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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit mehreren Trägerelementen,
wobei die Trägerelemente
jeweils einen im Wesentlichen planen Oberflächenabschnitt aufweisen, auf
dem wenigstens eine Licht emittierende Diode angeordnet ist. Außerdem betrifft
die Erfindung einen Leuchtkörper mit
einer derartigen Lichtquelle, sowie eine Anordnung von mehreren
derartigen Leuchtkörpern.
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Mit „Lichtquelle" soll im Folgenden
der Einfachheit halber eine „Lichtquelleneinheit" bezeichnet sein,
also nicht nur die eigentliche Lichtquelle, beispielsweise eine
Licht emittierende Diode, sondern eine Einheit, die mehrere Komponenten
umfassen kann, die der Lichterzeugung dienen. Beispielsweise sollen
auch Komponenten, die zur Ansteuerung oder Stromversorgung der „eigentlichen" Lichtquelle vorgesehen
sind, als Elemente der „Lichtquelle" verstanden sein.
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Kugelleuchten
weisen eine im Wesentlichen kugelförmige Oberfläche auf,
durch die Licht abgestrahlt werden kann. Die Oberfläche wird
durch einen lichtdurchlässigen „Lichtaustrittskörper" gebildet, der beispielsweise
aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein kann. Dabei ist bekannt,
eine Lichtquelle für
die Leuchte im Inneren des Lichtaustrittskörpers anzuordnen.
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Bei
Kugelleuchten kann es erwünscht
sein, dass der Lichtaustrittskörper
von innen möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet
wird, so dass also eine Leuchte ermöglicht wird, die nach allen
Richtungen möglichst
gleichstark Licht abstrahlt, also eine möglichst homogene Abstrahlung
aufweist.
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Eine
absolut homogene Ausleuchtung einer Kugel ist nur mit einer Punktlichtquelle
zu erzielen. Eine Glühbirne
kann bei genügend
großem
Lichtaustrittskörper
in sehr guter Näherung
als Punktlichtquelle dienen. Allerdings bedingt eine Lichtquelle
in Form einer Glühbirne
gewisse Nachteile. Beispielsweise kann damit Licht nur in einer
bestimmten Farbe abgestrahlt werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lichtquelle
für eine
Leuchte anzugeben, die in guter Näherung als Punktlichtquelle,
insbesondere für
eine Kugelleuchte, dienen kann und dabei mehr Möglichkeiten der Lichtbeeinflussung bietet.
Des Weiteren soll ein entsprechender Leuchtkörper angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
mit einer Lichtquelle gelöst,
welche die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Besondere
Ausführungsarten
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Lichtquelle vorgesehen, die mehrere Trägerelemente aufweist, wobei
die Trägerelemente
jeweils einen im Wesentlichen planen Oberflächenabschnitt aufweisen, auf dem
wenigstens eine Licht emittierende Diode angeordnet ist. Dabei sind
die Trägerelemente
relativ zueinander derart angeordnet, dass die Oberflächenabschnitte
der Trägerelemente
die Oberfläche
oder einen Teil der Oberfläche
eines konvexen Polyeders, insbesondere eines regulären oder
semiregulären Polyeders,
definieren.
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Durch
diese besondere Art der Anordnung der Trägerelemente lässt sich
eine Abstrahlung der Leuchte erzielen, deren Stärke besonders wenig von der
Abstrahlrichtung abhängig
ist. Sie eignet sich daher besonders als Lichtquelle für eine Kugelleuchte bzw.
für die
gleichmäßige Ausleuchtung
der Innenfläche
einer Kugel oder zumindest eines Kugelabschnitts, wie beispielsweise
einer Halbkugel. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass
die Oberflächenabschnitte
der Trägerelemente
denjenigen Teil der Oberfläche
eines konvexen Polyeders definieren, dessen Flächennormalen in einen Halbraum gerichtet
sind. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Oberflächenabschnitte
denjenigen Teil der Oberfläche
eines konvexen Polyeders definieren, dessen Flächennormalen zumindest in einen
Achtelraum oder zumindest in einen Viertelraum gerichtet sind.
