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Einleitung
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Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Trägerkörper sowie einer Anzahl an dem Trägerkörper befestigter Fassungen für jeweils ein LED-Leuchtmittel und einer entsprechenden Anzahl von LED-Leuchtmitteln, die mit ihren Sockeln lösbar in den Fassungen gehaltert und elektrisch mit diesen verbunden sind, wobei die LED-Leuchtmittel jeweils eine Mehrzahl von fest damit verbundenen Leuchtdioden aufweisen.
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Stand der Technik
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Allgemein bekannt sind Leuchten für den Gebrauch in Niederspannungsnetzen mit Leuchtengehäusen mannigfacher Ausgestaltung mit darin befindlichen Leuchtmitteln. Als Leuchtmittel kommen beispielsweise Glühlampen, Energiesparlampen, Gasentladungslampen oder Leuchtdioden (LED = light emitting diode) zum Einsatz. Die handelsüblichen Leuchtmittel werden hierbei in aller Regel mit ihrem jeweiligen Sockel (z. B. mit den genormten Geometrien E27, E14, G4, GX5,3, GU10...) in eine Lampenfassung im Lampengehäuse form- oder kraftschlüssig eingesteckt oder -geschraubt. Durch die standardisierten Sockel und Fassungen ist es besonders erleichtert, das Leuchtmittel einer Leuchte zu wechseln, sei es aufgrund eines Defekts oder um die Leuchte mit anders spezifizierten Leuchtmitteln zu betreiben
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Die Leuchtdioden gewinnen hierbei stetig mehr Bedeutung, da sie vergleichsweise energieeffizienter einen identischen Lichtstrom erzeugen als Glühlampen, Energiesparlampen und Gasentladungslampen. Durch die höhere Lichtausbeute und damit einhergehender geringerer Verluste müssen bei gleichem erzeugtem Lichtstrom ebenfalls deutlich geringere Wärmeströme von dem Leuchtmittel abgeführt werden. Sind sehr hohe Lichtströme gefordert, die üblicherweise zur großflächigen Ausleuchtung benötigt werden, wie etwa im Straßenverkehr, so kommen gelegentlich Hochleistungs-Leuchtdioden zum Einsatz. Diese haben wie andere schwächere Leuchtdioden zwar auch eine hohe Effizienz gegenüber den anderen etablierten Lampentypen und benötigen weniger absolute Wärmeabfuhr, jedoch ist aufgrund der sehr kompakten Bauweise die Dichte der erzeugten Wärme sehr hoch. Dies erfordert, auch wegen der Hitzeempfindlichkeit der Hochleistungs-Leuchtdioden, die Verwendung von Kühlkörpern, die die erzeugte Wärme durch ihre hohe Wärmeleitfähigkeit abtransportieren und großflächig an die Umgebung abgeben. Hiermit einher geht der Nachteil, dass auf Basis der Technik von Leuchtdioden praktisch nur unter Einsatz von Hochleistungs-LEDs sehr leistungsfähige Leuchten existieren, die Aufgaben wie der Straßenbeleuchtung gerecht werden können. Dies hat stets den Nachteil, dass die Gestaltung einer solchen Lampe in Hinblick auf die Wärmeabfuhr geschehen muss, weshalb die gesamte Geometrie der Leuchte je nach Anwendungsfall individuell ausgelegt werden muss und somit höhere Kosten für Entwicklung und Leuchtmittel entstehen, als dies bei Verwendung standardisierter Komponenten möglich wäre.
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In diesem Zusammenhang beschreibt bereits die internationale Patentanmeldung
WO 2010/115395 eine diesbezüglich verbesserte Straßenlaterne, die hohe Lichtströme bereitstellen kann und hierbei auf die Verwendung von Hochleistungs-Leuchtdioden verzichtet. Möglich wird dies durch die Verwendung eines in bestehenden Lampengehäusen montierbaren Trägerelementes, an dem standardisierte Lampenfassungen befestigt sind. So kann eine Mehrzahl von standardisierten Leuchtmitteln in einem Lampengehäuse untergebracht werden, so dass der benötigte Lichtstrom nicht aus wenigen Hochleistungs-Leuchtdioden mit hoher Leistungsdichte emittiert wird, sondern aus einer großen Anzahl kleiner Leuchtdioden von üblicherweise 3 mm bis 5 mm Durchmesser. Durch die insgesamt deutlich höhere Oberfläche der vielen kleinen Leuchtdioden ist eine hinreichende Wärmeabfuhr gewährleistet, die die Verwendung von Kühlkörpern überflüssig macht. Die Oberfläche der Trägerelemente ist hierbei üblicherweise konkav oder konvex geformt, so dass die darauf montierten Fassungen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind und die später darin montierten Leuchtmittel insgesamt einen Lichtkegel verschiedener Geometrie erzeugen können. Die Streuung des emittierten Lichts wird dabei umso größer, je stärker das Trägerelement gekrümmt ist.
