DE102010047477B4 - LED-Kopfleuchte - Google Patents

Abstract

LED-Kopfleuchte (1) mit – einem Gehäuse (3) zur Anordnung im Bereich der Augen einer die Leuchte tragenden Person und – zumindest einer im Gehäuse angeordneten Leuchtdiode (5) in Wärmekontakt mit einem Wärmeableitelement (7), wobei – eine Luftfördereinrichtung mit einem innerhalb des Gehäuses (3) angeordneten Lüfter (9) vorgesehen ist, um einen Luftstrom zu erzeugen, welcher am Wärmeableitelement (7) vorbei oder durch das Wärmeableitelement (7) hindurch geleitet wird und damit das Wärmeableitelement (7) kühlt, und wobei – die Luftfördereinrichtung im Verhältnis zur LED-Leistung so ausgelegt ist, dass der aus dem Gehäuse (3) austretende Luftstrom gegenüber der vom Lüfter (9) angesaugten Luft um weniger als 30 Kelvin erwärmt wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Umgebung der Leuchte (1) einen Meter pro Sekunde nicht überschreitet, – weiter umfassend Strömungsleitelemente, durch welche die Luft von der Kopfleuchte axial in Richtung entlang der Lichtabstrahlrichtung (12) angesaugt wird und zumindest ein Strömungsleitelement, welches den aus der Leuchte austretenden Luftstrom in eine Richtung quer zur optischen Achse lenkt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine LED-Kopfbeleuchtung, insbesondere für die Anwendung im medizinischen Bereich.
• Leuchtdioden sind im Vergleich zu Glühlampen bekanntlich erheblich energieeffizienter. Dennoch müssen LED-Lampen mit Hochleistungs-Leuchtdioden gekühlt werden, um eine Beschädigung der Leuchtdioden durch Überhitzung zu vermeiden.
• Aus der US 6,955,444 B2 ist eine medizinische Kopfleuchte bekannt, welche ein doppeltes Lampengehäuse aufweist. Jedes der individuell beweglichen Gehäuse ist mit einer oder mehreren LED-Lichtquellen bestückt. Die Lampengehäuse können so eingestellt werden, dass die aus den Gehäusen austretenden Lichtstrahlen selektiv auf einen Ort vor der Leuchte ausrichtbar sind. Die Verwendung zweier Lampen soll verglichen mit einer einzelnen Leuchte die Verwendung kleinerer Leuchtdioden ermöglichen, die entsprechend kleinere Kühlkörper benötigen.
• Die US 7,210,810 B1 beschreibt ebenfalls eine medizinische Kopfleuchte. Zur Kühlung werden unter anderem Entlüftungsöffnungen, Lüfter oder Kühlkörper vorgeschlagen. Einzelheiten über den Aufbau der Kühlung werden jedoch nicht beschrieben.
• Aus der US 7,293,898 B2 ist eine tragbare Leuchte bekannt, bei welcher ein gerippter Kühlkörper vorgesehen ist. Auf einer Leiterplatte sind mehrere Leuchtdioden montiert. Der Kühlkörper weist bogenförmige Vorsprünge auf, welche einen Wärmekontakt mit Leiterbahnen der Leiterplatte herstellen.
• Das Problem der Aufheizung von LED-Lampen wird nach der US 7,465,078 B2 durch eine in einem Gehäuse mit abnehmbarer, zylindrischer, rückseitig offener Kappe angeordnete LED gelöst. Die Kappe verhindert aber lediglich einen Kontakt mit der heißen Lampe.
• In der US 7,490,949 B2 wird eine medizinische Kopflampe mit Flüssigkeitskühlung vorgeschlagen. Die Kopflampe ist mit einem externen Gehäuse verbunden, wobei über Leitungen sowohl die Kühlflüssigkeit zu- und abgeführt, als auch die Versorgungsspannung eingespeist wird.
• Die US 2006/0285315 A1 beschreibt eine medizinische Kopflampe, welche eine vergleichsweise schwache LED enthält. Für hohe Lichtstärken kann die Kopfleuchte dann an einen Lichtleiter mit einer Hochleistungs-Lichtquelle gekoppelt werden. Ebenso wie in der US 7,490,949 B2 wird demgemäß eine Leitung benötigt. Diese Leitung kann jedoch behindernd wirken.
• Die US 2009/0225534 A1 zeigt eine Kopflampe mit einer Wärmesenke. Diese Wärmesenke ist mindestens entweder in einer Lufteintrittskammer oder in einer Luftaustrittskammer angeordnet.
