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Die Erfindung betrifft ein LED-Modul für eine Außenleuchte, insbesondere für eine Straßenleuchte, umfassend ein Leuchtengehäuse zur Aufnahme eines Leuchtmittels und eines optischen Systems zur Lenkung eines von dem mindestens einen Leuchtmittel emittierten Lichtstroms auf eine Sehaufgabe.
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Das Leuchtmittel ist im Falle von Straßenleuchten wegen der erforderlich hohen Leuchtdichte als Quecksilberdampf-, Natriumdampf- oder Halogenmetalldampflampe ausgebildet. Im Falle einer Straßenleuchte ist das Leuchtengehäuse am oberen Ende eines sich im Wesentlichen vertikal erstreckenden Masts angeordnet, üblicherweise in einer Höhe von 3 bis 5 Metern.
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Derartige Straßenleuchten sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Diese weisen eine hohe Leuchtdichte und den Bedürfnissen entsprechende Lichtstärkeverteilungskurve zur Ausleuchtung größerer oder beschränkter Bereiche auf. Nachteilig bei allen bekannten Leuchten ist jedoch die beschränkte Lebensdauer der Leuchtmittel (Lampen); diese sind üblicherweise auf 7.000 bis 10.000 Stunden beschränkt. Der Lampenwechsel ist relativ aufwändig und muss von Fachkräften unter Einhaltung der Sicherheitsvorschriften mit einer Hebebühne durchgeführt werden. Ferner ist es bei jedem Lampenwechsel erforderlich, die Dichtungen auszutauschen und eine Dichtigkeitsprüfung durchzuführen. Schließlich treten bei bekannten Leuchten hohe Reflektionsverluste durch Mehrfachreflektion auf, so dass bestehende Leuchten eine ungünstige Energieeffizienz aufweisen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine wartungsfreundlichere Außenleuchte mit einer verbesserten Energieeffizienz vorzusehen.
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Dieses technische Problem wird erfindungsgemäß bereits dadurch gelöst, dass das Leuchtmittel als LED-Modul umfassend mehrere auf einem LED-Halter angeordnete LEDs ausgebildet ist, und dass das optische System einen zur Aufnahme des LED-Moduls ausgebildeten Reflektor umfasst. Das vorgeschlagene LED-Modul ermöglicht eine flexible Anpassung an die jeweilige Sehaufgabe entweder durch Einsatz verschiedener LED-Halter und/oder verschieden ausgebildeter Reflektoren und/oder durch Einsatz von verschiedenen Anzahlen der Module. Damit kann bedarfsgerecht sowohl ein Änderung des beleuchteten Bereichs als auch eine Veränderung der Lichtstärke erfolgen. Dieses ist insbesondere deshalb der Fall, weil sich das von einer LED emittierte Licht viel besser lenken lässt als das Licht von Quecksilberdampflampen. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die bestehenden Lampen und optischen Systeme in existierenden Leuchten durch die vorgeschlagenen LED-Module ausgewechselt werden können und bedarfsgerecht an jeweilige Ausleuchtung und/oder Straßengeometrie anpassbar sind. Sie dienen insbesondere für den Ersatz herkömmlicher Lichtquellen in unterschiedlichen Leuchten, insbesondere Außenleuchten, besonders bevorzugt in Straßenleuchten. Dabei kann auch die Beleuchtung einer Straße bei gegebenen Lichtpunktabständen nach den Anforderungen der aktuellen Norm (DIN 13 201) realisiert werden. Ferner wird die Wartung der Leuchten deutlich verbessert, weil die vorgeschlagenen LED-Module sehr einfach auswechselbar sind.
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Ein oder mehrere der vorgeschlagenen LED-Module werden in Einbaulage im Leuchtengehäuse angeordnet; so wird eine asymmetrische Lichtstärkeverteilung erzeugt, die ähnlich des zu ersetzenden Leuchtmittels ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann das bestehende Leuchtmittel durch mehrere der vorgeschlagenen LED-Module ersetzt werden, die eine wesentliche höhere Lebensdauer und Energieeffizienz aufweisen als bestehende Quecksilberdampfleuchten.
