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Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Lichtquelle, welche ein ringartiges Gehäuse aufweist, an dem ein LED-Modul positioniert ist.
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LED-Module dieser Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise auch von der Anmelderin vertrieben. Derartige so genannte Spotlight-Module beinhalten die für die Lichterzeugung verantwortlichen LEDs auf LED-Modulen, die im Rahmen der so genannten COB-(Chip on Board)-Technologie erstellt werden, bei der der bzw. die LED-Chips direkt auf eine hoch wärmeleitende Aluminium-Platine gebonded werden. Es hat sich herausgestellt, dass hierbei eine effizientere Ableitung der während des Betriebs entstehenden Wärme erzielt werden kann und gleichzeitig hohe Leuchtstärken erhalten werden. Üblicherweise ist ein derartiges Spotlight-Modul derart ausgeführt, dass ein Gehäusering mit Federkontakten zur elektrischen Kontaktierung auf das LED-Modul aufgesetzt wird, wobei dann die an der Rückseite des LED-Moduls vorgesehene Aluminiumplatte für die Wärmeabfuhr verantwortlich ist.
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Derartige LED-Lichtquellen haben sich bewährt und werden vielfältig eingesetzt. Ein Nachteil bislang bekannter Lichtquellen dieser Art besteht allerdings darin, dass diese nicht ausreichend gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit, Staub und Berührungen geschützt sind. Bei Verwendung entsprechender LED-Lichtquellen ist also der Leuchtenhersteller dafür verantwortlich, die Lichtquellen in geeigneter Weise innerhalb der Leuchten zu positionieren und ggf. durch zusätzliche Maßnahmen zu schützen.
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Die bislang bekannten Spotlight-Module erfüllen also nicht die Anforderungen der entsprechenden so genannten IP-Schutzklassen, was zur Folge hat, dass sie lediglich als Lichtquellen klassifiziert sind, die für den Einsatz in geschlossenen Räumen geeignet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabenstellung zugrunde, LED-Lichtquellen der oben beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sie vielseitiger einsetzbar sind und insbesondere auch die Anforderungen bestimmter IP-Schutzklassen erzielen.
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Die Aufgabe wird durch eine LED-Lichtquelle, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Wie auch beim Stand der Technik wird die erfindungsgemäße LED-Lichtquelle dadurch realisiert, dass ein ringartiges Gehäuse vorgesehen ist, an dem das LED-Modul mit dem zumindest einen LED-Chip positioniert wird. Das LED-Modul ragt hierbei mit einem Kontaktierungsbereich in den umlaufenden Aufnahmeraum des Gehäuses, um hier die Kontaktierung mit seitlich an das Gehäuse herangeführten externen Stromversorgungskabeln sicherzustellen. Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, speziell diesen Bereich gegenüber äußeren Einflüssen dadurch zu schützen, dass der Bereich mit einer Vergussmasse ausgefüllt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also eine LED-Lichtquelle vorgeschlagen, welche ein ringartiges Gehäuse aufweist, das einen ringartigen Aufnahmeraum bildet, sowie ein an dem Gehäuse angeordnetes LED-Modul, welches zumindest einen LED-Chip aufweist, wobei zumindest ein Teil des LED-Moduls mit einem Kontaktierungsbereich in den Aufnahmeraum des Gehäuses ragt und dort mit Stromversorgungskabeln elektrisch verbunden ist und wobei erfindungsgemäß zumindest der Bereich des Aufnahmeraums des Gehäuses, in dem der Kontaktierungsbereich des LED-Moduls positioniert ist, mit einer Vergussmasse ausgefüllt ist.
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Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum des Gehäuses im Wesentlichen vollständig mit der Vergussmasse ausgefüllt. Diese wird in einem Zustand aufgebracht, in dem das LED-Modul bereits an dem Gehäuse positioniert und durch die Stromversorgungskabel kontaktiert ist. Die Vergussmasse besteht dabei vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wobei insbesondere eine silikonbasierte Vergussmasse vorgesehen sein kann.
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Eine weitere vorteilhafte Maßnahme, durch welche der Schutz des LED-Moduls vor äußeren Einflüssen zusätzlich verbessert wird, besteht dabei darin, dass abweichend von den bislang bekannten Lösungen, bei denen offenliegende Klemmkontakte zur Kontaktierung der Stromversorgungskabel genutzt wurden, nunmehr die Stromversorgungskabel direkt mit dem LED-Modul verlötet sind. Bei dieser etwas aufwendigeren Art der Kontaktierung ist sichergestellt, dass beim anschließenden Auffüllen des Aufnahmeraums des Gehäuses mit der Vergussmasse diese auch tatsächlich den Kontaktierungsbereich des LED-Moduls mit den angelöteten Kabelenden vollständig umschließen kann. Dies ist bei den bislang zum Einsatz kommenden offenliegenden Klemmkontakten nicht immer gewährleistet, weshalb der Schutz vor äußeren Einflüssen optimiert wird.
