CZ19871U1

CZ19871U1 - Svítidlo

Info

Publication number: CZ19871U1
Application number: CZ200921301U
Authority: CZ
Inventors: Cernoch@Jakub
Original assignee: Cernoch@Jakub
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2009-07-20
Also published as: AT12640U1; DE202009014892U1

Description

Oblast techniky

Technické řešení pojednává o svítidle, zejména pro průmyslové či jiné osvětlovací účely, využívajícím jako světelný zdroj svčtloemitující diodu, nazývanou též LED.

Dosavadní stav techniky

Současná svítidla používají jako světelný zdroj žárovky, a to ať již klasické či halogenové, zářivky a výbojky.

V poslední době se ale díky pokroku dosaženém na poli světloemitujících diod, dále zde jen LED, začínají jako zdroje světla pro svítidla používat i tyto prvky, protože již dosahují nejvyšší účinnosti přeměny elektrické energie na světlo (lm/W) ze všech komerčně dostupných světelných zdrojů.

Existuje řada svítidel, využívajících tuto technologii. Existují dokonce světelné zdroje se sestavami několika LED, opatřené palicemi běžných Žárovek, tj. např. E27, El4, takže se tyto úsporné světelné zdroje dají našroubovat místo žárovky. Tyto světelné zdroje využívají světlo generované světloemitujícími diodami velmi nehospodámě, protože LED vyzařují světlo v úhlu cca 100° až 140° s výrazným maximem v ose.

Existuje řada patentů, které se snaží řešit vyzařování světla ve svítidlech se LED. Jako příklad jedné možné cesty tohoto řešení je možné uvést např. dokument WO/2OO9/055374, popisující svítidlo s řadou LED, upravených ve speciálně tvarovaném reflektoru. Toto řešení úpravy světel20 ného toku však řeší problém efektivního využití vyzařovaného světla jen částečně, protože LED vyzařují největší část světelného toku v úhlu cca 30 až 40° a pro korekci směru paprsků světla v tomto úhlu není reflektor vhodným řešením. Výsledkem aplikace reflektoru na světlo vyzařované LED je vyzařovací charakteristika s výrazným maximem uprostřed a strmým poklesem intenzity světla ke krajům. Tento výsledek lze považovat za neuspokojivý, protože cílem optimálního sví25 tidla je rovnoměrně osvítit celou požadovanou plochu,

Tohoto cíle je možné dosáhnout použitím optického prvku umístěného před LED. Optický prvek zajistí při vhodné konstrukci v podstatě rovnoměrnou distribuci světla po osvětlované ploše. Pří konstrukci svítidel s LED je nutné zajistit ochranu proti vniknutí prachu, protože vrstva na povrchu LED prach doslova přitahuje a postupně dochází ke snížení světelného toku; závažnost to30 hoto problému je násobena dlouhou dobou provozu LED v řádech desítek tisíc provozních hodin. Existuje poměrně široký sortiment čoček z plastických hmot, které často nabízí přímo výrobci LED, ale všechny tyto čočky je nutné doplnit ochranným krytem proti vnikání prachu. Nevýhodou tohoto řešení je, že významným způsobem snižuje výslednou účinnost svítidla, protože světlo při průchodu každým rozhraním prochází jen částečně, část světla se vždy odrazí a zůstane nevyužitá. Poměr odraženého a prošlého světla je velmi závislý na kvalitě povrchu, u běžných skel a plastů jsou tyto ztráty cca 15 až 20 %. Přidáním ochranného krytu tak snížíme účinnost svítidla cca o 25 až 40 %, protože světlo prochází rozhraními vzduch/materiál krytu a materiál krytu/vzduch. Uspořádání běžného provedení optické soustavy s LED a vyšším krytím je znázorněno dále.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody řeší svítidlo podle tohoto technického řešení. Svítidlo obsahuje základnu, výhodně tvořenou chladičem. Na této základně je upraven světelný zdroj tvořený alespoň jednou LED, výhodně osazenou na desce plošných spojů s vysokou vodivostí. Podstatou technického řešení je, že nad světelným zdrojem je uspořádán kryt proti vnikání prachu či vody, který obsahuje integrálně v něm upravený optický člen pro usměrnění toku ze světelného zdroje, přičemž optický člen je uspořádán nad světelným zdrojem. Zvláště výhodně je kryt připevněn

