EP2143989A1 - Beleuchtungseinheit, LED- Modul und Verfahren - Google Patents
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- EP2143989A1 EP2143989A1 EP09165351A EP09165351A EP2143989A1 EP 2143989 A1 EP2143989 A1 EP 2143989A1 EP 09165351 A EP09165351 A EP 09165351A EP 09165351 A EP09165351 A EP 09165351A EP 2143989 A1 EP2143989 A1 EP 2143989A1
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- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Definitions
- the invention relates to a lighting unit, an LED module and a method for mounting an LED module.
- Lighting units with LEDs as light sources are known. Such lighting units serve, for example, as room lighting or for lighting artworks or billboards.
- a flexible circuit board is mounted on a support, which has a plurality of LED areas. These LEDs are mounted on the flexible printed circuit board where they are electrically interconnected ( DE 103 50 913 ).
- Another lighting unit with LED is off DE 10 2005 018175 known.
- a device for contacting optoelectronic components, in particular light emitting diodes, on busbars consists of a pot-like holding element, which has on its underside latching elements for latching the retaining element on the busbar and at its top one or more through holes for the terminals of the device to be contacted.
- the invention is based on the object to provide an improved lighting unit for at least one LED module, a corresponding LED module and a method for mounting an LED module to a lighting unit.
- the invention proposes a lighting unit with the features mentioned in claim 1. Further developments of the invention are the subject of dependent claims.
- the lighting unit thus contains at least one LED module, which is for example mounted on the outside of a housing.
- busbar which is connectable to another power supply.
- a contact element is mechanically and electrically connected for each pole of the LED module.
- head element for each pole of the LED module, which produces the electrical connection with the LED module outside the housing wall and within the housing, the electrical and mechanical connection with the contact element.
- a "head element” is understood in particular to be any fastening element for fastening the LED module to the outside of the housing, wherein the fastening element is designed to form an electrically conductive connection between the LED module and the busbar via a contact element that can be mounted on the fastening element ,
- the bus bar can be made by methods known per se for the manufacture of printed circuit boards.
- the bus bar has a carrier material, such as e.g. made of plastic, which carries a conductor track on one or both sides.
- the busbar can be a length of z. B. 0, 25 to 1 m, in particular 0.5 m, and a width of e.g. 5 mm to 20mm, in particular 12mm.
- the head element rests with the underside of its protruding over its shaft head on the housing facing away from the front of the LED module.
- Another proposed by the invention mounting option is that the head element is pressed with at least one contact pin in a plated-through hole of the LED module.
- the head element like the contact element, is a metallic or at least partially metallic element. It can therefore also be used to position the LED module and, if necessary, fix it mechanically.
- the LED module When formed as a partial metallic element, it preferably has a sheath or coating of insulating material to isolate it from the edge of an opening of a metal housing.
- connection between the head element and the contact element can be done in one of the usual way for the connection of metallic elements.
- connection of metallic elements can be a connector that can make both a mechanical and an electrically secure connection.
- connection is a screw connection.
- head element is designed as a sleeve element, for example with a blind hole.
- Such a bore or blind hole can be used to compress the head element with the contact element.
- the opening of the formed as a sleeve member head member has an internal thread.
- the head element can be screwed onto an external thread of the contact element.
- This external thread can be advantageously formed on a threaded projection of the contact element. It is possible in this way that the head element connected to the contact element merges with its outer surface flush into the outer surface of the contact element.
- the contact element is pressed with a plurality of contact pins in plated-through holes of the busbar. This pressing leads both to a mechanically secure and to an electrically good connection between the contact element and the busbar.
- the contact element is connected to terminal pads in SMT.
- the mechanical connection between the head element and the contact element is a spacer element forms, which defines a distance between the housing wall and the busbar defined.
- the LED module is thermally conductively connected to the housing wall. In the operation of the LED module occurring heat can therefore be transferred to the housing wall and thus derived.
- this can according to the invention have an opening with a closed edge for at least one head element.
- the head element is thus guided from the front through this opening and then pushed through the opening of the wall of the housing inwardly, where it is then connected to the contact element.
- the LED module for at least one head element has an outgoing from an edge of the LED module recess, which allows for appropriate dimensioning, the LED module laterally under the head of the head element to push.
- the LED module can have several individual LEDs, which are also optically separated from one another.
- the LED module has a large-area LED.
- the LED module has a plurality of individual LEDs.
- the LED module has a single large-area LED.
- At least one contact element is connected to a connection pad of the busbar in SMT technology.
- the bus bar can be inserted into the housing.
- a groove is formed for this purpose in the housing, via which the busbar can be inserted into the housing until the busbar reaches an end position.
- the end position can be given for example by an end stop or a latching connection to be formed in the end position.
- the already mounted on the busbar contact elements are positioned below the openings of the housing, so that an LED module can be conveniently mounted from the outside of the lighting unit using the head elements.
- the lighting unit with the preassembled busbar and mounted on the busbar contact elements is delivered to a customer. The customer can then even mount the LED modules requested by the customer on the lighting unit or dismantle an LED module to replace it with a new one.
