AT512105A1 - Leuchtmittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel, insbesondere zur Beleuchtung von Verkehrsflächen oder für andere lichttechnisch anspruchsvolle Aufgaben, mit mindestens einem Gehäuse (1), in dem mehrere Leuchteinheiten angeordnet sind, wobei jede Leuchteinheit aus einer LED (2) und einem als Freiformfläche ausgebildeten Reflektor (4) aufgebaut ist und eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist. Eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung kann dadurch erreicht werden, dass die LED (2) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (6) angeordnet von dieser weg gerichtet ist und dass der Reflektor (4) im Wesentlichen muschelförmig gestaltet ist und an einer Seite durch einen ebenen Spiegel (5) abgeschlossen ist.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel, insbesondere zur Beleuchtung von Verkehrsflächen oder für andere lichttechnisch anspruchsvolle Aufgaben, mit mindestens einem Gehäuse, in dem mehrere Leuchteinheiten angeordnet sind, wobei jede Leuchteinheit aus einem LED-Leuchtmittel und einem als Freiformfläche ausgebildeten Reflektor aufgebaut ist und eine Lichtaustrittsfläche aufweist.

Es ist bekannt, dass Leuchtmittel auf der Basis von Leuchtdioden (LED's) einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Lebensdauer aufweisen. Aus diesem Grund sind LED-Leuchten hervorragend geeignet, um anspruchsvolle Beleuchtungssituationen zu bewältigen, wie beispielsweise die Beleuchtung von Verkehrsflächen aber auch von Sportstätten und dergleichen. Einen großflächigen Einsatz von LED’s haben bisher verschiedene Probleme erschwert, die typisch für diese Technologie sind. So ist es schwierig, die hohe Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsintensität sicherzustellen, die beispielsweise für Straßenbeleuchtungen verlangt wird. Weiters ist die Wärmeabfuhr schwierig, da Wirkungsgrad und Lebensdauer von LED's bei höheren Temperaturen stark abfallen, und darüber hinaus muss die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu bestehenden Technologien nachgewiesen werden.

Abgesehen von den obigen Randbedingungen muss auch noch der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Leistung einer einzelnen LED begrenzt ist und dass weiter technische Spezifikationen erfüllt sein müssen, wie beispielsweise Blendfreiheit und dergleichen.

Es sind verschiedene Lösung bekannt geworden, bei denen eine Anordnung bei einer Vielzahl von LED's in speziell geformten Reflektoren vorgesehen ist. In der Regel sind dabei die einzelnen Reflektoren unterschiedlich ausgerichtet und/oder unterschiedlich gestaltet, um so eine entsprechende Lichtverteilung darstellen zu können. Solche Lösungen sind jedoch aufwendig und in der Regel nicht dazu geeignet, schnell und kostengünstig an unterschiedliche Beleuchtungsbedingungen angepasst zu werden. Außerdem sind bekannte Lösungen vielfach nicht servicefreundlich, da der Ausfall einzelner LEDs zu aufwendigen Reparaturen oder Austauschvorgängen führen kann.

So muss beispielsweise bei einer Straßenbeleuchtung die Straße möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet werden, es soll aber möglichst wenig Licht in andere 2 «« » «t · ······ ··»»»·· · ·

Richtungen ausgestrahlt werden, da dieses kefiiWj<ützen:bringt und den ««····« ···*

Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigt. Überdies ist in vielen Fällen die Höhe der Aufhängung von Lampen nicht frei wählbar, so dass die Leuchte selbst eine entsprechende Leuchtcharakteristik aufweisen muss, um die vorgegebenen Anforderungen zu erfüllen. Wünschenswert ist es nun, mit möglichst geringen Anpassungen an der Leuchte selbst unterschiedliche Anforderungen erfüllen zu können, um beispielsweise die den Vorschriften und Normen entsprechende Ausleuchtung unterschiedlich breiter Straßen oder verschiedener Straßenklassen zu ermöglichen. Gleichzeitig soll in Längsrichtung einer Straße der Abstrahlwinkel möglichst groß sein, um einen großen Mastabstand darstellen zu können, was die Kosten der Beleuchtung entsprechend verringert. Gleichzeitig soll Blendwirkung verringert werden, was insbesondere bei großen Abstrahlwinkeln in Längsrichtung schwierig ist. Bekannte Lösungen, wie sie etwa in der EP 2 360 427 A, der WO 02/0766788 A, der EP 2 112 428 A oder der EP 2 365 243 A offenbart sind, sind nicht geeignet, alle diese obigen Anforderungen gleichzeitig in befriedigender Weise zu erfüllen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leuchtmittel zu schaffen, mit dem in einfacher und kostengünstiger Weise Verkehrsflächen, Parkplätze, Sportstätten und sonstige lichttechnisch anspruchsvolle Flächen im Innen- oder Außenbereich so ausgeleuchtet werden, dass alle Anforderungen an die Beleuchtung erfüllt werden und gleichzeitig eine hohe Effizienz und geringe Kosten gegeben sind.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die LED im Bereich der Lichtaustrittsfläche von dieser weg gerichtet angeordnet ist und dass der Reflektor im Wesentlichen muschelförmig gestaltet ist und an einer Seite durch einen ebenen Spiegel abgeschlossen ist.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Licht der LED teilweise direkt vom Reflektor zur Lichtaustrittsfläche reflektiert wird, aber zu einem anderen Teil zunächst vom Spiegel reflektiert und erst dieses reflektierte Licht vom Reflektor entsprechend angestrahlt wird. Der Reflektor ist dabei als Freiformfläche ausgebildet, das heißt, dass er nicht durch eine einfache mathematische Fläche wie beispielsweise ein Paraboloid beschreibbar ist, sondern eine durch Optimierungsvorgänge ermittelte spezielle Fläche ist, die nicht einer einfachen Gleichung genügt. 3

