CH698808B1

CH698808B1 - Vorrichtung zur Beleuchtung.

Info

Publication number: CH698808B1
Application number: CH00695/08A
Authority: CH
Inventors: Peter Rast
Original assignee: Highlight Illumina Ag
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2008-05-05
Publication date: 2009-10-30
Also published as: WO2009135327A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung, auch Beleuchtungskörper 1 genannt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf einen starren Beleuchtungsträger 2, in dessen Innern sich die von aussen nicht sichtbare Zuleitung 3 und die von aussen nicht sichtbare Rückleitung 4 für die Stromversorgung 5 befinden, ein mit einer transparenten Schutzkappe 6 geschützter Halbleiterkristall 7, welcher mit der genannten Stromversorgung 5 verbunden ist, derart montiert ist, dass der vom Kristall 7 bei Stromfluss emittierte Lichtstrom halbkugelförmig von aussen sichtbar ist.

Description


  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung.

  

[0002]    Die Innovation in der Halbleiterphysik ermöglicht neue Anwendungsbereiche der Leuchtdiode (LED; light emitting diode).

  

[0003]    LED-Lampen mit einer Leistung von mehr als 0,5 Watt benötigen für die Wärmeableitung einen speziellen Aufbau. Wenn die Wärme nicht abgeführt wird, dann steigt die Temperatur in der Grenzschicht der beiden Halbleiter über 150[deg.]C.

  

[0004]    Wenn die Temperatur über 150[deg.]C liegt, dann altert die Leuchtdiode unverhältnismässig schnell.

  

[0005]    Herkömmliche LED-Lampen sind als Spot-Leuchten im Handel erhältlich. Solche Leuchten haben einen schmalen Lichtaustritt aus dem Gehäuse. Bei einer seitlichen Betrachtung dieser Leuchten ist der Lichtaustritt aus dem LED-Kristall nicht sichtbar, weil der LED-Kristall vertieft montiert ist.

  

[0006]    Je mehr Leistung eine LED-Lampe hat, beispielsweise 3 Watt, desto wichtiger wird die Wärmeableitung.

  

[0007]    Herkömmliche LED-Lampen mit einem Lichtstrom von mehr als 1 Lumen sind nicht als Dekorationsleuchten verwendet worden, weil keine besonderen Lichteffekte erzielt werden konnten und weil das vom Halbleiterkristall emittierte Licht im Vergleich zu thermischen Strahlern vom menschlichen Empfinden als zu wenig attraktiv empfunden worden ist.

  

[0008]    Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Beleuchtung zur Verfügung zu stellen.

  

[0009]    In dieser Vorrichtung soll ein Halbleiterkristall verwendet werden, damit der Energiebedarf auf einem Minimum gehalten werden kann.

  

[0010]    Diese Vorrichtung soll derart aufgebaut sein, dass die Charakteristik der Lichtemission der LED-Lichtquelle auch dekorativ genutzt werden kann.

  

[0011]    Diese Vorrichtung soll derart aufgebaut sein, dass bei einem Lichtstrom von mehr als 10 Lumen genügend Wärme abgeführt wird.

  

[0012]    Diese Vorrichtung soll in verschiedenen ästhetisch attraktiven Formen realisierbar sein.

  

[0013]    Diese Vorrichtung soll als energiesparende Leuchte verwendet werden können, insbesondere als Dekorationsleuchten oder als gebündelte Lichtstrahler, beispielsweise Spots.

  

[0014]    Diese Vorrichtung soll in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar sein.

  

[0015]    Wenn diese Vorrichtung in Betrieb ist, dann soll bei einem Anfassen keine Verletzungsgefahr bestehen; insbesondere sollen keine Verbrennungen und Stromschläge möglich sein.

  

[0016]    Diese Vorrichtung soll skalierbar sein.

  

[0017]    Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele erreicht.

