DE102009023268A1 - LED-Beleuchtungseinheit mit Reflektor - Google Patents
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Abstract
Eine LED-Beleuchtungseinheit (1) weist eine Anzahl N von LEDs auf, die in trichterartigen Vertiefungen (8) eines Reflektors (2) eingelassen sind. Die trichterartigen Vertiefungen (8) überschneiden sich gegenseitig, um eine besonders kompakte Bauform zu erzielen. Dadurch eignet sich die LED-Beleuchtungseinheit (1) unter anderem auch als Retrofit-Lösung für konventionelle Halogenreflektorlampen, beispielsweise für die Flugfeldbeleuchtung.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungseinheit mit Reflektor, d. h. eine Beleuchtungseinheit, die eine oder mehrere LED (Licht emittierende Diode) sowie einen Reflektor umfasst.
- Unter dem Begriff LED sind hier nicht nur sichtbares Licht (sichtbare [VIS] elektromagnetische Strahlung; weiß oder farbig) sondern auch IR-(infrarote) oder UV-(ultraviolette) Strahlung emittierende Dioden zu verstehen.
- Stand der Technik
- LED-Lichtquellen zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Effizienz, eine hohe Lebensdauer, eine schnelle Ansprechzeit und eine vergleichsweise geringe Empfindlichkeit gegen Stöße und Vibrationen aus. Außerdem eignen sich LED-Lichtquellen für einen Einbau in optische Systeme, insbesondere Reflektoren. LED-Lichtquellen können aus diesem Grund in Beleuchtungseinheiten eingesetzt werden, bei denen bisher oftmals Glüh- oder Entladungslampen verwendet wurden, insbesondere in Leuchten für die Allgemeinbeleuchtung aber auch in speziellen Beleuchtungsanwendungen, beispielsweise der Flugplatzbefeuerung. Konventionell werden hierfür bisher überwiegend Halogenreflektorlampen eingesetzt.
- Darstellung der Erfindung
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Beleuchtungseinheit mit Reflektor bereitzustellen, die einfach und modular aufgebaut und bei Bedarf einfach in die Bestandteile zerlegbar und ebenso einfach wieder zusammensetzbar ist.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine besonders kompakte LED-Beleuchtungseinheit mit Reflektor bereitzustellen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, eine einfache Substitutionsmöglichkeit auf LED-Basis für Halogenreflektorlampen bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine LED-Beleuchtungseinheit mit einer Anzahl N von Licht (VIS, IR, UV) emittierenden Dioden (LED), wobei N größer oder gleich eins ist, einer Trägerplatte, auf der die N LED angeordnet sind, einem Reflektor, dessen Reflektorboden mit N Ausnehmungen versehen ist, wobei der Reflektor auf der Trägerplatte angeordnet ist und wobei jede der N LED durch eine der N Ausnehmungen hindurch ragt und in Richtung zur Reflektoröffnung weist, Befestigungsmittel, womit die Trägerplatte einschließlich N LED und der Reflektor zusammengehalten sind.
- Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
- Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich relativ flexibel auf eine gewünschte Anzahl von LED anpassen, je nach konkreter Anwendung bzw. benötigter Achslichtstärke. Insbesondere lässt sich damit ein Ersatz für konventionelle Halogenreflektorlampen für unterschiedlichste Einsatzge biete schaffen. Außerdem sind nur relativ wenige Einzelteile erforderlich, und zwar unabhängig von der Anzahl der verwendeten LED, was sowohl die Fertigung der Einzelteile als auch Endmontage der LED-Beleuchtungseinheit vereinfacht und damit kostengünstig gestaltet.