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Ein
konvexes Polyeder ist ein von mehreren ebenen Flächen begrenzter, konvexer Körper. Falls – im Rahmen
der Ungenauigkeit, die durch die technische Umsetzung bedingt ist – die planen
Oberflächenabschnitte
der Trägerelemente
jeweils auf einer der Flächen
eines konvexen Polyeders liegen, definieren sie somit die Oberfläche dieses
Polyeders.
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Herstellungstechnisch
einfach ist es, als Trägerelemente
Platten vorzusehen.
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Besonders
gut hinsichtlich der Kontaktierung der Licht emittierenden Dioden
eignen sich als Trägerelemente
Leiterplatten. Flexible Leiterplatten sind dabei besonders vorteilhaft,
weil sie ein leichtes Zusammenfügen
der Trägerelemente
ermöglichen.
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Besonders
vorteilhaft sind die Trägerelemente
zumindest teilweise aus einem Zuschnitt einer flexiblen Leiterplatte
gebildet. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Trägerelemente
durch entsprechende Biegungen der zugeschnittenen Leiterplatte in
die vorgesehene gegenseitige Anordnung gebracht sind.
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Es
kann also vorgesehen sein, dass die Lichtquelle durch eine flexible
Leiterplatte geformt ist, die einen sich tragenden Körper bildet.
Die flexible Leiterplatte kann also als Form bestimmendes Element
der Lichtquelle vorgesehen sein. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise
die Führung
der Leiterbahnen realisieren, insbesondere hinsichtlich der elektrischen
Verbindung der Trägerelemente
untereinander.
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Die
Ausleuchtung der Innenfläche
einer Kugel kann im Allgemeinen umso gleichmäßiger gestaltet werden, je
flacher die Winkel zwischen den Trägerelementen bzw. den betreffenden
Oberflächenabschnitten
der Trägerelemente
sind. Allerdings ist – bedingt
durch die technische Realisierung der Trägerelemente – die Lichtquelle
im Allgemeinen umso größer, je
flacher diese Winkel sind. Falls also die Ausleuchtung einer vergleichsweise
kleinen Kugelfläche
erwünscht
ist, ergibt sich daher, dass die Lichtquelle auch dementsprechend
klein sein muss, was eine gewisse Mindestgröße für die besagten Winkel bedingt.
Bei einer erfindungsgemäßen Lichtquelle kann
durch geeignete Anpassung zwischen dem Abstrahlwinkel der LEDs und
dem dazu passenden Durchmesser des Polyeders in Bezug auf den Innendurchmesser
einer auszuleuchtenden Kugelfläche eine
sehr gute Annäherung
an eine Punktlichtquelle erzielt werden.
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Beispielsweise
hat sich für
die Ausleuchtung einer Kugelfläche
mit einem Durchmesser von ungefähr
120 mm als besonders geeignet erwiesen, als zu Grunde liegende Polyederform
einen Dodekaeder zu wählen.
Dies stellt also in diesem Sinne einen geeigneten Kompromiss zwischen
möglichst
flachen Winkeln einerseits und einem möglichst kleinen Durchmesser
der Lichtquelle andererseits dar.
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Die
Trägerelemente
können
in diesem Fall als Platten gestaltet sein, die im Wesentlichen die Form
von (gleich großen)
regelmäßigen Fünfecken haben,
die unmittelbar die zwölf
Flächen
des entsprechenden Dodekaeders repräsentieren. Mit „im Wesentlichen" soll dabei zum Ausdruck
gebracht werden, dass dabei gewisse, insbesondere technisch bedingte
Formabweichungen möglich
sind. Derartige Formabweichungen können beispielsweise durch Verbindungselemente
bedingt sein, beispielsweise durch Ösen bzw. Laschen, die zur gegenseitigen
Verbindung der Trägerelemente
vorgesehen sind.
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Die
Dodekaeder-Form eignet sich beispielsweise im Fall einer Lichtquelle
zur Ausleuchtung einer Kugel mit einem Durchmesser von zwischen
10 und 15 cm, beispielsweise etwa 12 cm, wobei die Lichtquelle einen
Durchmesser von etwa 45 bis 50 mm aufweisen kann. Diese Größe der Lichtquelle
ist (bei derzeitigen technischen Rahmenbedingungen) zur Unterbringung
der nötigen
Bauelemente innerhalb der Lichtquelle ausreichend.
