DE102012017613A1 - Cuboid light module for use in wet region i.e. aquarium plant, has support structure covered by waterproof cover that is provided with window, which comprises light-scattering properties for mixture of light of two LEDs - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für den Einsatz im Nassbereich, aufweisend mindestens einen Trägerkörper für mindestens eine LED, mindestens eine Montagevorrichtung, mindestens eine elektrische Verbindung.The invention relates to a light module for use in the wet area, comprising at least one carrier body for at least one LED, at least one mounting device, at least one electrical connection.
Im Nassbereich können elektrische Lichtmodule nur mit einer entsprechenden Sicherung gegen elektrischen Stromschlag und auch nur mit einer entsprechenden Bauweise gegen in die elektrische Kontaktierung eindringende Feuchtigkeit im Langzeitbetrieb betrieben werden. Häufig werden in Nassbereichen auch Gasentladungslampen eingesetzt, die zum Starten einen besonders hohen Spannungsimpuls benötigen, damit sich eine stabile Entladungstrecke in der Gasentladungslampe aufbaut. Gasentladungslampen erfordern daher besonders hohe Anforderungen an die elektrische Sicherheit.In the wet area electrical light modules can be operated only with a corresponding protection against electric shock and also only with a corresponding construction against moisture penetrating into the electrical contact in long-term operation. Frequently, in wet areas, gas discharge lamps are used, which require a particularly high voltage pulse for starting, so that a stable discharge gap builds up in the gas discharge lamp. Gas discharge lamps therefore require particularly high demands on electrical safety.
Es sind für den Nassbereich Beleuchtungssysteme bekannt, die auf LED-Basis arbeiten und daher Niederspannungselektronik aufweisen. Die geringe Spannung führt zu geringerer Korrosionswirkung, weil die Spannungsabfälle über leitende Elemente nicht groß genug sind, eine elektrische Korrosion hervorzurufen.There are known for the wet area lighting systems that work on LED basis and therefore have low-voltage electronics. The low voltage results in less corrosion effect because the voltage drops across conductive elements are not large enough to cause electrical corrosion.
In der
Allen benannten Lichtmodulen ist gemeinsam, dass sie nicht in ausreichendem Maße vor Feuchtigkeit geschützt sind. Die Feuchtigkeit setzt sich auf den elektrischen Kontakten nieder und über einen Spanungsabfall, beispielsweise an voroxidierten Kontakten, bauen sich Spannungsgefälle auf, welche die Lichtmodule nach gewisser Zeit vorzeitig unbrauchbar und auch unsicher machen.All named light modules have in common that they are not sufficiently protected from moisture. The moisture settles on the electrical contacts and a voltage drop, for example, to pre-oxidized contacts, build up voltage gradients, which make the light modules prematurely unusable and uncertain after some time.
Die Verwendung von LED-Lichtquellen zum Einsatz in der Aquaristik ist nicht unproblematisch. Sofern die spektrale Zusammensetzung der LED-Lichtausbeute genügt, den Lichtbedarf von Aquarienpflanzen zu decken, so ist in der Regel dann die Lichtfarbe der LED ungeeignet, die Farbenpracht von Aquarienfischen für das menschliche Auge hervorzuheben. LED haben in der Regel schmalbandige Lichtspektren und auch speziell für LED's geeignete Leuchtstoffe, die über Fluoreszenz ein Weißlicht erzeugen, genügen nicht den Anforderungen von Unterwasserpflanzen und den Spektralanforderungen des menschlichen Auges an das Beleuchtungslicht.The use of LED light sources for use in the aquarium is not without problems. If the spectral composition of the LED luminous efficacy is sufficient to cover the light requirements of aquarium plants, then the light color of the LED is generally unsuitable for emphasizing the colourfulness of aquarium fish for the human eye. LEDs usually have narrow-band light spectra, and phosphors that are suitable for LED's and that produce a white light via fluorescence do not meet the requirements of underwater plants and the spectral requirements of the human eye for the illumination light.