Auf diese Weise ist es möglich, einerseits:eire:wejtcieh£i1£le gleichmäßige ·· «·«· · *· »

Abstrahlungscharakteristik in einem im wesentlichen rechteckigen Bereich zu erhalten, die zu dem in einer Dimension extrem weitwinkelig ausgebildet sein kann. Dadurch kann durch entsprechende einfache Kombination gleichartiger Leuchteinheiten erreicht werden, dass verschiedenartige Anforderungen In hervorragender Weise erfüllt werden. Insbesondere können die Anforderungen verschiedener Beleuchtungsnormen für Straßen und andere Verkehrsflächen eingehalten werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass die LED von der Lichtaustrittsfläche weg gerichtet angeordnet ist, d.h. in normaler Einbaulage nach oben strahlt. Dadurch wird direkt, d.h. unreflektiertabgestrahltes Licht zumindest weitgehend, bevorzugt aber vollständig vermieden, was wesentlich ist, um einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Blendwirkung zu erreichen.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es beispielsweise möglich, einen TI-Wert (increment threshold) von 11% in der Beleuchtungsklasse ME3A zu erzielen, in der bei einer Leuchtdichte auf Fahrbahnniveau von mindestens 1 cd/m2 ein Ή-Wert < 15% gefordert wird. Dabei wird ein Mastabstand von 37 m bei einer Mast-Höhe von 8 m erreicht.

Besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn der Spiegel rechtwinkelig zur Lichtaustrittsfläche angeordnet ist. Je nach Abstand der Leuchtdiode vom Spiegel wird ein Anteil zwischen 25% und 45% des abgestrahlten Lichts über den Spiegel zum Reflektor geworfen. Auf diese Weise kann eine besondere Vergleichmäßigung der Abstrahlcharakteristik erreicht werden.

Eine weitere Vergleichmäßigung kann dadurch erreicht werden, der Reflektor eine Symmetrieebene aufweist und dass der Spiegel rechtwinkelig zu der Symmetrieebene angeordnet ist. Rechtwinkelig zu dieser Symmetrieebene, d. h. in der Ebene des Spiegels kann die Abstrahlcharakteristik besonders weitwinkelig ausgebildet werden. Zu diesem Zweck ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Reflektor in einem Schnitt entlang der Symmetrieebene im Wesentlichen parabelförmig ausgebildet ist, wobei das LED-Leuchtmittel in der Ebene angeordnet ist, die zwischen dem Spiegel und einer parallel zum Spiegel durch den Scheitel der Parabel verlaufenden Ebene gelegen ist.

Aus Gründen der Wärmeableitung ist 4s vprieiEhraft,iwenn'der Reflektor im Abstand ·· · · · * « · «· ft von dem Gehäuse ausgebiidet ist. Zusätzlich dazu ist es bevorzugt, wenn der Reflektor eine untere Grenzelinie aufweist, die im wesentlichen parallel zur Lichtaustrittsfläche und im Abstand zu dieser angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Konvektionsströmung im Inneren der Leuchte die Wärme besonders effektiv abführen. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass eine besonders vorteilhafte Abstrahl Charakteristik dadurch erreicht werden kann, dass der Reflektor im Bereich der Symmetrieebene eine Rippe aufweist. Dadurch kann insbesondere das Intensitätsmaximum im Bereich der Symmetrieebene verringert werden, so dass eine gleichmäßigere Abstrahlcharakteristik erreicht wird.