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Das zum Einsatz kommende LED-Modul weist vorzugsweise ein plattenförmiges Trägerelement auf, welches an der Rückseite des Gehäuses anliegt und – in einer Projektion senkrecht zur Gehäuseebene gesehen – mit seinem Umfang in dem Bereich des Aufnahmeraums des Gehäuses ragt. Vorzugsweise ragt hierbei der gesamte Umfang des LED-Moduls in den Bereich des Aufnahmeraums.
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Zur zusätzlichen Abdichtung des Kontaktierungsbereichs kann dann vorgesehen sein, dass an der dem Gehäuse zugewandten Oberfläche des Trägerelements ein zusätzliches ringartiges Dichtelement vorgesehen ist, welches mit dem Gehäuse zusammenwirkt und gleichzeitig auch den LED-Chip des LED-Moduls umgibt.
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Der LED-Chip ist üblicherweise durch eine Phosphorschicht überdeckt, durch welche eine Anpassung des letztendlich abgegebenen Lichts hinsichtlich der Wellenlängen erfolgt. Auch hier kann eine zusätzliche Schutzmaßnahme vorgesehen sein, indem die Phosphorschicht durch ein lichtdurchlässiges Schutzelement, insbesondere durch eine Glasplatte überdeckt ist. Dabei hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Phosphorschicht mittels der so genannten Dam-and-Fill-Technologie (Ringdamm, der aufgefüllt wird) auf das LED-Modul aufgebracht wird. Die Glasplatte beziehungsweise allgemein das Abdeckelement liegt dann vorzugsweise auf dem Damm der Phosphorschicht auf.
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Letztendlich führen diese oben beschriebenen Maßnahmen dazu, dass die Lichtquelle insgesamt ausreichend vor Feuchtigkeit, Staub und Berührungen geschützt ist, so dass die Möglichkeit besteht, für die Lichtquelle die Schutzklasse IP68 zu erreichen, welche nunmehr auch den Einsatz in Außenbereichen ermöglicht.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße LED-Lichtquelle in perspektivischer Ansicht von oben;
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2 die Unterseite der Lichtquelle von 1 und
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3 eine schematische Darstellung der Lichtquelle im Teilschnitt, um die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Optimierung des Schutzes zu verdeutlichen.
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Die in den 1 bis 3 allgemein mit dem Bezugszeichen 100 versehene erfindungsgemäße LED-Lichtquelle gleicht hinsichtlich ihres äußeren Erscheinungsbilds in weiten Teilen bereits bekannten derartigen Lichtquellen. Im Wesentlichen besteht die LED-Lichtquelle 100 also aus zwei Komponenten, einerseits einem ringartigen Gehäuse 10 sowie andererseits einem an dem Gehäuse 10 positionierten LED-Modul 20, welches für die Erzeugung und Abstrahlung des von der Lichtquelle 100 insgesamt abgegebenen Lichts verantwortlich ist.
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Das Gehäuse 10 weist wie bereits erwähnt eine Ringform auf (wobei alternativ zur gezeigten Kreisform auch eine quadratische oder polygonale Form denkbar wäre) und umschließt eine zentrale Öffnung 18, in welcher der bzw. die für die Lichterzeugung verantwortlichen LED(s) platziert ist bzw. sind. Dabei bildet das Gehäuse 10 einen in 3 erkennbaren ringartigen Aufnahmebereich 11, der von den Gehäusewänden begrenzt wird. Hierbei handelt es sich einerseits um die bezüglich der Gehäuseebene E (siehe 3) senkrecht ausgerichtete Außenwand 12 sowie eine Innenwand 15, die der zentralen Öffnung 18 des Gehäuses 10 zugewandt und wie in 3 gezeigt geneigt ausgeführt ist, derart, dass ausgehend von dem LED-Modul 20 eine sich erweiternde Öffnung geschaffen wird. Die geneigte Innenwand 15 des Gehäuses 10 ist vorzugsweise zumindest teilweise reflektierend (z.B. weiß) ausgeführt und besteht aus einem reflektierenden Material, das zusätzlich diffuse und/oder streuende Eigenschaften aufweisen kann, derart, dass die Innenwand 15 auch als sich in Lichtabstrahlrichtung öffnender Reflektortopf genutzt werden kann. Die Oberfläche der Öffnung bzw. des Reflektortopfes kann strukturiert (aufgeraut) ausgeführt werden. An ihren oberen Enden gehen Außenwand 12 und Innenwand 15 in einem horizontalen Bereich 13 ineinander über.