-1 CZ 19871 Ul těsně k základně, Čímž je zajištěno dokonalé utěsnění aje zamezeno jakémukoliv vnikání prachu či vlhkosti do prostoru světelného zdroje a tím se zamezí snížení využitelného světelného toku z něj. Díky tomu, že kryt obsahuje integrálně v něm upravený optický člen, zamezí se ztrátám při přechodu z jednoho optického prostředí do druhého.

Výhodně je svítidlo opatřeno krytem, jehož optický člen je tvořen asférickou čočkou. Její vrchol je zvláště výhodně upraven nad středem světelného zdroje.

Podle dalšího výhodného provedení je kryt ve spodní části opatřen přírubou, jejíž spodní okraj je vytvarován pro dosednutí na základnu a mezi touto přírubou a základnou je upraveno těsnění. Zvláště výhodně je potom ve spodní straně patky vytvořena kruhová drážka pro vložení těsnění, přičemž těsněním je O-kroužek, přičemž O-kroužek je uspořádán mezi spodním okrajem příruby a základnou. Zvláště výhodně má potom svítidlo kryt k základně připevněn prostřednictvím prstence, který přitlačuje přírubu k základně a je opatřen otvory pro šrouby pro připevnění prstence k základně.

Podle jiného výhodného provedení má svítidlo podle tohoto technického řešení přírubu k základ15 ně přilepenou, přičemž lepicí hmota je upravena na spodní straně příruby a vytváří současně těsnění. Výhodným provedením lepicí hmoty jsou např, kontaktní lepidla, silikonové tmely a lepidla apod. Důležité je, aby lepidlo zajistilo utěsněné spojení krytu se základnou.

Svítidlo podle svého dalšího výhodného provedení má na základně upravenu skupinu světloemitujících diod, osově u sebe souměrně uspořádaných, přičemž optický člen je uspořádána nad nimi v osové souměrnosti k jejich středu,

Podle jiného výhodného provedení je svítidlo tvořeno sestavou od sebe vzdálených světloemitujících diod, přičemž nad každou z nich je uspořádán kryt s optickým členem.

Podle jiného výhodného provedení má svítidlo optický člen uspořádaný svou spodní stranou těsně u světloemitující diody nebo ve styku s ní.

Podle ještě jiného výhodného provedení má svítidlo pro minimalizování optických ztrát prostor mezi spodní stranou optického členu a světloemitující diodou vyplněn látkou, vykazující alespoň obdobné optické vlastnosti, jako vykazuje materiál optického členu.

Svítidlo může být podle dalšího výhodného provedení opatřeno závěsem pro naklápění svítidla do různých stran. Svítidlo může být dále výhodně tvořeno sestavou světloemitujících diod, kdy tyto světloemitující diody jsou uspořádány alespoň do dvou řad nebo do matice. Je ale samozřejmě možné i jiné uspořádám např. do kruhu či jiného obrazce, podle potřeby osvětlování.

Podle jiného aspektu tohoto technického řešení je předložena sestava výše popsaných svítidel kde jednotlivá svítidla jsou uspořádána do řad nebo do matice, přičemž jsou vzájemně nezávisle uchycena pro samostatné naklápění každého z nich.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je znázorněno provedení svítidla podle stavu techniky.

Na obr. 2 je potom zobrazeno výhodné provedení svítidla podle tohoto technického řešení.

Na obr. 3 je znázorněna sestava svítidel do dvou řad.

Na obr. 4 je znázorněna sestava svítidel do matice 4x4.