Um die spektrale Bandbreite zu vergrößern, ist man in der Beleuchtungstechnik dazu übergegangen, verschiedene LED mit unterschiedlichen Lichtspektren miteinander zu kombinieren. Durch den geringen Abstrahlwinkel der LED mischt sich das Licht in dem gesamten abgegebenen Licht aber nicht in ausreichendem Maße, auch wenn das Mischlicht für das menschliche Auge zunächst weiß erscheint. Tatsächlich besteht das auf eine Fläche projizierte Licht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Punkte und Flecken mit unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen des Lichtes. Wasserpflanzen können diesem fleckigen Licht mit sehr stark unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung aber nicht die nötige Energie zum lebensnotwendigen Stoffwechsel entnehmen, weil die Photosynthese-Prozesse der Blätter ein eher breitbandiges Licht benötigen. Durch das für das menschliche Auge weiß erscheinende projizierte Licht würden Unterwasserpflanzen nur unzureichend beleuchtet.In order to increase the spectral bandwidth, lighting technology has been used to combine different LEDs with different light spectra. Due to the low beam angle of the LED, the light does not mix sufficiently in the total emitted light, even if the mixed light initially appears white to the human eye. In fact, the light projected on a surface consists of a plurality of different spots and spots with different spectral compositions of the light. Aquatic plants, however, can not derive the necessary energy for vital metabolism from this spotty light with very different spectral composition, because the photosynthesis processes of the leaves require broadband light. Due to the projected light that appears white to the human eye, underwater plants would not be adequately illuminated.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein modulares Lichtsystem für den Einsatz in der Aquaristik zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.The object of the invention is therefore to provide a modular lighting system for use in the aquarium available, which overcomes the disadvantages of the prior art.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der mindestens eine Trägerkörper für die mindestens eine LED in einem Vergusskörper vergossen und/oder mit einem wasserdichten Deckel mit Fenster abgedeckt ist.The object underlying the invention is achieved in that the at least one carrier body is cast for the at least one LED in a potting and / or covered with a waterproof lid with window.
Durch das Vergießen des Trägerkörpers beziehungsweise abdecken des Trägerkörpers mit einem Deckel mit Fenster werden verschiedene Vorteile erreicht, die in bisher bekannten Lichtmodulen nicht zur Verfügung standen. Zunächst ist durch den Verguss oder die Abdeckung mit dem Deckel mit Fenster sichergestellt, dass elektrische Kontakte und Leitungen des Trägerkörpers nicht der Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Selbst wenn das Lichtmodul unter Wasser getaucht würde, so würde durch den Verguss des Trägerkörpers beziehungsweise durch den Deckel über dem Trägerkörper kein elektrisch leitendes Element mit Feuchtigkeit direkt in Berührung kommen.By pouring the carrier body or covering the carrier body with a lid with window various advantages are achieved, which were not available in previously known light modules. First, it is ensured by the potting or the cover with the lid with window that electrical contacts and lines of the support body are not exposed to moisture. Even if the light module was immersed in water, so would pass through the encapsulation of the carrier body or through the lid over the carrier body no electrically conductive element with moisture directly into contact.