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An der dem horizontalen Bereich 13 gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 10 offen, so dass der Aufnahmebereich 11 von der der Lichtabstrahlseite der Lichtquelle 100 gegenüberliegenden Seite her zugänglich ist, um beispielsweise das Verdrahten des LED-Moduls 20 zu ermöglichen.
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Wie insbesondere in 1 erkennbar ist, sind ferner an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Ringform Öffnungen bzw. Ausnehmungen 19 ausgebildet. Diese korrespondieren mit entsprechenden Ausnehmungen 22 in einem an der Rückseite des Gehäuses 10 anliegenden Trägerelement 21 des LED-Moduls 20, so dass beispielsweise über diese Öffnungen 19, 22 ein Anschrauben der erfindungsgemäßen LED-Lichtquelle 10 an einen Träger einer Leuchte oder dergleichen erfolgen kann. Weiter Öffnungen in dem Gehäuse 10 können z.B. für eine bajonettartige und damit werkzeuglose Befestigung an einem Trägerelement genutzt werden, wobei derartige Maßnahmen allerdings auch bereits bei bislang bekannten Spotlight-Modulen vorgesehen waren.
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Weiterhin sind in der Umfangswand 12 des Gehäuses 10 Öffnungen 14 vorgesehen, durch welche externe Stromversorgungskabel 110 geführt werden können, um mit ihrem Endbereich in den Aufnahmeraum 11 des Gehäuses 10 zu gelangen. Hier erfolgt wie nachfolgend beschrieben dann eine Verbindung mit einem entsprechenden Kontaktierungsbereich des LED-Moduls 20.
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Das LED-Modul 20 selbst weist das bereits erwähnte Trägerelement 21 auf, welches im Vergleich zur zentralen Öffnung des Gehäuses 10 größer dimensioniert ist, derart, dass es über seinen gesamten Umfang hinweg – in einer Projektion senkrecht zur Gehäuseebene E gesehen – in den Aufnahmeraum 11 des Gehäuses 10 ragt. Das Trägerelement 21 dient dabei der Halterung der eigentlichen Lichtquelle, also beispielsweise eines entsprechenden LED-Chips 40 und bildet dementsprechend eine das Halbleiterelement 40 tragende Leiterplatte. Über das Trägerelement 21 erfolgt ferner auch die Befestigung des LED-Moduls 20 an dem Gehäuse 10, was beispielsweise durch Verkleben und/oder geeignete Rast- oder Klemmelemente erfolgen kann. Die Leiterplatte kann dabei insbesondere in Form einer Metallkernplatine (z.B. Aluminiumplatine) oder einer Mehrschichtplatine (die eine Metallschicht z.B. Aluminium- oder eine Kupferschicht aufweist) ausgeführt sein oder ggf. mit einer zusätzlichen Aluminiumplatte oder Kupferplatte versehen sein, um effizient die Wärme abführen zu können, die während des Betriebs der LED 40 entsteht. Alternativ zu der dargestellten Lösung, bei der ein einziger LED-Chip 40 zum Einsatz kommt, könnte selbstverständlich das LED-Modul 20 auch mehrere LEDs aufweisen, die beispielsweise Licht in unterschiedlichen Farben emittieren.
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Hinsichtlich der bislang beschriebenen Eigenschaften gleicht die erfindungsgemäße LED-Lichtquelle 100 bereits bekannten Lichtquellen dieser Art. Neu sind nunmehr allerdings spezielle Maßnahmen, die dafür sorgen, dass die Lichtquelle 100 insgesamt ausreichend gut vor äußeren Einflüssen wie Staub, Feuchtigkeit und/oder Berührung geschützt ist, so dass die Lichtquelle 100 für sich allein genommen ohne externe Schutzmaßnahmen beispielsweise eine bestimmte Schutzklasse (z.B. IP67, IP68) erfüllt.
