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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf LED-Strahler für Notbeleuchtungszwecke,
auf eine Leuchte für
eine Gasentladungslampe mit einem derartigen LED-Strahler sowie
auf Leuchtenanordnungen.
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Das
technische Gebiet der vorliegenden Erfindung ist insbesondere das
der netzunabhängigen Notbeleuchtungen,
d.h. der Beleuchtungen, die bei Störung der Netzversorgung der
normalen künstlichen
Beleuchtung wirksam werden. Darunter fallen weder hinterleuchtete
Schilder (Displays) noch lichttechnische Mittel (bspw. eine LED)
zur Anzeige des Notbetriebszustands an einer Leuchte, sondern nur Beleuchtungen
einer definierten Fläche
(Boden des Rettungsweges etc.) im Abstand zu der Notbeleuchtung.
Zur Verdeutlichung dieses Unterschieds wird in der vorliegenden
Beschreibung der Begriff „Strahler" verwendet.
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Unter
dem Begriff der Notbeleuchtung fallen gemäss nach DIN EN 1838 oder EN
12464 dabei beispielsweise Sicherheitsbeleuchtungen, die Personen das
sichere Verlassen von Räumen/Gebäuden ermöglichen
bzw. es Personen ermöglichen,
einen potentiell gefährlichen
Arbeitsablauf zu beenden. Ein Teil der Notbeleuchtung ist auch die
Sicherheitsbeleuchtung für
Rettungswege, um diese also sicher zu erkennen und zu benutzen.
Weiterhin fallen unter den Begriff der Notbeleuchtung u.a. die Antipanik-Beleuchtung, die
es erlaubt, eine Stelle zu erreichen, von der aus ein Rettungsweg
eindeutig als solcher erkannt werden kann, so wie die Sicherheitsbeleuchtung
für Arbeitsplätze mit
besonderer Gefährdung, die
es also ermöglichen
muß, angemessene
Abschaltmaßnahmen
zur Sicherheit des Bedienpersonals zu treffen.
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Die
unterschiedlichen Typen an Notbeleuchtungen sind üblicherweise
gesetzlich normiert, indem beispielsweise Mindestbeleuchtungsstärken, Nennbetriebsdauern
der Notbeleuchtung sowie die Lichtqualität, gemessen durch den Farbwiedergabeindex (engl. „Color
Rendering Index",
CRI) Ra vorgeschrieben wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Notbeleuchtung,
die bei einem Ausfall der Netzspannungsversorgung von Gasentladungslampen
wirksam wird. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass zu
diesem Zweck zwei voneinander unabhängige Vorschaltgeräte für eine Gasentladungslampe
vorgesehen werden, wobei ein Vorschaltgerät im Normalfall auf Grundlage
der Netzspannungsversorgung die angeschlossenen Lampen ansteuert
und das zweite Vorschaltgerät
im Notfall, d.h. bei erkanntem Ausfall der Netzspannungsversorgung,
ausgehend von einer Batterie-Spannungsversorgung die angeschlossene
Lampe in einen vorgeschriebenen Betriebszustand einschaltet. Ebenso sind
zentralversorgte Systeme aus dem Stand der Technik bekannt, die
sich im wesentlichen von den zuvor beschriebenen dadurch unterscheiden,
dass im Notfall eine zentrale DC-Versorgung,
bspw. eine zentrale Batterie den Betrieb der Leuchtstofflampen über ein
Vorschaltgerät
sicherstellt.
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Diese
Techniken haben indessen mehrere Nachteile, u.a. das aufgrund der
Komplexität
der gesamten Elektrik die Fehlerwahrscheinlichkeit verhältnismäßig groß ist. Dabei
ist zu berücksichtigen,
dass die Leuchtstofflampe je nach Zustand (Normal- bzw. Notfall)
von zwei unterschiedlichen Vorschaltgeräten abwechselnd betrieben wird.
Dies führt
u.a. dazu, dass die üblichen
Leuchtstofflampen nicht optimal und vielmehr weit unterhalb der
Nominalwerte betrieben werden, was zu einer Beeinträchtigung
der Lebensdauer der angeschlossenen Lampen führen kann. Diese Beeinträchtigung
wird insbesondere durch die vorgeschriebenen regelmäßigen Tests
der Notfallbeleuchtung verursacht. Der suboptimale Betrieb im Notfall
verkürzt
wiederum die Betriebszeit bzw. erfordert eine entsprechende grössere Dimensionierung
der verwendeten Akkumulatoren.
