DE102010014338B4

DE102010014338B4 - Reflektorleuchte

Info

Publication number: DE102010014338B4
Application number: DE102010014338A
Authority: DE
Inventors: Norbert Fernkorn; Joachim Becker
Original assignee: SPITTLER LICHTTECHNIK GmbH
Current assignee: SPITTLER LICHTTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: EP2375148A3; EP2375148A2; DE102010014338A1

Abstract

Reflektorleuchte mit einem Reflektor (7) und einer in einem definierten Bereich des Reflektors (7) angeordneten Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht überwiegend vom Reflektor (7) gerichtet reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Mehrzahl von Leuchtdioden (6) gebildet ist, dass die Leuchtdioden (6) auf der Mantelfläche (5) eines hohlzylindrischen Leuchtdiodenträgers (1) angeordnet sind, der in den Reflektor (7) mit einer Einschubbewegung in den Innenraum des Reflektors (7) eingesetzt ist, die mit einem Flansch (4) des Leuchtdiodenhalters (1) begrenzt ist, und dass in den zylindrischen Hohlraum des Leuchtdiodenträgers (1) ein Stab (12) aus wärmeleitendem Material in wärmeleitendem Kontakt eingesetzt ist, der aus dem Reflektor (7) herausragt und außerhalb des Reflektors (7) mit einem Kühlkörper (13) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflektorleuchte mit einem Reflektor und einer in einem definierten Bereich des Reflektors angeordneten Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht überwiegend vom Reflektor gerichtet reflektiert wird.
Derartige Reflektorleuchten sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Die Form der Reflektoren wird dabei den jeweiligen Anwendungsfällen angepasst. So ist es bekannt, parabolische Reflektoren zu verwenden, die um eine Mittenachse rotationssymmetrisch sind und bei denen eine Lichtquelle im gemeinsamen Brennpunkt der Parabel angeordnet ist. Das aus dem Brennpunkt der Parabeln ausgesandte Licht tritt aus einer Reflektoröffnung parallel aus, wenn es an der Reflektoroberfläche reflektiert worden ist. Eine derartige Leuchte eignet sich für eine gleichmäßige Ausleuchtung eines Raums, da sich die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung über den axialen Abstand von der Reflektorleuchte nicht ändert.
Es ist ferner bekannt, ellipsoide Reflektoren zu verwenden, wobei die Lichtquelle in einem Brennpunkt der Ellipse angeordnet ist. Das an dem Reflektor reflektierte Licht wird dabei in dem zweiten Brennpunkt der Ellipse gesammelt. Eine derartige Reflektoranordnung eignet sich daher beispielsweise für eine Spot-Beleuchtung.
Gezielte andere Abstrahlwinkel lassen sich durch andere Formgebungen des Reflektors realisieren.
Die bei Reflektorleuchten verwendeten Lichtquellen werden im Wesentlichen als punktförmige Lichtquellen angesehen, um die benötigte Position zu bestimmen. Die axiale und radiale Ausdehnung der Lichtquelle führt dazu, dass das Bild der Lichtquelle nach der Reflektion am Reflektor nicht punktförmig erscheint, sondern im Raum ausgedehnt. Für manche Anwendungsfälle einer Reflektorleuchte, beispielsweise für die Ausbildung eines Downlights, ist es bekannt, ein Array von Leuchtdioden als Lichtquelle zu verwenden. Da die einzelnen Leuchtdioden üblicherweise mit eigenen Linsen in ihren Gehäusen ausgeliefert werden, werden derartige Downlights ohne Reflektoren ausgebildet, da das direkt ausgesendete Licht der Leuchtdioden verwendet wird.
Durch DE 20 2005 007 501 U1 ist eine Kraftfahrzeugleuchte bekannt, bei der Leuchtdioden-Chips unmittelbar auf einer Platine angeordnet sind, die als länglicher Zylinder ausgebildet ist. Im Inneren der Platine kann ein Kühlkanal vorgesehen sein, der zur Abführung der Wärme der Leuchtdioden mit einer siedenden Flüssigkeit gefüllt ist, die nach dem Prinzip des Wärmerohres für einen Abtransport, der während des Betriebs der Leuchtdioden-Chips erzeugten Wärme sorgt. In einem außerhalb des Reflektors liegenden Heizbereich wird die durch die Wärme in die Dampfphase überführte Flüssigkeit unter Wärmeabgabe wieder kondensiert. Das Wärmerohr zur Ableitung der Wärme der Leuchtdioden wird somit durch eine speziell geformte Platine selbst gebildet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorleuchte zu ermöglichen, die die Abstrahlung einer hohen Lichtleistung mit einem