- the easy interchangeability of an LED module of the lighting unit has the particular advantage that an existing LED module can be replaced by a new, advanced LED module.
- the invention makes it possible that the LED module is replaced by an organic LED module, ie an LED module with a so-called organic light emitting diode (OLED).
- OLED organic light emitting diode
- the lighting unit is modular, with a busbar defining a module.
- a busbar for example, be designed to power eight to ten LED modules.
- the bus bar must be dimensioned accordingly to supply the supply current for the multiple LED modules, the supply current may be in the range of a few amps.
- the housing has at least a portion of a metallic material, which is thermally conductively connected to the LED module when the LED module is mounted on the illumination unit. This makes it possible to use the housing as a heat sink to dissipate power loss of the LED module.
- the housing can be made entirely of a metallic material such. B. aluminum.
- the invention relates to an LED module for mounting to an embodiment of a lighting unit according to the invention.
- the one or more LEDs, which carries the carrier of the LED module, can be electrically connected to the carrier via per se known construction and connection technologies, in particular so-called. Bonding technologies, such. B. by SMD, flip-chip or chip-on-board techniques.
- the LED module has an exemption, in particular a defined depth exemption, which is also referred to here as a cavity in which an LED of the LED module is implanted.
- a defined depth exemption which is also referred to here as a cavity in which an LED of the LED module is implanted.
- the invention relates to a method for mounting an LED module to an embodiment of a lighting unit according to the invention.
- Embodiments of the method according to the invention are particularly advantageous since the customer can make the assembly itself as well as the disassembly, especially for the purpose of initial installation, the replacement of a defective LED module or to replace the LED module by an advanced LED module greater efficiency, especially an OLED module.
- FIG. 1 shows a plan view of a busbar.
- the busbar includes a busbar support 1, which is responsible for the mechanical stability of the busbar;
- a conventional printed circuit board substrate can be used.
- On the carrier 1 of the busbar are two printed conductors 2, which are insulated from each other. These interconnects 2 are connected to different potential.
- the tracks are widened, with the left in FIG. 1 to be seen broadened sites with plated through holes 3 are provided. For example, each of the widened locations has a number of 4, 5 or 3 * 3 holes 3. As will be shown below, these widened locations of the conductor tracks 2 serve to connect contact elements, so-called power elements.
- the FIG. 2 shows a plan view of an LED module 4.
- the LED module 4 includes a flat support 5, on which in FIG. 2 three LEDs 6 are mounted.
- the carrier 5 has the shape of an elongated rectangle, at both ends of which a hole 7 is formed in each case. In the in FIG. 2 It can not be seen that the carrier 5 is designed as a plate with parallel upper sides and lower sides.
- the support 5 is again formed as an elongated rectangle with holes 7 in the region of its two ends.
- the LED 6 has here but the shape of an elongated rectangle whose length is about the arrangement of the three LEDs 6 of the FIG. 2 equivalent.
- FIG. 4 While in the embodiments according to FIG. 2 and FIG. 3 at the ends of the carrier 5 holes 7 are arranged with a closed edge shows FIG. 4 an LED module 4, at the two ends recesses 8 are present, which are open to the edge.
- FIG. 5 shows how the individual parts are arranged to form a lighting unit.
- a housing with a housing wall 9.
- an LED module 4 is to be attached.
- This LED module 4 runs in FIG. 5 with its longitudinal direction perpendicular to the plane of the drawing.
- a through opening 11 is present.
- the LED module 4 is arranged in the region of this opening 11.
- a head element 12 with its shaft 13 is inserted through the hole 7 of the LED module 4 and through the opening 11 in the housing wall 9.
- the head element 12 has a flat with respect to its shaft 13 radially projecting head 14.
- the diameter of the shaft 13 of the head element 12 is smaller than the diameter of the hole 11 in the housing wall 9, so that there can be a clearance between the outside of the shaft 13 and the edge of the hole 11 on all sides.
- the shaft 13 of the head element 12 is provided by the head 14 facing away from the front side with a blind hole having an internal thread.
- the head element 12 is designed to cooperate with a contact element 15, which is also referred to as a power element.
- This contact element 15, which consists of solid metal, points to his in FIG. 5 lower side a plurality of pins 16 on.
- 4 contact pins 16 may be present on the contact element 15, depending on how the holes 3 in the conductor track 2 are arranged. These usually have a rectangular or square cross-section.
- the arrangement of the contact pins 16 corresponds to the arrangement of the plated-through holes 3 in the conductor 2 on the carrier 1 of the busbar. This is so in FIG. 5 shown.
- the contact element 15 is pressed with its contact pins 16 in the plated-through holes 3. The offset is determined by the concern of the body of the contact element 15 at the top of the conductor 2.
- the contact element 15 has a projection 17 with an external thread. On this external thread, the head member 14 is screwed. In this case, the underside of the head 14 of the head element 12 comes to rest on the upper side of the carrier 5 of the LED module 4 and establishes an electrical connection there. The result of this process is in FIG. 6 shown.
- the head member 12 engages with a widened head 14 at the top of the LED module 4.
- a head element is pressed with an LED module.