Eine weitere Verbesserung des Abstrahlverhaltens kann erreicht werden, indem der Reflektor eine untere Grenzlinie aufweist, und indem im Bereich der unteren Grenzlinie mehrere Vorsprünge vorgesehen sind, die in einem Winkel zu der Grenzlinie verlaufen und vorzugsweise etwa rechtwinkelig zu dieser sind. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Vorsprünge in einem vom Spiegel entfernten Bereich angeordnet sind.

Eine konstruktiv besonders bevorzugte Lösung sieht vor, dass das Gehäuse prismatisch ausgebildet ist und eine in Längsrichtung verlaufende Aufnahmenut für einen Haltevorsprung der Reflektoren aufweist. An der gegenüberliegenden Stelle der Aufnahmenut kann weiters eine in Längsrichtung verlaufende Halterung für LED-Leuchtmittel vorgesehen sein. Der konstruktive Aufbau der Leuchte kann in diesem Zusammenhang noch weiter dadurch vereinfacht werden, dass ein in Längsrichtung verlaufender Haltesteg für den Spiegel einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.

In konstruktiver und thermischer Hinsicht ist es daneben auch von Vorteil, wenn eine in Längsrichtung verlaufende Halteleiste für die LEDs vorgesehen ist, die vorzugsweise mit einer Wärmeableitungsstruktur zusammenwirkt. Diese verteilt die von der PCB übertragene Wärme in Längsrichtung und quer dazu zum Gehäuse hin, um ein großflächige Abstrahlung sicherzustellen.

Eine Halterung im Spiegel für den Reflektor trtfü^hehtleS, die optischen Relationen zwischen Spiegel, Reflektor und LED auch bei Vorliegen thermischer Ausdehnungen weitestgehend beizubehalten. Dadurch ist die optische Charakteristik robust und nicht von Temperaturschwankungen abhängig.

Eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Reflektor einstückig mit einer Grundplatte verbunden ist, die seitlich Verbindungselemente für Grundplatten weiterer Reflektoren aufweist. Eine Vielzahl von einzeln hergestellten Reflektoren kann damit in einfacher Weise in einem Gehäuse zu einem Leuchtmittel vereinigt werden. Es ist aber gleichermaßen auch möglich, mehrere Reflektoren einstückig herzustellen, bzw. einen Reflektor mit mehreren Kavitäten für jeweils eine LED zu verwenden. Ein in Längsrichtung der Anordnung (d.h. senkrecht zur Symmetrieebene der Reflektoren) besonders weitwinkelig ausgebildeter Abstrahlungsbereich kann dabei dadurch erreicht werden, dass die Reflexionsfläche des Reflektors im Bereich der Grundplatte im Wesentlichen senkrecht auf diese orientiert ist. Dies bedeutet, dass Tangentialebenen an die als Freiformfläche ausgebildete Reflexionsfläche des Reflektors im Bereich der Kante des Schnittes mit der Grundplatte nahezu senkrecht ausgebildet sind. Nahezu senkrecht bedeutet in diesem Zusammenhang einen Winkel zwischen 85° und 90°.

Um einen Betrieb der LED's mit möglichst niedrigen Temperaturen zu ermöglichen, was eine hohe Lebensdauer und einen vorteilhaften Wirkungsgrad ergibt, ist es im besonders bevorzugter Weise vorgesehen, dass das Gehäuse als Wärmeabstrahlfläche ausgebildet ist. Das Gehäuse kann dabei einen Steg aufweisen, der thermisch eng an eine die Wärme ableitende Struktur der PCB gekoppelt ist, wobei dieser Steg die Wärme aufnimmt und an Abstrahlflächen abgibt.

Eine optimale Anpassung an verschiedenste Anforderungen kann erreicht werden, wenn der Reflektor in einer Ebene parallel zum Spiegel einen weiten Abstrahlbereich von vorzugsweise mehr als 120°, besonders vorzugsweise von etwa 160° aufweist, der bis zu 170° betragen kann, d.h. dass der maximale Strahlungswinkel bis zu 85° groß sein kann. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer im wesentlichen rechteckigen Abstrahlcharakteristik angezeigt. 6 ·* · * « ·* ··♦· ·····»♦ * ·

In einer Ebene senkrecht zum Spiegel jsoltteijetiüöi tteC Reflektor einen eher engen Abstrahlbereich aufweisen, der beispielsweise in einem Bereich zwischen 30° und 90° liegt, besonders vorzugsweise aber etwa 50° beträgt. Auf diese Weise können auch Straßenbeleuchtungen realisiert werden, bei denen die auszuleuchtende Breite relativ gering ist. Die Länge und damit auch ein Mastabstand jedoch möglichst groß sein soll.

