DE102010016385B4 - Beleuchtungsanordnung mit Leuchtdioden - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanordnung enthaltend:
- (a) einen Kühlkörper;
- (b) wenigstens eine auf dem Kühlkörper montierte Leuchtdiode; und
- (c) eine vor der Leuchtdiode montierte, entblendende Beleuchtungsoptik.
- Stand der Technik
- Es ist bekannt Leuchtdioden in den Fokus einer reflektierenden Optik zu setzen. Die fast punktförmige Lichtquelle führt dann zu einer gleichmäßigen Beleuchtung. Nachteilig ist es bei derartigen Anordnungen, dass nur eine Leuchtdiode eingesetzt werden kann, wenn eine gute Abbildung erreicht werden soll. Die Leistung der Anordnung ist somit begrenzt.
- Es ist ferner bekannt, mehrere Leuchtdioden unter einer gemeinsamen Mischkappe anzuordnen. Die Mischkappe ist matt ausgebildet. Die gemischte Strahlung aus der Mischkappe ist für Beleuchtungszwecke gut geeignet. Nachteilig ist es jedoch, dass an der Mischkappe Verluste bis zu 10% auftreten können.
- Leuchtstofflampen sind langgestreckt und emittieren gleichmäßig aus einem größeren Volumen. Sie sind für Beleuchtungszwecke gut geeignet. Leuchtstofflampen haben jedoch einen hohen Energiebedarf und machen eine zusätzliche Entblendung erforderlich.
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DE 20 2008 004 561 U1 zeigt eine LED-Strahlerlampe mit einem nichtlichtdurchlässigen Reflektor. Die Strahlung wird von oben auf den schüsselförmig ausgebildeten Reflektor abgestrahlt und dort nach oben reflektiert. Eine Entblendungskappe ist vollständig lichtundurchlässig hat eine im wesentlichen zylindrische, glatte Form. Außerdem weist sie keine Rippen auf. Die Strahlung wird entweder blockiert oder reflektiert. -
DE 10 2005 047 746 A1 zeigt eine Leuchte mit einem lichtdurchlässigen Entblendungskörper, der ein zickzack-förmiges Außenprofil aufweist. Der Entblendungkörper ist im wesentlichen zylindrisch. Das Leuchtmittel ist innerhalb des Entblendungskörpers angeordnet. Der einfache Austausch des Leuchtmittels durch eine LED würde bei einem solchen Entblendungskörper zu schlechten Ergebnissen führen, da eine LED anders als herkömmliche Leuchtmittel nur in den Halbraum abstrahlt. -
DE 10 2006 031 345 A1 offenbart ein Lichtband mit mehreren LEDs und davor angeordneter Linsenoptik aus Glas oder Kunststoff. Bei der Optik handelt es sich um Linsen, die mit Stützelementenvor den LEDs angeordnet sind. Die LEDs sind symmetrisch hinter den Linsen angeordnet. -
US 2008/0310158 A1 -
US 20010/0046218 A1 -
US 2005/0281034 A1 DE 10 2005 047 746 A1 symmetrisch innerhalb des Entblendkörpers sitzt. - Offenbarung der Erfindung
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut und wirtschaftlich ist und mit welcher eine gleichmäßige Beleuchtung erreicht werden kann.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
- (d) die Beleuchtungsoptik einen gerippten, lichtdurchlässigen, Kegelstumpf-förmigen oder im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmigen Entblendungskörper (
16 ,50 ) umfasst, - (e) die Stirnseite des Entblendungskörpers mit geringerem Durchmesser eine Aussparung aufweist, und
- (f) die Entblendungskörper mit der Aussparung derart vor der Leuchtdiode angeordnet ist, dass die Leuchtdiode außeraxial zur Kegelstumpfachse des Entblendungskörpers angeordnet ist.
- Unter Kegelstumpf-förmig werden alle rotationssymmetrischen, aber auch asymmetrischen Formen verstanden, welche einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt zunehmenden Durchmessers haben. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass außeraxial angeordnete Leuchtdioden in Kombination mit einem Kegelstumpf-förmigen Entblendungskörper auch ohne Reflektoren zu einer gleichmäßigen und diffusen Strahlung führen. Die Rippen des Entblendungskörpers können sich beispielsweise in Umfangsrichtung erstrecken. Mit den Rippen des Entblendungskörpers wird das Licht der Leuchtdioden (LED) gemischt und entblendet. Die Kegelstumpf-Form hat den Vorteil, dass eine gute Breitstrahlung erreicht wird. Der Entblendungskörper ist vollständig lichtdurchlässig. Entsprechend treten nur geringe Transmissionsverluste auf. Er dient neben der Entblendung auch zur Lichtlenkung. Je nach Einfallswinkel auf die Oberfläche des Entblendungskörpers wird die Strahlung totalreflektiert oder gebrochen.
