DE102005013208A1 - Lighting unit has light emitting diodes mounted in housing tube filled with a cooling liquid - Google Patents

Gekühlte LED-Leuchte welche aus einem Aussengehäuse 3 besteht, in dessen Inneren die Leuchtdiode 1 von einer transparenten Kühlfüssigkeit 5 umgehen ist. UnteransprücheCooled LED light which from an outer housing 3, in the interior of the light-emitting diode 1 of a transparent cooling liquid 5 is bypass. under claims

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Leuchtdioden Leuchte (LED), bei der die Leuchtdiode direkt mit einer kühlenden Flüssigkeit umgeben ist.The The invention relates to a cooled Light emitting diode lamp (LED), in which the LED is directly connected to a cooling liquid is surrounded.

Es sind bereits eine Reihe gekühlter Leuchten bekannt. Bei diesen Entwicklungen ühernehmen mit Flüssigkeit durchströmte Röhren über und neben dem Leuchtmittel die Abwärme und führen diese ab. Dies dient meist der Raumklimatisierung durch Nutzen oder Abführen der Lampenabwärme. Bei den neuartigen Leuchtdioden-Leuchten bekommt die Kühlung der lichtabstrahlenden Diode eine ganz neue Bedeutung. Bei diesen Dioden-Lampen steht die Kühlung des Leuchtmittels in direktem Zusammenhang mit ihrer Lebensdauer.It are already a number of cooled Luminaires known. In these developments, take with liquid flowed through Tubes over and next to the bulb the waste heat and lead these off. This is usually the room air conditioning by use or lead away the lamp waste heat. In the new type of light-emitting diode lights gets the cooling of the light-emitting diode a whole new meaning. With these diode lamps is the cooling of the lamp in direct connection with their life.

Schwache Leuchtdioden (LED) unter einem Watt Leistung können gut mit konventionellen Metallkühlkörpern gekühlt werden. Leuchtdioden über 1 W Leistung sind jedoch sehr schwer zu kühlen, da die lichtproduzierende Diode sehr klein ist. steht nur eine sehr kleine Kontaktfläche zum Übertragen der für die LED schädlichen Abwärme zur Verfügung. Nach dem Stand der Technik wird die Leuchtdiode auf einen Untergrund (Platine) aufgeklebt oder gelötet.Weakness Light-emitting diodes (LED) under a watt of power can work well with conventional ones Metal heat sinks are cooled. Light diodes over 1 W of power, however, are very difficult to cool as the light-producing Diode is very small. There is only a very small contact surface for transfer the for damaging the LED waste heat to disposal. According to the prior art, the light emitting diode on a substrate (Board) glued or soldered.

An diese Platine wird dann noch ein entsprechender Kühlkörper angesetzt. Zwischen jeder dieser Bauteile muss ein Kleber als Verbindungsmaterial eingehracht werden. Jede dieser Schichten behindert die Wärmeübertragung. Die angewendeten Kühlelemente müssen im Verhältnis relativ groß dimensioniert werden um der kleinen Wärmepunktaufnahme genügend Wärme zu entzichen.At This board is then attached to a corresponding heat sink. Between each of these components must be an adhesive as a bonding material be received. Each of these layers hinders heat transfer. The applied cooling elements have to in relation to relatively large dimensions become around the small heat point recording enough Heat too entzichen.

Die neueste Generation von hochlumigen LED für Beleuchtungszwecke bewegt sich im Bereich von 3-5 W Leistung.The latest generation of high-lumen LED for lighting moves in the range of 3-5 W power.

Mit den gebräuchlichen technischen Mitteln können diese nur ungenügend gekühlt werden. So erreichen diese für die Beleuchtung sehr interessanten Leuchtdioden nur einen Bruchteil ihrer möglichen Lebensdauer.With the usual one technical means can these only insufficient chilled become. How to achieve this Lighting very interesting LEDs only a fraction their possible lifespan.