- FIG. 7 one of the FIG. 2 corresponding representation of a further LED module 4, in which for connection to a head element 12 'at both ends of the carrier 5 through holes 20 are provided, for example four such openings 20.
- the associated head element 12' has at its the LED module 4 facing Side of the number of holes 20 corresponding number of pins 21, see FIG. 8 , For example, 4, 5 or 3 * 3 pins 21. With these pins 21, the head member 12 'is pressed into the holes 20. This is schematically in FIG. 8 shown.
- the LED module 4 which now has at both ends in each case such a head piece 12 ', reversed and inserted with the head element 12' ahead through the opening 11 of the housing, see FIG. 9 .
- the combination of head element 12' and contact element 15 with the Busbar 1 pressed this step is not from the intersection of the FIG. 6 different. It is of course also possible that the process of compression between the head piece 12 'and the contact element 15 on the one hand and the contact element 15 and the busbar 1 on the other hand, a different order.
- FIG. 11 a busbar, in which there is a conductor track 2 with recesses on the upper side. With this existing on the top of conductor 2 groups of plated holes are connected. On the opposite side of the busbar 1, a conductor path is also present, which is connected to the other through-plated holes 3. As a result, more total space is available for each of the two tracks 2.
- FIG. 12 schematically shows the arrangement of an LED module with a carrier 5 and an LED 6.
- a head element 12 ' is used, which has on its underside a blind hole, the left in FIG. 12 indicated by dashed lines.
- the associated contact element 15 has on its upper side a projection 17, which is adapted to the blind hole. The connection between the two parts is done by a compression.
- the head element 12 "assigned to the other end of the carrier 5 of the LED module has a projection on its underside facing the contact element, while the upwardly directed end face of the contact element 15 has a blind hole which fits for this purpose.
- contact elements 15 have contact pins 16 with different arrangement patterns on their undersides, which are intended for connection to the through-holes 3 of the busbar 1. This is in FIG. 12 represented by the fact that the two contact elements have a different number of contact pins.
- FIG. 14 shows a perspective embodiment of a lighting unit according to the invention, wherein in this embodiment, both conductor tracks two are arranged on the same side of the carrier 1 of the busbar.
- FIG. 15 shows a further embodiment, wherein at one end of the carrier 1 of the busbar, a connector 22 is located, via which the busbar can be connected to a power supply.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit, ein LED-Modul und ein Verfahren zur Montage eines LED-Moduls.
- Beleuchtungseinheiten mit LEDs als Lichtquellen sind bekannt. Solche Beleuchtungseinheiten dienen z.B. als Raumbeleuchtung oder zur Beleuchtung von Kunstwerken oder Werbetafeln.
- Bei einem bekannten LED-Modul ist auf einem Träger eine flexible Leiterplatte angebracht, die eine Mehrzahl von LED-Bereichen aufweist. Diese LEDs sind auf die flexible Leiterplatte montiert und dort elektrisch verschaltet (
DE 103 50 913 ). - Eine weitere Beleuchtungseinheit mit LED ist aus
DE 10 2005 018175 bekannt. - Aus der
DE 35 24 138 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Kontaktieren von optoelektronischen Bauelementen, insbesondere Leuchtdioden, auf Stromschienen bekannt. Sie besteht aus einem topfartigen Halteelement, das an seiner Unterseite Rastelemente zum Verrasten des Halteelements auf der Stromschiene und an seiner Oberseite eine oder mehrere Durchgangsöffnungen für die Anschlüsse des zu kontaktierenden Bauelementes aufweist. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Beleuchtungseinheit für zumindest ein LED-Modul, ein entsprechendes LED-Modul und ein Verfahren zur Montage eines LED-Moduls an einer Beleuchtungseinheit zu schaffen..
- Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Beleuchtungseinheit mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Die Beleuchtungseinheit enthält also mindestens ein LED-Modul, das beispielsweise an der Außenseite eines Gehäuses angebracht ist. Zur Stromversorgung dient eine in dem Gehäuse angeordnete Stromschiene, die mit einer weiteren Stromversorgung verbindbar ist. Mit der Stromschiene ist für jeden Pol des LED-Moduls ein Kontaktelement mechanisch und elektrisch verbunden. Durch eine Öffnung der Gehäusewandung greift ein Kopfelement für jeden Pol des LED-Moduls hindurch, das außerhalb der Gehäusewand die elektrische Verbindung mit dem LED-Modul und innerhalb des Gehäuses die elektrische und mechanische Verbindung mit dem Kontaktelement herstellt.
- Unter einem "Kopfelement" wird hier insbesondere jedes Befestigungselement zur Befestigung des LED-Moduls an der Außenseite des Gehäuses verstanden, wobei das Befestigungselement dazu ausgebildet ist, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem LED-Modul und der Stromschiene über ein an dem Befestigungselement montierbares Kontaktelement auszubilden.