- Die Form der Umfangsrippen und die Krümmung der Linse ist derart gewählt, dass ein gewünschtes Strahlprofil erreicht wird.
- Vorzugsweise sind mehrere Leuchtdioden außeraxial zur Kegelstumpfachse des Entblendungskörpers angeordnet. Dadurch wird eine höhere Leistung erreicht.
- Insbesondere können die Leuchtdioden verschiedenfarbig und/oder separat steuerbar sein. Die Steuerung der Leuchtdioden kann derart erfolgen, dass eine gewünschte Lichtfarbe erreicht wird. So kann durch eine geeignete Steuerung beispielsweise das Tageslicht nachgeahmt werden. Ein höherer Blau-Anteil bewirkt ein kälteres Licht und ein höherer Rot-Anteil bewirkt ein wärmeres Licht. Insbesondere haben Leuchtdioden auch den Vorteil, dass sie leicht dimmbar sind und somit je nach Anwendung bestromt werden. Dadurch wird ein optimales Ergebnis bei der Energieeffizienz erreicht.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Aussparung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Stirnseite der Aussparung kann mit einer Krümmung versehen sein, so dass eine Linse gebildet wird. Dadurch lässt sich die Strahlung in gewünschter Weise auf ein Objekt lenken. Auch eine Assymmetrie kann mit einer Krümmung der Stirnseite erreicht werden, wenn beispielsweise eine Wand oder ein Objekt bevorzugt beleuchtet werden soll.
- Die Aussparung kann ferner gerippt sein. Die Rippen können beispielsweise parallel zur Kegelstumpfachse verlaufen. Mit derartigen Rippen wird eine weitere Mischung und Entblendung der austretenden Strahlung erreicht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn mehrere Leuchtdioden eingesetzt werden.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Entblendungskörper einstückig ausgebildet. Dann kann der Entblendungskörper beispielsweise aus Kunststoff oder Glas in einem Stück gespritzt oder geformt werden.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkörper langgestreckt und mehrere separate Entblendungskörper oder ein einstückiger Körper mit mehreren integrierten, kegelstumpf-förmigen Entblendungskörpern ist vor den zugehörigen Leuchtdioden montiert. Eine solche langgestreckte Beleuchtungsanordnung kann überall dort eingesetzt werden, wo herkömmliche Leuchtstofflampen verwendet werden. Die Strahlung aus den einzelnen Leuchtdioden überlappt derart, dass ein langgestrecktes, sehr gleichmäßiges Beleuchtungsprofil erreicht wird. Dieses Beleuchtungsprofil entspricht praktisch dem Beleuchtungsprofil einer Leuchtstofflampe.
- Vorzugsweise ist der Entblendungskörper in das Innere eines quaderförmigen Gehäuses angeformt, welches mit einer dem Kühlkörper zugewandten, offenen Seite vor der Leuchtdiode auf dem Kühlkörper montiert ist. Das quaderförmige Gehäuse kann insbesondere auf der der Leuchtdiode gegenüberliegenden Seite mit einer Struktur versehen sein. Eine solche Struktur in Form einer Lamellen- oder Prismenstruktur bewirkt eine weitere Mischung und Homogenisierung der Strahlung. Die Struktur kann insbesondere auf der Außenseite des Gehäuses vorgesehen sein.
- Das Gehäuse kann ferner Befestigungsmittel aufweisen, mit dem es auf dem Kühlkörper befestigbar ist. Solche Befestigungsmittel können eine Aussparung umfassen, in welche eine um den Kühlkörper geklemmte Klammer eingreift. Es können ferner Vorsprünge an der kühlkörperseitigen Kante vorgesehen sein. Die Vorsprünge greifen in Öffnungen auf dem Kühlkörper oder in der für die Leuchtdioden vorgesehenen Platine. Auf diese Weise wird das Gehäuse und somit auch der Entblendungskörper in eindeutiger Lage fixiert. Die Öffnungen sind vorzugsweise als Langlöcher in Längsrichtung der Beleuchtungsanordnung ausgebildet. Dadurch kann die thermische Ausdehnung im Betrieb der Anordnung berücksichtigt werden.
