DE102011113653B4

DE102011113653B4 - LED-Hochleistungsspot

Info

Publication number: DE102011113653B4
Application number: DE102011113653.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: DE102011113653A1

Abstract

LED-Hochleistungsspot umfassend ein Gehäuse mit eingesetztem Reflektor sowie eine LED-Lichtquelle und einen Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass – der Hochleistungsspot zumindest aus einem Kühlkörper (1) mit Kühlrippen besteht, auf den ein Hochleistungs-LED-Chip (5) direkt aufgesetzt ist, – wobei ein Verbindungsbereich an diesem Kühlkörper (1) angeordnet ist zu einem Gehäusemittelteil (2), welches der Aufnahme eines Reflektors (4) dient, wodurch dieses Gehäusemittelteil (2) direkt auf den Kühlkörper (1) aufgesetzt und abgenommen werden kann, – der Reflektor (4) in seiner Bauhöhe auf das Gehäusemittelteil (2) des Hochleistungssports exakt abgestimmt ist und durch eine spezielle Aufnahme im Gehäusemittelteil (2) in seiner Position über dem LED-Chip justiert wird, wobei der Reflektor selbst als austauschbarer Baukörper in verschiedenen Gestaltungen ausgeführt ist, – und abschließend auf das Gehäusemittelteil (2) ein Verschlusskörper (3) aufgesetzt wird, der zum einen den in das Gehäusemittelteil (2) eingesetzten austauschbaren Reflektor (4) in seine Position bringt und gleichzeitig eine Abdichtung des Hochleistungsspots bewirkt, wobei zwischen allen Gehäusebauteilen Abdichtungen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen LED-Hochleistungsspot gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekannte Hochleistungsbeleuchtungskörper erzeugen in der Regel unter Verwendung von Gasentladungslampen als lichtstarke Lichtquellen eine Vielzahl von erforderlichen Lichtabstrahlungen, sei es in der Bühnentechnik oder in der Gebäudetechnik u. a. Anwendungsgebieten.
Bei den herkömmlicherweise verwendeten Lichtquellen, beispielsweise lichtstarke Entladungslampen von 250–1200 Watt, ist zwingend die Kühlung dieser Lampen erforderlich aufgrund der starken Wärmeentwicklung. Hierfür ist in der Regel ein geregeltes Lüftersystem erforderlich, was allerdings den Nachteil mit sich bringt, dass es durch die in der Lüfterluft mit angesaugten Staub- und Schmutzpartikel schnell zu einer Verschmutzung im Innern des Scheinwerfers kommt, die eine aufwendige Reinigung insbesondere der optischen Komponenten erforderlich macht.
Andere Lösungen im Bereich der LED-Beleuchtungen sehen u. a. Flüssigkeitskühlungen vor, wie dies beispielhaft in der Veröffentlichung DE 10 2009 021 353 A1 beschrieben ist.
Desweiteren ist nachteilig, dass die in der Regel eingesetzten Gasentladungslampen eine geringe Standzeit aufweisen und zudem über die Zeit deutlich an Leistung einbüßen, weshalb diese Lichtquellen bereits frühzeitig standardmäßig auszutauschen sind.
Weiterhin ist in bekannten Lösungen häufig problematisch, dass diese für spezielle Anwendungen konstruiert und somit auch nur hierfür verwendbar sind. Für die Ausleuchtung bspw. einer Hotellobby sind gänzlich abweichende Beleuchtungsvorrichtungen erforderlich als solche, die zur Außenbeleuchtung eines Gebäudes Verwendung finden können. Auch die Einbausituationen in Wand, Boden oder Decke als Ein- oder Aufbaulösung erfordern immer neue Konstruktionen.
Beispielhaft für eine Konstruktion im Stand der Technik ist die DE 10 2010 013 690 A1 , die ein variables LED-Downlight offenbart. In einer Tragestruktur zum Ein- oder Anbau an einer Decke sind als bauliche Komponenten ein Kühlkörper, eine LED-Anordnung sowie eine Reflektorbaugruppe untergebracht. Hierbei wird versucht, eine Flexibilität des Downlights dadurch zu verwirklichen, dass der Kühlkörper auf unterschiedlichen Höhen in der Tragestruktur anordenbar ist, wodurch die am Kühlkörper sitzende LED-Anordnung unterschiedliche Abstände zur Lichtaustrittsöffnung der Tragestruktur aufweist, wodurch wiederum unterschiedliche Reflektoren zwischen LED und Austrittsöffnung anordenbar sind.
Hierbei ist allerdings weiterhin nachteilig, dass die verwendete Tragestruktur, die die Komponenten äußerlich umgibt und miteinander verbindet, die Variabilität deutlich einschränkt. Zudem handelt es sich um eine offene Anordnung der Komponenten zueinander, wodurch mit einer schnellen Verschmutzung der LED-Anordnung zu rechnen ist. Schließlich limitiert die Bauform der Tragestruktur auch die Verwendung, da diese Auf die jeweilige Befestigung in oder an einer Decke ausgelegt sein muss. Durch die Verwendung eines definierten Kühlkörpers in Abstimmung auf die Trägerstruktur sind die möglichen LED-Anordnungen ebenfalls durch die maximale Kühlleistung dieses Kühlkörpers definiert, der nicht variabel ist.