Ein einfacher und modularer Aufbau, der kostengünstig realisierbar ist, kann dadurch erreicht werden, dass eine Mehrzahl von identischen Reflektoren in einem Gehäuse entlang einer Achse in identischer Orientierung angeordnet sind, welche Achse aus dem Schnitt der Ebene der Spiegel und der Lichtaustrittsflächen gebildet ist. Ein zusätzlicher Vorteil, der damit erreicht wird ist, dass - abgesehen von einer minimalen Parallaxe - jede einzelne LED in gleicher Weise den auszuleuchtenden Bereich anstrahlt. Eine Verringerung der Blendwirkung wird dabei dadurch erreicht, dass die einzelnen LED's naturgemäß gegeneinander versetzt sind, d.h. dass das Licht für einen Betrachter nicht aus einer einzigen sehr intensiven Lichtquelle ausgeht, sondern von einer Vielzahl von Lichtpunkten, die jeweils einer einzigen LED entsprechen und die für sich allein genommen eine geringere Intensität besitzen. Ein besonderer Vorteil ergibt sich auch dadurch, dass auf Grund diese Aufbaus die weitwinkelige Strahlungscharakteristik in Richtung der Achse und die enge Strahlungscharakteristik in einer Richtung quer dazu ausgebildet ist, was die Konstruktion entsprechender Leuchten erleichtert.

Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Leuchte, die mehrere der oben beschriebenen Leuchtmittel enthält. Eine besonders vorteilhafter Art der Anpassung der Beleuchtungsverteilung an unterschiedliche Anforderung kann dadurch erreicht werden, dass mehrere identische Leuchtmitteln nebeneinander angeordnet sind, wobei die Lichtaustrittsflächen in spitzen Winkeln zueinander angeordnet sind.

Dabei überdecken die LED's unterschiedlicher Leuchtmittel nicht den selben Bereich, so dass eine geeignete Strukturierung der Lichtverteilung je nach Bedarf möglich ist.

Eine weitere Möglichkeit der Variation der Beleuchtungsverteilung kann in besonders bevorzugter Weise dadurch erreicht werden, dass mehrere identische Leuchtmittel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Lichtaustrittsflächen in spitzen Winkeln zueinander angeordnet sind. Auf Grund der besonderen Ausbildung 7 • * · · · · ·*♦♦♦· »····«· · * der Freiformflächen und der auf einer Seite jdataruaftsdhließenden Spiegel ist der ·· ··· ♦ · · ·* * beleuchtete Bereich der einzelnen Leuchtmittel asymmetrisch. Durch die unterschiedliche Orientierung der Leuchtmittel kann dabei je nach Bedarf eine Vergleichmäßigung oder aber auch eine Verbreiterung des Strahlungsbereichs erzielt werden. Es wird dadurch aber auch in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, sowohl Straßenbeleuchtungen mit zentraler Beleuchtung als auch Straßenbeleuchtungen mit seitlich an Masten befestigten Leuchten mit identischen Leuchtmitteln und mit gleichen Gehäusetypen darzustellen und gleichzeitig die jeweils geltenden Beleuchtungsnormen zu erfüllen.

Das System ist modular aufgebaut, d.h. dass durch die Anzahl und Ausrichtung der verbauten Leuchtmittel die installierte Maximalleistung und der ausgeleuchtete Bereich variiert werden können, so dass es auch möglich ist, die Stromstärke als Freiheitsgrad zu nutzen, indem etwa die Anzahl der Leuchtmittel größer als unbedingt notwendig gewählt wird, dafür aber die Stromstärke auf einen etwas geringeren Wert als den grundsätzlich zulässigen Maximalwert begrenzt wird. Durch eine solche Maßnahme wird in der Regel der Wirkungsgrad erhöht, da die Leuchtmittel aufgrund der geringeren thermischen Belastung bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden können.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein Leuchtmittel im Querschnitt; Fig. 2 eine Schichtliniendarstellung eines Reflektors in einer Draufsicht; Fig. 3 eine Schichtliniendarstellung eines Reflektors in einer seitlichen Ansicht; Fig. 4 eine Schichtliniendarstellung eines Reflektors in einer Frontalansicht; Fig. 5 eine axonometrische Darstellung einer Leuchte mit erfindungsgemäßen Leuchtmitteln; Fig. 6 eine Lichtverteilungskurve in einer Graukurven-Darstellung; Fig. 7 eine Lichtverteitungskurve in einer Polardarstellung; Fig. 8 eine Lichtverteilungskurve in einer Darstellung in kartesischen Koordinaten; Fig. 9 eine Darstellung einer Leuchte mit vier Gehäusen in asymmetrischer Ausführung; Fig. 10 eine Darstellung einer Leuchte mit sechs Gehäusen in symmetrischer Ausführung; Fig. 11 ein Diagramm, das die Ausleuchtung einer Fahrbahn mit erfindungsgemäßen Leuchten zeigt.