Příklady provedení

Svítidlo podle stavu techniky je zobrazeno na obr. 1 a sestává se ze základny I, na které je upraven samostatný usměrňovači člen 8 toku světla ze světelného zdroje 2. Nad ním je uspořádáno krycí sklo 7, které zajišťuje krytí celé sestavy proti vniknutí prachu či vody.

Svítidlo podle tohoto technického řešení je na obr. 2 tvořeno základnou I, na které je upevněn světelný zdroj 2, tvořený zde jednou světloemitující diodou s vysokou svítivostí. Základna i je

-2CZ 19871 Ul podle tohoto provedení výhodně vyrobena z hliníku aje opatřena žebrováním pro odvod tepla ze světelné diody, protože pro životnost světelné diody je výhodné zajistit její co nejlepší chlazení. I když se jedná o výhodné provedení, toto vytvoření základny 1 není pro podstatu technického řešení nijak zásadní a není zde uvedeno jako omezující příklad jejího provedení. Základnou I se totiž rozumí těleso svítidla, ke kterému je uchycený světelný zdroj 2 a výhodně i kryt 4 s optickým členem 3. Základna I podle tohoto technického řešení může být vytvořena z jednoho kusu ale například i z více navzájem spojených částí. Je rovněž možné sestavit několik samostatných základnových prvků do jednoho celku, takže se vytvoří jedna kompaktní základna 1 obsahující libovolné množství světelných zdrojů 2. Základnové prvky mohou být podle tohoto provedení ío např. stavebnicové, což umožní snadné sestavování kompaktní základny i. Možností vytvoření základny I stejně tak jako možností připevnění světelného zdroje 2 či krytu 4 s optickým členem 3 k ní je celá řada a navrhne je zajisté kterýkoliv konstruktér a proto se jimi zde nebudeme zabývat. Je důležité si uvědomit, že konkrétní provedení základny I či připevnění světloemitující diody jako světelného zdroje 2, případné i krytu s optickým členem 3 k ní nijak neovlivňuje podi5 státu tohoto technického řešení a nemůže tedy vést mimo rozsah ochrany, uvedený v jednotlivých patentových nárocích. Rovněž je důležité si uvědomit, že světelný zdroj 2 může být tvořen nejen jednou světloemitující diodou, ale i několika světloemitujícími diodami, sestavenými u sebe. Světelný zdroj 2 je podle jednoho svého zvláště výhodného provedení tvořen světloemitující diodou, osazenou na desce plošných spojů, s vysokou vodivostí. Deska plošných spojů je výhodně připevněna k základně 1 a zajišťuje napájení světloemitující diody provozním napětím.

Nad světelným zdrojem 2 je uspořádán optický člen 3, usměrňující světlo ze světelného zdroje 2. Jak již bylo uvedeno, zvláště výhodným provedením optického členu 3 je asférická čočka s kardioidní charakteristikou, což bude ale popsáno dále. Jak je z obr. 1 patrné, je optický člen 3 integrální součástí krytu 4 světloemitující diody 2 a chrání ji tak např. proti prachu či stříkající vodě či vlhkému prostředí. Kryt 4 je ve své spodní části opatřen přírubou 5, přičemž mezi přírubou 5 a základnou i je uspořádáno těsnění 6. Kryt 4 může být podle jednoho výhodného provedení k základně připevněn kroužkem s otvory pro šrouby, který je na kryt nasazen aje připevněn šrouby k základně podle běžné praxe. Výhodně je v přírubě 5 vytvořena drážka, do které je těsnění 6 vloženo. To je tvořeno zvláště výhodně O-kroužkem. Stejně tak je ale možné při jiném tvarování ao základny I uspořádat těsnění 6 např. po vnějším obvodu příruby 5, přičemž kryt 4 by se v takovém případě do základny I vkládal. Dále může být utěsněno spojení kroužku, který kryt 4 připevňuje k základně I atd. Je také možné kryt 4 k základně I utěsněné přilepit, např. silikonem a další možnosti. Důležité je, aby při spojení krytu 4 se základnou i nemohl vnikat do prostoru, kde je uspořádán světelný zdroj 2 žádný prach ani vlhkost, což by mohlo vést ke snížení život35 nosti a/nebo ke snížení vyzařovaného světelného toku.