hohen Wirkungsgrad bei einem einfachen Aufbau ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Reflektorleuchte der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Mehrzahl von Leuchtdioden gebildet ist, dass die Leuchtdioden auf der Mantelfläche eines hohlzylindrischen Leuchtdiodenträgers angeordnet sind, der in den Reflektor mit einer Einschubbewegung in den Innenraum des Reflektors eingesetzt ist, die mit einem Flansch des Leuchtdiodenhalters begrenzt ist, und dass in den zylindrischen Hohlraum des Leuchtdiodenträgers ein Stab aus wärmeleitendem Material in wärmeleitendem Kontakt eingesetzt ist, der aus dem Reflektor herausragt und außerhalb des Reflektors mit einem Kühlkörper verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Reflektorleuchte ermöglicht somit die Anordnung einer Vielzahl von Leuchtdioden in einer Weise, die eine kontrollierte Abstrahlung des Lichts der Leuchtdioden ermöglicht, indem die Leuchtdioden von dem Leuchtdiodenträger radial abstrahlt und dadurch praktisch das gesamte Licht der Leuchtdioden auf die Oberfläche des Reflektors gelangt und von dort aus gerichtet reflektiert wird. Dabei wird das Licht – je nach Art des Reflektors – kontrolliert als paralleles oder im Wesentlichen paralleles Licht ausgesandt oder auf einen kleinen Bereich fokussiert, um eine Spotbeleuchtung zu realisieren. Dabei sind die Leuchtdioden vorzugsweise über den Umfangswinkel des zylindrischen Leuchtdiodenträgers gleichmäßig verteilt, beispielsweise in einer oder mehreren Gruppen, die sich jeweils auf der gleichen axialen Höhe des zylindrischen Leuchtdiodenträgers befinden. Es ist allerdings auch möglich, eine räumlich gleichmäßige Lichtverteilung mit anderen Verteilungsmustern der Leuchtdioden, beispielsweise mit einer spiralförmigen Anordnung der Leuchtdioden auf der Mantelfläche des zylindrischen Leuchtdiodenträgers, anzustreben.
Bei einem paraboloiden oder ellipsoiden Reflektor sollten sich die Leuchtdioden möglichst nahe der für einen speziellen Anwendungsfall angestrebten Brennpunktposition des Reflektors befinden.
Der erfindungsgemäße hohlzylindrische Leuchtdiodenträger ist vorzugsweise in einer Mittenachse des Reflektors positioniert, um die der Reflektor rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Für die Ableitung der durch die Leuchtdioden produzierten Wärme ist in den zylindrischen Hohlraum des Leuchtdiodenträgers ein Stab aus wärmeleitenden Material in wärmeleitendem Kontakt eingesetzt. Dieser Stab ragt aus dem Reflektor heraus und ist außerhalb des Reflektors mit einem Kühlkörper verbunden. Dadurch ist es möglich, eine Reflektorleuchte mit Leuchtdioden so zu bestücken, dass eine hohe Abstrahlleistung erzeugt wird. In einer Anordnung mit 18 Leuchtdioden, die in drei Gruppen auf drei axialen Höhen der Mantelfläche des hohlzylindrischen Leuchtdiodenträgers jeweils in einem Winkelabstand von 60° zueinander versetzt angeordnet sind, können Leuchtdioden mit einer elektrischen Gesamtleistung von beispielsweise 70 W betrieben werden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Leuchtdiodenträgers mit drei Gruppen von axial hintereinander angeordneten Leuchtdioden.
2 den Leuchtdiodenträger gemäß 1, einen Reflektor mit dem eingesetzten Leuchtdiodenträger gemäß 1 und eine in den Leuchtdiodenträger eingesetzte heat pipe;
3 die Anordnung aus 2 mit einem schematisch dargestellten Kühlkörper, der mit dem aus dem Reflektor herausragenden Ende der heat pipe verbunden ist.
1 zeigt einen Leuchtdiodenhalter 1, der aus einem Hohlkörper 2 mit einem kreiszylindrischen Querschnitt und einem sich konisch erweiternden Ansatzstück 3 besteht, das in einen ringförmigen Flansch 4 übergeht Der zylindrische Hohlkörper 2 ist an seinem dem Flansch 4 gegenüberliegenden Ende durch eine Stirnwand abgeschlossen, sodass er einen einseitig axial offenen Innenraum ausbildet. Der zylindrische Hohlkörper 2 weist eine äußere Mantelfläche 5 auf, auf der sich Leuchtdioden 6 befinden. Die Leuchtdioden 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel bezüglich der Längsachse des zylindrischen Hohlkörpers 2 in drei Gruppen hintereinander mit einem geringen Abstand angeordnet. Der Abstand ist kleiner als die Längserstreckung der Leuchtdioden 6. Jede der Gruppen von Leuchtdioden 6 weist sechs Leuchtdioden auf, die auf derselben axialen Höhe gleichmäßig auf dem kreiszylindrischen Umfang der Mantelfläche 5 verteilt sind, sodass zwischen jeweils zwei benachbarten Leuchtdioden auf der Umfangslinie ein Umfangswinkel von 60° existiert.