Da Leuchtmittel von Fig. 1 besteht aus einem im Wesentlichen prismatischen Gehäuse 1, das beispielsweise aus einem extrudierten Aluminiumprofil hergestellt δ ·« · »· · ··«··· ··*♦♦·« · * ist. Eine PCB 3. also eine Platine trägt Jmeiirferd LEDS. Und zwar • « ·#« ♦ # · M ·

Hochleistungsleuchtdioden, die in Fig. 1 nach oben strahlen. Oberhalb jeder LED ist jeweils ein Reflektor 4 angeordnet, der im Wesentlichen muschelförmig ist. Der Reflektor 4 ist in einem Abstand d2 vom Gehäuse 1 angeordnet, der zumindest 5 mm beträgt.

In dem Gehäuse 1 ist mindestens ein Spiegel 5 befestigt, und zwar auf einem Haltesteg 11, der einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet ist und der den Reflektor 4 nach rechts abschließt. Im Spiegel 5 ist eine Halterung 12 für den Reflektor 4 vorgesehen. Je nach konstruktivem Erfordernis kann für jede einzelne LED 2 ein eigener Spiegel 5 vorgesehen sein oder ein einziger in Längsrichtung durchgehender Spiegel 5 deckt alle Reflektoren 4 ab. Der Spiegel 5 ist aus hochglänzendem Metall, vorzugsweise aus Aluminium hergestellt.

Einstückig mit dem Gehäuse 1 ist eine Wärmeableitungsstruktur 7 ausgebildet, die ein Verdickung des Querschnitts darstellt und gleichzeitig eine Anlagefläche für die PCB 3 zur Verfügung stellt. Eine Halteleiste 7a legt die PCB 3 fest. In der PCB 3 ist eine hier nicht dargestellte Wärme ableitende Struktur beispielsweise in der Form entsprechend massiver Leiterbahnen vorgesehen, um eine möglichst gute thermische Verbindung der LED 2 mit der Wärmeableitungsstruktur 7 sicherzustellen.

Gegenüber dem Spiegel 5 ist am Gehäuse 1 eine Halterung 8 vorgesehen, die eine Aufnahmenut 9 aufweist, die in Längsrichtung verläuft und die dazu ausgebildet ist, einen Haltevorsprung 10 aufzunehmen, der am Reflektor 4 angeformt ist. Der Reflektor 4 besitzt an seiner Unterseite eine Grundplatte 27, deren Unterseite eine untere Grenzlinie 26 des Reflektors 4 definiert. Diese ist in einem Abstand di von der Lichtaustrittsfläche 6 angeordnet, der mindestens 5 mm beträgt. Dadurch und durch den Abstand d2 wird die Möglichkeit einer thermisch induzierten Konvektionsströmung geschaffen, die die Wärmeableitung verbessert.

Wie bereits oben erklärt, kann ein einzelner Reflektor 4 mit einer durchgängigen Grundplatte 27 vorgesehen sein, der mehrere Kavitäten besitzt, die jeweils einer LED 2 zugeordnet sind. In der Fig. 1 ist jedoch ein Einzel-Reflektor 4 dargestellt, der einer einzigen LED 2 zugeordnet ist, d.h., dass mehrere Reflektoren 4 nebeneinander angeordnet sind, die untereinander verbunden sind, und zwar über 9 ·· · »* · »· ···· • f ** t 4 · ♦ · ein Verbindungselement 27a in derC^n<i|Dlättfe*27,;dafc Beispielsweise schwalbenschwanzförmig ausgebildet ist.

Die Schnittebene der Fig. 1 ist eine Symmetrieebene, die in der Folge mit 20 bezeichnet ist. In dieser Symmetrieebene 20 besitzt der Reflektor 4 etwa die Form einer Parabel, was allerdings nichts daran ändert, dass es sich bei der wirksamen Innenfläche um eine Freiformfläche, also eine nicht einfach darstellbare Fläche handelt. Die Parabel besitzt einen Scheitel S, durch den eine virtuelle Ebene 25 geht, die parallel zu der Ebene 21 des Spiegels 5 ist. Es ist aus der Fig. 1 ersichtlich, dass die LED 2 etwa mittig zwischen der Ebene 21 des Spiegels 5 und der Ebene 21 des Spiegels 5 liegt. Dies ist wichtig, um die asymmetrische Abstrahlcharakteristik in der Symmetrieebene 20 zu erzeugen, die in der Folge diskutiert werden wird.