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Durch die im Stand der Technik übliche konvexe oder konkave Gestalt des Trägerelementes ist die Montage der Lampenfassungen erschwert. Insbesondere kommen aufzuschraubende Fassungen durch ihre üblicherweise plane Rückseite in Verbindung mit konvex ausgestalteten Trägerelementen nur mit dem Mittelpunkt ihrer Rückseite auf dem Trägerelement zu liegen. Bei konkav ausgestalteten Trägerelementen hingegen kommt von einer üblicherweise kreisrunden Fassungen nur die ringförmige die Rückseite begrenzende Kante auf dem Trägerlement zu liegen. Es hat sich hierbei in der Praxis herausgestellt, dass die ungünstige Verteilung innerer Spannungen in den Fassungen durch die Montage mit Schrauben leicht zu einer Zerstörung der Fassungen führen kann, insbesondere bei Verwendung von spröden Keramikfassungen, etwa des Typs GU10.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper optimierter Geometrie zum Einbau in Leuchten bereitzustellen, wobei die Fassungen der Leuchtmittel trotz unterschiedlicher Ausrichtungen mechanisch besonders stabil und zerstörungsunanfällig mit dem Trägerkörper verbindbar sein sollen.
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Lösung
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Trägerkörper eine Anzahl von jeweils ebenen Flächenelementen aufweist, in denen jeweils mindestens eine Fassung für ein LED-Leuchtmittel angeordnet ist, wobei Flächennormalen benachbarter Flächenelemente jeweils unter einem Winkel ungleich 0° und 180° zueinander verlaufen. Durch die Ebenheit der Flächenelemente ist gewährleistet, dass die Rückseiten der Fassungen über ihre ganze Fläche bündig auf diesen zu liegen kommen. Die im Rahmen dieser Anmeldung bevorzugten Sockel- und Fassungstypen sind exemplarisch bereits weiter oben aufgeführt.
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Vorteilhafterweise beträgt die Neigung zwischen zwei benachbarten Flächenelementen zwischen 5° und 30°, so dass auch die darauf montierten Fassungen und somit die Achsen der benachbarten Leuchtmittel entsprechend zueinander geneigt sind. Dies ist insbesondere von Vorteil beim Einsatz von Leuchtmitteln mit geringem Abstrahlwinkel. Durch geeignete Wahl der Neigung zwischen benachbarten Flächenelementen ist eine homogene Verteilung des Lichtstromes über einer Lichtkegelgeometrie erzielbar, die größer ist als der Lichtkegel eines einzelnen Strahlers.
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Speziell kann es sinnvoll sein, nicht nur benachbarte Flächenelemente unterschiedlich auszurichten, sondern für jedes Flächenelement eine einzigartige Orientierung vorzusehen, so dass kein Flächenelement mit einem anderen parallel verläuft.
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Insbesondere zur Erzeugung eines gerichteten Lichtkegels ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Flächenelemente derart auszurichten, dass ihre Flächennormalen einen Raum bilden, insbesondere einen Kegel oder ein Prisma. Der Kegelwinkel entspricht beispielsweise bei einem konvexen runden Trägerkörper dem Winkel zwischen den am weitesten außen angeordneten Flächenelementen. Kommen in den Fassungen auf diesen Flächenelementen gerichtete Strahler zum Einsatz, so vergrößert sich der Abstrahlwinkel der einzelnen Leuchtmittel um den Kegelwinkel.
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Vorteilhaft für eine gleichmäßige Ausleuchtung durch die Leuchte ist ein runder Trägerkörper, der ein zentrales Flächenelement besitzt, dessen 6 umgebende benachbarte Flächenelemente einen Kegelwinkel von 90° einschließen. Erfindungsgemäß ist in einer spezielleren platzsparenden Ausgestaltung vorgesehen, dass das zentrale Flächenelement eine Gestalt eines regelmäßigen Sechsecks besitzt und die kreisförmig umgebenden benachbarten Flächenelemente eine Trapezform besitzen und mit einer kürzeren Kopflinie an jeweils eine Seite des zentralen Flächenelementes angrenzen. Zwischen jeweils zwei kreisförmig umgebenden Flächenelementen findet sich hierbei wenigstens ein Zwischen-Flächenelement ohne Fassung.