- Die Stromschiene kann mit Hilfe von Verfahren hergestellt werden, die an sich für die Fertigung von Leiterplatten bekannt sind. Beispielsweise hat die Stromschiene ein Trägermaterial, wie z.B. aus Kunststoff, das einseitig oder beidseitig eine Leiterbahn trägt. Die Stromschiene kann eine Länge von z. B. 0, 25 bis 1 m, insbesondere 0,5 m, und eine Breite von z.B. 5 mm bis 20mm, insbesondere 12mm aufweisen.
- In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kopfelement mit der Unterseite seines über seinen Schaft vorspringenden Kopfes an der dem Gehäuse abgewandten Vorderseite des LED-Moduls anliegt. Dieses Anliegen an einer mit jeweils einem Anschluss des LED-Moduls verbundenen Metallisierung kann zu einer großflächigen Anlage und damit zu geringen Übergangswiderständen führen.
- Eine andere von der Erfindung vorgeschlagene Befestigungsmöglichkeit besteht darin, dass das Kopfelement mit mindestens einem Kontaktstift in eine durchkontaktierte Bohrung des LED-Moduls eingepresst ist.
- Bei dem Kopfelement handelt es sich, ebenso wie bei dem Kontaktelement, um ein metallisches oder mindestens teilweise metallisches Element. Es kann daher auch dazu verwendet werden, das LED-Modul zu positionieren und gegebenenfalls auch mechanisch festzulegen. Wenn es als teilweise metallisches Element ausgebildet ist, so weist es vorzugsweise eine Hülle oder einen Überzug aus einem isolierendem Material auf, um es gegenüber dem Rand einer Öffnung eines aus Metall bestehenden Gehäuses zu isolieren.
- Die Verbindung zwischen dem Kopfelement und dem Kontaktelement kann auf eine der zur Verbindung von metallischen Elementen üblichen Weise geschehen. Beispielsweise kann es sich um eine Steckverbindung handeln, die sowohl eine mechanische als auch eine elektrisch sichere Verbindung herstellen kann.
- Es ist aber ebenfalls möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, dass es sich bei der Verbindung um eine Verschraubung handelt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Kopfelement als Hülsenelement ausgebildet ist, beispielsweise mit einer Sacklochbohrung.
- Eine solche Bohrung oder Sacklochbohrung kann dazu verwendet werden, das Kopfelement mit dem Kontaktelement zu verpressen.
- Ebenfalls möglich ist es, dass die Öffnung des als Hülsenelement ausgebildeten Kopfelements ein Innengewinde aufweist. Mit diesem Innengewinde kann das Kopfelement auf ein Außengewinde des Kontaktelements aufgeschraubt werden. Dieses Außengewinde kann mit Vorteil an einem Gewindeansatz des Kontaktelements ausgebildet sein. Es ist auf diese Weise möglich, dass das mit dem Kontaktelement verbundene Kopfelement mit seiner Außenfläche bündig in die Außenfläche des Kontaktelements übergeht.
- Zur Verbindung des Kontaktelements mit den leitenden Bereichen der Stromschiene kann eine der üblichen Befestigungsmethoden verwendet werden, wie sie bei so genannten Powerelementen und Leiterplatten bekannt sind. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass das Kontaktelement mit mehreren Kontaktstiften in durchkontaktierte Bohrungen der Stromschiene eingepresst ist. Dieses Einpressen führt sowohl zu einer mechanisch sicheren als auch zu einer elektrisch guten Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Stromschiene.
- Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass das Kontaktelement mit Anschlusspads in SMT verbunden wird.
- In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mechanische Verbindung zwischen dem Kopfelement und dem Kontaktelement ein Abstandselement bildet, das einen Abstand zwischen der Gehäusewand und der Stromschiene definiert herstellt.
- In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Kopfelement und dem Rand der Öffnung des Gehäuses, durch das das Kopfelement hindurchgreift, ein radialer Abstand vorhanden ist.
- Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass das LED-Modul wärmeleitend mit der Gehäusewand verbunden ist. Bei dem Betrieb des LED-Moduls auftretende Wärme kann daher auf die Gehäusewand übertragen und damit abgeleitet werden.
- Damit das Kopfelement mit der Unterseite seines Kopfs an dem LED-Modul angreifen kann, kann dieses erfindungsgemäß eine Öffnung mit einem geschlossenen Rand für mindestens ein Kopfelement aufweisen. Das Kopfelement wird also von der Vorderseite her durch diese Öffnung hindurch geführt und dann durch die Öffnung der Wand des Gehäuses nach innen geschoben, wo es dann mit dem Kontaktelement verbunden wird.
- Es ist aber ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass das LED-Modul für mindestens ein Kopfelement eine von einem Rand des LED-Moduls ausgehende Ausnehmung aufweist, was es bei entsprechender Dimensionierung ermöglicht, das LED-Modul seitlich unter den Kopf des Kopfelements zu schieben.
- Das LED-Modul kann, je nach dem gewünschten Anwendungsfall, mehrere einzelne auch optisch voneinander getrennte LEDs aufweisen.