- Neben dem Reflektor und der Trägerplatte einschließlich LED sind im wesentlichen nur noch Befestigungsmittel erforderlich, um die Trägerplatte und den Reflektor zusammen zu halten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Befestigungsmittel lös- und wieder befestigbar sind. Das hat den Vorteil, dass sich beispielsweise ein beschädigter Reflektor oder eine defekte LED-Trägerplatte relativ einfach austauschen lassen. Außerdem lässt sich auch nachträglich ein Reflektor für einer andere Lichtstärkeverteilung oder eine mit LEDs anderer Farbe bestückte Trägerplatte einsetzen. Dazu können Reflektor und Trägerplatte beispielsweise mit Schrauben miteinander verschraubt sein. Falls eine leichtere Lösbarkeit wichtig ist, kommen dafür beispielsweise auch Rastmittel in Betracht, beispielsweise Rastfinger oder Rastklammern, die am Rand der Reflektoröffnung oder dem Boden der Trägerplatte bzw. beiden einrasten.
- Der Reflektor weist für jede LED eine trichterartige Vertiefung auf, die sich in Richtung zur Reflektoröffnung aufweitet. Am Sockelboden enden die Vertiefungen in Ausnehmungen, durch die hindurch die LED ragen. Für hohe Achslichtstärken möchte man die Austrittsöffnungen der Vertiefungen so groß wie möglich machen, was bei vorgegebener Reflektoröffnung die mögliche Anzahl N von LEDs und zugehörigen Vertiefungen verringert. Es hat sich herausgestellt, dass es günstiger ist, Überschneidungen der Vertiefungen in Kauf zu nehmen, als diese mit entsprechend kleinerer Austrittsöffnung gänzlich separiert auszubilden. Der Reflektor kann aus einem massiven Körper bestehen, in den die innere Reflektoroberfläche mit den trichterartigen Vertiefungen hineingearbeitet wurde oder auch aus einer Platte durch Verformen, Tiefziehen etc., durch Spritzformen oder in sonstiger Weise gebildet sein. Je nach Grundmaterial für den Reflektor kann es vorteilhaft sein, zumindest die innere Reflektoroberfläche mit einer reflektierenden Schicht zu versehen.
- Für eine besonders kompakte Bauform sind die trichterartigen Vertiefungen deshalb bevorzugt so nahe beieinander angeordnet, dass sie sich überlappen, wobei die Trennwand zwischen zwei benachbarten trichterartigen Vertiefungen zu4mindest teilweise durchbrochen ist. Der gegenseitige Überlapp, die konkrete Form der trichterartigen Vertiefungen und weitere optische Parameter wie beispielsweise die genaue Lage der LED in Bezug auf die Vertiefungen etc. können je nach angestrebter Lichtstärkeverteilung geeignet gewählt werden. Für eine hohe Achslichtstärke hat es sich beispielsweise als geeignet erwiesen, wenn die Form der Innenwand der trichterartigen Vertiefungen zumindest abschnittsweise der eines Rotationsparaboloiden entspricht, d. h. durch die Rotation einer Parabel um die optische Achse des Einzelreflektors beschrieben ist, wobei die Achsen der Parabel und des Einzelreflektors parallel, aber nicht identisch sind.
- Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die LEDs jeweils mit einer Primäroptik, beispielsweise einer in das LED-Gehäuse integrierten Linse, zu versehen. Die Primäroptik dient dazu, dass der sonst ohne Reflexion direkt durch die Austrittsöffnung der trichterartigen Vertiefung gehende Teil des LED-Lichtstroms auf die trichterförmige Reflektorfläche umgelenkt wird, um damit eine besser angepasste Lichtstärkeverteilung zu erreichen.
- Zum Schutz vor äußeren Einflüssen kann die Reflektoröffnung auch mit einer Abdeckscheibe abgedeckt sein.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung sind Reflektorboden und Trägerplatte mit zueinander passenden Ausrichtmitteln, beispielsweise Passstifte und zugehörige Passbohrungen versehen, um die korrekte Ausrichtung zwischen Trägerplatte mit LED und Reflektor bei der Montage zu vereinfachen bzw. sicherzustellen. Die Passstifte können statt in die Trägerplatte alternativ auch in Öffnungen des LED-Gehäuses greifen. Außerdem kann es auch vorteilhaft sein, die Ausrichtung des Reflektors an der Außenkontur des LED-Gehäuses zu orientieren.