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Um
eine Abstrahlung der Lichtquelle mit einer besonders geeigneten
Leuchtdichte zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, auf den Trägerelementen
jeweils mindestens zwei Licht emittierende Dioden anzuordnen.
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Beispielsweise
können
als Licht emittierende Dioden an sich bekannte RGB-LEDs verwendet
werden.
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Zur
Befestigung und Kontaktierung der Licht emittierenden Dioden auf
den Trägerelementen
kann vorteilhaft die SMD-Technik verwendet werden (SMD: surface
mounted device).
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Vorteilhaft
umfasst die Lichtquelle weiterhin eine Ansteuereinheit für die Licht
emittierenden Dioden, wobei diese Ansteuereinheit auf den Trägerelementen
angeordnet sein kann. Die Ansteuereinheit kann beispielsweise einen
PWM-IC aufweisen (PWM: pulse width modulated). Weiterhin vorteilhaft umfasst
die Ansteuereinheit mehrere, beispielsweise im Fall von RGB-LEDs
drei Konstantstromtreiber, insbesondere Konstantstromtreiber mit
Pegelanpassung.
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Weiterhin
vorteilhaft umfasst die Lichtquelle eine Stromversorgungseinheit
für die
Licht emittierenden Dioden, wobei die Stromversorgungseinheit auf
den Trägerelementen
angeordnet ist. Die Stromversorgungseinheit kann einen Linearregler,
Schutzdioden und Elkos (Elektrolytkondensatoren) aufweisen.
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Vorteilhaft
weist die Lichtquelle eine Ansteuereinheit und eine Stromversorgungseinheit
auf, wobei die Ansteuereinheit auf einem ersten Teil der Trägerelemente
angeordnet ist und die Stromversorgungseinheit auf einem zweiten,
von dem ersten Teil verschiedenen, Teil der Trägerelemente angeordnet ist.
Dies ist mit Bezug auf die Kabelverbindungen günstig.
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Dabei
kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Teil der Trägerelemente
aus einem ersten Zuschnitt flexibler Leiterplatten gebildet ist
und der zweite Teil der Trägerelemente
aus einem zweiten Zuschnitt flexibler Leiterplatten.
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Zur
leichten gegenseitigen Verbindung der Trägerelemente können diese
Rastelemente, beispielsweise in Form von Ösen und Laschen aufweisen.
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Eine
Aussparung für
eine Kabelzuführung bzw.
-durchführung
kann vorteilhaft zwischen wenigstens zwei Trägerelementen vorgesehen sein.
Im Fall eines zu Grunde liegenden Dodekaeders kann eine derartige
Aussparung an einer Ecke, also an den betreffenden drei Trägerelementen,
durch die die Ecke gebildet ist, in einer Umgebung der Ecke vorgesehen
sein.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Leuchtkörper vorgesehen, der eine erfindungsgemäße Lichtquelle
aufweist und einen im Wesentlichen kugelförmigen, lichtdurchlässigen Lichtaustrittskörper, wobei
die Lichtquelle im Inneren des Lichtaustrittskörpers angeordnet ist.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leuchtkörperanordnung
vorgesehen, die wenigstens zwei erfindungsgemäße Leuchtkörper aufweist, die durch ein
gemeinsames Versorgungskabel miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 Trägerelemente
mit LEDs und elektronischen Komponenten vor dem Zusammenbau,
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2 die
in 1 dargestellten Trägerelemente, jedoch bei anderem
Blickwinkel,
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3 eine
aus den in den 1 und 2 gezeigten
Trägerelementen
zusammengebaute Lichtquelle,
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4 die
in 3 gezeigte Lichtquelle bei eingeschalteten LEDs,
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5 einen
geöffneten
erfindungsgemäßen Leuchtkörper,
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6 den
in 5 gezeigten Leuchtkörper in geschlossenem Zustand,
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7 den
in 6 gezeigten Leuchtkörper bei eingeschalteten LEDs,
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8 den
in 7 gezeigten Leuchtkörper vor einem anderen Hintergrund,
und
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9 eine
Skizze einer erfindungsgemäßen Lichtquelle
in einem Zustand während
des Zusammenbaus.