Zweck der Erfindung ist es. eine gekühlte LED-Leuchte zu schaffen, die durch eine einfache und effektive Kühlung der Diode eine größtmögliche Lichtausbeute und Lebensdauer ermöglicht.purpose It is the invention. a cooled LED light to create, through a simple and effective cooling of the Diode a maximum light output and lifetime allows.

Bei der Eingangs genannten erfindungsgemässen Leuchte wird die gestellte Aufgabe dadurch erfüllt. dass die Leuchtdiode direkt von einer Kühlflüssigkeit umgeben ist.at the input said inventive lamp is asked Task thereby fulfilled. that the LED is surrounded directly by a cooling liquid.

Dadurch, dass die LED von allen Seiten mit Kühlflüssigkeit umgehen ist, wird eine grösstmögliche Wärmeabführung ermöglicht. Es kann auf zusätzliche Kühlflächen und Verrippungen verzichtet werden.Thereby, that the LED is dealing with coolant from all sides, will allows the greatest possible heat dissipation. It may be additional Cooling surfaces and Ribs are dispensed with.

Da die Wärmeabgabe der Diode relativ gering ist, reicht eine kleine Menge an Kühlflüssigkeit um die Diode auf einer günstigen Betriebstemperatur zu halten.There the heat output the diode is relatively low, a small amount of coolant is sufficient the diode on a cheap Operating temperature to keep.

Zweckmässigerweise verwendet man als Kühlflüssigkeit dünnflüssiges Silikonöl.Conveniently, used as a coolant low-viscosity silicone oil.

Silikonöl ist ein sehr guter Wärmeleiter. es ist wasserklar und verhält sich neutral zu den Bauteilen. Es ist langzeitstabil (keine Eintrübung), wirkt als elektrischer Isolator,ist frostunempfindlich und zugleich kostengünstig.Silicone oil is one very good heat conductor. it is water clear and behaves neutral to the components. It is long-term stable (no cloudiness), acts As an electrical insulator, frost-resistant and cost-effective.

Bei einem eventuellen Austreten des Öles aus der Leuchte ist es gesundheitlich unbedenklich.at a possible leakage of the oil The light is harmless to health.

Die Leuchtdiode wird von allen Seiten vom Kühlmedium umspült, je nach Wärmeabgabe entsteht in dem dünnflüssigen Silikonöl eine aufsteigende Strömung um die erwärmten Stellen, in der Strömung wird kühlende Flüssigkeit herangeführt. Die eingebrachte Wärme verteilt sich und wird über die Aussenfläche des Gehäuses abgegeben.The LED is surrounded by cooling medium from all sides, depending on heat arises in the thin silicone oil an ascending flow around the heated ones Bodies, in the flow will be cooling liquid introduced. The introduced heat spreads and becomes over the outer surface of the housing issued.

Zweckmässigerweise wird das Aussengehäuse aus transparentem Kunststoff gefertigt. So kann die Leuchtdiode im Inneren des Gehäuses ähnlich der Wendel einer Glühlampe leuchten und das Licht nach aussen abgehen.Conveniently, becomes the outer casing made of transparent plastic. So the LED can inside the case similar to the Filament of a lightbulb shine and the light go out.

Gemäss einer vorteilhaften Ausbildungsform kann der Querschnitt des Gehäuses in Zusammenhang mit der Flüssigkeitsfüllung und den damit verbundenen unterschiedlichen Brechungsindizes als Linse bzw. lichtlenkendes Element mit eingebettetem Leuchtmittel funktionieren.According to one advantageous embodiment, the cross-section of the housing in Related to the liquid filling and the associated different refractive indices as a lens or light-directing element with embedded bulbs work.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform kann die Aussenkontur des transparenten Gehäuses eine reflektorisch wirkende Geometrie erhalten. Diese kann das Licht über totalreflektion lenken.According to one Another advantageous embodiment, the outer contour of the transparent housing obtained a reflector-acting geometry. This can be the light over total reflection to steer.