- Vorzugsweise ist die Trägerplatte als bedruckte Leiterplatte (PCB) ausgeführt, wobei die LED auf der der Reflektoröffnung zugewandten Seite aufgebracht sind. Prinzipiell kann die Trägerplatte aber auch zweiteilig sein, indem die elektrische Funktion beispielsweise von einer flexiblen Leiterfolie und die Tragefunktion von einer separaten Platte übernommen werden.
- Außerdem kann es vorteilhaft sein, für die Trägerplatte ein thermisch gut leitendes Material zu verwenden, um die Verlustwärme der LED ableiten zu können. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, den Boden der Trägerplatte in thermischen Kontakt zu einem Kühlelement (beispielsweise auch mit Heat Pipe) zu bringen.
- Des weiteren können die LED-Chips auch direkt auf dem Kühlkörper aufgebracht sein.
- Schließlich kann es zweckmäßig sein, die Trägerplatte mit einem elektrischen Anschlussmittel, beispielsweise einer Steckerbuchse, zum Anschluss einer elektrischen Versorgung auszustatten.
- Mit Hilfe der erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungseinheit lassen sich insbesondere konventionelle Halogenreflektorlampen platzsparend ersetzen, beispielsweise als Retrofit-Lösung in der Flugfeldbeleuchtung. Dadurch lassen sich bestehende Leuchten nutzen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn farbiges Licht erwünscht ist, da im Unterschied zu Halogenreflektorlampen hierfür keine Farbfilter erforderlich sind sondern farbige LED benutzt werden können. Je nach Anwendung kann es auch vorteilhaft sein, statt farbige LED weiße LED einzusetzen, wobei sich die Bezeichnung farbig bzw. weiß nicht auf die LED selbst sondern auf die von ihr abgestrahlte Lichtfarbe bezieht.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
-
1a eine Ansicht einer erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungseinheit von schräg oben, -
1b eine Schnittansicht der LED-Beleuchtungseinheit aus1a entlang der Linie AB, -
1c eine Explosionsdarstellung der LED-Beleuchtungseinheit aus1a , -
2a eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer LED-Beleuchtungseinheit, -
2b eine Explosionsdarstellung der LED-Beleuchtungseinheit aus2a . - Bevorzugte Ausführung der Erfindung
- Im Folgenden sind gleiche oder gleichartige Merkmale mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
- Die
1a zeigt eine erfindungsgemäße LED-Beleuchtungseinheit1 mit einem Reflektor2 in schräger Ansicht,1b zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie AB und1c zeigt eine Explosionsdarstellung, wobei die Trägerplatte3 vom Reflektor2 abmontiert ist, um einen Blick auf den Reflektorboden4 zu ermöglichen. - Die LED-Beleuchtungseinheit
1 ist als Ersatz für eine 50 W Halogenglühlampe vom Typ HLX 64337 (Fa. OSRAM) vorgesehen. Diese Halogenglühlampe wird unter anderem für die Flugfeldbeleuchtung eingesetzt. Dazu muss die LED-Beleuchtungseinheit1 in einen Zylinder von 46 mm Durchmesser und 30 mm Länge passen, d. h. die Außenabmessungen müssen relativ kompakt sein. Diese Lösung stellt einen optimalen Kompromiss für LEDs mit einer Chipfläche von 1 bis 2 mm2 dar. - Hierzu weist die LED-Beleuchtungseinheit
1 vier LED5 vom Typ Diamond Dragon® oder OSTAR® Compact (Fa. OSRAM Opto Semiconductors) auf, die auf der Trägerplatte3 in den Ecken eines gedachten Quadrats der Seitenlänge22 mm angeordnet sind. Der Reflektorboden4 weist vier kreisförmige Ausnehmungen6 auf, durch die die vier LED5 hin durch ragen und in Richtung zur Reflektoröffnung7 weisen. Der Reflektor2 ist hier aus einem massiven Kunststoffkörper gefertigt, der vier trichterartige Vertiefungen8 aufweist, die in der Ebene70 der Reflektoröffnung7 beginnen und sich verengend bis zu den zugehörigen kreisförmige Ausnehmungen6 erstrecken. Die gesamte Innenfläche des Reflektors2 , einschließlich der Vertiefungen8 , ist mit einer reflektierenden