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Auf den am in Einbaulage am oberen Ende angeordneten LED-Halter sind mehrere, vorzugsweise sechs Power LEDs angeordnet, von denen jeweils zwei seitlich in einem schrägen Winkel von 20 Grad angeordnet sind und jeweils zwei andere seitlich dazu um 90 Grad versetzt in schrägem Winkel von ca. 20 Grad. Der LED-Halter ist aufgenommen von dem umschließenden Reflektor, welcher gebildet ist durch ein in Einbaulage sich horizontal erstrecktes oberes Reflektorelement und sich seitlich von diesem konisch nach unten verbreiterten seitlichen Reflektorelementen, welche im zusammengebauten Zustand einen Pyramidenstumpf mit offener – in Einbaulage – unten gelegener Lichtaustrittsfläche bilden.
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Vorzugsweise ist der Reflektor aus gestanzten und/oder gebogenen Blechteilen zusammengesetzt, die an den angrenzenden Kanten mit Falzlaschen lösbar verbunden sind.
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Bevorzugt sind die vorgeschlagenen LED-Module senkrecht zur jeweiligen Hauptausstrahlrichtung angeordnet, wodurch eine asymmetrische Lichtstärkeverteilung ähnlich dem zu ersetzenden Leuchtmittel erzielt wird.
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Vorzugsweise werden für den Reflektor reflektionsverstärkende Materialien mit einem Reflektionsvermögen von bis zu 98 eingesetzt, insbesondere Miro-Materialien, die nahezu verlustfrei arbeiten.
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Der Reflektor kann eine satinierte Oberfläche aufweisen, um Beleuchtungsstärkespitzen zu vermeiden und eine gute Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung zu gewährleisten. Im Gegensatz zu optischen Systemen mit Linsen, welche den Straßenabschnitt eher punktuell erleuchten, bringt jedes Modul so das von den LEDs emittierte Licht auf den gesamten von der Leuchte angestrahlten Bereich.
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Der Reflektor kann aus mehreren Reflektorsegmenten bestehen. Dabei können seitliche Reflektorsegmente zur Lenkung des von den LEDs emittierten Lichtstroms in die Hauptausstrahlrichtung vorgesehen sein. Vorzugsweise liegt die Hauptausstrahlrichtung bei Straßenleuchten zwischen 60° und 85° aus der Vertikalen.
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Bei einer Weiterentwicklung kann ein Reflektorsegment als Abschirmreflektor ausgerichtet sein, der Licht in eine bestimmte Richtung abschirmt, z. B. bei einer Straßenleuchte das von den LEDs quer zur Fahrbahn ausgestrahlte Licht, um entsprechende Vorstrahlungen zu erreichen und das Licht nicht über den zu beleuchteten Querschnitt hinaus strahlen zu lassen.
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Je nach Höhe des zu ersetzenden Lichtstroms der traditionellen Lichtquelle können unterschiedlich viele der erfindungsgemäßen LED-Module in ein bestehendes Leuchtengehäuse eingesetzt werden. Für Beleuchtungsklassen S4 und S5 werden z. B. vier einzelne Module mit je sechs LEDs eingesetzt. Diese Module können je nach Straßenbreite und Lichtpunkthöhe mit unterschiedlichen Neigungswinkeln in die Leuchte eingesetzt werden.
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Wegen der erhöhten Lichtausbeute hat sich der Einsatz von kaltweißen LEDs als vorteilhaft erwiesen.
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Vorzugsweise ist der Reflektor ferner ausgebildet zur Vermeidung eines Indirektlichtstromanteils des optischen Systems, also einer sogenannten „Lichtverschmutzung” (Lichtstrahlung oberhalb 90 Grad, also über die gedachte Horizontale).
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Die Gesamteffizienz des optischen Systems kann zudem durch das Verwenden von LEDs mit einem entsprechenden Emissionsspektrum erzielt werden, z. B. durch Einsatz von LEDs, die im kurzwelligen Wellenlängenbereich von 507–577 nm emittieren. In diesem Wellenlängenbereich ist das Auge bei mesopischem Sehen (sehen mit relativ wenig Licht) besonders empfindlich.
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Die Wartungsfreundlichkeit und Lebensdauer kann dadurch verbessert werden, dass die LEDs mit einem Strom von 350 mA in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Durch diese Vorgehensweise ist die eingesetzte Leistung nur gering, was sich vorteilhaft auf das Thermomanagement und die Lebensdauer der LEDs auswirkt.
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Zur weiteren Verbesserung der thermischen Abstrahlungsleistung sind die LEDs vorzugsweise auf einem besonders Wärme abführenden Element, insbesondere einem Heatspreader angeordnet, der die von den LEDs erzeugte Wärme schnell über das Gehäuse abführt.