Von Vorteil ist, wenn der Vergusskörper und/oder das Fenster des Deckels selbst lichtstreuende Eigenschaften aufweist zur Mischung des Lichtes mindestens zweier LED. Ein weiterer Vorteil des Vergusses oder des Fensters des Deckels ist, dass die optisch transparente oder transluzente Vergussmasse und/oder des Fensters mit streuenden Lichtkörpern durchsetzt sein kann, denn dadurch wird der Vergusskörper beziehungsweise des Fensters opaque. Beispielsweise kann die Vergussmasse beziehungsweise das Fenster ein Polymergranulat mit anderem optischen Brechungsindex als die Vergussmasse oder des Fenstermaterials aufweisen oder auch disperses Titandioxid (TiO2) in Form von Rutil aufweisen. Durch diese Durchsetzung wird das Licht der vergossenen LED mehrfach gebrochen oder innerhalb des Vergusskörpers beziehungsweise innerhalb des Fensters reflektiert und dabei vermischen sich die Lichtstrahlen verschiedener LED. Im Idealfall wirkt die streuende Vergussmasse depolarisierend und erzeugt dabei ein vollkommenes homogenes Licht, dessen Lichtspektrum aus der Überlagerung der Lichtspektren der gegebenenfalls verschiedenen Lichtspektren der verschiedenen LED besteht. Die Pflanzen werden so nicht mit einem bunten Lichtteppich bestrahlt, sondern mit einem gleichmäßig gemischten Licht. Das Licht wird durch den Vergusskörper beziehungsweise das Fenster homogenisiert. Es ist aber nicht zwingend notwendig, dass der Vergusskörper beziehungsweise das Fenster opaque ist. Es kann auch ein transparenter, ansonsten klarer Vergusskörper beziehungsweise klares Fenster eingesetzt werden, dessen Oberfläche zur Homogenisierung des Lichtes mattiert ist.It is advantageous if the potting body and / or the window of the lid itself has light-scattering properties for mixing the light of at least two LEDs. Another advantage of the potting or the window of the lid is that the optically transparent or translucent potting compound and / or the window may be interspersed with scattering light bodies, because thereby the potting body or the window is opaque. For example, the potting compound or the window have a polymer granules with a different optical refractive index than the potting compound or the window material or disperse titanium dioxide (TiO 2 ) in the form of rutile. By this enforcement, the light of the potted LED is repeatedly broken or reflected within the potting body or within the window and thereby mix the light beams of different LED. Ideally, the scattering potting compound acts depolarizing and produces a perfect homogeneous light whose light spectrum consists of the superimposition of the light spectra of the possibly different light spectra of the different LEDs. The plants are not irradiated with a colorful carpet of light, but with a uniformly mixed light. The light is homogenized by the potting body or the window. But it is not absolutely necessary that the potting body or the window is opaque. It can also be a transparent, otherwise clear potting or clear window are used, the surface is frosted to homogenize the light.
Bei der Beleuchtung mit Licht einer spektralen Zusammensetzung, die den Stoffwechselansprüchen von Unterwasserpflanzen genügt, gibt es eine große Auswahl an möglichen Farbtemperaturen. Die Definition der Farbtemperatur ist an das Empfinden des menschlichen Auges eines schwarzen Strahlers abgepasst. So kann ein Schwarzer Strahler bei einer bestimmten Temperatur eine durch das menschliche Auge empfundene Lichtfarbe aufweisen, die durch unterschiedliche spektrale Zusammensetzungen erzielbar wäre. Sofern die Charakteristik der verschieden zusammengesetzten LED bekannt ist, kann die Farbtemperatur entlang der sogenannten Planck'schen Kurve variiert werden. Diese Planck'sche Kurve verfolgt einen bestimmten Weg durch das Farbdreieck der Farbenlehre, die das gleiche Empfinden beim menschlichen Auge erzeugt wie ein Schwarzer Strahler bei unterschiedlicher Temperatur. Eine Ansteuerungselektronik, die innerhalb des Moduls vergossen ist oder extern vorhanden ist, kann die Lichttemperatur so variieren, dass unter Beibehaltung der Anforderung von Unterwasserpflanzen an die spektrale Zusammensetzung die Farbe des Lichtes für das menschliche Auge variiert wird.When lighting with light of a spectral composition that meets the metabolic requirements of underwater plants, there is a wide range of possible color temperatures. The definition of the color temperature is adapted to the perception of the human eye of a black body. Thus, at a certain temperature, a black emitter may have a light color perceived by the human eye, which could be achieved by different spectral compositions. If the characteristic of the differently composed LED is known, the color temperature can be varied along the so-called Planckian curve. This Planckian curve follows a certain path through the color triangle of color theory, which produces the same sensation in the human eye as a black emitter at different temperatures. Control electronics encapsulated within or external to the module may vary the light temperature to vary the color of the light to the human eye, while maintaining the requirement of underwater plants on the spectral composition.