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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit mit einer bevorzugterweise
ringförmigen
Struktur zur Beleuchtung eines Zifferblattes einer Uhr, insbesondere
einer Großuhr.
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Eine ähnliche
Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines Zifferblattes einer Großuhr ist
schematisch in 1 dargestellt. Bei dieser bekannten Großuhr ist
in einem Uhrengehäuse 2 eine
Beleuchtungseinheit, die aus einer annähernd ringförmigen Leuchtstoffröhre als
Leuchtmittel, einem elektrischen Anschluss 5 und einem
Vorschaltgerät 6 aufgebaut ist,
elastisch bezüglich
des kreisförmigen
Uhrengehäuses 2 zentrisch
in demselben aufgehängt.
Hierzu sind an dem inneren Rand des Uhrengehäuses 2 radialsymmetrisch
drei Aufhängelaschen 4 befestigt, die
jeweils über
ein elastisches Gummiband mit der Leuchtstoffröhre 1 verbunden sind.
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Nachteilig
an der Verwendung solcher Leuchtstoffröhren, insbesondere in Großuhren,
sind offensichtlich deren hoher Energieverbrauch und deren kurze
Lebensdauer gegenüber
neuen Leuchtmitteln, bspw. Leuchtdioden (LED).
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Da
mittlerweile Leuchtdioden, insbesondere auch Leuchtdioden mit weißem Licht
mit hoher Effizienz und hoher Leistungsdichte entwickelt und auf dem
Markt angeboten werden, werden zunehmend solche Leuchtdioden auch
für Beleuchtungszwecke eingesetzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines
Zifferblatts einer Uhr anzugeben, die die o. g. Nachteile hinsichtlich
eines hohen Energieverbrauchs und einer kurzen Lebensdauer vermeidet
und dennoch die von einer Neonröhre
bekannte gleichmäßige Lichtverteilung
sicherstellt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Beleuchtungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Eine
solche Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines Ziffernblattes
einer Uhr, insbesondere einer Großuhr, umfasst erfindungsgemäß einen ersten
annähernd
ebenen und transparenten Träger, auf
dem mehrere Leuchtdioden angeordnet sind, sowie Mittel zur Homogenisierung
des von den Leuchtdioden erzeugten Lichts. Vorzugsweise ist der
Träger dabei
zumindest annähernd
ringförmig
gestaltet. Gemäß der Erfindung
ist ein weiterer vorzugsweise annähernd ringförmiger und ebener transparenten
Träger
vorgesehen, auf dem mehrere Leuchtdioden angeordnet sind, wobei
die beiden Träger
derart zueinander beabstandet angeordnet sind, dass die jeweiligen
Leuchtdioden auf einem Träger
in Richtung des gegenüberliegenden
Trägers
strahlen. Mit einer solchen Beleuchtungseinheit ergibt sich eine
hervorragende Lichtführung
in dem Bereich hinter dem Zifferblatt. Insbesondere kann eine solche
Beleuchtungseinheit auch zur Hinterleuchtung von zwei Zifferblättern einer
Uhr verwendet werden, indem die Beleuchtungseinheit in dem Raum
zwischen diesen beiden Zifferblättern
angeordnet wird.
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Die
Verwendung von Leuchtdioden bietet eine Reihe von Vorteilen. So
kann gegenüber
der Verwendung von Leuchtstoffröhren
die Helligkeit der Leuchtdioden aufgrund deren höheren Lichtstroms deutlich
vermindert werden, wodurch sich der Energieverbrauch erheblich reduzieren
lässt.
Auch sind die Leuchtdioden einfach dimmbar, wodurch sich weitere
Energiesparmöglichkeiten
ergeben. Von Vorteil ist auch die höhere Lebensdauer von Leuchtdioden
gegenüber
den Leuchtstoffröhren.
Hierdurch werden auch die Wartungsintervalle solcher Uhren verlängert, was
zu deutlich geringeren Wartungskosten führt. Eine ausreichende homogene
Lichtverteilung stellen entsprechende Mittel sicher.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Leuchtdioden auf insbesondere
stabförmigen Leuchtdioden-Trägern angeordnet.
Auf diesen Leuchtdioden-Trägern
können
sich mehrere Leuchtdioden befinden und bilden damit ein Leuchtelement, das
sich in einfacher Weise auf dem ebenen und transparenten Träger befestigen
lässt.