• Die DE 20 2005 005 726 U1 beschreibt eine Lupe mit einer Hochleistungsbeleuchtungseinrichtung zur Verwendung im medizinischen Bereich. Im oder am Gehäuse, in dem sich die Lichtquelle befindet, ist eine Kühleinrichtung vorgesehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung einer LED-Kopflampe dahingehend zu verbessern, dass einerseits hohe Wärmeleistungen abgeführt werden können, um den Betrieb sehr heller Leuchtdioden zu ermöglichen und andererseits externe Kühleinrichtungen vermieden werden, beziehungsweise allgemein die Kühleinrichtung so kompakt zu halten, dass diese in der Kopfleuchte selbst untergebracht werden kann. Zudem soll die Gehäusetemperatur niedrig gehalten werden, um möglichst wenig störende Einflüsse auf die Person auszuüben, welche die Kopfleuchte trägt.
• Mit anderen Worten sollen mit der Erfindung widersprechende Anforderungen zwischen großer Helligkeit, beziehungsweise einhergehend hoher LED-Leistung, kompakter Bauform des Lampengehäuses und niedriger Gehäusetemperatur erfüllt werden.
• Diese Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Demgemäß sieht die Erfindung eine LED-Kopfleuchte mit einem Gehäuse und zumindest einer im Gehäuse angeordneten Leuchtdiode, in Wärmekontakt mit einem Wärmeableitelement vor. Die Leuchte umfasst weiterhin eine Luftfördereinrichtung mit einem Lüfter, um einen Luftstrom zu erzeugen, welcher am Wärmeableitelement vorbei und/oder durch das Wärmeableitelement hindurch geleitet wird und damit das Wärmeableitelement kühlt. Dabei ist die Luftfördereinrichtung mit dem Lüfter im Verhältnis zur LED-Leistung so ausgelegt, dass der aus dem Gehäuse austretende Luftstrom gegenüber der vom Lüfter angesaugten Luft um weniger als 30 Kelvin erwärmt wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Umgebung der Leuchte einen Meter pro Sekunde nicht überschreitet. Ferner umfasst die Leuchte Strömungsleitelemente, durch welche die Luft von der Kopfleuchte axial in Richtung entlang der Lichtabstrahlrichtung angesaugt wird und zumindest ein Strömungsleitelement, welches den aus der Leuchte austretenden Luftstrom in eine Richtung quer zur optischen Achse lenkt. Die entsprechende Auslegung der Luftfördereinrichtung kann insbesondere auch durch eine Drosselung der elektrischen Leistung gegenüber der elektrischen Nennleistung des Lüfters oder gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich auch eine Drosselung des Luftstroms erfolgen. Generell sind Lüfter mit passender, möglichst geringer Leistung von Vorteil, da dadurch unerwünschte Schwingungen oder Geräusche minimiert werden.
• Ein derartig schwacher und nur verhältnismäßig gering aufgeheizter Luftstrom ist für den Träger der Kopfleuchte nicht oder allenfalls kaum wahrnehmbar, obwohl die Leuchte typischerweise im Bereich der sehr empfindlichen Augen der die Leuchte tragenden Person angeordnet ist.
• Gegenüber passiv gekühlten Leuchten bietet sich der Vorteil einer geringer aufgeheizten Temperatur der Abluft und geringeren Gehäusetemperaturen. Auf der anderen Seite werden gegenüber bisherigen Lüftern für den Träger störende Luftströme auf ein nicht mehr wahrnehmbares oder zumindest nicht mehr störendes Mass reduziert.
• Besonders günstig ist es, wenn der austretende Luftstrom zusätzlich weg vom Gesicht des Trägers der Kopfleuchte gelenkt wird. Da die optische Achse typischerweise auch in Blickrichtung der die Leuchte tragenden Person liegt, führt dies dazu, dass der austretende Luftstrom am Gesicht vorbei, bzw. geringfügig vom Gesicht weg gelenkt wird, ohne direkt auf den Betrachtungsbereich in Lichtabstrahlrichtung, beispielsweise auf einen Patienten gerichtet zu sein. Damit wird bei einer Kopfleuchte für medizinische Zwecke auch vermieden, dass der Luftstrom auf den Bereich des Patienten gerichtet wird, der gerade mit der Leuchte beleuchtet wird. Die