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Licht im zeitlichen Multiplexbetrieb betrieben, wobei der Multiplexbetrieb ausgezeichnet ist durch eine Frequenz und durch ein Puls-Pause-Verhältnis (engl. „Duty Cycle”). Die Frequenz ist dabei so hoch zu wählen, dass das menschliche Auge keine Schaltvorgänge mehr bemerkt, was etwa ab 18 Hz der Fall ist. Um Fischen mit höherer zeitlicher Auflösung des Auges den Aufenthalt im Aquarium zu erleichtern, wird die Frequenz möglichst hoch gewählt, bis zu einigen hundert Hertz. Im Puls-Pause-Verhältnis wird das Licht zwischen zwei Schaltzuständen hin- und her geschaltet. Dabei ist die Zusammensetzung des Lichtes im ersten Teil einer Puls-Pause-Periode an die Anforderung von Unterwasserpflanzen mit besonders hohem UV-Anteil angepasst und im zweiten Teil der Puls-Pause-Periode ist das Licht an das menschliche Farbsehen angepasst. Dies bedeutet, dass das Licht besonders im visuellen Bereich hohe Intensität aufweist. Dabei ist in einem ersten Zustand des Multiplexbetriebes das Lichtspektrum durch UV-Anteile und Blau-Anteile optimiert für einen optimalen Pflanzenwuchs und in einem weiteren Zustand des Multiplexbetriebes ist das Lichtspektrum durch Rot-, Grün- und Gelb-Anteile optimiert für das menschliche Farbempfinden. Dadurch können zwei Vorteile mit dem gepulsten Licht erreicht werden. Zum einen wird die Pflanze mit genügend UV-Licht für den Stoffwechsel bestrahlt und zum anderen wird das Aquarium mit im visuellem Bereich besonders intensivem Licht bestrahlt, so dass farbenprächtige Fische für das menschliche Auge besonders starke Farbenspiele zeigen. Beim Betrieb im zeitlichen Multiplexbetrieb ist die Farbtemperatur des Zustandes des Multiplexbetriebes, das für das menschliche Farbempfinden optimiert ist, veränderbar entlang der Planck'schen Kurve und/oder in verschiedenen Richtungen des Farbdreiecks, um so die Farbigkeit des Lichtes in die eine oder andere Farbe zu ändern.In a preferred embodiment of the invention, the light is operated in temporal multiplex operation, wherein the multiplex operation is characterized by a frequency and by a pulse-pause ratio (English "duty cycle"). The frequency is to be chosen so high that the human eye no longer detects switching operations, which is the case from 18 Hz. To make it easier for fish with higher temporal resolution of the eye to stay in the aquarium, the frequency is chosen as high as possible, up to several hundred hertz. In the pulse-pause ratio, the light is switched back and forth between two switching states. The composition of the light in the first part of a pulse-pause period is adapted to the requirement of underwater plants with a particularly high UV content and in the second part of the pulse-pause period, the light is adapted to the human color vision. This means that the light has high intensity especially in the visual area. In this case, in a first state of the multiplex operation, the light spectrum is optimized by UV components and blue components for optimal plant growth, and in a further state of multiplexing, the light spectrum is optimized by red, green and yellow components for human color perception. Thereby, two advantages can be achieved with the pulsed light. On the one hand, the plant is irradiated with sufficient UV light for the metabolism and on the other hand, the aquarium is irradiated with light that is particularly intense in the visual range, so that colorful fish show particularly strong color effects to the human eye. When operating in time division multiplexing, the color temperature of the state of multiplexing optimized for human color perception is variable along the Planckian curve and / or in different directions of the color triangle, thus increasing the color of the light in one or the other color to change.
Um den Einsatz der vergossenen und/oder mit einem Deckel mit Fenster abgedeckten Trägerkörper möglichst vielseitig zu gestalten, ist nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die vergossenen und/oder mit einem Deckel mit Fenster abgedeckten Trägerkörper miteinander verrastet oder ineinander gesteckt werden können, so dass sie formschlüssig aneinanderpassen. Hierzu ist vorgesehen, dass mindestens eine Ausnehmung vorgesehen ist, welche die Montagevorrichtung eines weiteren Lichtmoduls aufnimmt, wobei die Ausnehmung und die Montagevorrichtung bevorzugt als korrespondierende Rastelemente ausgebildet sind. Dadurch können zwei bis zu einer Vielzahl von Lichtmodulen ineinander gesteckt werden und so eine große Lichtfläche mit entsprechend hoher Lichtleistung erzeugt werden.In order to make the use of the cast and / or covered with a cover with window carrier body as versatile as possible, is provided according to a particular embodiment of the invention that the potted and / or covered with a lid with window carrier body can be locked together or inserted into each other, so that they fit together form-fitting. For this purpose, it is provided that at least one recess is provided, which receives the mounting device of a further light module, wherein the recess and the mounting device are preferably formed as a corresponding latching elements. As a result, two to a plurality of light modules can be inserted into one another and thus a large area of light with correspondingly high light output can be generated.