Der Reflektor 4 ist aus Kunststoff hergestellt, der innen metallbedampft ist. Dies ermöglicht eine hochgenaue, aber dennoch kostengünstige Herstellung, was wichtig ist, da schon sehr geringfügige Abweichungen von einer Idealform des Reflektors 4 große Änderungen der Lichtverteilung bewirken.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist die Formgebung der wirksamen Innenfläche der Reflektors 4 in Detail dargestellt. Die Fig. 2 zeigt Schnittlinien h0, hi, h2, h3, h4 und hs, die unterschiedlichen Ebenen entsprechen, die parallel zur Lichtaustrittsfläche 6 sind. Die unterste Schnittlinie h0 stellt die untere Grenzlinie 26 dar, die übrigen Schnittlinien hi, h2, h3, h4 und h5 liegen entsprechend höher. Es ist ferner ersichtlich, dass die Längsachse 28 in Fig. 2 mit der Symmetrieebene 20 zusammenfällt. Die Ebene 21 des Spiegels 5 ist rechtwinkelig zur Symmetrieebene 20 angeordnet.

In der Draufsicht der Fig. 2 sind auch die Projektionen t0, ti, t2, t3 und U der Schnittlinien in unterschiedlichen Transversalebenen ersichtlich, die parallel zur Ebene 21 des Spiegels 5 sind. Die erste Schnittlinie to stellt die Grenzkurve des Reflektors dar, die am Spiegel 5 anliegt. Darüber hinaus sind auch die Projektionen Io, h und l2 der Schnittlinien in unterschiedlichen Longitudinalebenen ersichtlich, d.h. in Ebenen parallel zur Symmetrieebene 20, wobei die erste Schnittlinie l0 in der Symmetrieebene 20 selbst liegt. 10 # ·* · *· *«· «*»··*· *

In Fig. 3 sind die Schnittlinien l0, li ünct l2 Öefr ^ffi|ltüdjhaJebenen im Detail dargestellt, in der Fig. 4 hingegen die Schnittlinien to, ti, t2, t3 und t4 der Transversalebenen. Fig. 4 zeigt auch, dass die Schnittlinien to, t2,t2, t3 und t» in einem sehr steilen Winkel, der nahezu 90° beträgt, die untere Grenzlinie 26 schneiden, was dafür verantwortlich ist, dass die Abstrahlcharakteristik in Ebenen parallel zur Ebene 21 des Spiegels 5 sehr weitwinkelig ist.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist weiterhin aus dem Verlauf der obigen Schnittlinien h0, hi, h2, h3, h4 und h5, bzw. der Schnittlinien to, ti, t2, t3 und U eine Rippe 13 zu erkennen, die entlang der Symmetrieebene 20 verläuft. Diese in Längsrichtung verlaufende Rippe 13 ist unter anderem dafür verantwortlich, dass ein Strahlungsmaximum im Bereich der Symmetrieebene 20 nicht allzu stark ausgeprägt ist, so dass eine ausreichend gleichmäßige Lichtverteilung erreicht werden kann. Die in den Normen geforderte hohe Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung und eine deutlich verringerte Blendwirkung werden ferner durch mehrere Vorsprünge 14 erreicht, die durch Nuten 15 getrennt sind und die an der der Ebene 21 des Spiegels 5 gegenüberliegenden Seite des Reflektors 4 im Bereich der unteren Grenzlinie 26 angeordnet sind. Die Vorsprünge 14 stehen dabei annähernd senkrecht zur unteren Grenzlinie 26.

Fig. 5 zeigt eine Leuchte 16 schräg von unten, die mehrere nebeneinander angeordnete Leuchtbalken 17 trägt, die jeweils einem oben beschriebenen Leuchtmittel entsprechen. Die Leuchte 16 ist auf einem Mast 16a befestigt. Wichtig ist, dass die Leuchtbalken 17 in der Richtung orientiert sind, in der eine weitwinkelige Ausleuchtung gefordert wird, wie etwa die Längsrichtung einer zu beleuchtenden Fahrbahn.

Fig. 6 zeigt die Lichtverteilungskurve in einer Graukurven-Darstellung, wobei helle Grautöne eine hohe Leuchtdichte und dunkle Grautöne eine geringe Leuchtdichte anzeigen. Erkennbar ist die annähernd rechteckige Lichtverteilung, die erkennbar aus der Mittelachse verschoben ist.