Luftansaugung kann demgegenüber dem Gesicht zugewendet sein, wenn die Ansaugung ungerichtet erfolgt und sich die Strömungsgeschwindigkeiten daher mit der Entfernung vom Eintrittsloch sehr schnell verringern. Die zumindest eine, vorzugsweise mehreren Lufteintrittsöffnungen sind weiterhin bevorzugt so angeordnet, dass die Ansaugrichtungen einen möglichst großen Winkel zu der oder den Luftabstrahlrichtungen aufweisen. Dies ist günstig, um einen thermischen Kurzschluss zu vermeiden, bei welchem erwärmte, austretende Luft wieder eingesaugt wird. Beispielsweise werden gemäß einer Ausführungsform die Lufteintrittsöffnungen nicht auf dem Gehäusemantel angeordnet, wenn sich dort auch die Luftaustrittsöffnungen befinden. Vorzugsweise werden die ein- und austretenden Luftstörme mittels geeigneter Strmungsleitelemente und der Anordnung der zumindest einen Lufteintrittsöffnung und der zumindest einen Luftaustrittsöffnung so gelegt, dass der aus der Luftaustrittsöffnung austretende Luftstrom einen Winkel zur mittleren Ansaugrichtung von zumindest 70°, besonders bevorzugt zumindest 90° aufweist. Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Figuren erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente.
• Es zeigen:
• 1 eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kopfleuchte,
• 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kopfleuchte,
• 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kopfleuchte mit Befestigungsmitteln, und
• 4 eine Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
• Bei der in 1 dargestellten Kopfleuchte sind die Befestigungsmittel zum Befestigen am Kopf nicht dargestellt. Typischerweise wird eine Befestigung beispielsweise mit Riemen vorgenommen oder die Kopfleuchte wird an einer Lupenbrille befestigt, wenn diese zur Operation verwendet wird.
• Die insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete LED-Kopfleuchte umfasst ein Gehäuse 3, in welchem eine einzelne Leuchtdiode 5 angeordnet ist. Anders als in 1 dargestellt, können auch mehrere Leuchtdioden vorhanden sein.
• Das Gehäuse 3 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist aus zwei Gehäuseteilen, einem vorderen Gehäuseteil 31, und einem hinteren Gehäuseteil 32 zusammengesetzt. Der vordere Gehäuseteil 31 beinhaltet sowohl die Leuchtdiode 5, als auch den Lüfter 9.
• Die Leuchtdiode 5 ist auf einem LED-Chip 50 angeordnet, welcher auf einer Platine 11 befestigt ist und über die Platine elektrisch kontaktiert wird. Über die Platine 11 wird die von der Leuchtdiode erzeugte Wärme an ein Wärmeableitelement 7 abgegeben. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Wärmeableitelement 7 als integraler Bestandteil des vorderen Gehäuseteils 31 ausgebildet, beziehungsweise wird durch das vordere Gehäuseteil 31 gebildet. Möglich ist selbstverständlich aber auch ein separates Wärmeableitelement, etwa in Gestalt eines am oder im Gehäuse 3 befestigen Kühlkörpers, der direkt oder mittelbar in Wärmekontakt mit der Leuchtdiode 5 steht.
• Das Wärmeleitelement, hier allgemein der vordere Teil des Gehäuses 3 bezogen auf die Lichtabstrahlrichtung 12 wird nun durch den vom Lüfter 9 erzeugten Luftstrom gekühlt. Ein Teilstrom 18 des Gesamt-Luftstroms ist in 1 zur Verdeutlichung eingezeichnet.
• Es ist für einen kompakten Aufbau der Leuchte allgemein von Vorteil, wenn Lüfter und Leuchtdiode hintereinander axial versetzt entlang der optischen Achse, beziehungsweise entlang der Lichtabstrahlrichtung 12 angeordnet sind. Besonders bevorzugt für einen kompakten Aufbau sind weiterhin auch Axiallüfter. Beide Eigenschaften weist auch das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel auf.