2 verdeutlicht, dass der Leuchtdiodenhalter 1 mit seinen Leuchtdioden 6 in einen Reflektor 7 eingesetzt wird. Der Reflektor 7 ist beispielsweise eine parabolischer Reflektor 7, der rotationssymmetrisch um eine Mittenachse 8 ausgebildet ist. Der Reflektor 7 weist somit einen parabolischen Reflektorkörper 9 auf, der um die Mittenachse 8 eine Durchgangsöffnung 10 aufweist, in die der Leuchtdiodenhalter 1 eingesetzt ist und die so groß ist, dass der Flansch 4 die Einschubbewegung des Leuchtdiodenkörpers 1 in den Innenraum des Reflektors 7 begrenzt. Die Dimensionierung des Leuchtdiodenhalters 1 ist dabei so gewählt, dass die mittlere Gruppe der Leuchtdioden 6 sich auf der Höhe des Brennpunkts des parabelförmigen Reflektors 7 befindet. Die axial benachbarten Leuchtdioden 6 befinden sich daher nahe dem Brennpunkt. Die Leuchtdioden 6 strahlen ihr Licht so radial zur Mittenachse 8 des Reflektors 7 ab, sodass praktisch das gesamte abgestrahlte Licht auf die Innenseite des Reflektors 7 fällt und somit kontrolliert durch den Reflektor 7 reflektiert wird und den Reflektor 7 durch eine Ausgangsöffnung 11 als im Wesentlichen parallel ausgerichtetes Licht verlässt. Die Ausgangsöffnung 11 befindet sich dabei auf der Höhe des größten Durchmessers des Reflektors 7.
In den einseitig offenen Innenraum des zylindrischen Hohlkörpers ist passig, vorzugsweise im Presssitz, eine heat pipe 12 eingesetzt, die sich weit jenseits des Flansches 4 – und damit außerhalb des Reflektors 7 – erstreckt. Eine heat pipe 12 (Wärmerohr) enthält eine Vielzahl feiner Kanäle in Längsrichtung, die endseitig miteinander verbunden sind, sodass eine in die heat pipe 12 eingebrachte Kühlflüssigkeit in Längsrichtung der heat pipe 12 zirkuliert und damit Wärme von dem in den zylindrischen Hohlkörper 2 eingesetzten Ende der heat pipe 12 zum freien Ende der heat pipe 12 außerhalb des Reflektors 7 abführt.
3 verdeutlicht, dass auf die heat pipe 12 ein massiver Kühlkörper 13 in einem wärmeleitenden Kontakt mit der heat pipe 12 aufgebracht ist, sodass der Kühlkörper 3 die von der heat pipe 12 abtransportierte Warme aufgrund seiner großen Wärmekapazität schnell aufnehmen und über seine große Oberfläche an die Umgebung abgeben kann.
Die so ausgebildete Reflektorleuchte vereint somit die Vorteile einer herkömmlichen Reflektorleuchte, bei der das Licht kontrolliert durch die Ausgangsöffnung 11 abgestrahlt wird, mit den Vorteilen einer Lichtquelle, die mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden 6 aufgebaut ist. Dabei wird die rotationssymmetrische Anordnung des Reflektors 7 dadurch aufgenommen, dass die Leuchtdioden 6 auf einem zylindrischen Hohlkörper 2 mit einer kreiszylindrischen Mantelfläche 5 angeordnet sind und über eine Umfangslinie der Mantelfläche 5 in gleichen Winkelabständen verteilt sind. Auf diese Weise gelingt eine gleichmäßige Ausleuchtung der Innenwandung des Reflektors 7. Diese gleichmäßige Ausleuchtung führt zu einer gleichmäßigen Abstrahlung von gerichtetem Licht durch die Ausgangsöffnung 11 des Reflektors 7. Die Verwendung des kreiszylindrischen Hohlkörpers 2 als Leuchtdiodenhalter 1 ermöglicht ferner den Einsatz eines stangenförmigen Wärmeleiters, vorzugsweise in Form einer heat pipe 12, zur effektiven Wärmeabführung in den Kühlkörper 13 hinein.
Durch die Verwendung des Leuchtdiodenhalters 1, der über das Ansatzstück 3 mit dem die Einschubbewegung in den Innenraum des Reflektors 7 begrenzenden Flansch versehen ist, erzwingt die richtige Positionierung der Leuchtdioden 6 in dem Innenraum des Reflektors 7 an der gewünschten Stelle, beispielsweise nahe dem Brennpunkt eines parabelförmigen Reflektors 7.
Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Reflektorleuchte außerordentlich einfach aufgebaut ist und einen sicheren Zusammenbau gewährleistet. Durch die effektive Kühlung, insbesondere über die heat pipe 12, lässt sich somit in einfacher und kostengünstiger Weise eine Reflektorleuchte mit einer sehr hohen Lichtleistung realisieren.

