DE102008022414A1

DE102008022414A1 - Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung sowie eine Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung

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Publication number: DE102008022414A1
Application number: DE102008022414A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-06
Filing date: 2008-05-06
Publication date: 2009-11-19
Anticipated expiration: 2028-05-07
Also published as: DE102008022414B4

Abstract

Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung, umfassend
– eine Trägerplatte als Chip (5) mit einer Fläche von maximal 16 cm²,
– auf der eine Vielzahl von punktförmigen Hochleistungs-LEDs befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung sowie eine Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung.
Herkömmlicherweise sind als Leuchtmittel in der Straßenbeleuchtung meist Quecksilberdampflampen, Leuchtstofflampen oder Natriumdampflampen verwendet, wobei Natriumdampflampen die höchste Lichtausbeute aufweisen, nachteiligerweise aber ein etwas unangenehmes gelbes Licht emittieren. Am wirtschaftlichsten nach dem Stand der Technik ist die Natriumdampf-Hochdrucklampe, deren geringere Lichtausbeute durch eine verbesserte Lichtlenkung ausgeglichen wird, die es ermöglicht, die installierte Leistung pro Kilometer gegenüber den anderen genannten Leuchtmitteln zu reduzieren.
Entladungslampen haben allerdings die negative Eigenschaft, dass in ihrem Innern mehr oder weniger geringe Mengen an Quecksilber vorhanden sind. Folge ist, dass diese Lampen als Sondermüll behandelt und entsorgt werden müssen.
Von ökologischer Seite sind drei maßgebliche EU-Richtlinien zu beachten: Die WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment)-Richtlinie, die national umgesetzt ist, die RoHS(Restriction of Hazardous Substances)-Richtlinie, sowie die EuP-Richtlinie. Allein in Europa muß davon ausgegangen werden, dass etwa ein Drittel der Straßenbeleuchtungssysteme zumindest 20 Jahre alt und nach heutigen Standards uneffizient sind. Hieraus ergibt sich bei entsprechender Umstellung auf moderne Beleuchtungssysteme eine mögliche jährliche Einsparungen von bis zu 3,5 Mio. Tonnen CO2 bzw. 600–700 Mio. Eur. Diese Betrachtung basiert allerdings auf einem Vergleich der alten, uneffizienten Quecksilberdampf-Hochdrucklampen mit neueren, weit effizienteren Halogen-Metalldampflampen.
Es besteht allerdings in zweifacher Hinsicht eine Problematik bei den bisher verwendeten Leuchtmitteln. Zum einen haben die allgemein steigenden Energiekosten und die Ziele zur Reduktion der Treibhausgase die für die Straßenbeleuchtung zuständigen Verwaltungen und andere Behörden dazu bewogen, dringend erforderliche Sparmaßnahmen zu ergreifen. Zum anderen plant die Europäische Union durch den Erlaß entsprechender Richtlinien den Ausstieg aus der Verwendung von Gasentladungslampen aufgrund der zuvor genannten negativen Aspekte im Energieverbrauch und in der Entsorgung.
Energiesparmaßnahmen sind beispielsweise Halbnachtschaltungen, bei denen Laternen nicht die ganze Nacht brennen, oder die Abschaltung jeder zweiten Straßenlampe sowie Steuergeräte, die die Spannung und damit die Helligkeit regeln, um so eine Energieeinsparung zu ermöglichen. Beispielhaft sei hierfür die österreichische Hauptstadt Wien angeführt, in der eine Halbnachtschaltung betrieben wird, die bereits ab 23 Uhr aktiviert wird und bis 5 Uhr am Morgen andauert.
Allerdings bergen diese Einsparungen auch Gefahren, die insbesondere den Straßenverkehr betreffen, der durch die deutlich ungünstigere Ausleuchtung betroffen ist. So können dunkle Bereiche entstehen, in denen die Straße so schwach ausgeleuchtet ist, dass Objekte, insbesondere Personen, von einem Kraftfahrer nicht mehr rechtzeitig erkannt werden.
Es mangelt diesen Sparmaßnahmen bei der Straßenbeleuchtung in der Öffentlichkeit allerdings an Akzeptanz, da die Sicherheit auf den Straßen hierdurch objektiv eingeschränkt wird und dunkle Straßen auch subjektiv als abschreckend empfunden werden.