Vlastní návrh optického členu 3, výhodně asférické čočky, závisí na mnoha faktorech, mezi jinými na požadovaném vyzařovacím úhlu, požadované vyzařovací charakteristice, velikosti a konstrukci LED a není tedy vhodné se jím zde zabývat. Výpočet zakřivení asférické čočky podle zadaných požadavků navrhne zajisté každý odborník, zabývající se touto tématikou.

Zde je důležité vzít v potaz vlastnost světloemitující diody, která vyzařuje nejsilněji ve svém středu. Proto je výhodné použití asférické čočky s kardioidní charakteristikou, čímž se tento střed potlačí a zajistí se rovnoměrné osvětlení v celém vyzařovaném úhlu. Kromě asférické čočky je ale možné použít i jiný vhodný optický člen, který zajistí požadované rozložení světleného toku. Může to být např. normální nebo Fressnelova čočka, difrakční mřížka apod. I jejich navržení zajistí jakýkoliv odborník, zabývající se tématikou průchodu světla optickými členy. Důležité je, aby byl optický člen 3 zakomponován do krytu 4 světelného zdroje 2, tedy aby byl součástí tohoto krytu 4 a zajišťoval tak ochranu světelné diody ve světelném zdroji 2 před vnikáním prachu či vlhkostí, což by snižovalo vyzařované světlo, a současně aby umožňoval požadovanou úpravu charakteristiky světelného toku ze světelného zdroje 2, aniž by docházelo k navýšení ztrát při průchodu přes kryt 4 a optický člen 3. Podle jednoho svého výhodného provedení optický člen 3 v podstatě vytváří větší část krytu 4 světelného zdroje 2. Zde je důležité si uvědomit, že konkrét-3CZ 19871 Ul nich provedení krytu 4 s optickým členem 3 může být celá řada a že ani není v podstatě možné zde všechny uvést.

Velkou výhodou asférické čočky ve funkci korektoru světelného toku je možnost dosáhnout prakticky jakoukoliv vyzařovací charakteristiku. Jak již bylo uvedeno, velmi výhodná z hlediska osvětlení je kardioidní charakteristika, díky které se dosáhne rovnoměrného rozložení světla po celé osvětlované ploše. Asférická čočka může být vyrobena ze skla, např, borosilikátového, nebo i z polykarbonátů či jiného opticky výhodného materiálu. Je důležité si uvědomit, že pro podstatu technického řešení nejsou až tak optické vlastnosti materiálu asférické čočky podstatné.

Na obr. 3 a 4 je znázorněno možné využití jednotlivých svítidel z obr. 2, uspořádaných na obr. 3 ío do sestavy v řadách a na obr. 4 do sestavy v matici. Jak je z obr. 3 zřejmé, jsou v tomto provedení čtyři světelné zdroje 2 upraveny na jedné základně 1, přičemž každý ze světlených zdrojů je opatřen samostatným krytem 4 s optickým členem 3. Základny 1 mohou být použity samostatně, v provedení na obr, 2 jsou uspořádány do dvou řad. Je ale stejně tak možné je uspořádat do libovolného počtu řad. Na obr. 4 jsou potom zobrazeny základny I sestavené do matice. Je tedy sa15 mozřejmé, že tyto sestavy nejsou jediné možné, ale naopak se jedná jen o jedno z mnoha možných provedení sestav. Jak již bylo uvedeno, je možno základnu 1 sestavovat ze základnových prvků či samostatná svítidla umístit na společnou raultiprvkovou základnu. Svítidlo potom může být opatřeno závěsy pro naklápění nebo v případě sestavy samostatných svítidel může být každé z těchto svítidel opatřeno samostatným závěsem pro individuální naklápění Či pro naklápění ve skupinách atd. Může se však i lišit počet světelných zdrojů 2 na základně i. Ten je spíše dán požadavky na osvětlení či požadavky při výrobě. Vzhledem k evidentnosti vytvoření sestav svítidel podle konkrétních požadavků na osvětlení se jimi toto technické řešení hlouběji nezabývá. Všechny takovéto sestavy však spadají do tohoto technického řešení.