• Der Lüfter 9 ist entlang der Lichtabstrahlrichtung 18 gesehen hinter der Leuchtdiode 5 axial versetzt angeordnet. Die Rotorblätter 91 erzeugen einen axial zur Drehrichtung des Motors 90 verlaufenden Luftstrom, welcher in Richtung auf den Abschnitt des vorderen Gehäuseteils 31 mit der Leuchtdiode 5 gerichtet ist.
• Für die Luftzufuhr ist das hintere Gehäuseteil 32 mit Lufteinlasskanälen 13 versehen, welche in den Hohlraum 33 des Gehäuses 3 münden, in welchem der Lüfter 9 angeordnet ist. Die Anordnung des Lüfters 9 in einem Hohlraum innerhalb des Gehäuses 3 ist allgemein unter anderem günstig, um zu vermeiden, dass Teile in das Lüfterrad geraten können. So könnten sich beispielsweise Haare der Person, welche die Kopfleuchte 1 trägt, im Lüfterrad verfangen.
• Der aus dem Lüfter 9 austretende Luftstrom wird über mehrere Luftauslasskanäle 15, welche in auf dem Gehäuse 3 in Umfangsrichtung verteilten Luftaustrittsöffnungen 16 münden, nach außen geleitet. Dabei wird der Luftstrom an dem als Wärmeableitelement 7 dienenden, an die Luftauslasskanäle 15 angrenzenden Teil des vorderen Gehäuseteils 31 vorbeigeführt und damit das Wärmeableitelement 7 gekühlt. Betrachtet man den gesamten vorderen Gehäuseteil 31 als Wärmeableitelement 7, so wird der Luftstrom durch dieses Wärmeableitelement dementsprechend hindurchgeleitet.
• Insbesondere strömt die Abluft, wie anhand des eingezeichneten Teil-Luftstroms ersichtlich ist, in radialer Richtung, quer zur Lichtabstrahlrichtung 12 vom Gehäuse weg. Diese Ausführungsform der Erfindung, welche allgemein darauf basiert, dass mit Strömungsleitelementen, hier den speziell den Luftauslasskanäle 15 der Luftstrom des Lüfters 9 in mehrere Teilströme zerlegt wird, die in Lichtabstrahlrichtung 12 gesehen radial schräg oder senkrecht auswärts gerichtet sind, ist besonders vorteilhaft, um eine gute Verteilung der Abluft in der Umgebung der Leuchte zu bewirken. Durch diese Verteilung auf mehrere radial auswärts gerichtete Luftströme nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit der Entfernung von der Leuchte schnell ab, so dass der Abluftstrom entsprechend sehr schnell auf eine nicht mehr oder kaum nach im Gesicht des Trägers der Leuchte wahrnehmbare Strömungsgeschwindigkeit abgebremst wird. Diese Anordnung wirkt mithin auch als Diffusor.
• Im Gegensatz zur quer zur Lichtabstrahlrichtung 12 ausströmenden Abluft wird die Luft durch geeignete Strömungsleitelemente vorzugsweise, wie auch im dargestellten Beispiel von der Kopfleuchte 1 axial in Richtung entlang der Lichtabstrahlrichtung 12 angesaugt. Dazu erstrecken sich die Lufteinlasskanäle 13 als Strömungsleitelemente in axialer Richtung entlang der Leuchte und münden in Lichtabstrahlrichtung 3 gesehen in der Rückseite des Gehäuses 3.
• Wie weiterhin anhand von 1 zu erkennen ist, ist die Leuchtdiode 5 in einer vom Hohlraum 33 abgeteilten Kammer 20 des Gehäuses 3 angeordnet, beziehungsweise ragt in diese hinein. Die Kammer 20 wird bei dem in 1 gezeigten Beispiel durch ein optisches scheibenförmiges Element 22 (22 ist kein optischer Filter sondern eine leicht streuende Scheibe, durch die vermieden wird das „harte” Übergänge in der Helligkeitsverteilung entstehen), abgetrennt. Gemäß einer Ausführungsform wird als optisches Element 22 eine leicht lichtstreuende Scheibe verwendet, durch die vermieden wird das harte Übergänge in der Helligkeitsverteilung entstehen. Weiterhin ist eine Linse 24 als Kondensor vorgesehen, um das Licht entlang der Lichtabstrahlrichtung 12 zu bündeln. Durch den Wärmekonkakt mit dem Wärmeableitelement 7 wird die Leuchtdiode nun rückseitig gut gekühlt.