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Andererseits
sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich LED-Strahler bekannt.
Indessen weisen aus dem Stand der Technik bekannte LED-Strahler
die folgenden Nachteile hinsichtlich einer Verwendung als Notbeleuchtung
auf:
Wie bereits eingangs ausgeführt, ist für Notbeleuchtungen normalerweise
eine Mindestbeleuchtungsstärke
vorgesehen. Wenn nunmehr mittels bekannter LED-Strahler diese Mindestbeleuchtungsstärke erreicht
werden soll, kann aufgrund der im Vergleich zu Leuchtstofflampen
geringeren Effizienz der bekannten LED-Strahler nicht gewährleistet
werden, dass die ebenfalls vorgeschriebene Mindestbetriebsdauer der
Notbeleuchtung (beispielsweise eine Stunde oder drei Stunden abhängig vom
Anwendungsfall) bei gleicher Akkuleistung erreicht werden kann.
Alternativ müssen
entsprechend die vorgesehenen Akkumulatoren größer dimensioniert werden, was
mit Kosten- und Platzproblemen einhergehen kann.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine LED-Beleuchtung vorzuschlagen, die üblichen Anforderungen
an Notbeleuchtungen (Mindestbetriebsdauer, Mindestbeleuchtungsstärke etc.)
genügt und
andererseits insbesondere hinsichtlich der Anforderungen an die Akkumulatordimensionierung kostengünstig hergestellt
werden kann.
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Die
angeführte
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
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Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass die Effizienz der verwendeten LEDs erhöht werden kann, wenn Kompromisse
hinsichtlich des Farbwiedergabeindex Ra eingegangen werden. Der Farbwiedergabeindex
ist ein Begriff der Fotometrie und beschreibt eine standardisierte
Methode, um den Einfluss einer Lichtquelle auf die Farbwirkung von Objekten
zu beschreiben, im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle der gleichen
Farbtemperatur. Der höchste
erreichbare Wert ist dabei ein Ra von 100. Der allgemeine Farbwiedergabeindex
Ra ist ein Maß für die durchschnittliche
Farbwirkung von acht standardisierten Farbmustern. In der englischsprachigen Fachwelt
wird der Farbwiedergabeindex mit 'colour rendering Index' (CRI) bzw. der allgemeine
Farbwiedergabeindex als 'general
colour rendering index' bezeichnet.
Bei einem äußerst niedrigen
Farbwiedergabeindex Ra besteht die Gefahr, dass durch das menschliche
Auge keinerlei Farberkennung, sondern vielmehr nur noch ein Hell/Dunkel-Sehen
stattfindet. Daher wird bei Notbeleuchtungen üblicherweise ein Mindest-Farbwiedergabeindex
Ra von wenigstens 40 verlangt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein LED-Strahler mit mehreren besonders effizienten
einfarbigen LEDs einer ersten Farbe und mehreren mehrfarbigen LEDs
oder einfarbigen LEDs einer zweiten Farbe vorgeschlagen. Unter „einfarbigen LEDs" werden dabei LEDs
verstanden, deren Spektralverlauf einen einzigen Peak im Bereich
einer bestimmten Wellenlänge
zeigt, während
unter „mehrfarbigen LEDs" LEDs zu verstehen
sind, deren Spektralverlauf (neben einem Hauptpeak) noch weitere Peaks
oder Plateaus zeigt. „Weisse" LEDs weisen typischerweise
einen ersten Peak bei etwa 410 nm und einen zweiten, flacheren Peak
bei etwa 560 nm auf.
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Dabei
kann wenigstens eine mehrfarbige LED auch aus einer Kombination
einer LED einer zweiten Farbe mit einer Kombination einer LED einer dritten
Farbe bestehen.
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Die
Gesamt-Lumenzahl und/oder die Anzahl der einfarbigen LEDs der ersten
Farbe sind dabei größer als
die der mehrfarbigen LEDs bzw. der einfarbigen LEDs der zweiten
Farbe. Die Hauptintensität des
LED-Strahlers wird somit durch die effizienten einfarbigen LEDs
der ersten Farbe geschaffen. Von den mehrfarbigen LEDs bzw. der
einfarbigen LEDs der zweiten Farbe werden dagegen lediglich soviele hinzugefügt, dass
der Mindest-Farbwiedergabeindex für Notbeleuchtungen erfüllt ist.