Claims

Reflektorleuchte mit einem Reflektor (7) und einer in einem definierten Bereich des Reflektors (7) angeordneten Lichtquelle, deren abgestrahltes Licht überwiegend vom Reflektor (7) gerichtet reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch eine Mehrzahl von Leuchtdioden (6) gebildet ist, dass die Leuchtdioden (6) auf der Mantelfläche (5) eines hohlzylindrischen Leuchtdiodenträgers (1) angeordnet sind, der in den Reflektor (7) mit einer Einschubbewegung in den Innenraum des Reflektors (7) eingesetzt ist, die mit einem Flansch (4) des Leuchtdiodenhalters (1) begrenzt ist, und dass in den zylindrischen Hohlraum des Leuchtdiodenträgers (1) ein Stab (12) aus wärmeleitendem Material in wärmeleitendem Kontakt eingesetzt ist, der aus dem Reflektor (7) herausragt und außerhalb des Reflektors (7) mit einem Kühlkörper (13) verbunden ist.
Reflektorleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (12) in den zylindrischen Hohlraum des Leuchtdiodenträgers (1) passig eingesetzt ist.
Reflektorleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab durch eine heat pipe (12) gebildet ist.
Reflektorleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (7) rotationssymmetrisch um eine Mittenachse (8) ausgebildet ist, dass der Stab (12) auf der Mittenachse (8) des Reflektors (7) positioniert ist und dass die Leuchtdioden (6) auf der Mantelfläche (5) in gleichmäßigen Umfangswinkelabständen angeordnet sind.
Reflektorleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gruppe von Leuchtdioden (6) auf gleicher axialer Höhe des Stabs (12) angeordnet ist.
Reflektorleuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Höhe die Höhe eines Brennpunkts des Reflektors (7) ist.
Reflektorleuchte nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gruppen von Leuchtdioden (6) vorgesehen sind, die sich nahe der Höhe des Brennpunkts befinden.