Ebenfalls können reflektorische Elemente mit reflektierenden Materialien bedampft werden und so das Licht lenken und direkt Blendung vermeiden helfen.Also can Reflective elements coated with reflective materials and thus direct the light and directly avoid glare.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform kann die Aussenkontur des Gehäuses geometrisch sehr einfach gehalten werden. Im Inneren dieses transparenten, teiltransparenten Kugelnder Rohrkörpers können bewegliche LED-Lampen eingehängt werden, die innerhalb der Aussenkontur unterschiedliche Ausstrahlungswinkel zulassen.According to a further advantageous embodiment, the outer contour of the housing can be geometrically kept very simple. Inside of these transparent, semi-transparent balls of the tubular body, moving LED lamps can be used be hanged, which allow different beam angles within the outer contour.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Aushildungsform können kleinere, kapselförmig die LED umgebende Elemente in Haltestrukturen oder Gehäuse integriert werden.According to one Another advantageous Aushildungsform can smaller, capsule-shaped the LED surrounding elements integrated into holding structures or housing become.

So können kugelförmige Elemente mir integriertem Reflektorteil in unterschiedliche Raumwinkel gelenkt werden.So can spherical Elements with integrated reflector part steered into different solid angles become.

Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform können z.B. direkt und indirekt leuchtende Strukturen zu einem Lampenprofil kombiniert werden.According to one In another advantageous embodiment, e.g. directly and indirectly luminous structures are combined to form a lamp profile.

Diese Profile können linear oder auch kreisförmig gestaltet werden, je nach lichttechnischer Anforderung.These Profiles can linear or circular be designed, depending on lighting requirements.

Die 1.2 zeigt eine gekühlte Leuchte im Schnitt, die ein Aussengehäuse 3 mit einer eingearbeiteten Reflektorform 2 und eine durch zarte Abstandshatter 4 gehaltene Leuchtdiode 1 im Silikonöl 5 zeigt. Die Lichtstrahlen werden durch den Reflektor 2 gelenkt. Die Grösse der Gehäusekugel 3 wird der benötigten Kühlleistung der LED 1 entsprechend dimensioniert. Die Kugel kann über die Öffnung 7 befüllt werden. Durch diese Öffnung 7 können auch die Stromleitungen geführt werden.The 1.2 shows a cooled light in the section, the outer casing 3 with an incorporated reflector shape 2 and one by a delicate spacer 4 held light emitting diode 1 in silicone oil 5 shows. The light rays are transmitted through the reflector 2 directed. The size of the housing ball 3 is the required cooling capacity of the LED 1 dimensioned accordingly. The ball can over the opening 7 be filled. Through this opening 7 also the power lines can be led.

Diese Öffnung 7 wird nach dem Befüllen verschweisst. Die 1.1 zeigt eine Aussenansicht der Kugel.This opening 7 is welded after filling. The 1.1 shows an outside view of the ball.

Die 2 zeigt transparente Längsprofile-Gehäuse 3, im Schnitt dargestellt. die im Inneren mit Silikonöl 5 gefüllt sind. Im Inneren dieser Profile 3 befinden sich vom Kühlmedium 5 umgeben die LED 1.The 2 shows transparent longitudinal profiles housing 3 , shown in section. the inside with silicone oil 5 are filled. Inside these profiles 3 are located on the cooling medium 5 surround the LED 1 ,

Die vom LED 1 ausgesandten Lichtstrahlen 6 werden beim Austreten aus dem Kühlmedium 5 etsprechend der als Beispiel gezeigten Aussenkontur 3 totalreflektiert oder gebeugt.The LED 1 emitted light rays 6 when exiting the cooling medium 5 corresponding to the outer contour shown as an example 3 totally reflected or bent.

Die Kontur des Gehäuses 3 kann den lichttechnischen Anforderungen entsprechend konstruiert werden.The contour of the housing 3 can be designed according to the lighting requirements.