• Um auch eine Kühlung der Leuchtdiode 5 auf der Seite der Kammer 20 zu verbessern, beziehungsweise das Volumen der Kammer 20 zu kühlen, ist eine Öffnung 26 vorgesehen, welche den Hohlraum 33, in welchem der Lüfter 9 angeordnet ist, mit der Kammer 20 verbindet, so dass ein Teil-Luftstrom in die Kammer 20 geleitet wird. Weiterhin ist eine Öffnung 28 in der Kammer 20 vorhanden, durch welche der Luftstrom die Kammer 20 wieder verlässt und aus dem Gehäuse 3 austritt. Konstruktiv einfach wäre es hier, die Luft nach vorne entlang der Lichtabstrahlrichtung 12 austreten zu lassen. Damit würde jedoch ein Luftstrom auf den mit der Kopfleuchte 1 beleuchteten Behandlungsbereich gerichtet. Auch wenn der Luftstrom nur äußerst schwach ist, kann dies unerwünscht sein. In Weiterbildung der Erfindung mündet daher die Luftabfuhröffnung 28 in einen der in Umfangsrichtung der Leuchte verteilt angeordneten Luftaustrittsöffnungen 16.
• Dabei ist es günstig, wenn diese Luftaustrittsöffnung ausschließlich mit der Luftabfuhröffnung 28 in der Kammer 20 verbunden ist, um zu vermeiden, dass durch einen weiteren entgegenströmenden Teil-Luftstrom der Luftstrom durch die Luftabfuhröffnung 28 und damit auch die Durchlüftung der Kammer 20 behindert wird. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die mit der Luftabfuhröffnung 28 verbundene Luftaustrittsöffnung 16 auf der betrachtungsseitig rückseitigen Hälfte des Gehäuses 3 angeordnet und daher in 1 nicht sichtbar.
• Alternativ oder zusätzlich können über die Öffnungen 26 und 28 elektrische Leitungen verlegt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird über eine der Öffnungen, beispielsweise Öffnung 26 die elektrische Zuleitung zur Leuchtdiode 5 gelegt. Über die Öffnung 28 kann dann von der Platine 11 ausgehend die elektrische Zuleitung zum Lüfter 9 verlegt sein. In diesem Fall mündet die Öffnung 28 dann nicht im Gehäusemantel, sondern im Hohlraum 33 mit dem Lüfter 9. Um die Öffnungen 26, 28 für die Zu- und Abfuhr eines Luftstroms zu nutzen, kann die Öffnung 28 dann beispielsweise auch wieder einen Abzweig zu einer Luftaustrittsöffnung 16 aufweisen.
• Um die Kopfleuchte an einer Kopftragevorrichtung zu befestigen, kann, wie im in 1 dargestellten Beispiel eine Führung 35 für eine Befestigungsstange in Gestalt einer Bohrung vorgesehen werden. Um die Befestigungsstange an der Kopfleuchte zu fixieren, ist die Bohrung von einer weiteren Bohrung 36 für eine Klemmvorrichtung, wie beispielsweise einer Klemmmutter zum Einklemmen der Stange gekreuzt.
• Nachfolgend wird ein auf der in den 1 und 2 dargestellten Kopfleuchte ein Ausführungsbeispiel für die Auslegung der Strömungsparameter des Luftstroms in Abhängigkeit von der LED-Leistung angegeben.
• Eine gut geeignete elektrische Leistung einer Leuchtdiode 5 für eine Kopfleuchte 1, insbesondere einer medizinischen Kopfleuchte liegt bei 2 Watt. Die als Kühlmedium verwendete Luft weist eine Wärmekapazität von etwa 1200 J/(m3·K), beziehungsweise 1005 kJ/(kg·K) auf. Die Temperaturdifferenz zwischen der angesaugten und der ausgeblasenen Luft soll 30 Kelvin, vorzugsweise 20 Kelvin nicht überschreiten. Damit wird auch erreicht, dass die Gehäusetemperatur nur möglichst gering über der Umgebungstemperatur liegt. Die Luft wird sich aber im Gleichgewichtszustand nur maximal bis auf Gehäusetemperatur erwärmen. Mit einer Erwärmung der Luft um nur maximal 30 K geht also auch eine vergleichsweise geringe Gehäuseerwärmung einher.
• Für das Ausführungsbeispiel soll die Temperaturdifferenz sogar auf 20 Kelvin begrenzt sein. Unter Einhaltung dieser Temperaturdifferenz ist für die Abfuhr einer Wärmeleistung entsprechend der Leistung der Leuchtdiode 5 eine Luftmenge von 0,00008 m³/s, beziehungsweise 0,08 Liter pro Sekunde ausreichend.