  

[0018]    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung, auch Beleuchtungskörper 1 genannt, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf einen starren Beleuchtungsträger 2, in dessen Innern sich die von aussen nicht sichtbare Zuleitung 3 und die von aussen nicht sichtbare Rückleitung 4 für die Stromversorgung 5 befinden, ein mit einer transparenten Schutzkappe 6 geschützter Halbleiterkristall 7 , welcher mit der genannten Stromversorgung 5 verbunden ist, derart montiert ist, dass der vom Kristall 7 bei Stromfluss emittierte Lichtstrom halbkugelförmig von aussen sichtbar ist.

  

[0019]    Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

  

[0020]    Im folgenden Teil werden mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

  

[0021]    Dabei wird auch Bezug auf die Figuren genommen.
<tb>Fig. 1a<sep>zeigt einen Querschnitt durch einen möglichen starren Beleuchtungsträger 2 mit eingeführtem und verklemmtem Rohr 11.


  <tb>Fig. 1b<sep>zeigt einen detaillierten Querschnitt durch einen möglichen starren Beleuchtungsträger 2.


  <tb>Fig. 2a<sep>zeigt einen Querschnitt durch eine Klemme 14 mit zentralem Gewinde 15 und dem ersten Schlitz 16.


  <tb>Fig. 2b<sep>zeigt einen Querschnitt durch eine Klemme 14 mit zentralem Gewinde 15 und dem zweiten Schlitz 17.


  <tb>Fig. 2c<sep>zeigt einen radialen Schnitt durch eine Klemme 14 mit dem dritten Schlitz 18 und dem vierten Schlitz 19


  <tb>Fig. 3<sep>zeigt schematisch ein mögliches erfindungsgemässes Leuchtelement.

  

[0022]    Eine mögliche erfindungsgemässe Vorrichtung kann wie folgt hergestellt werden:

  

[0023]    Als starrer Beleuchtungsträger 2 wurde ein Aluminiumstab mit einer Höhe von 32 mm und einem Durchmesser von 25 mm verwendet.

  

[0024]    Am oberen Teil wurde ein Absatz mit einer Breite von 2 mm und einer Höhe von 3 mm abgetragen.

  

[0025]    Am unteren Teil wurde entlang der Mittelachse eine Bohrung 20 mit einem Durchmesser von 6,2 mm und einer Länge von 25 mm gebohrt.

  

[0026]    In einem Abstand von 10 mm vom unteren Rand wurde ein 5 mm Gewinde 21 radial geschnitten.

  

[0027]    Vom oberen Teil wurden im Radius von 8 mm in einem Winkel von 30[deg.] bezüglich der Mittelachse zwei Kanäle 22 mit einem Durchmesser von 3 mm gebohrt.

  

[0028]    In die zentrale Bohrung 20 wurde ein 15 cm langes Stahlrohr 11 mit einer Wandstärke von 0,5 mm und einem Durchmesser von 6 mm eingeführt.

  

[0029]    In dieses Stahlrohr 11 wurde im Abstand von 7 cm eine radiale Bohrung 23 von 5 mm gebohrt.

  

[0030]    In das radiale Gewinde 21 wurde zur Verklemmung des Stahlrohres eine Madenschraube 24 eingeschraubt.

  

[0031]    Bei Bedarf kann die äussere Oberfläche des starren Beleuchtungsträgers 2 mit Kühlrippen vergrössert sein.

  

[0032]    Der starre Beleuchtungsträger 2 kann im Prinzip jede beliebige Form haben; beispielsweise kann er die Form eines Kegels, einer Halbkugel, eines Quaders, einschliesslich beliebige Abwandlungen dieser Formen, haben.

  

[0033]    Als Halbleiterkristall 7 wurde das Produkt Cree XLamp XR-E Led der Firma Cree, Inc. Durham NC 27703, USA verwendet.

  

[0034]    Dieses Produkt 7 umfasst einen Träger 8 und eine transparente Schutzkappe 6, die zusätzlich als Linse ausgebildet ist.

  

[0035]    An dieses Produkt 7 wurden die Drähte für die elektrische Zuleitung 3 und die Rückleitung 4 angelötet.

  

[0036]    Diese Drähte 3,4 wurden durch die beiden Kanäle 22, durch das Stahlrohr 11 und durch die radiale Bohrung 23 gezogen.