Dabei kann die laterale Ausdehnung des Leuchtdioden-Trägers an
diejenige des Leuchtdioden-Chips angepasst werden, wodurch sich
eine besonders schmale Ausführung
ergibt und auch die Abschattung durch den Leuchtdioden-Träger sich
nicht negativ auswirkt.
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Um
eine besonders wirksame Homogenisierung des von den Leuchtdioden
abgestrahlten Lichts zu erreichen, ist für jede Leuchtdiode in Strahlrichtung
eine Diffusorfläche
bzw. Streufläche
als Mittel zur Homogenisierung des von der Leuchtdiode erzeugten
Lichts vorgesehen. Damit wird sichergestellt, dass auf dem benachbart
angeordneten Zifferblatt keine hellen Flecken erzeugt werden. Idealerweise
sind diese Diffusorflächen
der Leuchtdioden jeweils auf dem gegenüberliegenden Träger in Abstrahlrichtung
angeordnet.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Leuchtdioden-Träger einen
Kühlkörper und eine
die Leuchtdioden tragende Leiterplatte. Da die Temperatur der Leuchtdiode
eine kritische Größe darstellt,
wird mit dieser Maßnahme
eine optimale Wärmeabfuhr
sichergestellt, wobei mit der Länge
des stabförmigen
Leuchtdioden-Trägers
ein freier Parameter zur Verfügung
steht, über
den die Wärmeabfuhr
optimiert werden kann.
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Vorzugsweise
ergibt sich eine besonders homogene Lichtverteilung hinter einem
Zifferblatt, wenn gemäß einer
weiteren Fortbildung der Erfindung die stabförmigen Leuchtdioden-Träger derart
auf dem ringförmigen,
ebenen und transparenten Träger
angeordnet sind, dass sich deren Längsrichtungen entweder in einer
radialen oder tangentialen Richtung der Träger oder zwischen einer radialen
und einer tangentialen Richtung des Trägers erstrecken, wobei sich
mit der letzteren Anordnung, wie oben ausgeführt, über die Länge des Leuchtdioden-Trägers die Wärmeabfuhr
besonders einfach optimieren lässt.
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Idealerweise
sind bei einer Beleuchtungseinheit mit zwei Trägern die Leuchtdioden-Träger auf Lücke angeordnet,
so dass die Leuchtdioden eines Leuchtdioden-Trägers die Lücke zwischen zwei Leuchtdioden-Trägern auf
dem gegenüberliegenden Träger bestrahlen.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich ein Leuchtdioden-Träger mit
zwei Leuchtdioden erwiesen, die jeweils an dessen Endbereich angeordnet
sind.
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Um
eine optimale Wärmeabfuhr
auf den Kühlkörper des
Leuchtdioden-Trägers
zu erzielen, sind bei einer Weiterbildung der Erfindung die Leuchtdioden
als Chip auf der Leiterplatte angeordnet, wobei jeder Chip auf seiner
Rückseite
einen auf den Kühlkörper geführten Wärmekontakt
aufweist. Durch die Verwendung von ungehäusten Leuchtdioden-Chips ergibt
sich eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber der Verwendung von gehäusten Leuchtdioden-Chips,
ferner lässt
sich mit solchen ungehäusten
Leuchtdioden-Chips ein besserer Wärmekontakt bzw. eine bessere
Wärmeanbindung
an den Kühlkörper erzielen.
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Zur
Bildung eines solchen Wärmekontakts ist
gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung im Bereich des Leuchtdioden-Chips eine
Durchgangsöffnung
in der Leiterplatte ausgebildet, in der zur Bildung des Wärmekontakts
ein metallisches Wärmeableitelement
angeordnet ist. Damit besteht ein direkter Wärmekontakt zwischen dem Leuchtdioden-Chip
und dem Kühlkörper, wobei
Aluminium oder Kupfer für
das Wärmeableitelement
verwendet werden kann. Die Durchgangsöffnung in der Leiterplatte
für dieses
Wärmeableitelement
kann durchkontaktiert oder unkontaktiert sein.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich durch
die Verwendung von Plexiglas oder transparenten PVC für die ringförmigen, ebenen
und transparenten Träger.
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Darüber hinaus
können
diese Träger
auch als Tiefziehteil gefertigt werden, wodurch sich eine besonders
kostengünstige
Herstellung ergibt. Insbesondere lassen sich dann beim Tiefziehen
der Träger Rastmittel
einprägen,
die mit entsprechenden Rastmitteln in den Leuchtdioden-Trägern verrastbar
sind. Damit lassen sich die Herstellkosten, insbesondere die Montagekosten
für eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
weiter reduzieren.