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Der Reiz der Erfindung liegt darin, dass einzelne Module auch problemlos und einfach ausgetauscht werden können, was die Wartungsfreundlichkeit erhöht. Abstrahiert stellt die Erfindung ein modulares LED-Modul bereit, welches unabhängig von der Leuchte als Austausch von bestehenden Leuchtmitteln zur einfachen Anpassung und/oder Veränderung der lichttechnischen Eigenschaften eingesetzt werden kann, welches einfach zu montieren ist und somit die Energieeffizienz bestehender Leuchten erheblich verbessert. Die Lichtemissionseigenschaften sind durch die Ausbildung des Reflektors, insbesondere dessen Winkel, und/oder der LED-Platinen und/oder deren Ausrichtung beliebig gestaltbar und an die Sehaufgabe anpassbar.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen, in dem bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert sind. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines LED-Moduls von unten;
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2 eine Ansicht des LED-Moduls gemäß 1 von vorne;
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3 eine Ansicht des LED-Moduls von oben;
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4 eine perspektivische Ansicht des LED-Moduls von oben;
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5 eine perspektivische Ansicht von unten;
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6 eine seitliche Ansicht mit einer ersten Anordnung von vier Modulen in einer Leuchte;
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7 eine seitliche Ansicht einer zweiten Anordnung der Module in einer Leuchte;
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8 eine seitliche Ansicht einer dritten Anordnung der vier Module in einer Leuchte;
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9 eine seitliche Ansicht einer vierten Anordnung der Module in einer Leuchte,
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10 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Straßenleuchte beim Einbau eines LED-Moduls; und
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11 eine Ansicht der Straßenleuchte gemäß 10 von unten mit eingebautem LED-Modul.
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Gleiche oder gleichwertige Teile sind mit den denselben Bezugszeichen versehen.
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Demnach besteht das LED-Modul im Wesentlichen aus einem Reflektor 2 und einem LED-Halter 4 zur Aufnahme mehrerer LED-Platinen 6, 8, 10, von denen einige in bestimmten Winkeln angeordnet sind.
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Der Reflektor 2 ist zusammengesetzt aus insgesamt drei Teilsegmenten, einem domartige gekanteten Dachsegment 12, einem plattenartigen Vordersegment 14 und einem ebenfalls plattenartigen Hintersegment 16. Das Dachsegment 12 ist als gekantetes Blechprofil ausgebildet, welches einen sich in Einbaulage horizontal erstreckenden oberen Abschnitt aufweist, an dessen Enden äquidistant von der Mittellinie jeweils unter Einschluss eines Winkels von ungefähr 30° mit der Horizontalen nach unten erstreckende Seitenwände 20, 22 vorgesehen sind. Im Querschnitt weist das Dachsegment 12 die Geometrie eines Pyramidenstumpfs auf, dessen unteres Ende offen ist und eine Lichtaustrittsöffnung das Licht definiert. An der Vorderseite des Dachsegments 12 ist unter Einschluss eines Winkels von etwa 45° zur Horizontalen, also etwa 315° vom Gesamtkreis, das plattenartige Vordersegment 14 mittels acht Laschen 24 befestigt, die der Vorderkante des Dachsegments 12 einstückig angeformt sind und in Einbaulage in korrespondierende Löcher in dem Vordersegment 14 eingreifen. Durch Umbiegen dieser Laschen 24 wird das Vordersegment 14 unverlierbar an dem Dachsegment 12 fixiert. In gleicher Weise ist mittels insgesamt acht Laschen 24 das Hintersegment 16 am hinteren stirnseitigen Ende des Dachsegments 12 befestigt, allerdings unter Einschluss eines Winkels von etwa 85° zur Horizontalen.
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An der Unterseite des Dachsegments 12 ist der als Heatspreader ausgebildete LED-Halter 4 befestigt, auf dem vorliegend drei LED-Platinen 6, 8, 10 mit jeweils zwei darauf angeordneten LEDs angeordnet sind. Die seitlichen LED-Platinen 8, 10 erstrecken sich jeweils in einer Ebene, die einen Winkel von etwa 45° mit der Horizontalen einschließt, und die vordere LED-Platine 6 erstreckt sich in einer Ebene, die einen Winkel von 20° zur Horizontalen einschließt. Die durch die LED-Platinen 6, 8, 10 definierten Ebenen erstrecken sich somit im Wesentlichen in einem Winkel zur Horizontalen, wie das ihnen gegenüberliegende Reflektorsegment 14, 20, 22. Ferner kann ist eine untere LED-Platine in der Ebene parallel zum Dachsegment angeordnet sein, welche einen direkten Lichtanteil liefert.