Schicht (nicht dargestellt) versehen. Um eine hohe Achslichtstärke zu erreichen, sind die Innenwände80 der trichterartigen Vertiefungen8 als Abschnitte eines Rotationsparaboloiden ausgeformt. Außerdem sind die trichterartigen Vertiefungen8 so ausgeführt, dass sie einerseits in der Ebene70 der Reflektoröffnung7 bis zum Rand74 der Reflektoröffnung7 reichen, andererseits sich auch gegenseitig überlappen, um die gewünschte Kompaktheit der LED-Beleuchtungseinheit1 zu erzielen. Durch diese Überlappung reichen die Trennwände9 zwischen den trichterartigen Vertiefungen8 nicht bis zur Ebene70 der Reflektoröffnung7 hinauf, sondern enden an der tiefsten Stelle90 ca. auf halber Höhe zwischen Trägerplatte3 und Ebene70 der Reflektoröffnung7 , d. h. die Trennwände9 zwischen zwei benachbarten Vertiefungen8 sind gleichsam teilweise durchbrochen. In der Ebene70 der Reflektoröffnung7 entspricht diese konzeptionelle Auslegung einem gedachten äußeren Kreis – entsprechend der Reflektoröffnung bis zum Rand74 – mit einem Durchmesser von ca. 45 mm, in dem vier gedachte innere Kreise – entsprechend der vier Vertiefungen8 – mit den jeweiligen Durchmesser von ca. 19 mm, so eingepasst sind, dass sie den äußeren Kreis gerade berühren. - Der Reflektorboden
4 ist mit einem krempenartigen Rand10 versehen, der drei Verbreiterungen100 mit je einer Bohrung110 aufweist. Die im wesentlichen quadratische Trägerplatte3 weist an drei ihrer Ecken ebenfalls Verbreiterungen30 mit Bohrungen31 auf, die den Bohrungen110 des Reflektors2 zugeordnet sind. Die Bohrungen31 ,110 dienen dazu, die Trägerplatte3 , einschließlich der vier LED5 , mit dem Reflektor2 mittels dreier Schrauben11 zu verbinden. Um das Einführen der Schrauben11 in die Bohrungen110 ,31 zu erleichtern, ist der Reflektor2 mit drei zugehörigen rinnenartigen Aussparungen76 versehen. Um bei der Montage eine präzise Ausrichtung zwischen Trägerplatte3 und Reflektor2 zu ermöglichen, ragen am Reflektorboden4 drei einen rechten Winkel aufspannende Passstifte40 heraus, die in drei zugehörige Passbohrungen32 in der Trägerplatte3 eingeführt werden. - Außerdem weist die Trägerplatte
3 eine Steckerbuchse12 zum Anschluss einer elektrischen Versorgung (nicht dargestellt) auf. Die Steckerbuchse12 ist an der vierten Ecke der Trägerplatte3 angeordnet, die ohne Bohrung ist. Die elektrische Verdrahtung der vier LED5 mit der Steckerbuchse12 ist in den Figuren nicht erkennbar. Die Trägerplatte3 ist als Metallkernplatine ausgebildet. - Die
2a zeigt eine Draufsicht und2b eine Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Beleuchtungseinheit13 . Der Hauptunterschied gegenüber der in den1a –1c dargestellten Ausführungsform besteht in den unterschiedlichen Befestigungsmitteln zum Verbinden von Reflektor und Trägerplatte. Anstatt mittels Schrauben sind der Reflektor14 und die Trägerplatte15 mittels Rastelementen mitein ander verbunden. Dazu ist das Befestigungsmittel als Schnappring16 ausgebildet. Der Schnappring16 besteht im wesentlichen aus einem Rahmen17 , welcher die Trägerplatte mit aufgesetztem Reflektor aufnimmt, sowie vier schwenkbaren Rastfingern18 , die mittels Rastnasen181 am Rand des Reflektors14 in dafür vorgesehene Vertiefungen19 einrasten. Die äußeren Abmessungen und die Form der Innenfläche des Reflektors14 entsprechen denen des in den1a –1c dargestellten Reflektors2 . Insbesondere ist der Reflektors14 mit den gleichen vier trichterartigen Vertiefungen8 versehen, die den vier LED5 zugeordnet sind. - Die vorstehend erläuterten LED-Beleuchtungseinheiten können in bestehenden Leuchten an Stelle von konventionellen Halogenreflektorlampen benutzt werden, da sie eine vergleichbare Lichtstärkeverteilung bereitstellen, beispielsweise in gängigen Leuchten für die Flugfeld-(Unterflur- bzw. Oberflurleuchten) oder Studiobeleuchtung etc..