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Eine erste Maßnahme hierfür betrifft beispielsweise das Kontaktieren des LED-Moduls 20, das in einem Randbereich des Trägerelements 21 erfolgt, der in den Aufnahmeraum 11 des Gehäuses 10 hineinragt. Hier sind an der Oberseite des Trägerelements 21 entsprechende Kontaktierungsbereiche 23 vorgesehen, welche bei bislang bekannten Lösungen durch entsprechende Federkontakte kontaktiert wurden. Diese Federkontakte waren in dem Gehäuse 10 vorgesehen und mit Hilfe von weiteren Klemmkontakten derart ausgeführt, dass sie in einfacher Weise durch Einschieben der Stromversorgungskabel 110 durch die Öffnungen 14 kontaktiert werden konnten sowie gleichzeitig auch im am Gehäuse angeordneten Zustand des LED-Moduls 20 dessen Kontaktierungsbereiche 23 berührten.
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Im Gegensatz hierzu ist nunmehr vorgesehen, dass auf die Klemm-/Federkontakte verzichtet wird und stattdessen die Enden der Stromversorgungskabel 110 unmittelbar mit den Kontaktierungsbereichen 23 des LED-Moduls 20 verlötet werden. Auf den ersten Blick ist dies mit einem höheren Aufwand im Vergleich zum Stand der Technik verbunden, allerdings besteht nunmehr die Möglichkeit, diesen Bereich besser und effizienter vor äußeren Einflüssen zu schützen.
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Nach einem Verlöten des LED-Moduls 20 mit den Stromversorgungskabeln 110 ist nämlich vorgesehen, dass zumindest der den Kontaktierungsbereich umgebende Aufnahmeraum 11 des Gehäuses 10, vorzugsweise jedoch der gesamte Aufnahmeraum 11 des Gehäuses 10 vollständig mit einer Vergussmasse 55 ausgefüllt wird. Diese schraffiert dargestellte Vergussmasse 55 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material und kann insbesondere auf einem Silikonmaterial basieren, welches in einem flüssigen beziehungsweise zähflüssigen Zustand in den Aufnahmebereich 11 eingebracht wird und hierbei diesen vollständig ausfüllt. Der Zusatz von Füllpartikel, sowie reflektierender Teilchen und/oder Streupartikel in die Vergussmasse ist optional vorgesehen. Nach abschließendem Aushärten der Vergussmasse ist das Gehäuse 10 – wie in 2 erkennbar – von der Rückseite her vollständig abgedichtet, so dass hier ein vollständiger Schutz vor Staub, Schmutz und/oder Feuchtigkeit erzielt wird. Gleiches gilt auch für eventuelle Spalte, die zwischen dem Außenumfang der Stromversorgungskabel 110 und dem Innenumfang der Gehäuseöffnungen 14 verbleiben. Auch hier sorgt die Vergussmasse 55 dafür, dass eventuelle Freiräume vollständig ausgefüllt werden und hier ein vollumfänglicher Schutz erzielt wird, wie er bei Verwendung von Federkontakte nicht möglich wäre, da hier sich die entsprechenden elektrisch leitenden Elemente nahezu bis zu den Gehäuseöffnungen hin erstrecken und eventuell verbleibende Freiräume nicht zuverlässig genug durch die Vergussmasse 55 ausgefüllt werden können.
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Durch die Maßnahme des Ausfüllens des Aufnahmeraums 11 mit der Vergussmasse 55 wird also insbesondere der Kontaktierungsbereich 23 des LED-Moduls 20 effizient geschützt. Weiterhin stabilisiert die Vergussmasse 55 auch das Gehäuse 10, was einen zusätzlichen Vorteil darstellt.
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Als Vergussmaße 55 kommen alle gängigen Vergusssysteme in Frage. Typischerweise sind dies Polyurethan, Epoxide, Methyl-Silikone, Phenyl-Silikone oder auch Asphaltvergussmassen. Diese Vergussmaßen können auch mit Füllstoffen vermengt sein, welche die mechanischen Eigenschaften oder die thermische Leitfähigkeit positiv beeinflussen. Als Beispiel kann weiß Farbpartikeln gefülltes Polyurethan-Material genannt werden.