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Vorteilhaft zum Erzielen einer geringeren Wölbung und damit eines geringeren Abstrahlwinkels ist es, dabei das zentrale Flächenelement nicht mit einer Fassung zu versehen, sondern es sowohl mit 4 Flächenelementen in einer ersten kreisförmig umgebenden Gruppe und 8 Flächenelementen in einer zweiten kreisförmig umgebenden Gruppe auszugestalten.
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Weiter vorteilhaft kann es sein, wenn der Trägerkörper nicht rund, sondern eckig ausgestaltet ist. Der Trägerkörper kann hierbei insbesondere wannenförmig sein, so dass er aus an ihren Längsseiten aneinander angrenzenden streifenförmig langgezogenen Flächenelementen besteht. Hierbei kann erfindungsgemäß in jedem Flächenelement eine Mehrzahl an Fassungen und somit Leuchtmitteln befestigt werden. Hierbei haben die Fassungen in einem Flächenelement die selbe Ausrichtung. Besonders leicht herzustellen ist ein solcher Trägerkörper durch Umformen von Blech, beispielsweise durch Tiefziehen oder Kanten.
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Ebenso ist es denkbar, die Trägerkörper aus Kunststoff herzustellen, etwa Thermoplast, das gegebenenfalls faserverstärkt ausgebildet sein kann. Als Herstellungsverfahren bieten sich hier auch gerade für ausgefallenere Geometrien Spritzgießen, Laminieren, Tiefziehen, Blasformen oder Extrudieren an.
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Vorteilhafterweise sind die Flächenelemente mit Durchbrüchen, beispielsweise Löchern, versehen. Dies erleichtert die erfindungsgemäß vorgesehene Befestigung der Fassungen auf den Flächenelementen und das Durchführen von Anschlussleitungen durch den Trägerkörper hindurch.
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Die Befestigung der Fassungen soll erfindungsgemäß durch Verschrauben oder Vernieten oder Verkleben mit dem Trägerkörper erfolgen.
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Insbesondere bietet sich eine schalenförmige Gestalt für den Trägerkörper an, wobei eine Wandstärke zwischen 0,4 mm und 5 mm sich als stabil genug und gleichzeitig materialschonene erwiesen hat.
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Üblicherweise weist erfindungsgemäß jedes Flächenelement entweder jeweils genau eine Fassung oder jeweils eine Mehrzahl von Fassungen auf, um den jeweiligen Erfordernissen für die gewünschte Ausleuchtung gerechtzuwerden.
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Ausführungsbeispiel
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Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1: Einen erfindungsgemäßen ersten Trägerkörper in einer Draufsicht entlang seiner Achse,
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2: Den ersten Trägerkörper in schräger Draufsicht,
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3: Den ersten Trägerkörper in der Position wie in 3, mit montierten Leuchtmitteln,
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4: Den ersten Trägerkörper in der Position wie in 1, mit montierten Leuchtmitteln,
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5: Einen erfindungsgemäßen zweiten Trägerkörper in schräger Draufsicht,
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6: Den zweiten Trägerkörper in einer Draufsicht entlang seiner Achse,
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7: Den zweiten Trägerkörper in einer Seitenansicht,
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8: Den zweiten Trägerkörper mit montierten Leuchtmitteln,
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9: Den zweiten Trägerkörper in der Position wie in 6, mit montierten Leuchtmitteln,
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10: Einen erfindungsgemäßen dritten Trägerkörper in schräger Draufsicht,
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11: Den dritten Trägerkörper in einer Draufsicht entlang seiner Achse,
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12: Den dritten Trägerkörper in einer Seitenansicht
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13: Einen erfindungsgemäßen vierten Trägerkörper in schräger Draufsicht,
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14: Den vierten Trägerkörper in einer geraden Draufsicht,