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Sowohl
bei Trägern
aus Plexiglas als auch bei Trägern
aus einer Tiefziehfolie wird die jeder Leuchtdiode gegenüberliegende Diffusorfläche als kreisförmiger Rasterdruck
auf dem Träger
erzeugt.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit kann
vorteilhaft in einer Großuhr
eingesetzt werden, bei der in einem Gehäuse die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
hinter einem kreisförmigen
Ziffernblatt zentrisch und elastische aufgehängt ist. Eine solche Uhr ist
hinsichtlich des Zifferblattes einseitig. In gleicher Weise kann
eine solche Uhr hinsichtlich des Zifferblattes auch zweiseitig ausgeführt sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren ausführlich
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Großuhr mit einer bekannten Beleuchtungseinheit,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer Großuhr mit einer Beleuchtungseinheit
nach 2, und
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4 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Leuchtdioden-Trägers auf
einem ringförmigen,
ebenen und transparenten Träger
einer Beleuchtungseinheit nach 3.
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Die
bereits in der Beschreibungseinleitung beschriebene 1 zeigt
eine bekannte Beleuchtungseinheit, die eine ringförmige Leuchtstofflampe 1 als
Beleuchtungsmittel aufweist.
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Die
Beleuchtungseinheit 10 nach 2 zeigt zwei
kreisringförmige
Träger 11 und 12,
die über
drei Abstands- und Befestigungsstücke 23 in kurzer Distanz,
bspw. mittels Schrauben, miteinander verbunden sind. Diese Träger 11 und 12 sind
entweder aus Plexiglas oder transparenten PVC gefräst oder
gestanzt. Auch können
diese Träger 11 und 12 aus
einer transparenten Tiefziehfolie gefertigt sein.
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Auf
den Kreisringflächen
der beiden Träger 11 und 12 sind
Leuchtelemente 20 gleichmäßig verteilt, die aus einem
Leuchtdioden 13 tragenden stabförmigen Leuchtdioden-Träger 14 aufgebaut
sind. Nach 2 sind auf den gegenüberstehenden
Seiten der beiden Träger 11 und 12 jeweils
sechs solcher stabförmigen
Leuchtdioden-Träger 14 angeordnet,
die jeweils zwei Leuchtdioden 13 tragen, wovon jeweils
eine der Leuchtdioden 13 am Ende des Trägers 14 sitzen.
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Diese
sechs stabförmigen
Leuchtdioden-Träger 14 sind
jeweils auf den Trägern 11 und 12 derart
angeordnet, dass deren Längserstreckung zwischen
einer radialen Richtung der Träger 11 oder 12 und
deren tangentialen Richtung ausgerichtet ist und die Leuchtdioden-Träger 14 jeweils
auf Lücke gegenüberliegend
angeordnet sind. In Umfangsrichtung sind alle Leuchtdioden-Träger 14 auf
beiden Trägern 11 und 12 in
gleicher Richtung orientiert, so dass sich der gleiche Winkel α zwischen
deren Richtung und dem Radius der Träger 11 oder 12 ergibt. Dies
führt auf
einem Träger 11 oder 12 zu
einer radialsymmetrischen Anordnung der Leuchtdioden-Träger 14.
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Jeder
Leuchtdioden-Träger 14 ist
aus einer zwei Leuchtdioden 13 tragenden Leiterplatte 17 und einem
Kühlkörper 16 mit
identischer Grundfläche aufgebaut,
wobei die Rückseite
des Kühlkörpers 14 flächig bspw.
auf dem Träger 11 aufliegt
und die Vorderseite dieses Kühlkörpers 14,
die die Leiterplatte 17 mit den beiden Leuchtdioden 13 trägt, auf
den gegenüberstehenden
Träger 12 gerichtet
ist.
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Einen
solchen auf einem Träger 11 oder 12 montierten
Leuchtdioden-Träger 14 mit
einem Kühlkörper 16 und
einer Leiterplatte 17 mit einem LED-Chip 13 zeigt 4 in
einer Querschnittsdarstellung, wobei nur der Bereich eines Endes
des Leuchtdioden-Trägers 14 dargestellt
ist.