• Werden für den Luftaustritt insgesamt sechzehn zylindrische Luftaustrittsöffnungen 16 mit 3 Millimetern Durchmesser oder entsprechende Langlöcher gleicher Fläche verwendet, so ergibt sich für den gesamten Querschnitt der Luftaustrittsöffnungen 16 eine Fläche von 1,13·10^–4 m². Die Strömungsgeschwindigkeit direkt an den Luftaustrittsöffnungen 16 beträgt dann 0,74 Meter pro Sekunde oder 2,65 Kilometer pro Stunde. Die Messung am Ausführungsbeispiel ergibt bei einer Raumtemperatur von 21°C eine Temperaturerhöhung um 17 K für den Luftstrom und 20 K für das Gehäuse bei einer elektrischen Leistung von 2 Watt. Die Lufterwärmung steht damit in gutem Einklang zur theoretischen Berechnung über die Wärmekapazität der Luft. Für ein Watt elektrischer Leistung ergibt sich zum Vergleich nach theoretischer Berechnung eine Temperaturerhöhung von 10 K für das Gehäuse und 8,5 K für die Luft.
• Dieser Luftstrom ist zwar im Unterschied zu passiv gekühlten Kopfleuchten durch den Lüfter 9 forciert, aber dennoch kaum wahrnehmbar. Hinzu kommt, dass durch Vermischung des austretenden Luftstroms mit der Umgebungsluft eine weitere Abschwächung der Strömungsgeschwindigkeit und eine Abnahme der Temperaturdifferenz einhergeht.
• Neben dem gegenüber einer Passivkühlung im allgemeinen reduzierten Gewicht und geringerer Größe kommt vor allem auch hinzu, dass der Luftstrom bei erfindungsgemäßer forcierter Kühlung kontrolliert ist. Tritt beispielsweise bei einer Passivkühlung, etwa aufgrund der Kopfhaltung ein Luftstau auf, so erwärmt sich die Leuchte stärker und auch die abfließende Luft wird entsprechend heißer. Die Strömungsrichtung wird bei passiv gekühlten Leuchten maßgeblich durch die Konvektion vorgegeben. Schaut die Person, welche die Kopfleuchte vor dem Gesicht trägt, nach unten, so richtet sich der aufsteigende Heißuftstrom entsprechend gegen das Gesicht. Durch die erfindungsgemäße Zwangskühlung wird demgegenüber eine gegenüber der Position des Kopfes festgelegte Strömungsrichtung bewirkt.
• Anhand des vorstehenden Ausführungsbeispieles wurde deutlich, dass die Kühlung zwar forciert durch einen Lüfter erfolgt, der Lüfter selber aber nur sehr geringe Luftmengen bewegt. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dabei ein Lüfter eingesetzt, der pro Watt elektrischer Leistung der Leuchtdiode 5 eine Förderleistung von höchstens 0,05 Liter pro Sekunde aufweist. Die elektrische Leistung der Leuchtdiode 5 wird dabei durch die Auslegung der Stromversorgung der Leuchtdiode, beziehungsweise der Treiberschaltung bestimmt.
• Die Förderleistung muß dabei in Weiterbildung der Erfindung nicht baulich bedingt sein, beziehungsweise nicht die Maximal-Förderleistung darstellen. Vielmehr kann die Luftförderleistung des Lüfters gedrosselt werden. Gemäß einer Weiterbildung wird dabei aber nicht der Luftstrom selber, oder ausschließlich der Luftstrom, sondern vielmehr die elektrische Leistung gedrosselt, mit welcher der Lüfter betrieben wird. Lüfter sind allerdings typischerweise auf bestimmte Drehzahlen optimiert. Falls der Lüfter bei einer anderen, geringeren Drehzahl betrieben wird, ist es günstig, einen entsprechend ausgelegten Lüfter zu verwenden, so dass dieser nicht in ungünstige Eigenschwingungen gerät.
• Mit anderen Worten wird der Lüfter in Weiterbildung der Erfindung mittels einer Energieversorgung betrieben, die eine elektrische Leistung bereitstellt, die geringer ist, als die elektrische Nennleistung des Lüfters. Der Lüfter wird demgemäß auch mittels der Energieversorgung der Leuchte so ausgelegt, beziehungsweise so betrieben, dass der aus dem Gehäuse 3 austretende Luftstrom gegenüber der vom Lüfter 9 angesaugten Luft um weniger als 30 Kelvin, vorzugsweise um höchstens 20 Kelvin erwärmt wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Umgebung der Leuchte 1 einen Meter pro Sekunde nicht überschreitet.
• Typischerweise ist dazu die von der Spannungsversorgung bereitgestellte elektrische Leistung geringer als die elektrische Leistung der Leuchtdiode. Bevorzugt beträgt die in den Lüfter 9 von der Spannungsversorgung eingespeiste elektrische Leistung sogar nur höchstens ein Viertel der in die Leuchtdiode eingespeisten elektrischen Leistung.