- Es ist aber ebenfalls möglich, dass das LED-Modul eine großflächige LED aufweist.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Kopfelement und dem Rand der Öffnung des Gehäuses ein Abstand vorhanden.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das LED-Modul mehrere einzelne LEDs.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das LED-Modul eine einzige großflächige LED.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Kontaktelement mit einem Anschlusspad der Stromschiene in SMT Technik verbunden.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Stromschiene in das Gehäuse einschiebbar. Beispielsweise ist hierzu in dem Gehäuse eine Nut ausgebildet, über die die Stromschiene in das Gehäuse eingeschoben werden kann, bis die Stromschiene eine Endposition erreicht. Die Endposition kann zum Beispiel durch einen Endanschlag oder eine in der Endposition auszubildende Rastverbindung gegeben sein. Wenn sich die Stromschiene in deren Endposition befindet, so sind die an der Stromschiene bereits montierten Kontaktelemente unterhalb der Öffnungen des Gehäuses positioniert, so dass ein LED-Modul bequem von außen an der Beleuchtungseinheit mit Hilfe der Kopfelemente montiert werden kann. Beispielsweise wird die Beleuchtungseinheit mit der vormontierten Stromschiene und den an der Stromschiene montierten Kontaktelementen zu einem Kunden ausgeliefert. Der Kunde kann dann selbst die von dem Kunden gewünschten LED-Module an der Beleuchtungseinheit montieren, bzw. ein LED-Modul demontieren, um es durch ein neues zu ersetzen.
- Die leichte Austauschbarkeit eines LED-Moduls der Beleuchtungseinheit hat insbesondere den Vorteil, dass ein existentes LED-Modul durch ein neues, weiterentwickeltes LED-Modul ausgetauscht werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, dass das LED-Modul durch ein organisches LED-Modul ersetzt wird, d. h. ein LED-Modul mit einer so genannten organic light emitting diode (OLED). Bei zukünftig zu erwartenden Weiterentwicklungen der LED-Technik kann also der Kunde die Beleuchtungseinheit weiterverwenden und muss lediglich die LED-Module durch neue ersetzen.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Beleuchtungseinheit modular aufgebaut, wobei eine Stromschiene ein Modul definiert. Eine Stromschiene kann beispielsweise zur Energieversorgung von acht bis zehn LED-Modulen ausgebildet sein. In diesem Fall muss die Stromschiene entsprechend dimensioniert sein, um den Versorgungsstrom für die mehreren LED-Module zuführen zu können, wobei der Versorgungsstrom im Bereich von einigen Ampere liegen kann.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Gehäuse zumindest einen Abschnitt aus einem metallischen Material, der mit dem LED-Modul wärmeleitend verbunden ist, wenn das LED-Modul an der Beleuchtungseinheit montiert ist. Dies ermöglicht es, das Gehäuse als Kühlkörper zur Abfuhr von Verlustleistung des LED-Moduls zu verwenden. Insbesondere kann das Gehäuse insgesamt aus einem metallischen Material wie z. B. Aluminium bestehen.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein LED-Modul zur Montage an einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit. Die eine oder mehreren LEDs, die der Träger des LED-Moduls trägt, können elektrisch mit dem Träger über an sich bekannte Aufbau- und Verbindungstechnologien, insbesondere sog. Bonding-Technologien, verbunden sein, wie z. B. mittels SMD, Flip-Chip oder Chip-on-Board Techniken.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das LED-Modul eine Freistellung, insbesondere eine definierte Tiefenfreistellung, die hier auch als Kavität bezeichnet wird, in der eine LED des LED-Moduls implantiert ist. Durch die Implantation der LED in die Freistellung wird der Abstand zwischen der LED und dem Gehäuse und damit der Wärmeübergangswiderstand zwischen der LED und dem Gehäuse reduziert, so dass die Verlustleistung entsprechend effizient abgeführt werden kann.
- In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines LED-Moduls an einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind besonders vorteilhaft, da der Kunde selbst die Montage sowie auch die Demontage vornehmen kann, insbesondere für die Zwecke der Erstmontage, des Austausches eines defekten LED-Moduls oder zum Ersatz des LED-Moduls durch ein weiterentwickeltes LED-Modul größerer Effizienz, insbesondere eines OLED-Moduls.
- Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
- Figur 1
- eine Draufsicht auf eine Stromschiene mit zwei getrennte Leiterbahnen;
- Figur 2
- eine Draufsicht auf ein erstes LED-Modul;
- Figur 3
- eine Draufsicht auf ein zweites LED-Modul;
- Figur 4
- eine Draufsicht auf ein drittes LED-Modul;
- Figur 5
- einen schematischen Schnitt durch eine Gehäusewandung mit den zur Befestigung des LED-Moduls dienenden Einzelteilen in auseinander ge zogenem Zustand;
- Figur 6
- das Ergebnis der Zusammensetzung der Einzelteile der
Figur 5 ; - Figur 7
- eine der Figur zwei entsprechende Darstellung eines weiteren LED-Moduls;
- Figur 8
- die Anbringung eines Kopfelements an einem LED-Modul;
- Figur 9
- eine der
Figur 5 entsprechende Darstellung; - Figur 10
- eine der
Figur 6 entsprechende Darstellung; - Figur 11
- eine der
Figur 1 entsprechende Darstellung einer Stromschiene; - Figur 12
- schematisch die Anbringung eines LED-Moduls aus einer Richtung quer zur Darstellung der
Figuren 9 und 10 ; - Figur 13
- stark vereinfacht eine Art der Ausbildung von Kontaktelementen;
- Figur 14
- eine perspektische Ansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit;
- Figur 15
- einen Abschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strom schiene mit montierten Kontaktelementen.