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Auf
der Vorderseite des Kühlkörpers 16 befindet
sich die Leiterplatte 17, die bspw. über eine Verklebung mit dem
Kühlkörper 16 verbunden
werden kann. Im Bereich eines auf dieser Leitplatte 17 angeordneten
LED-Chips 13 befindet sich in der Leiterplatte 17 eine
Durchgangsbohrung 19, in der ein Wärmeableitelement 24 aus
Kupfer oder Aluminium angeordnet ist und flächig sowohl an der Rückseite des
LED-Chips 13 als auch an dem Kühlkörper 16 anliegt, um
einen Wärmekontakt
zu bilden, über
den die in der Leuchtdiode 13 erzeugte Wärme effektiv und
schnell in den Kühlkörper 16 abgeleitet
wird. Um den Wärmewiderstand
an Übergangsstellen
zu reduzieren, kann bei der Montage dieses Wärmeableitelements 24 Wärmeleitpaste 30 verwendet
werden. Falls die Durchgangsbohrung 19 auch mit Kupfer durchkontaktiert
ist, kann dieser Wärmekontakt
als Presssitz ausgebildet werden.
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Die
Wärmeableitung über den
Kühlkörper 16 kann
auch über
die Länge
des Leuchtdioden-Trägers 14 eingestellt
werden, da deren Länge
aufgrund deren Ausrichtung quer zur radialen Richtung der Träger 11 und 12 in
Abhängigkeit
des Winkels α länger oder
kürzer
gewählt
werden kann, ohne dass diese Leuchtdioden-Träger 14 über die
Ränder
des Kreisringes der Träger 11 oder 12 ragen.
So könnte
ein Leuchtdioden-Träger 14 mit
einer der Breite des Kreisringes entsprechenden Länge nicht
ausreichend sein, um die von den Leuchtdioden erzeugte Wärme abzuführen.
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Nach 2 ist
in Abstrahlrichtung jeder der Leuchtdioden 13 auf dem gegenüberliegenden
Träger 11 oder 12 jeweils
zwischen zwei benachbarten Leuchtdioden-Trägern 14 eine Diffusorfläche 15 zur Homogenisierung
des von der Leuchtdiode 13 erzeugten Lichts realisiert.
Hierdurch wird dieses Licht bedämpft,
um zu verhindern, dass auf einem dahinter angeordneten Zifferblatt
ein heller Fleck entsteht und stattdessen das durch diese Diffusorfläche 15 diffus reflektierte
und gestreute Licht das Zifferblatt gleichmäßig erhellt. Diese Diffusorflächen 15 werden
vorzugsweise als Rasterdruck hergestellt, wobei über die Anzahl der Rasterpunkte
und deren Größe die Bedämpfung und
Streuung des Lichts eingestellt werden kann.
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3 zeigt
einen Querschnitt einer Großuhr mit
einem zylindrischen Gehäuse 2,
das von zwei gegenüberliegenden
kreisförmigen
Zifferblättern 25 verschlossen
wird. An jedem der beiden Zifferblätter 25 ist ein Uhrwerk 23 angeordnet.
In Zentrum des Uhrengehäuses 2 ist
eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 10,
die bspw. derjenigen nach 2 entspricht,
an drei Punkten am Gehäuse 2 elastisch
mittels Aufhängelaschen 4 und
Gummibändern 3 aufgehängt, wie
dies bereits bei der Beschreibung des Standes der Technik nach 1 dargestellt wurde.
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Auf
den benachbarten kreisringförmigen
Flächen
der Träger 11 und 12 der
Beleuchtungseinheit 10 sind jeweils Leuchteinheiten 20 positioniert,
die über
Anschlussleitungen 26 mit Sammelschienen 27 verbunden
sind, die mit einem Netzteil 28 zur Stromversorgung und
Steuerung der Leuchtdioden verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- ringförmige Leuchtstoffröhre bzw.
Neonröhre
- 2
- Uhrengehäuse
- 3
- Gummiband
- 4
- Aufhängelasche
- 5
- elektrischer
Anschluss
- 6
- Vorschaltgerät
- 10
- Beleuchtungseinheit
- 11
- Träger
- 12
- Träger
- 13
- Leuchtdioden
(LED)
- 14
- Leuchtdioden-Träger
- 15
- Diffusorfläche
- 16
- Kühlkörper
- 17
- Leiterplatte
- 18
- Wärmekontakt
- 19
- Durchgangsbohrung
in der Leiterplatte 17
- 20
- Leuchteinheit
- 23
- Abstands-
und Befestigungsstücke
- 24
- Wärmeleitelement
- 25
- Zifferblatt
- 26
- Anschlussleitung
der Leuchteinheit 20
- 27
- Sammelschiene
- 28
- Netzteil
- 29
- Uhrwerk
- 30
- Wärmeleitpaste