- Ein quaderförmiges Gehäuse vereinfacht die Handhabung des Entblendungskörpers in besonderer Weise. Neben einer einfachen Justage und Befestigung eignet sich der Entblendungskörper durch die planen Flächen auch für den Einsatz in einem modularen Bausatz. Die gewünschte Anzahl an Leuchtdioden und Entblendungskörpern kann auf Kühlkörper bzw. Platinen mit der zugehörigen Länge und/oder Breite montiert werden. Die variable Länge und Breite ermöglicht eine besonders große Anzahl von Anwendungen.
- Vorzugsweise liegt das Gehäuse bündig auf dem Kühlkörper an und eine Dichtung ist zwischen Gehäuse und Kühlkörper vorgesehen, mit welcher die Anordnung wasser- und staubdicht abgedichtet ist. Die Anordnung eignet sich dabei sowohl für die Verwendung im Außen- als auch im Innenbereich. Die Abdichtung des Gehäuses gegenüber Umwelteinflüssen führt zu einer längeren Lebensdauer der Anordnung und zu weniger Wartung.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Leuchtdioden mit einer Platine auf dem Kühlkörper montiert, wobei die Platine Öffnungen aufweist, in welche Vorsprünge an dem Entblendungskörper eingreifen. Dadurch wird die optische Justage stark vereinfacht.
- Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist ein Querschnitt durch eine Beleuchtungsanordnung mit Leuchtdioden, vor denen ein Entblendungskörper angeordnet ist. -
2 zeigt den Entblendungskörper aus1 im Detail. -
3 zeigt das Beleuchtungsprofil der Anordnung aus1 . -
4 illustriert einen modulhaften Charakter der Beleuchtungsanordnung aus1 mit mehreren Entblendungskörpern. -
5 zeigt eine Beleuchtungsanordnung, welche modulhaft mit sechs Entblendungskörpern zusammengesetzt ist. -
6 zeigt die Anordnung aus5 aus einer anderen Perspektive. -
7 zeigt eine Beleuchtungsanordnung, welche modulhaft mit einer Vielzahl von Entblendungskörpern zusammengesetzt ist. -
8 zeigt die Platine für eine Beleuchtungsanordnung aus1 separat. -
9 zeigt eine alternative, asymmetrische Form für einen Entblendungskörper zur Beleuchtung von beispielsweise Wänden. -
10 zeigt eine weitere alternative, asymmetrische Form für einen Entblendungskörper zur Beleuchtung beispielsweise einer Bahnsteigkante mit eingezeichnetem Strahlengang. -
11 ist eine perspektivische Darstellung des asymmetrischen Entblendungskörpers mit Gehäuse aus9 . - Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt einen Querschnitt durch eine Beleuchtungsanordnung die allgemein mit10 bezeichnet ist. Die Beleuchtunganordnung10 umfasst einen Kühlkörper12 aus Aluminium, eine Platine14 und einen transparenten Entblendungskörper16 . Auf der Platine14 sind zwei Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe über Anschlüsse18 angeschlossen. Der Entblendungskörper16 ist an die Innenseite eines ebenfalls transparenten Gehäuses20 angeformt. Der Entblendungskörper16 und das Gehäuse sind einstückig aus PMMA (Acryl) im Spritzgussverfahren hergestellt. - Das Gehäuse
20 weist auf beiden Seiten seitliche Aussparungen22 auf. In die Aussparungen22 greift eine Klammer24 . Die Klammer24 umschließt den gesamten Kühlkörper. Auf diese Weise wird das Gehäuse20 mit dem Entblendungskörper16 an dem Kühlkörper12 lösbar befestigt. Das Gehäuse20 ist quaderförmig mit einem quadratischen Querschnitt senkrecht zur Darstellungsebene in1 . Dies ist in2 erkennbar. - Der Rand des Gehäuses
20 ist mit einer – nicht dargestellten – Silikondichtung am Rand26 versehen. Auf diese Weise wird das Gehäuse gegen die Oberfläche des Kühlkörpers12 abgedichtet. - Der Entblendungskörper
16 ist auf der den Leuchtdioden gegenüberliegenden Innenseite28 des Gehäuses20 angeformt. Der Entblendungskörper16 ist im Wesentlichen Kegelstumpf-förmig. Die Stirnseite des Kegelstumpfes mit dem größeren Durchmesser liegt an der Innenseite28 an. Die Stirnseite des Kegelstumpfes mit kleinerem Durchmesser ist den Leuchtdioden18 zugewandt. Diese Seite weist eine sich über die gesamte Stirnseite erstreckende, zylindrische Aussparung30 auf. - Die zylindrische Aussparung