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15: Den vierten Trägerkörper in einer Seitenansicht der Stirnseite,
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16: Den vierten Trägerkörper mit Leuchtmitteln, montiert in einem Gehäuse eines Lampenkopfes einer Straßenlaterne,
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17: Eine Schnittansicht in Querrichtung des in 16 dargestellten Gehäuses mit Trägerplatte
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Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten Trägerkörpers 1 zeigen 1 und 2, die 3 und 4 zeigen den selben ersten Trägerkörper 1 mit darauf montierten LED-Leuchtmitteln 2. Die auf dem ersten Trägerkörper 1 montierten standardisierten Fassungen 3 sind in den 1 und 2 nicht dargestellt und in den 3 und 4 nur andeutungsweise zu erkennen. Für den ersten Trägerkörper 1 eignen sich insbesondere Fassungen 3 des Typs GU10, E14 oder E27, da der erste Trägerkörper 1 bevorzugt mit Vertiefungen versehen ist, an deren Böden die somit in den Trägerkörper 1 eingelassenen Fassungen 3 befestigt werden können. Die trapezförmigen Flächenelemente 4 verlaufen parallel zu den Böden der Vertiefungen und werden von der Fassung 3 und/oder dem Sockel des LED-Leuchtmittels 2 durchdrungen. Zwischen den trapezförmigen Flächenelementen 4 können sich optional Zwischen-Flächenelemente 5 befinden, die die Geometrie des ersten Trägerkörpers 1 kompakter machen. Weiterhin ist die Geometrie des ersten Trägerkörpers 1 ebenso denkbar ohne die Vertiefungen, so dass in einer solchen nicht grafisch dargestellten Variante die Fassungen 3 mit ihrer Rückseite direkt auf den Flächenelementen 4 zu liegen kommen, anstatt in Vertiefungen versenkt zu sein. Die Flächennormalen der Flächenelemente 4 können beim ersten Trägerkörper 1 prinzipiell in diversen Winkeln zueinander angeordnet sein und müssen nicht zwangsläufig symmetrisch um das zentrale Flächenelement 4 herum angeordnet sein. Die Neigung der nicht zentralen Flächenelemente 4 bestimmt hierbei die Orientierung des erzeugten Lichtes.
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Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen zweiten Trägerkörpers 1 ohne montierte Fassungen 4 zeigen die 5 bis 7 in verschiedenen Ansichten, entsprechend zeigen die 8 und 9 den zweiten Trägerkörper 1 mit montierten LED-Leuchtmitteln 2 in Form von Strahlern. Die in 8 und 9 dargestellten Fassungen 4 sind GU10-Fassungen mit Bajonettverschluss zum Einsetzen handelsüblicher LED-Leuchtmittel 2. Durch die von der Achse des zweiten Trägerkörpers 1 nach außen hin immer stärkere Neigung der Flächennormalen der Flächenelemente 4 wird ein insgesamt größerer Abstrahlwinkel erreicht, als ihn ein jedes einzelnes LED-Leuchtmittel 2 aufweist. Der Winkel zwischen der Flächennormalen des zentralen Flächenelementes 4 und den umgebenden Flächenelementen 4 kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Es sind jedoch bevorzugt Winkel zu wählen, die zu einer teilweisen Überlappung der von den einzelnen LED-Leuchtmitteln 2 ausgehenden Lichtkegel führen, um eine homogene Beleuchtung zu erreichen. Die 5 bis 7 zeigen ebenfalls Durchbrüche in Form von Bohrungen 6, durch die sowohl Leitungen zur Stromversorgung der Fassungen gelegt werden können als auch Schrauben zu deren Befestigung durchgeführt werden können. Die Bohrungen 6 können je nach Bedarf mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt sein.
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Hinsichtlich der Montage in Gehäusen 7 von Leuchten 8 bieten sich die Ausgestaltungen in Form der ersten und zweiten Trägerkörper 1 insbesondere für runde Gehäuse 7 an.
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Die 10 bis 12 zeigen eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Trägerkörpers 1, wobei um die das zentrale Flächenelement 4 umgebende erste Gruppe von Flächenelementen 4 eine weitere konzentrische zweite Gruppe von Flächenelementen 4 ringförmig angeordnet ist, um weitere Fassungen aufnehmen zu können. Dies ist vor allem nötig zum Erzielen höherer gewünschten Lichtströme. Der dritte Trägerkörper 1 ist weiterhin mit einem umlaufenden Flansch 9 mit Befestigungslöchern 10 versehen, um ihn leicht in ein Gehäuse 7 einer Leuchte 8 montieren zu können.
