EP2837875A1 - Verfahren zur montage eines blocks aus strahlenquellen und led-beleuchtungsvorrichtung mit einem derartigen block - Google Patents

Verfahren zur montage eines blocks aus strahlenquellen und led-beleuchtungsvorrichtung mit einem derartigen block Download PDF

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EP2837875A1
EP2837875A1 EP12874074.3A EP12874074A EP2837875A1 EP 2837875 A1 EP2837875 A1 EP 2837875A1 EP 12874074 A EP12874074 A EP 12874074A EP 2837875 A1 EP2837875 A1 EP 2837875A1
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a method for assembling a beam source assembly according to the preamble of claim 1 and an LED illumination device with such an assembly according to the preamble of claim 2.
  • an LED module in which the board is installed with LEDs on the radiator surface with the possibility of thermal contact.
  • the optically transparent plate comprises a circuit board and is airtight on the surface attached to the radiator.
  • a transparent sealant is injected via a special nozzle into the space between the optical disk and the board. The sealant expands upon heating and generates the force needed to press the board ( CN101776256 (A ), IPC F21V31 / 04, published on 14.07.2010).
  • the beam source assembly with an optical disk, a cooler, a board with LEDs, which are arranged on the radiator so that heat exchange is possible and with hold-downs to press the board against the radiator, is characterized in that between the board with LEDs and the optically transparent plate, an elastic electrical insulating layer is arranged, whose first surface is connected to a surface of the optically transparent plate and whose second surface is connected to a surface of the board with LEDs.
  • the elastic Elektroisoliertik holes for receiving the said LEDs.
  • As hold-down for the board on the cooler elastic elements are used, which are mounted on the surface of the optically transparent plate.
  • the board 2 ( Fig. 3 ) is provided with LEDs 7.
  • an elastic electrical insulating layer 3 is applied on the board 2.
  • the electrical insulating layer 3 is provided with holes 8, the formation of which allows the inclusion of the LEDs 7 therein. Possibly.
  • lenses 9 may be formed on the optical disk 4, the optical properties of which are selected according to the specific application.
  • the heat released by the LEDs 7 is largely dissipated via the thermal contact between the board 2 and the surface of the radiator 1.
  • the quality of the heat exchange between the contact surfaces of the board 2 and the radiator 1 depends on the size of its contact surface. In order to achieve a constant heat exchange surface, the board 2 is pressed against the radiator 1 by means of elastic hold-down 5.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

Das Verfahren zum Zusammenbau einer Strahlquellenbaugruppe und die LED-Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Baugruppe ist in der Lichttechnik einsetzbar und kann bei der Herstellung von Beleuchtungsanlagen für Allgemein-, Außen- und Innenbeleuchtung verwendet werden. Der technische Effekt der erfindungsgemäßen technischen Lösung ist ein Abbau der thermischen Verformung der optischen Platte, eine Verbesserung der Fertigungsgerechtheit, eine Sicherstellung der Dichtheit und eine Verbesserung des Wärmeaustauschs. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Elektroisolierschicht mit adhäsionsfähiger Beschichtung zwischen einer optischen Platte und einer Platine mit LEDs angeordnet wird. Die elastische Elektroisolierschicht weist Bohrungen zur Aufnahme von LEDs auf, und als Niederhalter für die genannte Platine am Kühler werden elastische Elemente verwendet, die zwischen dem Kühler und der optischen Platte angeordnet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenbau einer Strahlquellenbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine LED-Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
  • Die Erfindung ist in der Lichttechnik einsetzbar und kann bei der Herstellung hochintensiver LED-Beleuchtungsanlagen für Allgemein-, Außen- und Innenbeleuch-tung verwendet werden.