Der Farbwiedergabeindex Ra beträgt
für weisse
LEDs bspw. 80 bis 85, während
er für
einfarbige LEDs alleine rechnerisch bei unter 20 liegt.
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Der
Strahler weist weiterhin wenigstens eine wiederaufladbare Batterie
(Akkumulator) zur DC-Versorgung der LEDs sowie einen Netzspannungsanschluß zum Laden
der Batterie auf.
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Weiterhin
kann der LED-Strahler integriert in seinem Gehäuse eine Überwachungs-/Steuereinheit aufweisen,
die den Netzspannungsanschluß überwacht
und bei Ausfall der Netzspannung bzw. bei Unterschreiten eines Schwellenwerts
der Netzspannung ein Einschalten der einfarbigen LEDs der ersten Farbe
sowie der mehrfarbigen LEDs bzw. der einfarbigen LEDs der zweiten
Farbe veranlasst.
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Es
kann jeweils wenigstens eine Versorgungsschaltung für die einfarbigen
LEDs der ersten Farbe und die mehrfarbigen LEDs bzw. die einfarbigen
LEDs der zweiten Farbe vorgesehen sein. Dies gewährleistet, dass unterschiedliche
LED-Typen jeweils optimal und somit effizient angesteuert werden.
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Eine
Ladeschaltung kann in dem LED-Strahler vorgesehen sein, die für ein periodisches
Laden und Entladen der wenigstens einen wiederaufladbaren Batterie
sorgt, um somit deren Lebensdauer zu verlängern.
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Es
können
lichttechnische Mittel, wie beispielsweise Linsen- und/oder Reflektorelemente
vorgesehen sein, die den Lichtkegel der mehrfarbigen bzw. einfarbigen
LEDs beeinflussen, insbesondere derart, dass die genannten Lichtkegel überlappen. Die
einfarbigen LEDs bzw. die mehrfarbigen LEDs können unabhängig voneinander einschaltbar
sein.
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Das
Gehäuse
des LED-Strahlers kann Befestigungsmittel zum Befestigen des LED-Strahlers an
einer Leuchte mit einer Gasentladungslampe aufweisen.
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Die
einfarbigen LEDs können
insbesondere rote LEDs sein, die bekanntlich eine hohe Effizienz aufweisen.
Andererseits ist rotes Licht auch im Notfall für sehbehinderte Personen gut
erkennbar und weist Vorteile bei Sichtbehinderung durch Rauch, Nebel etc.
auf.
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Die
mehrfarbigen LEDs können
beispielsweise weiße
LEDs sein, die zwar eine geringere Effizienz aufweisen, aber zur
Erfüllung
der Anforderungen hinsichtlich des Farbwiedergabeindex Ra hinzugefügt werden.
Die mehrfarbigen LEDs können
derart angeordnet sein, dass sie von den einfarbigen LEDs umgeben
sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LED-Strahler
vorgesehen, der mehrere einfarbige LEDs einer ersten Farbe sowie
mehrere mehrfarbige LEDs bzw. einfarbige LEDs einer zweiten Farbe
aufweist. Es liegen also wenigstens zwei unterschiedliche LED-Typen
in dem LED-Strahler vor. Die Zusammensetzung der unterschiedlichen
LED-Typen ist dabei derart gewählt, dass
sich ein Farbwiedergabeindex Ra von wenigstens 40 ergibt.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchte
für eine
Gasentladungslampe vorgeschlagen, wobei an bzw. in dem Gehäuse der
Leuchte wenigstens ein LED-Strahler der oben genannten Art vorgesehen
ist, wobei der Netzspannungsanschluß des LED-Strahlers mit der Netzspannungsversorgung
der Leuchte verbunden ist.
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Die
Leuchte kann ein Raster aufweisen, wobei in diesem Fall der LED-Strahler
zwischen zwei Lamellen des Rasters eingesetzt sein kann, so dass sein
Lichtkegel in Richtung des Lichtkegels der Leuchte weist.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der LED-Strahler auch in einem stirnseitigen Bereich, insbesondere
einem Endbereich der Leuchte eingesetzt sein.
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Der
LED-Strahler kann auch außen
an dem Gehäuse
der Leuchte angebracht sein.