  

[0037]    Anschliessend wurde der Träger 8 an den oberen Teil des starren Beleuchtungsträgers 2 geklebt.

  

[0038]    Die beiden Kanäle 22 wurden mit einer Dichtungsmasse abgedichtet.

  

[0039]    Wenn an Stelle des Stahlrohres 11 als Alternative ein Stab oder ein Drahtseil verwendet wird, dann werden die Drähte 3,4 nach wie vor durch die beiden Kanäle 22 gezogen.

  

[0040]    In diesem Fall müssen die Kanäle 22 bis zum unteren Teil des starren Beleuchtungsträgers 2 verlängert und in einem andern Winkel geführt werden.

  

[0041]    Die Schutzhülle 9 aus PMMA wurde im Spritzgussverfahren hergestellt und hatte die Form eines Bechers.

  

[0042]    Diese Schutzhülle 9 hatte einen Aussendurchmesser von 25 mm, eine Höhe von 21 mm und eine Wandstärke von 1 mm. Diese Schutzhülle 9 hatte an ihrem offenen Ende einen innenliegenden Absatz von 1 * 2 mm.

  

[0043]    Die Form der Schutzhülle 9 steht in Wechselwirkung mit der Form des starren Beleuchtungsträgers 2.

  

[0044]    Als optisches Element 10 wurde das Produkt 20 mm Lamberitan der Firma Carclo Technical Plastics, Ossett, England verwendet.

  

[0045]    Dieses optische Element 10 wurde auf den Träger 8 des Halbleiterkristalls 7 aufgeklebt.

  

[0046]    Anschliessend wurde die Schutzhülle 9 auf den starren Beleuchtungsträger 2 wasserdicht aufgeklebt.

  

[0047]    Als Klemme 14 wurde ein Aluminiumstab mit einer Höhe von 21 mm und einem Durchmesser von 20 mm verwendet.

  

[0048]    Am oberen Teil wurde entlang der Mittelachse ein 12 mm Gewinde 15 mit einer Tiefe von 18 mm geschnitten.

  

[0049]    Am unteren Teil wurde in einer Höhe von 3 mm ein durch das Zentrum durchgehender erster Schlitz 16 mit 6 * 11 mm und 3 mm Radius herausgefräst.

  

[0050]    Das so gefertigte Teil wurde um 90[deg.] im Gegenuhrzeigersinn gedreht.

  

[0051]    Am unteren Teil wurde in einer Höhe von 3 mm ein bis ins Zentrum gehender zweiter Schlitz 17 mit 4 * 11 mm und 2 mm Radius herausgefräst.

  

[0052]    Zwischen dem ersten Schlitz 16 und dem zweiten Schlitz 17 wurde in einer Höhe von 3 mm ein dritter radialer Schlitz 18 mit 4 mm Höhe und einem Radius von 2 mm über einen Bogen von 90[deg.] im Uhrzeigersinn heraus gefräst.

  

[0053]    Das so gefertigte Teil wurde um 180[deg.] gedreht.

  

[0054]    Am unteren Teil wurde in einer Höhe von 3 mm ein radialer vierter Schlitz 19 mit 4 mm Höhe und einem Radius von 2 mm über einen Bogen von 90[deg.] im Gegenuhrzeigersinn herausgefräst.

  

[0055]    Das Stahlrohr 11 wurde in den in der Klemme 14 vorhandenen durchgehenden ersten Schlitz 16 derart eingeführt, dass die Drähte für die elektrische Zuleitung 3 und die Rückleitung 4 durch den in der Klemme 14 vorhandenen zweiten Schlitz 17 nach unten ausgeführt werden konnten.

  

[0056]    Mehrere dieser so hergestellten Vorrichtungen können wie folgt zu einem erfindungsgemässen Leuchtelement kombiniert werden.

  

[0057]    Der Einfachheit halber wird die Kombination von nur zwei dieser so hergestellten Vorrichtungen beschrieben.

  

[0058]    Als Befestigungsvorrichtung wurde ein Drahtseil 13 und pro Vorrichtung je eine Klemme 14 verwendet.