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Die Gaspermeabilität der Vergussmasse 55 ist vorzugsweise zwischen 0 und 50 g/m2, Tag liegen, mehr bevorzugt zwischen 1 und 5 g/m2, Tag-
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Eine weitere Maßnahme, die nachfolgend beschrieben werden soll, dient dann dazu, auch den LED-Chip 40 selbst in geeigneter Weise z.B. vor Berührungen zu schützen. Hierbei ist zunächst vorgesehen, dass der Halbleiterchip 40 von einem Material überdeckt ist, welches Leuchtstoffpartikel enthält, also beispielsweise von einem aus dem Stand der Technik bereits bekannten Phosphormaterial 41, welches dafür sorgt, dass das letztendlich von der Lichtquelle 100 insgesamt abgegebene Licht hinsichtlich seines Emissionsspektrums (Farbtemperatur, Farbpunkt) den Anforderungen entspricht. Das emittierte Licht ist bevorzugt weißes Licht. Aus dem Stand der Technik ist hierbei bekannt, das Phosphormaterial 41 im Rahmen eines so genannten Dam-and-Fill-Verfahrens aufzubringen. Hierbei werden zwei unterschiedliche Verkapselungsmaterialien verwendet, eine hochviskose- und eine niederviskose Substanz. Zunächst wird hierbei mit dem hochviskosen Material ein umlaufender Damm 42 um das zu schützende Bauteil, also hier um den Halbleiterchip 40 gelegt. Anschließend wird der von dem Damm 42 umschlossene Bereich mit dem niederviskosen Material, hier mit dem Phosphormaterial 41 gefüllt, bis der Bereich vollständig gefüllt und damit der LED-Chip 40 abgedeckt ist. Diese Dam-and-Fill-Technologie hat sich bewährt, da das niederviskose Füllmaterial den zu schützenden LED-Chip 40 sowie eventuelle Leiterbahnstrukturen und Drähte, die für die Stromversorgung verantwortlich sind, besonders gut vollständig und blasenfrei umhüllt.
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Das Phosphormaterial 41 weist eine Vergussmasse (Epoxy- und Silikonharz), Leuchtstoffteilchen und/ oder Streupartikel auf. Das Basismaterial des Dammes 42 ist ein Epoxy und/oder Silikonharz, in das reflektierende Teilchen und/oder Füllpartikel (zum Einstellen der Viskosität) eingemischt werden können. Die Basismaterialien des Dammes 42 und des Phosphormaterials 41 können identisch sein.
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In einer Weiterbildung ist nunmehr vorgesehen, dass zusätzlich zum Verbessern des Berührungsschutzes das Phosphormaterial 41 durch ein lichtdurchlässiges Abdeckelement 45 geschützt wird. Es handelt sich beispielsweise um eine kreisrunde Glasplatte (oder Kunststoffplatte), die auf die Oberseite des Damms 42 aufgelegt wird, vorzugsweise derart, dass kein Luftspalt zwischen der Phosphorschicht 41 und der Glasplatte 45 verbleibt. Die Glasplatte 45 beeinflusst also nicht die Lichtabgabe der Lichtquelle 100 sondern dient in erster Linie als zusätzlicher mechanischer Schutz, wobei selbstverständlich ggf. auch denkbar wäre, die Platte mit zusätzlichen optisch wirksamen Strukturen oder Materialien zu versehen, um die Lichtabgabe zu modifizieren.
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Das Glasplatte 45 ist vorzugsweise min. 0,05mm bis max. 0,5mm, bevorzugt 0,15–0,3mm dick. Die Transparenz der Glasplatte 45 im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts liegt bei min. 90%, bevorzugt zwischen 95 und 100%..
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Weiterhin ist am Außenumfang des Dammes 42 ein weiterer Dichtring 50 vorgesehen, der mit dem Gehäuse 10 zusammenwirkt. Genaugenommen liegt dieser Dichtring 50 an der Unterkante der Innenwand 15 des Gehäuses 10 an, derart, dass das Gehäuse 10 keine mechanische Belastung des Damms 42 verursacht sondern vielmehrt mit diesem radial außerhalb liegenden Dichtelement 50 zusätzlich den Damm 42 dichtend und mechanisch abstützend zusammenwirkt. Im Übergangsbereich zwischen Gehäuse 10 und LED-Modul 20 wird hierdurch also nochmals eine zusätzliche Abdichtmaßnahme erzielt.
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Das Basismaterial des Dichtrings 50 ist ein Epoxy- oder ein Silikonharz und kann zusätzliche Teilchen beinhalten, wie sie auch im Damm 42 eingesetzt werden können. Der Dichtring 50 wird vorzugsweise mit einem Dispensverfahren aufgebracht. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Dichtring 50 ein vorgefertigtes Element sein.
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Letztendlich führen die geschilderten Maßnahmen dazu, dass die gesamte LED-Lichtquelle sehr zuverlässig und effizient gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist. Hierdurch werden die Einsatzmöglichkeiten der Lichtquelle deutlich erhöht, da diese nunmehr unabhängig von der Art der Leuchte, in der die Lichtquelle zum Einsatz kommt, genutzt werden kann und insbesondere keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen durch die Leuchte selbst erforderlich sind.