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Die Seitenwände 20, 22 des Dachreflektors 2 sind so geneigt, dass insbesondere der von den seitlich abstrahlenden LED-Platinen 8, 10 emittierten Lichtstrom im Bereich von vorzugsweise einem Winkel Gamma von 60 bis 85 Grad zur senkrecht verlaufenden Hauptstrahlrichtung reflektiert wird. Durch die somit erzeugte „breite” Lichtemission können die bestehenden Mastabstände der Straßenleuchten von 28 bis 30 Meter eingehalten werden, gleichzeitig aber höhere Beleuchtungsstärken erzielt werden.
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6 zeigt eine seitliche Ansicht einer ersten Anordnungsmöglichkeit von insgesamt vier LED-Modulen in einem nicht dargestellten Leuchtengehäuse. Demnach sind LED-Module so in Reihe angeordnet, dass jeweils das vordere eines Vordersegments 14 unmittelbar an das hintere Ende eines Hintersegments 16 angrenzt. Die LED-Module strahlen so unmittelbar in Hauptausstrahlrichtung nach unten.
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7 zeigt eine alternative Anordnung von ebenfalls vier LED-Modulen, wobei die fluchtenden Unterkanten einen Neigungswinkel von 10° zur Horizontalen einschließen. Dieses ist die bevorzugte Hauptausstrahlrichtung für eine Straßenleuchte.
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Die 8 und 9 zeigen, dass die LED-Module eine erhöhte Flexibilität zum Erzielen verschiedener Lichtverteilungen bieten. Es ist nämlich wie in 8 auch möglich, die einzelnen LED-Module in einen Bogen anzuordnen, der sich z. B. wie in 8 nach unten neigt oder wie in 9 nach oben.
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Die Befestigung einer oder mehrerer der erfindungsgemäßen LED-Reflektoren 2 erfolgt durch deren Fixierung an dem Leuchtenspezifischen Trägerblech 34, Einhängen des Trägerblechs 34 an einem oder mehreren Montagelaschen im Leuchtengehäuse, Verschwenken des Trägerblechs 34 in Einbaulage und fixieren in der Montageposition durch Befestigungsmittel, die vorzugsweise als nicht dargestellte Befestigungsschrauben ausgebildet sind. Diese Befestigungsschrauben können z. B. auch zusammen mit dem LED-Halter 4 die Wärmeübertragung der von den LEDs erzeugten Wärme auf das Leuchtengehäuse zur Wärmeabfuhr realisieren.
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Bei der in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsform sind vier LED-Module mit einheitlichen, also durchgehenden Seitenwänden 30, 32 an einem im Wesentlichen kreisförmigen Trägerblech 34 fixiert. Dieses Trägerblech 34 wird zur Montage zunächst mit 2 Laschen des Trägerblechs 34 sich vertikal erstreckend gemäß 10 in das untere Ende eines domförmigen Leuchtengehäuses 36 eingehängt. Das Leuchtenspezifisch ausgebildete Trägerblech 34 wird dann um 90 Grad in die in 11 dargestellte, sich horizontal erstreckende Einbaulage geschwenkt und mit dem Leuchtengehäuse 36 verschraubt. Das Trägerblech ermöglicht damit ein besonders einfaches und schnelles Auswechseln mehrer LED-Module.
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Durch eine entsprechende Krümmung oder geometrische Ausgestaltung des Trägerblechs 34 kann die anforderungsspezifische Ausrichtung mehrerer LED-Module realisiert werden, z. B. in den in den 6 bis 9 dargestellten Kurven.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Ansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Ansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen – einschließlich der Zusammenfassung – offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Reflektor
- 4
- LED-Halter
- 6
- LED-Platine
- 8
- LED-Platine
- 10
- LED-Platine
- 12
- Dachsegment
- 14
- Vordersegment
- 16
- Hintersegment
- 18
- Horizontalabschnitt
- 20
- Seitenwand
- 22
- Seitenwand
- 24
- Lasche
- 26
- Schraubenloch
- 28
- Schraubenloch
- 30
- Seitenwand
- 32
- Seitenwand
- 34
- Trägerblech
- 36
- Leuchtengehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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