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Schließlich schlägt die vorliegende
Erfindung auch eine Leuchtenanordnung mit wenigstens zwei hintereinander
angeordneten Leuchten für
Gasentladungslampen vor, wobei in einem Zwischenraum (Stoßbereich)
zwischen zwei Leuchten wenigstens ein LED-Strahler der genannten
Art eingesetzt ist.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass die mehrfarbigen (insbesondere weißen) LEDs
zur optischen Aufhellung des Zwischenraums zwischen zwei Leuchten
zusammen mit den Leuchten schaltbar sind, während die einfarbigen LEDs
lediglich bei einem Ausfall der Netzspannungsversorgung der Leuchten
einschaltbar sind.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Eigenschaften sollen nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung und Bezug nehmend auf die Figuren der
begleitenden Zeichnungen erläutert
werden.
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1 zeigt
dabei eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers,
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2 zeigt
ein Beispiel für
eine Leuchte mit einer Leuchtstoffröhre, mit der ein erfindungsgemäßer LED-Strahler
kombiniert werden kann, und
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3 zeigt
das Einsetzen eines erfindungsgemäßen LED-Strahlers in einen
Zwischenraum zwischen zwei Leuchten eines Lichtbands oder dergleichen.
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Ein
erfindungsgemäßer LED-Strahler,
der in 1 mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist,
wird vorzugsweise in Kombination mit einer Leuchte verwendet, bei
deren Ausfall aufgrund einer Störung
der Netzspannungsversorgung der LED-Strahler die Funktion einer
Notbeleuchtung übernehmen
soll.
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Der
erfindungsgemäße LED-Strahler
1 kann dabei
beispielsweise, aber nicht ausschließlich, mit Leuchten kombiniert
werden, wie sie aus der
DE 101 51
958 , aus der
DE 299
23 835 , aus der
DE
299 01 397 oder aber aus der
DE 201 01 705 bekannt sind. Es sei
nochmals darauf hingewiesen, dass die angeführten Druckschriften nur als Montagebeispiele
zu verstehen sind. Auf jeden Fall wird ausdrücklich auf den mechanischen
Aufbau der in den angeführten Druckschriften
gezeigten Leuchten verwiesen und der Offenbarungsgehalt der genannten
Druckschriften insofern in die vorliegende Beschreibung einbezogen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, weist der erfindungsgemäße LED-Strahler 1 wenigstens
zwei unterschiedliche Typen an LEDs 3, 4 auf.
Der erste Typ an LEDs 4 ist dabei derart gewählt, dass
er eine hohe Effizienz aufweist, was üblicherweise bei einfarbigen (monochromatischen)
LEDs wie beispielsweise roten LEDs der Fall ist. Die Anzahl der
LEDs 3 des zweiten Typs ist geringer als die der LEDs 4 des
ersten Typs. Die LEDs des zweiten Typs 3 sind dabei derart
gewählt,
dass sie bei Inkaufnahme einer geringeren Effizienz das Gesamtspektrum
des LED-Strahlers 1 derart ergänzen, dass ein Farbwiedergabeindex
Ra ausreichender Höhe
(bspw. 40) gewährleistet
ist. Die LEDs des zweiten Typs 3 sind daher entweder monochromatische
LEDs mit einer Farbe unterschiedlich zu der der LEDs 4 des
ersten Typs. Alternativ oder zusätzlich
können
die LEDs 3 des zweiten Typs auch mehrfarbige LEDs, wie
beispielsweise weiße
LEDs sein.
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Dabei
kann wenigstens eine mehrfarbige LED auch aus einer Kombination
einer LED einer zweiten Farbe mit einer Kombination einer LED einer dritten
Farbe bestehen.
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Jeder
Typ an LEDs 3, 4 weist eine separate Ansteuerschaltung 5 bzw. 6 auf,
so dass die Ansteuerung jeweils auf die Anforderungen des jeweiligen Typs
an LEDs 3, 4 abgestimmt ist, um einen effizienten
Betrieb der LEDs 3, 4 zu gewährleisten. Dies hat wiederum
Vorteile hinsichtlich der Lebensdauer der wiederaufladbaren Batterie 7 sowie
hinsichtlich der Wärmeentwicklung
in dem LED-Strahler 1.
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Die
autonome Spannungsversorgung für den
LED-Strahler 1 wird mittels einer wiederaufladbaren Batterie 7 gewährleistet.
Diese wiederaufladbare Batterie 7 ist mit einem Netzanschluß 9 versehen.
Wenn der in 1 dargestellte LED-Strahler
als Notbeleuchtungsergänzung
verwendet wird, ist die Netzspannungsversorgung 9 vorteilhafterweise
mit der Netzspannungsversorgung desjenigen Leuchtmittels verbunden,
dessen Ausfall durch Einschalten des LED-Strahlers 1 gerade
kompensiert werden soll.