3 zeigt transparente bzw. teilbedampfte Leuchten, bei denen das Aussengehäuse 3 zu einzelnen Reflektoren 2 geformt ist. Die LED 1 ist im Inneren des Gehäuses 3 mit den Haltern 4 gehalten. 3 shows transparent or partially vaporized luminaires, in which the outer housing 3 to individual reflectors 2 is shaped. The LED 1 is inside the case 3 with the holders 4 held.

Die Leuchtdiode 1 wird allseitig vom Kühlmedium 5 umspült und gekühlt. Das Licht 6 trifft durch das transparente Silikonöl 5 in den Reflektor 2 und wird der Geometrie entsprechend gelenkt.The light-emitting diode 1 is on all sides of the cooling medium 5 lapped and cooled. The light 6 hits through the transparent silicone oil 5 in the reflector 2 and is steered according to the geometry.

Die 3.1 zeigt ein Längsprofil. Die 3.2 eine Ringanordnung.The 3.1 shows a longitudinal profile. The 3.2 a ring arrangement.

4 stellt eine Leuchte dar. die den Kugelleuchtenkörpcr von 1 in Verbindung mit einem Haltegehäuse 7 zeigt. Dieses Gehäuse erlaubt eine Verstellung des Lichtaustrittes 6. 4 represents a lamp that the ball lamp body of 1 in conjunction with a holding housing 7 shows. This housing allows adjustment of the light emission 6 ,

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem in dem einfachen transparenten Gehäuseprofil 7 die LED-Lampen. bestehend aus Reflektor 2 und Diode 1 im Silikonöl 5. durch Halteklammern verstellbar gehalten werden. 5 shows a further embodiment in which in the simple transparent housing profile 7 the LED lamps. consisting of reflector 2 and diode 1 in silicone oil 5 , be kept adjustable by retaining clips.

Der Lichtaustritt 6 kann so vorbestimmt worden. 5 zeigt ein eckiges Profil. 5.1. ein rundes. 5.2 eine Aufsicht auf das Element 5.1.The light emission 6 can be so predetermined. 5 shows a square profile. 5.1 , a round. 5.2 a view of the element 5.1 ,

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leuchtenprofiles mit eingeformten Reflektoren 2. Die Dioden 1 werden vom Silikonkühlöl 5 umspült. Das Licht 6 kann bei dieser Bauform nach oben und unten abgestrahlt werden. 6 shows a further embodiment of a lighting profile with molded reflectors 2 , The diodes 1 be from silicone cooling oil 5 lapped. The light 6 can be radiated up and down in this design.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Leuchte werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben:embodiments the inventive Luminaire are described in more detail below with reference to the drawings:

1 eine kugelförmige Einzel-LED-Leuchte in der Ansicht und im Schnitt betrachtet 1 a spherical single-LED light viewed in view and in section

2 weitere Leuchten in der Form von Längsprofilen. die optisch wirksam sind 2 further lights in the form of longitudinal profiles. which are optically effective

3 eine weitere Leuchte in Form einer Längs- und Radialform, mit aus dem Aussengehäuse geformten reflektorischen Elementen 3 another lamp in the form of a longitudinal and radial shape, with formed from the outer housing reflector elements

4 eine weitere Leuchte, die eine kugelförmige Einzelleuchte im Verbund mit einem Haltegehäuse zeigt 4 Another lamp, which shows a spherical single luminaire in conjunction with a holding housing

5 zeigt weitere Leuchten, bei denen einfache Gehäusequerschnitte gezeigt werden, in denen vom Kühlmedium umspült bewegliche LED-Lampen sitzen. 5 shows more lights, in which simple housing cross-sections are shown, in which sitting around the cooling medium movable LED lamps sit.

6 zeigt eine weitere Leuchte, bei der in unterschiedliche (direkt – indirekt) Richtung wirkende LED's in einem gekühlten Gehäuse gezeigt werden. 6 shows another lamp, in which are shown in different (direct - indirect) direction acting LEDs in a cooled housing.