Vor diesem Hintergrund wird die Entwicklung echter Alternativen zu den bestehenden Leuchtmitteln mit Nachdruck betrieben, wobei ein Schwerpunkt auf der Frage liegt, inwiefern LED-Technik hier als Alternative in Frage kommt. Bisherige Versuche, Straßenbeleuchtung an auf der Basis von LED-Lichtquellen zu betreiben sind daran gescheitert, dass sowohl in die Lichtleistung als auch die erforderliche Streuung zur Abdeckungen des beleuchtenden Straßenbereichs nicht den Anforderungen entsprochen haben und somit weit hinter den bisherigen Leuchtmitteln zurückgeblieben sind.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 20 2007 002 187 U1 ist lediglich die abstrakte Möglichkeit offenbart, Straßenlaternen mit LED-Lichtquellen zu betreiben, ohne allerdings diese genauer zu beschreiben. Daher wären Straßenlaternen, die in der offenbarten Weise gestaltet sind, mit den Mängeln behaftet, die zuvor beschrieben worden sind, da bislang verwendete LED-Lichtquellen nicht geeignet sind, die geforderte Beleuchtungsintensität am Boden sowie einen benötigten Strahlradius zu erbringen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung sowie eine Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung vorzustellen, welche auf der Basis LED-Technik ein langlebiges und ener gieeffizientes Leuchtmittel sowie eine vorteilhafte Vorrichtung darstellen, die bei deutlich reduziertem Energieverbrauch die den Anforderungen an die Straßenbeleuchtung entsprechenden Beleuchtungsintensitäten und Strahlradien ermöglichen.
Erreicht wird dies durch ein Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung gemäß Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 14 haben Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung zum Gegenstand.
Anspruch 15 offenbart eine Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend das zuvor beschriebene Leuchtmittel, wobei die Unteranspüche 16 bis 19 vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung betreffen.
Kern der Erfindung ist es, die bisher in der Straßenbeleuchtung bekannten Leuchtmittel durch ein leistungsstarkes Leuchtmittel auf Basis der LED-Technik zu ersetzen, welches sich durch eine hohe Lichtleistung bei geringer Leistungsaufnahme auszeichnet und gleichzeitig das einstellen eines gewünschten Strahlradiuses ermöglicht. Das hierfür offenbarte Leuchtmittel besteht aus einer keramischen Trägerplatte als Chip mit einer maximalen Fläche von 16 cm², wobei auf dieser Trägerplatte eine Vielzahl punktförmiger Hochleistungs-LEDs befestigt sind.
Durch in die Verwendung eines derart gestalteten LED Chips als Leuchtmittel können gleich mehrere Vorteile verwirklicht werden. Zum einen wird das zentrale Anliegen der Energie erspartes realisiert, da Messungen ergeben haben, dass der erfindungsgemäße LED-Chip bei gleicher Lichtleistung nur einen Bruchteil der Leistungsaufnahme aufweist, den beispielsweise eine herkömmliche Gasentladungslampe benötigt. Konkret erreicht der erfindungsgemäße LED-Chip mit einer Leistungsaufnahme von nur etwa 55 Watt eine bessere Lichtleistung als eine herkömmliche Gasentladungslampe mit einer effektiven Leistungsaufnahme von mehr als 150 Watt. Die Energieersparnis wird somit voraussichtlich noch deutlich über 60 Prozent des bisherigen Energieverbrauchs anzusetzen sein.
Des weiteren vorteilhafte, das die Lebensdauer des erfindungsgemäßen LED-Chips in etwa viermal höher sein dürfte, als dies bei herkömmlichen Gasentladungslampe Fall ist, bei gleichzeitig günstigen Herstellungskosten des LED-Chips.
Schließlich vermeidet der erfindungsgemäße LED-Chip zu dem die zuvor skizzierte Entsorgungsproblematik, da er nicht als Sondermüll zu entsorgen ist.
Es ist hierbei insbesondere eine Ausführung des LED-Chips vorteilhaft, bei der nicht nur LED in der Farbe weiß auf dem Trägerkörper angeordnet sind, sondern weiterer Farben nebeneinander angeordnet sind, um den Farbton des abgestrahlten Lichtes abhängig von Anwendungsbereich einstellen zu können. Hinweis insbesondere die Kombination weißer LEDs mit amberfarbigen LEDs vorteilhaft, da diese ein warmes Licht je nach Wunsch einstellen lassen.
Um diese Einstellungen des LED-Chips vornehmen zu können ist es zweckmäßig, dass die verschiedenfarbigen LEDs über getrennte Kanäle ansteuerbar und in ihrer Lichtstärke regelbar sind, wodurch der Farbton der Lichtabstrahlung einstellbar ist. Die Farbtemperatur kann so in einem Bereich von etwa 2000 K bis 8000 K eingestellt werden.