-
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Stromschiene. Die Stromschiene enthält einen Stromschienenträger 1, der für die mechanische Stabilität der Stromschiene zuständig ist; zur Realisierung des Stromschienenträgers 1 kann ein übliches Leiterplattenträgermaterial verwendet werden. Auf dem Träger 1 der Stromschiene befinden sich zwei Leiterbahnen 2, die voneinander isoliert sind. Diese Leiterbahnen 2 stehen mit unterschiedlichem Potential in Verbindung. An mehreren Stellen sind die Leiterbahnen verbreitert, wobei die links inFigur 1 zu sehenden verbreiterten Stellen mit durchkontaktierten Löchern 3 versehen sind. Beispielsweise hat jeder der verbreiterten Stellen eine Anzahl von 4, 5 oder 3*3 Löchern 3. Wie im Folgenden noch gezeigt werden wird, dienen diese verbreiterten Stellen der Leiterbahnen 2 zum Anschluss von Kontaktelementen, so genannten Powerelementen. - Die
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf ein LED-Modul 4. Das LED-Modul 4 enthält einen flachen Träger 5, an dem inFigur 2 drei LEDs 6 angebracht sind. Der Träger 5 weist die Form eines lang gestreckten Rechtecks auf, an dessen beiden Enden jeweils ein Loch 7 ausgebildet ist. In der inFigur 2 dargestellten Draufsicht ist nicht zu sehen, dass der Träger 5 als Platte mit parallelen Oberseiten und Unterseiten ausgebildet ist. - Bei der Ausführungsform der
Figur 3 ist der Träger 5 wiederum als langgestrecktes Rechteck mit Löchern 7 im Bereich seiner beiden Enden ausgebildet. Die LED 6 weist hier aber die Form eines langgestreckten Rechtecks auf, dessen Länge etwa der Anordnung der drei LEDs 6 derFigur 2 entspricht. - Während bei den Ausführungsformen nach
Figur 2 und Figur 3 an den Enden des Trägers 5 Löcher 7 mit geschlossenem Rand angeordnet sind, zeigtFigur 4 ein LED-Modul 4, an dessen beiden Enden Ausnehmungen 8 vorhanden sind, die zum Rand hin offen sind. - Die
Figur 5 zeigt, wie die einzelnen Teile angeordnet werden, um eine Beleuchtungseinheit zu bilden. Es ist ein Gehäuse mit einer Gehäusewand 9 vorhanden. An der inFigur 5 oben dargestellten Außenseite 10 des Gehäuses soll ein LED-Modul 4 angebracht werden. Dieses LED-Modul 4 verläuft inFigur 5 mit seiner Längsrichtung senkrecht zur Zeichnungsebene. In der Gehäusewand 9 ist eine durchgehende Öffnung 11 vorhanden. Das LED-Modul 4 wird im Bereich dieser Öffnung 11 angeordnet. Von der Außenseite her wird ein Kopfelement 12 mit seinem Schaft 13 durch das Loch 7 des LED-Moduls 4 hindurch und durch die Öffnung 11 in der Gehäusewandung 9 hindurch gesteckt. Das Kopfelement 12 weist einen flachen gegenüber seinem Schaft 13 radial vorspringenden Kopf 14 auf. Der Durchmesser des Schafts 13 des Kopfelements 12 ist kleiner als der Durchmesser des Lochs 11 in der Gehäusewandung 9, so dass allseits ein Abstand zwischen der Außenseite des Schafts 13 und dem Rand des Lochs 11 vorhanden sein kann. Der Schaft 13 des Kopfelements 12 ist von der dem Kopf 14 abgewandten Stirnseite her mit einem Sackloch versehen, das ein Innengewinde aufweist. - Das Kopfelement 12 ist zum Zusammenwirken mit einem Kontaktelement 15 ausgebildet, das auch als Powerelement bezeichnet wird. Dieses Kontaktelement 15, das aus massivem Metall besteht, weist auf seiner in
Figur 5 unteren Seite mehrere Kontaktstifte 16 auf. Beispielsweise können 4, 5 oder 3*3 Kontaktstifte 16 an dem Kontaktelement 15 vorhanden sein, je nachdem, wie die Bohrungen 3 in der Leiterbahn 2 angeordnet sind. Diese haben üblicherweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Der Anordnung der Kontaktstifte 16 entspricht die Anordnung der durchkontaktierten Bohrungen 3 in der Leiterbahn 2 auf den Träger 1 der Stromschiene. Dies ist so inFigur 5 dargestellt. Das Kontaktelement 15 wird mit seinen Kontaktstiften 16 in die durchkontaktierten Bohrungen 3 eingepresst. Die Einpresstiefe wird durch das Anliegen des Korpus des Kontaktelements 15 an der Oberseite der Leiterbahn 2 bestimmt. - An der den Kontaktstiften 16 abgewandten Seite enthält das Kontaktelement 15 einen Vorsprung 17 mit einem Außengewinde. Auf dieses Außengewinde wird das Kopfelement 14 aufgeschraubt. Dabei kommt die Unterseite des Kopfs 14 des Kopfelements 12 auf der Oberseite des Trägers 5 des LED-Moduls 4 zur Anlage und stellt dort eine elektrische Verbindung her. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist in