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Eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägerkörpers 1 zeigen die 13 bis 15 in verschiedenen Ansichten. Der vierte Trägerkörper 1 ist hierbei aus einem dünnen Blech, z. B. durch Kanten, hergestellt und weist in der Draufsicht (vgl. 14) eine rechteckige Gestalt auf. In der Seitenansicht von seiner Stirnseite aus betrachtet hat er eine eckig gewölbte Form. Über die Länge des vierten Trägerkörpers 1 erstrecken sich die Flächenelemente 4 als schmale Streifen mit jeweils mehreren Bohrungen 6 zur Aufnahme von Fassungen 3. Die zu montierenden Fassungen 3 erstrecken sich somit gerade entlang des jeweiligen streifenförmigen Flächenelementes 4. Die Flächenelemente 4 sind hierbei zueinander geneigt. Da alle Flächenelemente eben sind, strahlen alle auf dem selben Flächenelement 4 montierten LED-Leuchtmittel 2 in dieselbe Richtung. Durch die Neigung der Flächenelemente 4 zueinander wird jedoch eine Streuung des Lichtes in die Breite erzielt. Dies kann insbesondere gewünscht sein, wenn der Trägerkörper 1 in einer Gehäuse 7 einer Leuchte 8 zur Straßenbeleuchtung montiert werden soll. Die Gestaltung des vierten Trägerkörpers bietet sich insbesondere hierfür an, da ihre Abmessungen an die üblichen Gehäuse 7 von Straßenlaternen angepasst sind. So kann der vierte Trägerkörper 1 bevorzugt in bestehende Straßenlaternen verbaut werden, die bisher beispielsweise mit Metalldampflampen betrieben wurden. Durch die Neigung der Flächenelemente 4 kann je nach Bedarf die Breite der auszuleuchtenden Fläche unter der Straßenlaterne justiert werden. Exemplarisch zeigen die 16 und 17 den vierten Trägerkörper 1 in einem Gehäuse 7 einer Leuchte 8 in Form eines Kopfes einer Straßenlaterne. Die Trägerplatte 4 ist mit Fassungen 3 und LED-Leuchtmitteln 2 in Form von Strahlern versehen, die nach unten durch eine lichtdurchlässige Scheibe 11 aus dem Kopf der Straßenlaterne herausleuchten.
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Wesentlich für die Idee der Erfindung ist die Verwendung standardmäßiger LED-Leuchtmittel bei mit standardmäßigen Sockeln, die wiederum in die auf dem jeweiligen Trägerkörper montierten standardmäßigen Fassungen 3 eingesetzt werden. Bei den standardmäßigen LED-Leuchtmitteln 2 handelt es sich ausdrücklich nicht um Hochleistungs-LED's, die bei einer räumlich dichten Anordnung zwingend einer Wärmeabfuhr durch spezielle Kühlelemente (Kühlrippen o. ä.) bedürfen. Die erfindungsgemäße Leuchte 8 ist ganz bewusst eine ”Niedertemperatur-Leuchte”, die auch bei beliebig dichter Anordnung einer Vielzahl von standardmäßigen LED-Leuchtmitteln 2 keine spezielle Kühleinrichtung erfordert und daher auch den Einsatz thermoplastischer Kunststoffe als Trägerkörper 1 erlaubt. Dies prädestiniert die anmeldungsgemäße Technik insbesondere zur Nachrüstung bestehender Leuchten, die zuvor mit Gasentladungs- oder Glühfadenleuchtmitteln betrieben wurden und daher gerade nicht für LED-Leuchtmittel mit speziellen Kühleinrichtungen geeignet sind (Hochleistungs-LED's). Mit der erfindungsgemäßen Technik können daher die bestehenden Leuchten werter verwendet und auf die besonders energieeffiziente LED-Technik umgerüstet werden, wobei aufgrund der Gestalt des Trägerkörpers 1 ein besonders gutes Abstrahlverhalten auch unter Verwendung standardmäßiger LED-Leuchtmittel erzielt wird. Eine Nachrüstung bestehender Leuchten mit erfindungsgemäßen Trägerkörpern ist in nahezu allen Fällen durch eine entsprechend individuell angepasste Gestalt der Trägerkörper möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerkörper
- 2
- LED-Leuchtmittel
- 3
- Fassungen
- 4
- Flächenelement
- 5
- Zwischen-Flächenelement
- 6
- Bohrung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Leuchte
- 9
- Flansch
- 10
- Befestigungslöcher
- 11
- Scheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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