Fig. 7 zeigt eine Polardarstellung der Lichtverteilungskurven in Querrichtung (Richtung parallel zur Ebene 21 des Spiegels 5) und in Längsrichtung (Richtung parallel zur Symmetrieebene 20). Die Lichtverteilungskurve in Querrichtung ist mit 22 und die Lichtverteilungskurven in Längsrichtung ist mit 23 bezeichnet. Die 11 ·» · · * · ·· »··· «··««·» · · « · · · l» I I 1*1 ♦

Flanke 24 der Lichtverteilungskurve:22 iniQtierirfiBtüinrf bezeichnet die Beleuchtungsgrenze, d.h. die Begrenzung des Bereichs, der beleuchtet ist. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass diese Grenze sehr scharf ist, was zur Vermeidung einer Blendwirkung besonders wichtig ist. Auch hier ist die Asymmetrie der Lichtverteilungskurve 23 in Längsrichtung unmittelbar erkennbar.

Fig. 8 ist eine Darstellung der Lichtverteilungskurven analog zu der von Fig. 7 in kartesischen Koordinaten.

Die Fig. 9 zeigt schematisch die Anordnung mehrerer, nämlich von vier Leuchtbalken 17 Diese sind parallel zueinander gleichsinnig geneigt (Winkel α von beispielsweise 10°), d.h. die Lichtaustrittsflächen 6 schließen den Winkel α zu einer gemeinsamen Ebene ein, die die Unterseite der hier nicht näher dargestellten Leuchte bildet. Die Ebenen 21 der Spiegel 5 sind dementsprechend parallel zueinander. In diesem Fall ist die Lichtverteilung asymmetrisch, wie es etwa auch erforderlich ist, wenn eine Fahrbahn von seitlich am Fahrbahnrand aufgestellten Leuchten 16 aus zu belichten ist. Die parallele Anordnung ergibt den bei vorgegebenen Leuchtmitteln schmälst möglichen Ausleuchtungsbereich. Gleichzeitig bedeutet dies, dass alle LEDs 2 aller Leuchtmittel den gesamten Ausleuchtungsbereich abdecken, wenn man von der geringfügigen Parallaxe absieht, die durch den Abstand der LEDs 2 bedingt ist. Der Ausfall einzelner LEDs 2 wird daher nur die Beleuchtungsintensität verringern, aber nicht die Lichtverteilung grundsätzlich verändern.

Ist die Fahrbahn breiter oder gilt es beispielsweise einen Sportplatz zu beleuchten, der entsprechende Abmessungen aufweist, dann kann dem dadurch Rechnung getragen werden, dass die Leuchtbalken 17 nicht parallel zueinander angeordnet werden, sondern leicht zueinander geneigt, indem der Winkel α für die vier Leuchtbalken 17 beispielsweise 6°, 8°, 10° und 12° beträgt.

Fig. 10 zeigt schematisch die Anordnung von sechs gegensinnig geneigter Leuchtbalken 17a bzw. 17b. Die ersten drei Leuchtbalken 17a sind parallel zueinander im Winkel α geneigt. Die weiteren drei Leuchtbalken 17b sind parallel zueinander ebenfalls in einem Winkel α geneigt, jedoch entgegengesetzt zu den ersten drei Leuchtbalken 17a, d.h., dass die ersten Leuchtbalken 17a und die 12 «·*···« f « I · · t I · « I·# * weiteren Leuchtbalken 17b in einerri Winkfel 2 jä §3gindinSnder geneigt sind, der ebenfalls spitz ist, d.h. kleiner als 90°.

Die ersten drei Leuchtbalken 17a und die weiteren drei Leuchtbalken 17b unterscheiden sich auch darin, dass die Spiegel 5 an der entgegengesetzten Seite angeordnet ist, also beispielsweise jeweils an der Außenseite. Diese Anordnung ergibt somit auch in Richtung quer zu den Leuchtbalken 17a, 17b (das ist die Längsrichtung der einzelnen Reflektoren 4) eine symmetrische Lichtverteilung. Dies ist hervorragend für die Beleuchtung einer Fahrbahn durch zentral über der Fahrbahn angebrachte Leuchten geeignet. Auch hier kann eine Verbreiterung des ausgeleuchteten Bereichs durch Veränderung der Winkel untereinander erreicht werden.

In Fig. 11 ist in einer axonometrischen Graustufen-Darstellung die Beleuchtungsintensität einer erfindungsgemäß ausgeleuchteten Fahrbahn dargestellt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine LED-Beleuchtung darzustellen, die den höchsten Anforderungen entspricht.

Claims (24)

13 ···· * * 4 PATENTANSPRÜCHE 1. Leuchtmittel, insbesondere zur Beleuchtung von Verkehrsflächen oder für andere lichttechnisch anspruchsvolle Aufgaben, mit mindestens einem Gehäuse (1), in dem mehrere Leuchteinheiten angeordnet sind, wobei jede Leuchteinheit aus einer LED (2) und einem als Freiformfläche ausgebildeten Reflektor (4) aufgebaut ist und eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (2) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (6) angeordnet von dieser weg gerichtet ist und dass der Reflektor (4) im Wesentlichen muschelförmig gestaltet ist und an einer Seite durch einen ebenen Spiegel (5) abgeschlossen ist.

2. Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (5) rechtwinkelig zur Lichtaustrittsfläche (6) angeordnet ist.

3. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) eine Symmetrieebene (20) aufweist und dass der Spiegel (5) rechtwinketig zur Symmetrieebene (20) angeordnet ist.

4. Leuchtmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5) in einem Schnitt entlang der Symmetrieebene (20) im Wesentlichen parabelförmig ausgebildet ist, wobei die LED (2) in der Symmetrieebene (20) zwischen dem Spiegel (5) und einer parallel zum Spiegel (5) durch den Scheitel (S) der Parabel verlaufenden Ebene (25) angeordnet ist.

5. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) im Bereich der Symmetrieebene (20) eine Rippe (13) aufweist.

6. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) im Abstand (d2) von dem Gehäuse (1) angeordnet ist.

7. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) eine untere Grenzlinie (26) aufweist, die im 14 « · • * I·ΜΙ» · · Wesentlichen parallel zucUchtaustrittsflädie (6) und in einem Abstand (dj) zu dieser angeordnet ist.

8. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) eine untere Grenzlinie (26) aufweist, und dass im Bereich der unteren Grenzlinie (26) mehrere (d2) Vorsprünge (14) vorgesehen sind, die in einem Winkel zu der Grenzlinie (26) verlaufen und vorzugsweise etwa rechtwinkelig zu dieser sind.

9. Leuchtmittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (14) in einem vom Spiegel (5) entfernten Bereich des Reflektors (4) angeordnet sind.

10. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) im Wesentlichen prismatisch ausgebildet ist und eine in Längsrichtung verlaufende Aufnahmenut (9) für einen Haltevorsprung (10) der Reflektoren (4) aufweist.

11. Leuchtmittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Längsrichtung verlaufende Halteleiste (7a) für die LEDs (2) vorgesehen ist, die vorzugsweise mit einer Wärmeableitungsstruktur (7) zusammenwirkt.

12. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Längsrichtung verlaufender Haltesteg (11) für den Spiegel (5) einstückig mit dem Gehäuse (1) ausgebildet ist.

13. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Spiegel (5) ein Halterung (12) für den Reflektor (4) vorgesehen ist.

14. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) in Schnitten parallel zur Ebene (21) des Spiegels (5) im Wesentlichen halbkreisförmig angeordnet ist.

15. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) einstückig mit einer Grundplatte (27) verbunden ist, die vorzugsweise seitlich Verbindungselemente (27a) für Grundplatten (27) weiterer Reflektoren (4) aufweist. 15

16. Leuchtmittel nach Anspruch.JJ>',.dsd0*rth‘gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) im Bereich der Grundplatte (27) im Wesentlichen senkrecht auf diese orientiert ist.

17. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) als Wärmeabstrahlfläche ausgebildet ist.

18. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) eine im Wesentlichen rechteckige Abstrahlcharakteristik aufweist.

19. Leuchtmittel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) in einer Ebene (21, 25) parallel zum Spiegel (5) einen weiten Abstrahlbereich (22) von vorzugsweise mehr als 120°, besonders vorzugsweise von etwa 150° aufweist.

20. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) in einer Ebene (20) senkrecht zum Spiegel (5) einen engen Abstrahlbereich (23) von vorzugsweise zwischen 30° und 90°, besonders vorzugsweise von etwa 50° aufweist.

21. Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von identischen Reflektoren (4) in einem Gehäuse (1) entlang einer Achse (28) in identischer Orientierung angeordnet sind, welche Achse (28) aus dem Schnitt der Ebene (21) der Spiegel (5) und der Lichtaustrittsfläche (6) gebildet ist.

22. Leuchte (16) mit mehreren Leuchtmitteln nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere identische Gehäuse (1) der Leuchtmittel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Lichtaustrittsflächen (6) der Leuchtmittel gleichsinnig geneigt in spitzen Winkeln (a) zueinander angeordnet sind.

23. Leuchte (16) mit mehreren Leuchtmitteln nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere identische Gehäuse (1) der Leuchtmittel nebeneinander angeordnet sind, wobei Lichtaustrittsflächen (6) 16 16 ι · · · ♦ Φ • · · » * • · · » · · ♦ * • » « ·♦···· t der Leuchtmittel gegensinnig.geoeigt in.spitzen Winkeln (a) zueinander angeordnet sind.

24. Leuchte (16) nach einem der Ansprüche 22 oder23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen (21) der Spiegel (5) der einzelnen Leuchtmittel parallel zueinander sind.

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