Figur 6 dargestellt. - Bei der bislang behandelten Ausführungsform greift das Kopfelement 12 mit einem verbreiterten Kopf 14 an der Oberseite des LED-Moduls 4 an. Es ist aber ebenfalls möglich, dass ein Kopfelement mit einem LED-Modul verpresst wird. Hierzu zeigt
Figur 7 eine derFigur 2 entsprechende Darstellung eines weiteren LED-Moduls 4, bei dem zur Verbindung mit einem Kopfelement 12' an beiden Enden des Trägers 5 durchkontaktierte Bohrungen 20 vorhanden sind, beispielsweise vier solche Öffnungen 20. Das zugehörige Kopfelement 12' weist an seiner dem LED-Modul 4 zugewandten Seite eine der Zahl der Bohrungen 20 entsprechende Zahl von Kontaktstiften 21 auf, sieheFigur 8 , beispielsweise 4, 5 oder 3*3 Kontaktstifte 21. Mit diesen Kontaktstiften 21 wird das Kopfelement 12' in die Bohrungen 20 eingepresst. Dies ist schematisch inFigur 8 dargestellt. - Anschließend wird das LED-Modul 4, das nun an beiden Enden jeweils ein solches Kopfstück 12' aufweist, umgedreht und mit dem Kopfelement 12' voran durch die Öffnung 11 des Gehäuses hindurchgesteckt, siehe
Figur 9 . Dann erfolgt eine Verpressung zwischen dem Kopfelement 12' und dem Kontaktelement 15. Anschließend wird die Kombination aus Kopfelement 12' und Kontaktelement 15 mit der Stromschiene 1 verpresst, wobei dieser Schritt sich nicht von dem Schnitt derFigur 6 unterscheidet. Es ist natürlich auch möglich, dass der Vorgang des Verpressens zwischen dem Kopfstück 12' und dem Kontaktelement 15 einerseits und dem Kontaktelement 15 und der Stromschiene 1 andererseits einer anderen Reihenfolge erfolgt. - Während bei der Stromschiene 1, die in
Figur 1 dargestellt ist, beide Leiterbahnen 2 auf der Oberseite angeordnet sind, zeigtFigur 11 eine Stromschiene, bei der auf der Oberseite eine Leiterbahn 2 mit Ausnehmungen vorhanden ist. Mit dieser auf der Oberseite vorhandenen Leiterbahn 2 sind Gruppen von durchkontaktierten Bohrungen verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite der Stromschiene 1 ist ebenfalls eine Leiterbahn vorhanden, die mit den anderen durchkontaktierten Bohrungen 3 verbunden ist. Dadurch steht für jede der beiden Leiterbahnen 2 insgesamt mehr Platz zur Verfügung. - Es wurde eingangs erwähnt, dass die Kopfelemente 12 auf verschiedene Arten mit den Kontaktelementen 15 verbunden werden können. Ein solches Anwendungsbeispiel, wo dies besonders sinnvoll ist, zeigt die
Figur 12 . DieFigur 12 zeigt schematisch die Anordnung eines LED-Moduls mit einem Träger 5 und einer LED 6. Für das eine Ende des Trägers 5 wird ein Kopfelement 12' verwendet, das an seiner Unterseite eine Sacklochbohrung aufweist, die links inFigur 12 gestrichelt angedeutet ist. Das zugeordnete Kontaktelement 15 weist auf seiner Oberseite einen Ansatz 17 auf, der an die Sacklochbohrung angepasst ist. Die Verbindung zwischen beiden Teilen geschieht durch eine Verpressung. - Das dem anderen Ende des Trägers 5 des LED-Moduls zugeordnete Kopfelement 12" weist an seiner dem Kontaktelement zugewandten Unterseite einen Vorsprung auf, während die nach oben gerichtete Stirnfläche des Kontaktelements 15 eine hierzu passende Sacklochbohrung aufweist. Auch hier geschieht die Verbindung durch eine Verpressung. Durch diese an beiden Enden des Trägers 5 des LED-Moduls unterschiedliche Arten des Kopfelements 12 kann eine falsche Verbindung mit den Kontaktelementen 15 vermieden werden. Hierdurch wird also ein Verdrehschutz ermöglicht.
