatpipe, wobei dieses Rohr 7 gleichzeitig als Auslegerarm der Leuchte dient.
Die Funktionsweise dieser Auslegerleuchte ist entsprechend der Pendelleuchte, wie sie zuvor beschrieben worden ist. D. h. die im Leuchtenkopf 12 entstehende Wärme wird über die Heatpipe dem Kühlkörper 1 zugeführt.
Fig. 4 schließlich zeigt eine Tischleuchte mit einem Leuchtenkopf 12 und einem Fußgestell 13. Zwischen dem Leuchtenkopf 12 und dem Fußgestell 13 sind zwei Rohre 7 einer Heatpipe vorgesehen. Diese beiden Heatpipes dienen zum einen dem Wärmeabtransport und zum anderen als Auslegerarm. Eine zusätzliche Funktion ist die als stromführende Elemente für die Spannungsversorgung der LED's 5. Am hinteren Ende der beiden Rohre 7 befindet sich der Kühlkörper 1.

Bezugszeichenliste

1: Kühlkörper
2: Ventilator
3: Wärmeraum
4: Platine
5: LED's
6: Wärmeübertragungseinrichtung
7: Rohr
8: Hüllrohr
9: Kapillare
10: Wärmezuführung
11: Wärmeabgabe
12: Leuchtenkopf
13: Fußgestell

Claims

Leuchte
mit einer Mehrzahl von auf einer Platine (4) angeordneten LED's (5) als Lichtquelle sowie
mit einem den LED's (5) zugeordneten Kühlkörper (1) zum Kühlen der LED's (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED's (5) und der Kühlkörper (1) örtlich voneinander getrennt sind und
daß zwischen den LED's (5) und dem Kühlkörper (1) eine Wärmeübertragungseinrichtung (6) angeordnet ist.
Leuchte nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wärmeübertragungseinrichtung (6) wenigstens ein stabförmiges Rohr (7) vorgesehen ist, in welchem sich ein längszirkulierendes Wärmeübertragungsmedium befindet.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß entweder das eine Ende oder beide Enden des Rohres (7) jeweils in einen zugeordneten Wärmeraum (3) eintauchen, welcher den LED's (5) und/oder dem Kühlkörper (1) zugeordnet ist.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Rohr (7) elektrische Leitungen angeordnet sind oder
daß das Rohr (7) als elektrischer Leiter dient.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) biegbar ist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) als Aufhängeeinrichtung für eine Pendelleuchte dient.
Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) als Auslegerarm für eine Auslegerleuchte dient.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kühlkörper (1) ein Ventilator (2) zugeordnet ist.