Claims (10)
- LED-Beleuchtungseinheit (
1 ) mit einer Anzahl N von Licht (VIS, IR, UV) emittierenden Dioden (LED) (5 ), wobei N größer oder gleich eins ist, einer Trägerplatte (3 ), auf der die N LED (5 ) angeordnet sind, einem Reflektor (2 ), dessen Reflektorboden (4 ) mit N Ausnehmungen (6 ) versehen ist, wobei der Reflektor (2 ) auf der Trägerplatte (3 ) angeordnet ist und wobei jede der N LED durch eine der N Ausnehmungen (6 ) hindurch ragt und in Richtung zur Reflektoröffnung (7 ) weist, Befestigungsmittel, womit die Trägerplatte (3 ), einschließlich N LED (5 ), und der Reflektor (2 ) zusammengehalten sind. - LED-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, wobei der Reflektor (
2 ) N trichterartige Vertiefungen (8 ) aufweist, die sich von den N Ausnehmungen (6 ) aus in Richtung zur Reflektoröffnung (7 ) aufweitend erstrecken. - LED-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 2, wobei, wenn N größer oder gleich zwei ist, die trichterartigen Vertiefungen (
8 ) so nahe beieinander angeordnet sind, dass sie sich überlappen, wobei die Trennwand (9 ) zwischen zwei benachbarten trichterartigen Vertiefungen zumindest teilweise durchbrochen ist. - LED-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Form der Innenwand (
80 ) der N trichterartigen Vertiefungen (8 ) zumindest abschnittsweise der eines Rotationsparaboloiden entspricht. - LED-Beleuchtungseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsmittel lös- und wieder befestigbar sind.
- LED-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 5, wobei die Befestigungsmittel Schrauben (
11 ) umfassen, mit denen der Reflektor (2 ) und die Trägerplatte (3 ) miteinander verschraubt sind. - LED-Beleuchtungseinheit nach Anspruch 5, wobei die Befestigungsmittel eine Aufnahme (
16 ) mit mindestens zwei Rastfingern (18 ) umfassen, welche Aufnahme die Trägerplatte (15 ) mit aufgesetztem Reflektor (14 ) aufnimmt, wobei die Rastfinger (18 ) am Rand der Reflektoröffnung eingerastet sind. - LED-Beleuchtungseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Reflektorboden und Trägerplatte oder LED-Gehäuse mit zueinander passenden Ausrichtmitteln, insbesondere Passstifte (
40 ) und zugehörige Passbohrungen (32 ) versehen sind. - LED-Beleuchtungseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (
3 ) einen elektrischen Anschlussmittel (12 ) zum Anschluss einer elektrischen Versorgung aufweist. - LED-Beleuchtungseinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte thermischen Kontakt zu einem Kühlelement hat.
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