Um die einzelnen Lichtmodule mit elektrischem Strom zu versorgen, kann vorgesehen sein, dass ein Lichtmodul eine fest in den Vergusskörper und/oder in den Deckel mit Fenster eingelassene Kabelverbindung aufweist, die wasserdicht ist. Die weiteren Lichtmodule können in baugleicher Form ebenso solche Kabel aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die einzelnen Lichtmodule aneinander steckbar ausgebildet sind, wobei elektrische Kontakte eines ersten Moduls beispielsweise durch eine Membran eines zweiten hindurch stoßen und vor Feuchtigkeit geschützt in eine entsprechende Steckverbindung des zweiten Moduls eingreifen und eine elektrische Verbindung ausbilden. Die erste Variante der fest vergossenen Kabelanbindung hat den Vorteil, dass sämtliche Lichtmodule hochgradig wasserdicht sind. Die zweite Variante hat den Vorteil, dass die Lichtmodule zweidimensional aneinandergesteckt werden können, ohne dass Kabelverbindungen die Montage zweier Reinen von Lichtmodulen behindert. In diesem Fall ist vorgesehen, dass mindestens zwei elektrische Verbindungen vorgesehen sind, durch welche zwei Lichtmodule feuchtigkeitsdicht elektrisch miteinander verbindbar sind, wobei eine erste elektrische Verbindung elektrischen Strom zur eigenen Stromversorgung aufnimmt und eine zweite elektrische Verbindung elektrischen Strom zur Versorgung eines weiteren Lichtmoduls abgibt. Schließlich ist es auch möglich, die Stromzufuhr von der Montageseite, also der Seite, die auf einem Untergrund aufliegt, her auszuführen, so dass die einzelnen Stromkabel zur Versorgung des individuellen Lichtmoduls durch ein Montagebrett hindurch stoßen.In order to supply the individual light modules with electric current, it can be provided that a light module has a permanently embedded in the potting and / or in the lid with a window cable connection, which is waterproof. The other light modules can also have identical cables in the same design. But it is also possible that the individual light modules are designed to be plugged into each other, wherein electrical contacts of a first module, for example, through a membrane of a second push through and protected from moisture in a corresponding connector engage the second module and form an electrical connection. The first variant of the firmly molded cable connection has the advantage that all light modules are highly watertight. The second variant has the advantage that the light modules can be attached to one another in two dimensions without cable connections hindering the assembly of two modules of light modules. In this case, it is provided that at least two electrical connections are provided, by which two light modules are moisture-tight electrically connected to each other, wherein a first electrical connection receives electrical power to its own power supply and a second electrical connection provides electrical power to supply a further light module. Finally, it is also possible to carry out the power supply from the mounting side, ie the side which rests on a substrate, so that the individual power cables for supplying the individual light module come through a mounting board.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen:Show it:
In
Das in
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass gemäß
In
Zur besseren Verdeutlichung sind die drei isometrischen Ansichten gemäß den Unterfiguren
Sowohl in den Unterfiguren in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Lichtmodullight module
- 22
- LEDLED
- 33
- Trägerkörpersupport body
- 44
- Ansteuerelektronikcontrol electronics
- 55
- Kabelelectric wire
- 66
- Vergusskörperpotting
- 77
- BereichArea
- 7a7a
- streuende Elementescattering elements
- 88th
- Mattierungmatting
- 8a8a
- Oberflächesurface
- 99
- BereichArea
- 1010
- Montagevorrichtungmounter
- 1111
- Ausnehmungrecess
- 2020
- Trägerkörpersupport body
- 2121
- Deckelcover
- 2222
- Fensterwindow
- 2323
- Reflektorreflector
- 2424
- Grundplattebaseplate
- 3030
- Rastelementlocking element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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