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Eine
erfindungsgemäße Lichtquelle
ist in den 3 und 4 gezeigt.
Die Lichtquelle weist mehrere, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
zwölf Trägerelemente
für Licht
emittierende Dioden (LEDs) auf.
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In
den 1 und 2 sind die bereits mit LEDs 3 bestückten Trägerelemente 2 vor
deren Zusammenbau dargestellt.
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Die
Trägerelemente
sind plattenförmig,
im Wesentlichen gleich groß und
haben jeweils im Wesentlichen die Form eines regulären Fünfecks.
Auf diese Weise können
die Trägerelemente
so zusammengesetzt werden, dass ihre Oberflächen – im Rahmen der durch die technische
Umsetzung bedingten Genauigkeit – einen Dodekader beschreiben.
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In 9 ist
in skizzenhafter Form ein Zustand dargestellt, in dem die Trägerelemente 2 bereits
teilweise zusammengefügt
sind, und zwar zu zwei Gruppen 10, 11 von je sechs
Trägerelementen 2,
so dass zwei „Halbdodekaeder" gebildet sind, die zu
der Lichtquelle zusammengefügt
werden können. Jede
der beiden Gruppen 10, 11 umfasst dabei ein „zentrales" Trägerelement 2', 2'', an dessen fünf Kanten jeweils ein weiteres
Trägerelement 2 angeordnet ist.
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Auf
Grund der Plattenform der Trägerelemente
weisen diese plane Oberflächenabschnitte auf,
die im zusammengefügten
Zustand der Trägerelemente 2 nach
außen
weisen. Auf diesen Oberflächenabschnitten
sind jeweils zwei Licht emittierende Dioden 3, insgesamt
also 24 LEDs angeordnet. (Der Übersichtlichkeit
halber sind in 9 keine LEDs oder sonstige weiteren
Komponenten auf den Trägerelementen 2 eingezeichnet.)
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Die
so gebildete Lichtquelle ermöglicht
eine Abstrahlung, die – einen
gewissen Mindestabstand vorausgesetzt – derjenigen einer Punktlichtquelle nahe
kommt. Die in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigte Lichtquelle hat einen Durchmesser von etwa 45 bis 50 mm
und eignet sich beispielsweise zur Ausleuchtung einer Kunststoffkugel
mit einem Innendurchmesser von etwa 120 mm.
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Als
LEDs sind im Ausführungsbeispiel RGB-LEDs
gewählt,
so dass die Farbe des abgestrahlten Lichts einstellbar ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind als Trägerelemente 2 flexible
Leiterplatten bzw. eine flexible Leiterplatte gewählt. Wie
in 1 dargestellt, sind die Trägerelemente 2 aus
einem Zuschnitt einer flexiblen Leiterplatte gebildet. Es kann also
insbesondere vorgesehen sein, dass alle Trägerelemente 2 aus
nur einem Zuschnitt gebildet sind; in die vorgesehene Polyeder-
bzw. Dodekaeder-Form können
sie beispielsweise durch entsprechende Biegungen gebracht sein.
Die in 9 skizzierte Anordnung dient insoweit lediglich
der Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse. Bei der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführung
sind – bedingt
durch den Zuschnitt – alle
Trägerelemente 2 einstückig miteinander
verbunden.
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Die
LEDs 3 sind auf den Leiterplatten mittels SMD-Technik aufgebracht.
Die Flexibilität
der Leiterplatten ermöglicht
einen besonders leichten Zusammenbau der Trägerelemente bzw. eine besonders leichte
relative Ausrichtung der Trägerelemente
untereinander. In dem in den 1 und 2 gezeigten „aufgefalteten" Zustand sind die
LEDs bereits als solche funktionsfähig. Dabei kann vorgesehen
sein, dass lediglich die Anschlussdrähte der LEDs gelötet sind
und die weiteren erforderlichen elektrischen Verbindungen mittels
der Leiterplatte realisiert sind.
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Die
(in 9 nicht gezeigten) LEDs 3 auf den beiden
Gruppen 10, 11 bzw. „Halbdodekaedern" sind in Serie geschaltet
und als Versorgungsspannung ergibt sich 48 V.