30 ist koaxial zum Kegelstumpf angeordnet. Auf der Innenseite der Aussparung30 sind Längsrippen vorgesehen. Die Längsrippen sind leicht gekrümmt und verlaufen koaxial zur Mittenachse der Aussparung. Die Außenseite des Entblendungskörpers16 ist mit Umfangsrippen32 versehen. Die Umfangsrippen32 sind leicht um eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Krümmungsachse gekrümmt. - Der Boden
34 der zylindrischen Aussparung30 ist zu einer Linse gekrümmt. Der Krümmungsradius ist an das gewünschte Beleuchtungsprofil angepasst. Ein Beispiel für ein symmetrisches Beleuchtungsprofil ist in3 dargestellt. Man erkennt, dass eine gute Breitstrahlung erreicht wird und große Winkelbereiche in erwünschter Weise vollständig entblendet sind. -
4 ist eine perspektivische Darstellung von sechs linear in einer Reihe angeordneten Entblendungskörpern16 mit einem gemeinsamen Gehäuse19 . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein gemeinsames, einstückiges Gehäuse19 vorgesehen. Die kleineren Gehäuse20 aus2 können aber auch modulartig zu einer linearen Anordnung zusammengesetzt sein. Es versteht sich, dass unterschiedlich große Module zusammengesetzt oder gemeinsam geformt werden können. Diese Module werden dann vor einer gemeinsamen Platine auf einem gemeinsamen Kühlkörper befestigt. -
5 und6 zeigen die aus sechs Einzelmodulen zusammengesetzte Beleuchtungsanordnung. Bei dieser Anordnung ist für jedes Gehäuse20 eine eigene Klammer24 vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Gehäusemodule einstückig ausgebildet sind, sind weniger Klammern, beispielsweise 3 Klammern ausreichend. -
7 illustriert, wie auch erheblich längere Anordnungen aus den Modulen20 zusammengesetzt werden können. In dieser Darstellung sind auch Konverter21 und23 zur Versorgung der LEDs gezeigt. - Die Gehäuse
20 weisen an den der Platine14 zugewandten inneren Rändern40 jeweils einen Vorsprung42 . Der Vorsprung42 greift in ein Zentrierloch44 in der Platine14 . Weitere Vorsprünge greifen in Langlöcher45 . Die Platine14 mit dem Zentrierloch44 ist in8 noch einmal separat dargestellt. Dadurch werden die Gehäuse20 und die daran vorgesehenen Entblendungskörper16 in einer eindeutigen Position relativ zur Platine an dem Kühlkörper12 befestigt. Die weiteren Vorsprünge42 greifen in Langlöscher45 . Die Lochform der Langlöcher45 ermöglicht eine Kompensation der thermischen Längenausdehung der unterschiedlichen Materialien. Die Dioden46 und48 sind ebenfalls fest auf der Platine montiert und angeschlossen. Die Entblendungskörper16 sind also in eindeutiger Position vor den Dioden46 und48 montiert. Eine weitere Justage ist nicht erforderlich. -
9 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Entblendungskörper50 . Der Entblendungskörper50 ist asymmetrisch mit einem gleichbleibenden, im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt in einer Richtung ausgebildet. Dies ist auch in11 zu erkennen. Der äußere Mantel des Entblendungskörpers50 weist im Querschnitt eine steile Flanke52 und eine flache Flanke54 auf. Gleichermaßen ist die Aussparung56 unsymmetrisch ausgebildet. Die Linse am Boden der Aussparung eine Zylinderlinse. Die Leuchtdiode58 sitzt wiederum außerhalb der Mitte des Entblendungskörpers. Mit einem solchen Entblendungskörper50 wird eine Verschiebung des Beleuchtungsprofils zu einer Seite bewirkt. Dies ist insbesonders dann sinnvoll, wenn eine in der Decke installierte Leuchte oder eine Pendelleuchte zur Beleuchtung einer seitlichen Wand verwendet werden soll. - Eine Leuchte mit einer Vielzahl von Modulen der oben beschriebenen Art ermöglicht gegenüber herkömmlichen Leuchtstofflampen neue Anwendungen. Die Dimmbarkeit ermöglicht es beispielsweise, eine langgestreckte Anordnung zur Beleuchtung von Bahnsteigkanten zu verwenden. Hier ist eine asymmetrische Beleuchtung ähnlich wie bei der Wandbeleuchtung besonders gut geeignet. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in
10 dargestellt. Der Entblendungskörper60 ist nicht mehr rotationssymmetrisch. Entsprechend werden bestimmte, ausgewählte Bereiche stärker beleuchtet als andere, wie die eingezeichneten Strahlen verdeutlichen. Die Leuchtdioden können stärker bestromt werden, um auf einen einfahrenden Zug aufmerksam zu machen. - Die Leuchten haben einen guten Wirkungsgrad von oberhalb 80% und liefern eine steuerbare, gleichmäßige und gut ausrichtbare Breitstrahlung.