Um den Strahlradius in der gewünschten Art und Weise zu definieren ist es zweckmäßig, eine asphärische oder sphärische Linse zur gezielten Streuung bzw. Bündelung der Lichtabstrahlung vor dem Leuchtmittel anzuordnen. Das vom LED-Chip emittierte Licht kann so durch die Wahl einer geeigneten Lin senform im jeweils erforderlichen Strahlradius abgestrahlt werden.
Es ist in einer weiteren vorteilhaften Bauweise die Verwendung eines Linsenarrays vorgesehen, welches sich aus einer Vielzahl von asphärischen bzw. sphärischen Linsen zusammensetzt, wobei jedem Hochleistung-LED ein Linsenkörper des Linsenarrays zugeordnet ist. Die Dicke dieses Linsenkörpers kann hierbei zwischen 1 und 10 mm liegen.
Für die Langlebigkeit im täglichen Einsatz des LED Chips ist es sehr vorteilhaft, wenn dieser in gekapselter Bauform in die Straßenbeleuchtung eingesetzt wird. Hierfür ist die Trägerplatte des LED-Chips durch diese umschließenden seitliche Wandungen eingefasst, die durch den Linsenkörper zu einer Kapsel verschlossen sind. Zweckmäßigerweise ist der Linsenkörper hierbei abdichtend und austauschbar auf die Kapselung aufgesetzt, wodurch verschiedene Linsentypen mit dem Leuchtmittel kombinierbar sind.
Der Linsenkörper kann vorderster Weise über ein entsprechendes Gewinde und Gegengewinde auf die Kapselung aufschraubbar sein, wobei ein Dichtungsring zwischen Linsenkörper und Wandungen angeordnet ist. Es ist aber auch die Verwendung eines über die Linse aufgesetzten Halterings (2) sinnvoll, der auf einen entsprechendes Gegengewinde aufgeschraubte oder angeklemmt wird. Grundsätzlich sind hier für die abdichtende Verbindung der Linse auf der Kapselung verschiedene Lösungen denkbar.
Der LED-Chip kann hierbei zur Temperaturregulierung auf einem Trägerkörper aufgesetzt sein, der die im Chip entstehende Wärme ideal ableitet. Hierbei ist eine vorteilhafte Bauform mit einem Trägerkörper aus geripptem Aluminium vorgesehen.
Eine Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung unter Nutzung des erfindungsgemäßen Leuchtmittels weist zumindest ein Potentiometer zur Regelung der Lichtleistung des LED Chips auf. Zweckmäßigerweise sind mehrere Potentiometer vorhanden, wobei jedes Potentiometer die an die LEDs angelegten Spannung regeln kann. Anstelle eines oder mehrerer Potentiometer können beispielsweise auch Widerstandsdekaden verwendet werden. So kann bei mehrfarbigen LEDs auf dem LED-Chip über die getrennten Ansteuerungskanäle die Farbe des abgestrahlten lichtes Mithilfe der Potentiometer bzw. Widerstandsdekaden genau wunschgemäß eingestellt werden.
Diese Einstellungen mittels Potentiometern kann vorteilhafterweise zusätzlich unterstützt werden durch Sensoren, die die Lichtwerte der Umgebung aufnehmen und anhand entsprechend programmierter Vorgaben das emittierte Licht durch Anlegen bestimmter Spannungen an die verschiedenen LEDs regeln, sowohl was deren Lichtstärke als auch was deren Farbton anbetrifft.
Der Lampenkopf ist zweckmäßigerweise zumindest zweigliedrig aufgebaut, um eine räumliche Trennung des Leuchtmittels und der Steuerelektronik zu erreichen.
Zudem ist es vorteilhaft einen Temperaturfühler zum Schutz des Leuchtmittels vor einer Überhitzung im Lampenkopf anzuordnen. Dieser kann beispielsweise bei einer Temperatur von 85°C den Chip abschalten, da oberhalb dieser Sicherheitstemperatur eine Beschädigung des Chips zu befürchten wäre. Versuchsanordnungen haben allerdings selbst beim Betrieb des Leuchtmittels in der Vorrichtung bei Sonneneinstrahlung keine höhere Temperatur als 69°C gemessen, wobei mögliche Kühlungen hier noch nicht eingesetzt worden sind.
Es soll durch eine Figur die Erfindung näher beschrieben werden.