• 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kopfleuchte 1 mit Tragevorrichtung zum Befestigen an einem Kopf 45. Zur Befestigung des Gehäuses 3 der Kopfleuchte 1 können beispielsweise geeignete Riemen 39 verwendet werden. Um das Gewicht des Gehäuses 3 und der darin untergebrachten Komponenten zu reduzieren, kann, wie in 3 gezeigt, die Spannungsversorgung 40 für den Lüfter 9 und die Leuchtdiode 5 beispielsweise an oder in der Tragevorrichtung angeordnet sein.
• Die geringe in den Lüfter 9 eingespeiste elektrische Leistung, vorzugsweise deutlich geringer als die in die Leuchtdiode gespeiste Leistung ermöglicht einen langen Betrieb auch mit Batterien oder Akkumulatoren. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannungsversorgung 40 eine Batterie oder einen Akkumulator umfasst.
• Bei dem in 3 gezeigten Beispiel ist eine Befestigungsstange 37 vorgesehen, mit welcher das Gehäuse 3 an einem der Riemen 38 gehaltert ist. Wie anhand der 3 zu erkennen ist, ist das Gehäuse 3 der Kopfleuchte 1 im Bereich der Augen des Trägers angeordnet. Es ist hier von Vorteil, dass der axial in das Gehäuse 3 eingesaugte Luftstrom 17 in Richtung weg von den Augen des Trägers gerichtet ist, so dass ein Einblasen von Partikeln in die Augen vermieden wird.
• Zusätzlich wird auch durch die radial von der Lichtabstrahlrichtung weg gerichtete Abluft vermieden, dass ein Teil-Luftstrom 16 in Richtung auf den beleuchteten und damit auch vom Träger betrachteten Untersuchungsbereich gerichtet wird. Damit wird beispielsweise im medizinischen Bereich unter anderem eine Kontamination des Untersuchungs- oder Behandlungsbereichs vermieden oder zumindest weitgehend unterdrückt.
• Luft als Kühlmedium weist einen verhältnismäßig kleinen Temperaturleitwert auf. Dies bedeutet umgekehrt, dass für die erfindungsgemäße Aufheizung des Luftstroms um weniger als 30 Kelvin das Wärmeleitelement eine höhere Temperaturdifferenz zur Temperatur der umgebenden Luft aufweist. Mit der Erfindung werden zwar die Luftströme so ausgebildet, dass kaum ein merklicher Luftzug mehr wahrnehmbar ist, umgekehrt kann das Gehäuse 3 selber, zumindest wenn dieses selber das Wärmeleitelement 7 umfasst oder bildet, deutlich erwärmt werden. Um die Oberflächentemperatur des Gehäuses 3 nun zu verringern, wird in Weiterbildung der Erfindung ein zweischaliger Gehäuseaufbau, beziehungsweise ein Gehäuse-in-Gehäuse-Aufbau vorgeschlagen. Ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Gehäuse 3 zumindest abschnittweise zweischalig aufgebaut ist, zeigt 4.
• Der vordere Gehäuseteil 31 des Gehäuses ist in diesem Beispiel von einem zusätzlichen, äußeren Gehäuseteil 30 umgeben. Dabei ist das äußere Gehäuseteil 30 von der Oberfläche des vorderen Gehäuseteils 31 beabstandet befestigt, so dass das äußere Gehäuseteil 30 durch geringen Wärmekontakt mit dem vorderen Gehäuseteil verhältnismäßig kühler bleibt.
• Das äußere Gehäuseteil 30 weist Luftaustrittsöffnungen 300 auf, die mit den Luftaustrittsöffnungen 16 des vorderen Gehäuseteils korrespondieren, so dass die Abluft ungehindert austreten kann.
• Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich als beispielhaft zu verstehen sind. So sind anders als dargestellt auch andere Gehäuseformen und Aufteilungen in Gehäuseteile möglich.
• Beispielsweise könnte das Gehäuse 3 auch mit zwei Halbschalen aufgebaut werden. Anders als dargestellt können auch mehrere Leuchtdioden 5 vorhanden sein, wobei in diesem Fall die Angaben über die elektrische Leistung der Leuchtdiode und deren Verhältnis zur elektrischen Leistung des Lüfters jeweils entsprechend für die elektrische Gesamtleistung der Leuchtdioden gelten.
• Bezugszeichenliste