- Zur Herstellung der Gehäuse
20 mit den Entblendkörpern16 bzw.50 im Spritzgußverfahren kann immer die gleiche Außenform verwendet werden. Diese bestimmt die äußere Gehäuseform. Lediglich die innere Form wird bei unterschiedlichen Entblendkörpern geändert. Auf diese Weise ist eine besonders kostengünstige Herstellung möglich. Auch kann für die unterschiedlichen Beleuchtungsaufgaben und unterschiedlichen Entblendkörper immer die gleiche Platine14 verwendet werden. Der Kühlkörper weist über die gesamte Länge den gleichen Querschnitt auf. Auf diese Weise kann der Kühlkörper als Meterware gefertigt werden. Je nach Anwendung werden die Kühlkörper auf die gewünschte Länge, d. h. ein Vielfaches einer Gehäuselänge geschnitten.
Claims (10)
- Beleuchtungsanordnung (
10 ) enthaltend: (a) einen Kühlkörper (12 ); (b) wenigstens eine auf dem Kühlkörper (12 ) montierte Leuchtdiode (46 ,48 ); und (c) eine vor der Leuchtdiode (46 ,48 ) montierte, entblendende Beleuchtungsoptik (16 ); dadurch gekennzeichnet, dass (d) die Beleuchtungsoptik einen gerippten, lichtdurchlässigen, Kegelstumpf-förmigen oder im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmigen Entblendungskörper (16 ,50 ) umfasst, (e) die Stirnseite des Entblendungskörpers (16 ,50 ) mit geringerem Durchmesser eine Aussparung (30 ) aufweist, und (f) die Entblendungskörper (16 ,50 ) mit der Aussparung (30 ) derart vor der Leuchtdiode (46 ,48 ) angeordnet ist, dass die Leuchtdiode außeraxial zur Kegelstumpfachse des Entblendungskörpers angeordnet ist. - Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden (
46 ,48 ), insbesondere zwei Leuchtdioden außeraxial zur Kegelstumpfachse des Entblendungskörpers angeordnet sind. - Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden verschiedenfarbig und/oder separat steuerbar sind.
- Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (
30 ) im Wesentlichen zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet ist. - Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (
30 ) gerippt ist. - Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entblendungskörper (
20 ,16 ) einstückig ausgebildet ist. - Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (
12 ) langgestreckt ist und mehrere separate Entblendungskörper (16 ,20 ) oder ein einstückiger Körper mit mehreren integrierten, kegelstumpf-förmigen Entblendungskörpern (16 ) vor den zugehörigen Leuchtdioden (46 ,48 ) montiert sind. - Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entblendungskörper (
16 ) in das Innere eines quaderförmigen Gehäuses (20 ) angeformt ist, welches mit einer dem Kühlkörper zugewandten, offenen Seite vor der Leuchtdiode (46 ,48 ) auf dem Kühlkörper (12 ) montiert ist. - Beleuchtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (
20 ) bündig auf dem Kühlkörper anliegt und eine Dichtung zwischen Gehäuse (20 ) und Kühlkörper (12 ) vorgesehen ist, mit welcher die Anordnung wasser- und staubdicht abgedichtet ist. - Beleuchtungsanordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (
46 ,48 ) mit einer Platine (14 ) auf dem Kühlkörper (12 ) montiert sind, wobei die Platine (14 ) Öffnungen (44 ) aufweist, in welche Vorsprünge (42 ) am Gehäuse (20 ) eingreifen.
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