  • Die Umwandlung von elektrischer Energie in Lichtstrahlung durch LEDs wird von beachtlicher Wärmefreisetzung begleitet. Um die überflüssige Wärme zu entfernen, werden z. B. Alu-Kühler verwendet. Dabei ist es wichtig, einen sicheren Wärmekontakt zwischen der Oberfläche des Kühlers und der Platine mit den LEDs sicherzustellen. Das ist für den Bereich der Montage des LED-Chips besonders wichtig. Die Ebenheit der Paarungsflächen ist bei Massenfertigung weit vom Ideal entfernt. Um Luftspalte zwischen der Platine und dem Kühler zu beseitigen, muss eine wärmeleitfähige Paste benutzt oder eine Minimierung der Luftspalte sicher-gestellt werden, indem die Platine gegen die Oberfläche des Kühlers über wärmeleitfähige Paste niedergedrückt wird.
  • Ähnliche Probleme entstehen infolge eines Wärmeüberflusses an der Schnittstelle zwischen der Oberfläche der Platine und der optisch transparenten Schutzhülle. Eine thermische Hüllendeformation verursacht nicht nur eine Verschlechterung der optischen Eigenschaften sondern auch ein Undichtwerden der Oberfläche der Platine.
  • Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen bekannt, die einen Körper und eine transparente Glasscheibe aufweisen, welche die Leiterplatte (Platine) mit den LEDs abdeckt und sich auf den Kühlerkörper stützt (Patente CN102095144 (A ), CN201851969 (U ), CN201811088 (U )).
  • Aus dem Stand der Technik ist eine technische Lösung bekannt, wonach ein elastisches Montageelement benutzt wird, um die Platine mit LEDs gegen einen Kühler anzudrücken, wobei das Montageelement mit dem Kühler verschraubt wird ( EP2306035 (A1 ), IPC EP2306035 (A1), veröffentlicht am 06.04.2011 ).
  • Diese technische Lösung ermöglicht es, die Wärmebelastung der LEDs herabzusetzen, ist allerdings nicht fertigungsgerecht, weil der Einbau zahlreicher elastischer Montageelemente sehr arbeitsaufwändig ist.
  • Aus dem Stand der Technik ist ein LED-Modul bekannt, bei dem die Platine mit LEDs an der Kühleroberfläche mit der Möglichkeit eines Wärmekontakts installiert wird. Die optisch transparente Platte umfasst eine Platine und ist luftdicht an der Oberfläche des Kühlers befestigt. Um eine Niederdrückkraft der Platine am Kühler zu erzeugen, wird ein transparentes Dichtungsmittel über einen speziellen Stutzen in den Raum zwischen der optischen Platte und der Platine gespritzt. Das Dichtungsmittel dehnt sich bei einer Erwärmung aus und erzeugt die benötigte Kraft, um die Platine anzudrücken ( CN101776256 (A ), IPC F21V31/04, veröffentlicht am 14.07.2010).
  • Das Problem der Abdichtung und des gleichmäßigen Druckaufbaus über die gesamte Fläche der Platine ist im bekannten Stand der Technik ideal gelöst. Aus der Sicht der Arbeitsaufwändigkeit kann jedoch eine solche Lösung in der Großproduktion nicht verwendet werden, da sie verfahrenstechnisch kompliziert ist.
  • Der nächstkommende Stand der Technik hinsichtlich der Erfindung ist die Patentanmeldung CN101776256 (A ).
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die thermische Deformation einer optischen Platte abzubauen, die Fertigungsgerechtheit zu verbessern, die Dichtheit sicherzustellen und die Wärmeableitung von der Platine mit LEDs zu verbessern.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das Verfahren zum Zusammenbau einer Strahlquellenbaugruppe einer LED-Beleuchtungseinrichtung umfasst die Montage einer Lichtquellen-Platine an einer Kühler-Oberfläche, die Anordnung und die Abdichtung einer optischen Platte und die Erzeugung einer Niederdrückkraft der Platine am Kühler und ist dadurch gekennzeichnet, dass die optische Platte mit einer ersten Oberfläche einer elastischen Elektroisolierschicht und deren zweite Oberfläche mit einer Oberfläche der Platine mit LEDs verbunden wird. Dabei erfolgt die Verbindung der erwähnten Oberflächen der elastischen Elektroisolierschicht mittels Adhäsionskräften. Die Niederdrückkraft wird mit Hilfe eines Kraftangriffs an der Oberfläche der optisch transparenten Platte erzeugt.