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Komponenten,
die zur Ansteuerung der LEDs 3 dienen, sind auf einem ersten
Teil der Trägerelemente 2,
und zwar auf der ersten 10 der beiden Gruppen von Trägerelementen 2 angeordnet.
Die Ansteuereinheit weist dabei einen PWM-IC, sowie drei Konstantstromtreiber
samt Pegelanpassung auf. Der PWM-IC ist dabei auf dem zentralen
Trägerelement 2' der ersten
Gruppe 10 angeordnet, und zwar auf der nach außen weisenden
Oberfläche
dieses Trägerelements 2'. Die drei Komponenten,
die für
die drei Farben benötigt
werden, sind ebenfalls auf nach außen weisenden Oberflächen der
Trägerelemente 2 dieser
ersten Gruppe 10 angeordnet, und zwar jede Komponente auf
jeweils einem anderen Trägerelement 2.
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Auf
einem zweiten Teil der Trägerelemente 2,
und zwar auf der zweiten Gruppe 11 sind Komponenten angeordnet,
die zur Stromversorgung der LEDs dienen. Diese Komponenten umfassen
Linearregler, Schutzdioden und Elkos.
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Bei
der hier dargestellten Aufteilung der Komponenten für die Ansteuerung
und die Stromversorgung sind nur sechs Leiterbahnen erforderlich, welche
die beiden Gruppen 10, 11 im Inneren der Lichtquelle
miteinander verbinden, und zwar für die 48 V-Versorgungsspannung, 5 V für den PWM-IC, Ground,
sowie für
die drei Farben rot, grün
und blau. Verbindungen zwischen den äußeren Flächen der Trägerelemente 2 führen nur
die Ströme
der drei Farben, so dass an dieser Stelle nur jeweils drei Leiterbahnen
erforderlich sind.
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Die
Trägerelemente
weisen Vorrichtungen auf, die zur mechanischen Verbindung der Trägerelemente
untereinander dienen. Dabei kann es sich um Verrastungsmittel handeln,
beispielsweise um Ösen und
Laschen, welche rastend ineinandergefügt werden können. Zur Fixierung der Verbindungen
sind Pads vorgesehen, die miteinander verlötet werden können.
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Zur
Zuführung
eines Hauptkabels in das Innere der Lichtquelle sind beim Ausführungsbeispiel an
einer Ecke einer Gruppe 10, 11 oder an jeweils
einer Ecke der beiden Gruppen 10, 11 an den drei
betreffenden Flächen
Aussparungen 15, 16 vorgesehen. Vorteilhaft ist
als Ort der Aussparung jeweils eine Ecke des zentralen Trägerelements 2', 2'' vorgesehen, so dass die beiden
Gruppen 10, 11 zwei Konstrukte nach Art einer „Halbschale" bilden, und diese beiden
Halbschalen um ein Hauptkabel geklappt werden können.
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Die
elektrische Verbindung zwischen dem Hauptkabel und den Trägerelementen 2 ist
im Inneren der Lichtquelle vorgesehen. Auf diese Weise kann eine
unerwünschte
Schattenbildung durch Kabel vermieden werden.
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Die
Datenübertragung
erfolgt seriell über drei
Leitungen, wobei eine Lichtquelle einzeln oder mit einer oder mehreren
weiteren derartigen Lichtquellen in Reihe auf einem Hauptkabel angeordnet betrieben
werden kann. Das Hauptkabel kann dabei zwei Leitungen für die Stromversorgung
und drei Datenleitungen führen.
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In
den 5 bis 8 ist jeweils ein erfindungsgemäßer Leuchtkörper gezeigt.
In 5 ist dabei der kugelförmige Lichtaustrittskörper eröffnet, so dass
die im Inneren angeordnete Lichtquelle erkennbar ist.
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Trägerelemente
- 2'
- zentrales
Trägerelement
der ersten Gruppe von Trägerelementen
- 2''
- zentrales
Trägerelement
der zweiten Gruppe von Trägerelementen
- 3
- Licht
emittierende Dioden
- 10
- erste
Gruppe von Trägerelementen
- 11
- zweite
Gruppe von Trägerelementen
- 15
- Aussparung
für eine
Kabelzuführung
in der ersten Gruppe
- 16
- Aussparung
für eine
Kabelzuführung
in der zweiten Gruppe