- Eine weitere Sicherung gegen falsche Verbindung könnte auch dadurch geschehen, dass die Kontaktelemente 15 an ihrer zur Verbindung mit den durchkontaktierten Bohrungen 3 der Stromschiene 1 bestimmten Unterseiten Kontaktstifte 16 mit unterschiedlichem Anordnungsbild aufweisen. Dies ist in
Figur 12 dadurch dargestellt, dass die beiden Kontaktelemente eine unterschiedliche Zahl von Kontaktstiften aufweisen. - Diese Art eines Verdrehschutzes kann natürlich nicht nur mit den Kopfelementen 12 geschehen, die in den Träger 5 des LED-Moduls eingepresst werden, sondern auch mit den Kopfelementen 12 der Ausführungsform nach
Figur 5 und 6 . Dies ist inFigur 13 dargestellt. - Die
Figur 14 zeigt eine perspektivische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit, wobei bei dieser Ausführungsform beide Leiterbahnen zwei auf derselben Seite des Trägers 1 der Stromschiene angeordnet sind. - Die
Figur 15 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei sich an einem Ende des Trägers 1 der Stromschiene ein Konnektor 22 befindet, über den die Stromschiene mit einer Stromversorgung verbunden werden kann.
Claims (15)
- Beleuchtungseinheit, mit einem Gehäuse,
zumindest einem an der Außenseite des Gehäuses angeordneten LED-Modul (4),
einer in dem Gehäuse angeordneten Stromschiene (1) zur Stromversorgung des LED-Moduls (4),
zwei mit der Stromschiene (1) elektrisch und mechanisch verbundenen Kontaktelementen (15), sowie mit
zwei durch je eine Öffnung (11) des Gehäuses hindurch greifenden mit den Kontaktelementen (15) verbundenen Kopfelementen (12, 12'), die an der Vorderseite des Gehäuses die Anschlüsse für das LED-Modul (4) herstellen. - Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, bei der das Kopfelement (12) einen Kopf (14) mit einer Unterseite aufweist und mit dieser Unterseite an der Vorderseite eines Trägers (5) des LED-Moduls (4) anliegt.
- Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, bei der das Kopfelement (12') mit Kontaktstiften (21) in durchkontaktierte Bohrungen (20) des LED-Moduls (4) eingepresst ist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kopfelement (12, 12') das LED-Modul (4) mechanisch positioniert und/oder festlegt.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kopfelement (12) mit dem Kontaktelement (15) verschraubt oder verpresst ist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kopfelement (12, 12') als Hülsenelement ausgebildet ist , bei der das Hülsenelement ein Gewinde an seiner Innenseite aufweist, das mit einem Gewindeansatz (17) des Kontaktelements (15) in Eingriff steht.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kontaktelement (15) in durchkontaktierte Bohrungen (3) der Stromschiene (1) eingepresst ist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der das Kontaktelement (15) zusammen mit dem Kopfelement (12, 12') ein Abstandselement zwischen dem Gehäuse und der Stromschiene darstellt. - Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das LED-Modul (4) wärmeleitend mit der Gehäusewand (9) verbunden ist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das LED-Modul (4) für mindestens ein Kopfelement (12) eine Öffnung (7) mit einem geschlossenen Rand aufweist und/oder bei der das LED-Modul (4) für mindestens ein Kopfelement (12) eine von einem Rand des LED-Moduls (4) ausgehende den Schaft (13) des Kopfelements (12) aufnehmende Ausnehmung (8) aufweist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die an den beiden Enden des Trägers (5) eines LED-Moduls (4) angeordneten Kopfelemente (12) eine unterschiedliche Verbindungsart mit den zugeordneten Kontaktelementen (15) aufweisen und/oder bei der die an den beiden Enden des Trägers (5) eines LED-Moduls (4) mithilfe der Kopfelemente (12) angebrachten Kontaktelemente (15) eine unterschiedliche Verbindungsart mit den Leiterbahnen (2) der Stromschiene (1) aufweisen.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschiene in das Gehäuse bis zu einer Endposition einschiebbar ist, wobei die Kontaktelemente (15) unterhalb der Öffnungen (11) des Gehäuses positioniert sind, wenn die Endposition erreicht ist, sodass das zumindest eine LED-Modul (4) mit Hilfe der Kopfelemente an den Kontaktelementen montierbar, bzw. von den Kontaktelementen demontierbar ist.
- Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Abschnitt des Gehäuses aus einem metallischen Material besteht, wobei der Abschnitt des Gehäuses wärmeleitend über die Kopfelemente mit dem LED-Modul verbunden ist, sodass der Abschnitt des Gehäuses einen Kühlkörper zur Abfuhr von Verlustleistung des LED-Moduls bildet.
- LED-Modul für eine Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das LED-Modul Befestigungsmittel zur Aufnahme der Kopfelemente (12, 12;) hat, über die das LED-Modul an der Beleuchtungseinheit mechanisch zu befestigen ist, und über die eine elektrisch leitende Verbindung zur Stromversorgung der LED-Module und eine wärmeleitende Verbindung zur Abfuhr von Verlustleistung über das Gehäuse der Beleuchtungseinheit ausbildbar sind.
- Verfahren zur Montage eines LED-Moduls (4) an einer Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, mit folgenden Schritten:- Positionierung des LED-Moduls über den Öffnungen (11) des Gehäuses,- Verbindung des LED-Moduls mit den Kontaktelementen mit Hilfe der Kopfelemente.
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