  

[0059]    Das Drahtseil 13 wurde durch den in der Klemme 14 vorhandenen dritten Schlitz 18 und vierten Schlitz 19 durchgezogen.

  

[0060]    Zur Verklemmung wurde in das in der Klemme 14 vorhandene 12-mm-Gewinde 15 eine Madenschraube eingeschraubt.

  

[0061]    Gegenüber dem Drahtseil 13 kann ein beliebiger Winkel a von 0[deg.] bis 90[deg.] eingestellt werden.

  

[0062]    Als Stromversorgung 5 wurde das Produkt Power LED Konverter der Firma Barthelme, Nürnberg, verwendet.

  

[0063]    Die Zuleitung 3 der ersten Vorrichtung wurde mit dieser Stromversorgung 5 verbunden.

  

[0064]    Die Rückleitung 4 der ersten Vorrichtung wurde mit der Zuleitung 3 der zweiten Vorrichtung mit einer elektrischen Verbindungsklemme 2 6 verbunden.

  

[0065]    Die Rückleitung 4 der zweiten Vorrichtung wurde mit einer elektrischen Verbindungsklemme 27 mit dem Drahtseil 13 verbunden.

  

[0066]    Die Rückleitung 4 der Stromversorgung 5 wurde mit dem andern Ende des Drahtseiles 13 mit einer elektrischen Verbindungsklemme 27 verbunden.

  

[0067]    Beim Betrieb dieses Leuchtelementes wird die Verlustwärme über den starren Beleuchtungsträger 2, das Stahlrohr 11, die Klemme 14 und das Drahtseil 13 an die Umgebungsluft abgegeben.

  

[0068]    Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist so gestaltet, dass damit auch noch ein Dekorationseffekt erzielt wird.

  

[0069]    Mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann im Vergleich zu einem thermischen Strahler etwa 80% an Energie eingespart werden.

  

[0070]    Die erfindungsgemässen Vorrichtungen und die erfindungsgemässen Leuchtelemente können sowohl im Innenbereich als auch im Aussenbereich angewendet werden.

  

[0071]    Die erfindungsgemässen Vorrichtungen und die erfindungsgemässen Leuchtelemente können auf beliebige Art aufgehängt oder aufgestellt werden.

  

[0072]    In der vorliegenden Erfindung werden folgende Bezugszeichen verwendet:
<tb>1<sep>Beleuchtungskörper


  <tb>2<sep>starrer Beleuchtungsträger


  <tb>3<sep>Zuleitung


  <tb>4<sep>Rückleitung


  <tb>5<sep>Stromversorgung


  <tb>6<sep>Schutzkappe


  <tb>7<sep>Halbleiterkristall


  <tb>8<sep>weiterer Träger


  <tb>9<sep>Schutzhülle


  <tb>10<sep>optisches Element


  <tb>11<sep>Stab/Rohr/Drahtseil


  <tb>12<sep>starrer Körper


  <tb>13<sep>Seil/Stab/Rohr


  <tb>14<sep>Klemme


  <tb>15<sep>zentrales Gewinde


  <tb>16<sep>erster Schlitz


  <tb>17<sep>zweiter Schlitz


  <tb>18<sep>dritter Schlitz


  <tb>19<sep>vierter Schlitz


  <tb>20<sep>Bohrung


  <tb>21<sep>radiales Gewinde


  <tb>22<sep>Kanäle


  <tb>23<sep>radiale Bohrung


  <tb>24<sep>Madenschraube


  <tb>25<sep>Dichtmasse


  <tb>26<sep>Verbindungsklemme


  <tb>27<sep>Verbindungsklemme.