  • Bei der angemeldeten technischen Lösung handelt es sich um eine Baugruppe mit Strahlquellen, die nach dem genannten Verfahren hergestellt wird und folgende Gesamtheit von kennzeichnenden Merkmalen einschließt.
  • Die Strahlquellenbaugruppe mit einer optischen Platte, einem Kühler, einer Platine mit LEDs, die auf dem Kühler so angeordnet sind, dass ein Wärmeaustausch möglich ist und mit Niederhaltern, um die Platine gegen den Kühler zu drücken, ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Platine mit LEDs und der optisch transparenten Platte eine elastische Elektroisolierschicht angeordnet ist, deren erste Oberfläche mit einer Oberfläche der optisch transparenten Platte und deren zweite Oberfläche mit einer Oberfläche der Platine mit LEDs verbunden ist. Dabei weist die elastische Elektroisolierschicht Bohrungen zur Aufnahme der genannten LEDs auf. Als Niederhalter für die Platine am Kühler sind elastische Elemente benutzt, die auf der Oberfläche der optisch transparenten Platte montiert sind.
  • Die Anordnung einer elastischen Schicht zwischen der transparenten Platte und der Oberfläche der Platine stellt eine Verbindung her, welche eine freie gegenseitige Verschiebung der verbindbaren Elemente während der Wärmeausdehnung ermöglicht, ohne jegliche Bindungen zu verformen und ihre Integrität zu zerstören.
  • Gemäß einer der Ausgestaltungen kann die elastische Schicht aus einem Silikon-Compound erzeugt werden. Der Silikon-Compound ist mittels einer Schablone z. B. netzförmig auf die Oberfläche der Platine mit LEDs aufgetragen.
  • Die Erfindung wird anhand folgender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Detail einer Beleuchtungseinrichtung im Schnitt mit einer Strahlquellenbaugruppe,
    Fig. 2
    ein vergrößertes Detail der Strahlquellenbaugruppe nach Fig. 1, um die Ausgestaltung des Niederhalters der Platine am Kühler zu veranschaulichen und
    Fig. 3
    eine Isometrie-Darstellung der Platine mit der elastischen Elektroisolierschicht und der optischen Platte in Explosionsanordnung.
  • Die Strahlquellenbaugruppe (Fig. 1) enthält einen Kühler 1, eine Platine 2 mit LEDs, eine elastische Elektroisolierschicht 3, eine optische Platte 4 und einen elastischen Niederhalter 5.
  • Zwischen dem Kühler 1 und der Platine 2 ist ein Spalt 6 vorgesehen, um eine eventuelle Wärmeausdehnung der Platine 2 (Fig. 2) auszugleichen. Die optische Platte 4 mit allen angrenzenden Bauteilen der Konstruktion hat Verbindungen, welche eine freie gegenseitige Verschiebung im Bereich der Wärmeausdehnung möglich machen. Die elastischen Niederhalter 5 sind in einer Profilnute 10 des Kühlers 1 so angeordnet, dass die elastischen Kräfte der Niederhalter 5 einen Druck gegen die Oberfläche der optischen Platte 4 erzeugen. Dieser Druck wird über die elastische Elektroisolierschicht 3 an die Platine 2 weitergeleitet und drückt diese somit gegen die Oberfläche des Kühlers 1 nieder.
  • Die Platine 2 (Fig. 3) ist mit LEDs 7 versehen. Auf die Platine 2 ist eine elastische Elektroisolierschicht 3 aufgetragen. Die Elektroisolierschicht 3 ist mit Bohrungen 8 versehen, deren Ausbildung die Aufnahme der LEDs 7 darin ermöglicht. Ggf. können an der optischen Platte 4 Linsen 9 ausgebildet werden, deren optische Eigenschaften je nach spezifischer Anwendung gewählt werden.
  • Die durch die LEDs 7 freigesetzte Wärme wird größtenteils über den Wärmekontakt zwischen der Platine 2 und der Oberfläche des Kühlers 1 zerstreut. Die Qualität des Wärmeaustauschs zwischen den Kontaktoberflächen der Platine 2 und dem Kühler 1 hängt von der Größe ihrer Kontaktfläche ab. Um eine konstante Wärmeaustauschfläche zu erreichen, wird die Platine 2 gegen den Kühler 1 mittels elastischer Niederhalter 5 gedrückt.