Die Figur zeigt hierbei einen Schnitt durch die Anordnung des Leuchtmittels 5 auf einem Kühlkörper 6, hier in gerippter Bauform. Der LED-Chip 5 sitzt hierbei direkt auf dem Kühlkörper auf, wodurch die Wärme ideal in den Kühlkörper angeleitet wird.
Der LED-Chip ist hierbei umschlossen von seitlichen Wandungen 1 die oberhalb des LED-Chips einen Linsenkörper 3 aufnehmen. Dieser liegt auf einem ringförmigen Vorsprung der den Chip 5 umschließenden Wandungen 1 auf. Fixiert wird dieser Linsenkörper durch einen Befestigungsring 2, der mit seinem Innengewinde auf ein Außengewinde der Wandungen 1 aufgeschraubt ist.
Zwischen Linsenkörper und Befestigungsring ist zusätzlich ein Dichtungsring 4 eingesetzt, der die Abdichtung des LED-Chips in der so gebildeten Kapselung sicherstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202007002187 U1 [0010]

Claims

Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung, umfassend – eine Trägerplatte als Chip (5) mit einer Fläche von maximal 16 cm², – auf der eine Vielzahl von punktförmigen Hochleistungs-LEDs befestigt ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in einer Straßenbeleuchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine keramische Trägerplatte als Chip (5) verwendet wird.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerplatte verschieden farbige Hochleistungs-LEDs nebeneinander angeordnet sind.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenfarbigen LEDs über getrennte Kanäle ansteuerbar und in ihrer Lichtstärke regelbar sind, wodurch der Farbton der Lichtabstrahlung einstellbar ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbtemperatur in einem Bereich von etwa 2000 K bis 8000 K einstellbar ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte eine Fläche von nicht mehr als 5 cm² aufweist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein asphärische oder sphärische Linse (3) zur gezielten Streuung bzw. Bündelung der Lichtabstrahlung vor dem Leuchtmittel (5) angordnet ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Linse (3) ein Linsenarray verwendet wird.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray sich aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten asphärischen und/oder sphärischen Linsen zusammensetzt, die jeweils den auf der Trägerplatte angeordneten Hochleistungs-LED-Lichtquellen zugeordneten sind, wobei das Linsenarray eine Dicke in etwa zwischen 1 mm bis ca. 10 mm aufweist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (5) gegen Feuchtigkeit und Schmutz gekapselt ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapselung seitliche Wandung (2) umfasst sowie einen abschließend auf diese aufgesetzten Linsenkörper (3), wobei die Trägerplatte des LED-Chips (5) von dieser Kapselung abgedichtet eingeschlossen ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (3) abdichtend und austauschbar auf die Kapselung aufgesetzt ist, wodurch verschiedene Linsentypen mit dem Leuchtmittel (5) kombinierbar sind.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper über ein entsprechendes Gewinde und Gegengewinde auf die Kapselung aufschraubbar ist, wobei ein Dichtungsring zwischen Linsenkörper und Wandungen angeordnet ist.
Leuchtmittel zur Verwendung in der Straßenbeleuchtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (5) auf einem Kühlkörper (6) aus geripptem Aluminium angeordnet ist.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenbeleuchtung zumindest ein elektronisches Bauteil zur Spannungsregulierung und so zur Einstellung der Lichtleistung der im Leuchtmittel (5) enthaltenen Hochleistungs-LEDs aufweist.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenbeleuchtung als elektronisches Bauteil zur Spannungsregulierung zumindest ein Potentiometer oder eine Widerstandsdekade aufweist.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die im Leuchtmittel (5) enthaltenen unterschiedlich farbigen Hochleistungs-LEDs durch mehrere Potentiometer und/oder Widerstandsdekaden angesteuert werden, wodurch sowohl die Lichtleistung der Straßenbeleuchtung als auch die Farbtemperatur- und -gestaltung wunschgemäß einstellbar sind.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung von Lichtleistung und/oder Farbtemperatur bzw. -gestaltung unter Zuhilfenahme von Sensoren, die die aktuellen Lichtverhältnisse erfassen, automatisiert regelbar ist.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkopf zumindest zweigliedrig aufgebaut ist, wobei ein Teil primär das Leuchtmittel und ein anderer Teil die Steuerelektronik aufnimmt.
Vorrichtung zur Straßenbeleuchtung umfassend ein Leuchtmittel nach einem der vorangegangenen Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler zum Schutz des Leuchtmittels vor einer Überhitzung im Lampenkopf angeordnet ist.