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Einerseits
dient also der Netzspannungsanschluß 9 zum Laden der
wiederaufladbaren Batterie 7. Andererseits wird gleichzeitig
mittels des Netzspannungsanschlusses 9 durch einen Controller/Überwachungseinheit 8 der
Zustand der Netzspannung überwacht.
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Allgemein
dient der Controller 8 dazu, auch Lade/Entladezyklen der
wiederaufladbaren Batterie 7 zu veranlassen, um deren Lebensdauer
zu verlängern.
Falls der Controller 8 eine Störung der Netzspannung erkennt,
veranlasst er also, dass innerhalb vorgeschriebener Zeitdauern der
LED-Strahler 1 eingeschaltet wird. Bekanntlich weisen gerade
LEDs den Vorteil auf, dass sie ein äußerst schnelles Ansprechverhalten
beispielsweise im Vergleich zu Gasentladungslampen zeigen, die erst
nach einem vorgeschriebenen Startzyklus eingeschaltet werden dürfen. Dies
ist insbesondere bei Notbeleuchtungen ein Vorteil, da gemäss DIN EN
1388 eine Einschaltverzögerung
dahingehend vorgeschrieben ist, dass innerhalb 5 Sekunden 50% und
innerhalb 60 Sekunden 100% der geforderten Beleuchtungsstärke erreicht werden
müssen.
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Durch
die erfindungsgemäße Zusammensetzung
des LED-Strahlers 1 aus
LEDs 4 mit hoher Effizienz und ergänzenden LEDs 3 mit
geringer Effizienz, die eine geringere Lumenzahl aufweisen als die effizienten
LEDs 4, wird ermöglicht,
dass der Gesamtwirkungsgrad des LED-Strahlers 1 in den
Bereich einer nicht optimal betriebenen Gasentladungslampe gerät. Dabei
ist zu berücksichtigen,
dass Gasentladungslampen im Notfallbetrieb üblicherweise ebenfalls keinen
optimalen Wirkungsgrad erzielen können (da sie ja für den Betrieb
ausgehend von der Netzspannung optimiert sind bzw. weil sie im Notfall in
reduziertem Betrieb laufen, um Strom zu sparen, und in dieser Betriebsart
weniger effizient sind).
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Da
also die Gesamteffizienz des beispielsweise stark rotlastigen LED-Strahlers 1 sehr
groß ist, kann
die wiederaufladbare Batterie 7 entsprechend klein dimensioniert
werden, was hinsichtlich der Größe aber
auch der verursachten Kosten sehr günstig ist. Die Lebensdauer
der LEDs bei einem derartigen Einsatz ist bekanntlich sehr gut,
so dass sie in der Regel über
dem Bereich einer üblichen
Gasentladungslampen-Lebensdauer liegen.
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In 2 ist
nunmehr ein Beispiel für
eine Rasterleuchte 15 dargestellt, wobei das Raster durch Lamellen 17 gebildet
ist. Der in 1 dargestellte LED-Strahler 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann dabei entweder in einem Mittenbereich 18 zwischen
zwei Lamellen 17 oder in einem Endbereich 19 des
Rasters 16 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann
sie auch in dem Stirnbereich 20 vorgesehen sein. Dabei
kann die Fassung der Leuchte 15 transparent ausgestaltet
sein. Alternativ kann natürlich
auch das Gehäuse 10 des
LED-Strahlers 1 (siehe 1) Befestigungsmittel
wie bspw. Clips oder dgl. aufweisen, um den LED-Strahler 1 außen an dem
Gehäuse
der Leuchte 15 anzubringen.
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3 schließlich zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der LED-Strahler 1 in einen Stoßbereich zwischen zwei hintereinander
angeordneten Leuchten 11, 12 jeweils mit Gasentladungslampen 13, 14 eingesetzt
ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die beispielsweise
weißen
LEDs zusammen mit den Leuchten 11, 12 ein- und
ausgeschaltet werden, um optisch den Übergangsbereich (Stoßbereich)
zwischen den beiden Leuchten 11, 12 zur Schaffung
eines durchgehenden Lichtbandeffektes aufzuhellen. In diesem Fall
würden
die beispielsweise roten LEDs des LED-Strahlers 1 nur im Notfall
zugeschaltet werden.