1

LED-Kopfleuchte

3

Gehäuse von 1

5

Leuchtdiode

7

Wärmeableitelement

9

Lüfter

11

Platine

12

Lichtabstrahlrichtung

13

Lufteinlasskanal

15

Luftauslasskanal

16

Luftaustrittsöffnung

17

Ansaug-Luftstrom

18

Teilstrom des Luftstroms

20

Kammer

22

optisches Element

24

Linse

26, 28

Öffnung

30

äußerer Gehäuseteil

31

vorderer Gehäuseteil

32

hinterer Gehäuseteil

33

Hohlraum von 3

35

Führung für Befestigungsstange

36

Bohrung für Klemmvorrichtung

37

Befestigungsstange

39

Riemen

40

Spannungsversorgung

45

Kopf

50

LED-Chip

90

Motor von 9

91

Rotorblätter von 9

300

Luftaustrittsöffnungen von 30

Claims (6)

1. LED-Kopfleuchte (1) mit – einem Gehäuse (3) zur Anordnung im Bereich der Augen einer die Leuchte tragenden Person und – zumindest einer im Gehäuse angeordneten Leuchtdiode (5) in Wärmekontakt mit einem Wärmeableitelement (7), wobei – eine Luftfördereinrichtung mit einem innerhalb des Gehäuses (3) angeordneten Lüfter (9) vorgesehen ist, um einen Luftstrom zu erzeugen, welcher am Wärmeableitelement (7) vorbei oder durch das Wärmeableitelement (7) hindurch geleitet wird und damit das Wärmeableitelement (7) kühlt, und wobei – die Luftfördereinrichtung im Verhältnis zur LED-Leistung so ausgelegt ist, dass der aus dem Gehäuse (3) austretende Luftstrom gegenüber der vom Lüfter (9) angesaugten Luft um weniger als 30 Kelvin erwärmt wird und die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms in der Umgebung der Leuchte (1) einen Meter pro Sekunde nicht überschreitet, – weiter umfassend Strömungsleitelemente, durch welche die Luft von der Kopfleuchte axial in Richtung entlang der Lichtabstrahlrichtung (12) angesaugt wird und zumindest ein Strömungsleitelement, welches den aus der Leuchte austretenden Luftstrom in eine Richtung quer zur optischen Achse lenkt.
2. Kopfleuchte gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Strömungsleitelemente, welche den Luftstrom des Lüfters (9) in mehrere Teilströme zerlegen, die in Lichtabstrahlrichtung (12) gesehen radial schräg oder senkrecht auswärts gerichtet sind.
3. Kopfleuchte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (9) pro Watt elektrischer Leistung der Leuchtdiode (5) eine Förderleistung von höchstens 0,05 Liter pro Sekunde aufweist.
4. Kopfleuchte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – der Lüfter (9) in einem Hohlraum (33) des Gehäuses (3) angeordnet ist, und wobei – das Gehäuse (3) eine vom Hohlraum (33) abgeteilte Kammer (20) aufweist, wobei – in der Kammer (2) die zumindest eine Leuchtdiode angeordnet ist, und wobei – die Kammer (20) über eine Luftzufuhröffnung (26) mit dem Hohlraum (33) verbunden ist, so dass ein Teil-Luftstrom in die Kammer (20) geleitet wird, und wobei – eine Luftabfuhröffnung (28) in der Kammer (20) vorhanden ist, durch welche der Luftstrom die Kammer (20) wieder verlässt und aus dem Gehäuse (3) austritt.
5. Kopfleuchte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spannungsversorgung, welche in den Lüfter (9) eine elektrische Leistung einspeist, die höchstens ein Viertel der in die Leuchtdiode eingespeisten elektrischen Leistung beträgt.
6. Kopfleuchte gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zumindest abschnittweise zweischalig aufgebautes Gehäuse (3)

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