Průmyslové využití

Svítidlo podle tohoto technického řešení je s výhodou možné používat kdekoliv je zapotřebí zajistit požadované osvětlení. Je možné jej používat v průmyslu, např. při osvětlování pracovišť, výrobních hal, chodeb apod., pro venkovní osvětlení domů, ulic, chodníků atd., ale stejně tak i v domácnostech. Je samozřejmé, že škála možného použití je mnohem Širší a zde vyjmenované příklady nijak neomezují takové využití předloženého svítidla.

Claims

30 NÁROKY NA OCHRANU

1. Svítidlo obsahující základnu, na které je upraven alespoň jeden světelný zdroj tvořený nejméně jednou světloemitující diodou, vyznačující se tím, že nad světelným zdrojem je uspořádán kryt (4) proti vnikání prachu či vody, který obsahuje integrálně v něm upravený optický člen (2) pro usměrnění toku ze světelného zdroje (1), přičemž optický člen (2) je uspořá35 dán nad světelným zdrojem (1).
2. Svítidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že kryt (4) je těsně připevněn k základně (1).
3. Svítidlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že optickým členem (2) je asférická čočka.

40
4. Svítidlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kryt (4) je ve spodní části opatřen přírubou (5), jejíž spodní okraj je vytvořen pro dosednutí na základnu a mezi touto přírubou (5) a základnou (1) je uspořádáno těsnění (6),

-4CZ 19871 Ul
5. Svítidlo podle nároku 4, vyznačující se tím, že kryt (4) je k základně (1) připevněn prostřednictvím prstence, který přitlačuje přírubu (5) k základně (1) a je opatřen otvory pro šrouby pro připevnění prstence k základně (1).
6. Svítidlo podle nároku 4 nebo 5, v y z n a č u j í c í se t í m , že ve spodní straně patky je 5 vytvořena kruhová drážka pro vložení těsnění (6), přičemž těsněním je O-kroužek.
7. Svítidlo podle nároku 4, vyznačující se tím, že příruba (5) je k základně (1) přilepena, přičemž lepicí hmota je upravena na spodní straně příruby (5) a vytváří současně těsnění (6).
8. Svítidlo podle kteréhokoliv z nároků laž7, vyznačující se tím, že optický člen io (3) je uspořádán svou spodní stranou těsně u světelného zdroje (2) nebo ve styku s ním.
9. Svítidlo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že prostor mezi spodní stranou optického členu (3) a světelným zdrojem (2) je vyplněn látkou, vykazující alespoň obdobné optické vlastnosti, jako vykazuje materiál optického členu (3).
10. Svítidlo podle kteréhokoliv z nároků laž9, vyznačující se tím, že je opatřeno 15 nejméně dvěma od sebe vzdálenými světelnými zdroji (2), přičemž světelné zdroje (2) jsou upraveny na společné základně (1) a nad každým z nich je uspořádán samostatný kryt (4) s optickým členem (3).

Π. Svítidlo podle nároku 10, vyznačující se tím, že světelné zdroje (2) jsou nejméně čtyři ajsou uspořádány alespoň do dvou řad nebo do matice.

20 12. Svítidlo podle kteréhokoliv z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že je opatřeno otočným závěsem pro jeho natáčení do různých stran.
13. Sestava svítidel podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že je tvořena jednotlivými svítidly, uspořádanými do řad nebo do matice, přičemž jednotlivá svítidla jsou vzájemně nezávisle uchycena pro samostatné naklápění každého z nich.