Claims

1. Vorrichtung zur Beleuchtung, auch Beleuchtungskörper (1) genannt, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen starren Beleuchtungsträger (2), in dessen Innern sich die von aussen nicht sichtbare Zuleitung (3) und die von aussen nicht sichtbare Rückleitung (4) für die Stromversorgung (5) befinden, ein mit einer transparenten Schutzkappe (6) geschützter Halbleiterkristall (7) , welcher mit der genannten Stromversorgung (5) verbunden ist, derart montiert ist, dass der vom Kristall (7) bei Stromfluss emittierte Lichtstrom halbkugelförmig von aussen sichtbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem starren Beleuchtungsträger (2) und dem Halbleiterkristall (7) noch wenigstens ein weiterer Träger (8) befindet.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass am starren Beleuchtungsträger (2) auf der Seite, auf welcher sich der mit einer transparenten Schutzkappe (6) geschützte Halbleiterkristall (7) befindet, eine offene oder geschlossene transparente Schutzhülle (9) montiert ist, beispielsweise mittels Verklebung oder Verklemmung, und dass gegebenenfalls die äussere Oberfläche des starren Beleuchtungsträgers (2) vergrössert ist, beispielsweise mit Kühlrippen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Beleuchtungsträger (2) aus einem Metall oder aus einer Legierung gefertigt ist, insbesondere aus Aluminium, Stahl, beispielsweise rostfreier Stahl, Messing oder Kupfer.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Schutzkappe (6) aus einem transparenten Kunststoff gefertigt ist, und dass diese Schutzkappe (6) gegebenenfalls als Linse ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkristall (7), insbesondere ein LED-Kristall, vorzugsweise ein solcher LED-Kristall, welcher bei einer Stromstärke von 100 mA bis 5000 mA, insbesondere von 300 mA bis 5000 mA, vorzugsweise von 300 mA bis 1000 mA, einen Lichtstrom im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm emittiert, mit dem starren Beleuchtungsträger (2) oder mit dem weiteren Träger (8) entweder verklebt oder geklemmt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich entweder

- zwischen dem Halbleiterkristall (7) und der offenen oder geschlossenen transparenten Schutzhülle (9) ein optisches Element (10) befindet, welches den vom Halbleiterkristall (7) emittierten Lichtstrom bündelt, oder

- dass die offene oder geschlossene transparente Schutzhülle (9) als optisches Element (10) ausgebildet ist, welches den vom Halbleiterkristall (7) emittierten Lichtstrom bündelt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die offene oder geschlossene transparente Schutzhülle (9) aus Glas oder aus einem transparenten Kunststoff gefertigt ist, beispielsweise aus Polycarbonat, PC, oder Polymethylmethacrylat, PMMA.

9. Anordnung von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Beleuchtungsträger (2) auf der Seite, welche dem Halbleiterkristall (7) gegenüberliegt, mit einem Ende eines Stabes oder Rohres oder Drahtseiles (11) verbunden ist, beispielsweise mittels Verklebung oder Verklemmung, insbesondere ein gerader oder gekrümmter Stab (11) oder ein gerades oder gekrümmtes Rohr oder ein Drahtseil (11), und dass am andern Ende dieses Stabes oder Rohres oder Drahtseiles (11) gegebenenfalls ein starrer Körper (12) oder eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 montiert ist, beispielsweise mittels Verklebung oder Verklemmung, wobei der genannte Stab (11) oder das genannte Rohr oder das genannte Drahtseil (11) und der genannte starre Körper (12) vorzugsweise aus einem Metall oder aus einer Legierung hergestellt sind,

insbesondere aus Aluminium, Stahl, beispielsweise rostfreier Stahl, Messing oder Kupfer.

10. Leuchtelement, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, eine Befestigungsvorrichtung (13, 14) sowie eine Zuleitung (3) und eine Rückleitung (4) für die Stromversorgung (5) umfasst.

11. Leuchtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in Serie geschaltet sind, insbesondere von 2 bis 16 Vorrichtungen.

12. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung entweder

- ein Seil (13) und wenigstens eine Klemme (14) oder

- ein Stab (13) oder ein Rohr (13) und wenigstens eine Klemme (14) oder

- einen starren Körper

umfasst.

13. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der starre Beleuchtungsträger (2) oder der Stab (11) oder das Rohr (11) mit der Befestigungsvorrichtung verbunden ist.

14. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (13, 14) aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist und als Rückleitung dient.