  • Als ein konkretes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße technische Lösung kann eine leistungsstarke LED-Beleuchtungseinrichtung für Straßenbeleuchtung betrachtet werden. Ein Detail dieser LED-Beleuchtungseinrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Kühler 1 wird aus einer Alu-Legierung gefertigt. Auf dem Kühler 1 ist eine Platine 2 mit den LEDs 7 angeordnet. Eventuell gibt es zwischen dem Kühler 1 und der Platine 2 eine wärmeleitfähige Paste. Die Oberfläche der Platine 2 ist mit einer Elektroisolierschicht 3 versehen, deren Oberfläche adhäsionsfähig ist. An einer der Oberflächen der Isolierschicht 3 ist eine optische Platte 4, z. B. aus Polykarbonat, angeordnet. Während des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung ruft die durch LEDs 7 entwickelte Wärme eine lineare Ausdehnung der Platine 2 hervor. Aufgrund unterschiedlicher Längsdehnungszahlen der Werkstoffe kommt es zu einer mechanischen Verschiebung zwischen den Elementen. Dank der Elastizität der Elektroisolierschicht 3 wird die Integrität der Bindungen zwischen den Elementen jedoch nicht gestört. Die LEDs bleiben abgedichtet, und die relative Verschiebung der Bauteile wird durch die Verschiebung in der elastischen Elektroisolierschicht 3 ausgeglichen.
  • Die Erfindung wird nicht auf die in der Beschreibung genannten Ausgestaltungen der Elemente der Beleuchtungseinrichtung beschränkt. Sie können durch gleichwertige Materialien, Verbindungen und Konstruktionen ersetzt werden, welche zu einem ähnlichen Effekt führen. Die Herstellungsschritte und die Bestandteile der Konstruktion der Beleuchtungseinrichtung sind einfach und können unter Einsatz bekannter Produktionsmittel mit automatisierten Steuerungen gefertigt werden.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Zusammenbau einer Strahlquellenbaugruppe einer LED-Beleuchtungseinrichtung mit folgenden Verfahrensschritten: Anordnung einer Platine (2) mit Lichtquellen auf einer Oberfläche eines Kühlers (1), Montage und Abdichtung einer optischen Platte, Erzeugung einer Niederdrückkraft, um die Platine (2) gegen den Kühler (1) zu drücken,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die optische Platte (4) mit einer ersten Oberfläche einer elastischen Elektroisolierschicht (3) verbunden wird,
    dass die zweite Oberfläche der elastischen Elektroisolierschicht (3) mit der Oberfläche der Platine (2) mit LEDs verbunden wird, wobei die Verbindung der Oberfläche der elastischen Elektroisolierschicht (3) mittels Adhäsionskräften erfolgt und
    dass die Niederdrückkraft mittels einer Beanspruchung der Oberfläche der optisch transparenten Platte (4) erzeugt wird.
  2. Strahlquellenbaugruppe einer LED-Beleuchtungseinrichtung mit einer optischen Platte (4), einem Kühler (1), einer Platine (2) mit LEDs, die auf dem Kühler (1) so angeordnet sind, dass ein Wärmeaustausch möglich ist und mit Niederhaltern (5), um die Platine (2) gegen den Kühler (1) zu drücken,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der Platine (2) mit LEDs und der optisch transparenten Platte (4) eine elastische Elektroisolierschicht (3) angeordnet ist, deren erste Oberfläche mit einer Oberfläche einer optisch transparenten Platte (4) und deren zweite Oberfläche mit einer Oberfläche der Platine (2) mit LEDs verbunden ist,
    dass die elastische Elektroisolierschicht (3) Bohrungen (8) zur Aufnahme der LEDs aufweist und
    dass als Niederhalter (5) für die Platine (2) am Kühler (1) elastische Elemente verwendet sind, welche zwischen der Oberfläche der optisch transparenten Platte (4) und dem Kühler (1) montiert sind.
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