Aus der Veröffentlichung DE 10 2004 011 974 A1 ist ein Leuchtmittel für eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Gehäuse offenbart, in dem mindestens eine LED angeordnet ist, wobei die LED auf einem Kühlteil bzw. einem Teil zur Wärmeableitung, das mit dem Gehäuse in Verbindung steht, angeordnet ist.
Schließlich ist aus der Veröffentlichung DE 10 2008 009 814 A1 eine Leuchte, insbesondere ein Downlight bekannt, mit einem Gehäuse sowie einem von dem Gehäuse aufgenommenen Reflektor, wobei die Leuchte einen Lichtaustrittsbereich aufweist, der durch den Reflektor in einen Hauptlichtaustrittsbereich für ein erstes Leuchtmittel und einen daran anschließenden Nebenlichtaustrittsbereich für ein weiteres Leuchtmittel unterteilt ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist vor diesem Hintergrund, einen LED-Hochleistungsspot zu schaffen, der eine Variabilität bei der Anwendung ermöglicht, wobei die Grundbauform durch Veränderungen in den Bauteilen des Kühlkörpers, der LED-Lichtquelle wie auch des Reflektors unterschiedliche Anwendungen ermöglicht und einen leichten Austausch des Leuchtmittels gewährleistet.
Das Ziel ist es hierbei, eine LED-Leuchte so zu gestalten, dass diese auch zur Überbrückung längerer Strecken mit LED-Licht geeignet ist. Auf diese Weise sollen Illuminationen, die bislang standardmäßig mit Gasentladungslampen erfolgt sind auch der LED-Technik zugänglich gemacht werden. Mögliche Anwendungsbereiche sind hierbei die Ausleuchtung von Stadien, öffentlichen Gebäuden und Denkmälern wie auch das Anund Ausleuchten hoher Gebäude. Desweiteren sollen diese Beleuchtungen nun auch an hohen Decken, beispielsweise Messehallen angebracht werden und trotzdem eine Ausleuchtung am Boden im gewünschten Maß verwirklichen können.
Erreicht wird dies mit einem LED-Hochleistungsspot mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Es ist hierbei für die Erfindung elementar, dass verschiedene bauliche Komponenten in Ihrer Zusammenwirkung den erfinderischen Effekt erzielen. Hierbei ist zum einen der dreiteilige Gehäuseaufbau zu nennen, der es ermöglicht, auf der Grundbasis eines Kühlkörpers unterschiedliche Mittelteile aufzusetzen, wodurch der Hochleistungsspot entweder als Spot oder auch als Washlight einsetzbar ist. Zudem ist die Abnehmbarkeit des Mittelteils insofern hilfreich, da so ein leichtes Austauschen der LED-Platine ermöglicht wird.
Als drittes Bauelement ist ein vorderer ringförmiger Verschlusskörper vorgesehen, der zum einen eine Abdichtung der LED-Leuchte ermöglicht, gleichzeitig aber auch das Einsetzen und Austauschen von Reflektoren, wodurch auch eine weitere Varianz bei der Anwendung der LED-Hochleistungsspots erreicht wird.
Eine vorteilhafte Bauform weist hierbei einen speziellen Haltefederkörper zur Ausrichtung und Fixierung der einsetzbaren Reflektoren auf. Dieser Federkörper ist speziell dafür konstruiert, den Reflektor sowohl in die genaue mittige Position über der LED-Lichtlinie zu bewegen. Gleichzeitig dient sie dazu, nach Abnahme des Verschlusskörpers den Reflektor leicht nach oben zu bewegen, sodass dieser beim Abnehmen der vorderen Abdeckung des Spots automatisch durch die Federwirkung aus seiner Position gehoben wird und leicht entnommen werden kann.
Auf diese weise ist eine effiziente Nutzung von LED-Lichtquellen in dieser Art sehr lichtstarker Scheinwerfer realisierbar, die bislang primär mit Gasentladungslampen betrieben worden sind. Diese nun mögliche Nutzung der LED-Lichtquellen eröffnet nun diesen Scheinwerfern die grundsätzlichen Vorzüge dieser Technik. Hierbei ist zum einen die wesentlich höhere Lebensdauer der LED-Lichtquellen gegenüber den Gasentladungslampen zu nennen bei gleichzeitiger Energieersparnis und gleichbleibender Lichtleistung. Diese Vorteile machen das große Potential dieser nun möglichen Anwendung offensichtlich.
Schließlich liegt eine deutliche Verbesserung in der geringeren Wärmeentwicklung der Lichtquelleneinheit, wodurch auf die übliche die Verschmutzung begünstigende Form der Kühlung zugunsten einer externen Kühlung verzichtet werden kann. Dieser wesentliche erfinderische Aspekt wird dadurch erreicht, dass die erfindungsgemäßen Hochleistungsspots mit LED-Platinen bestückt sind, die in Ihrer Leistung deutlich über dem erforderlichen Maß eingesetzt werden, wodurch diese nie mit voller Last zu fahren sind.
Bei den in den Größen unterschiedlichen Bauformen der LED-Hochleistungsleuchten ergeben sich bei beispielhaften Bauformen die folgenden Werte in Bezug auf diese innovative Form der LED-Ansteuerung.
Bauform A als kleiner LED-Hochleistungsspot wird beispielsweise mit einem LED-Chip einer Dauerleistung von 32 W bestückt, wobei die angesteuerte Leistung aber maximal 14 W sein wird, in der Regel sogar nur bis 8 W. Somit ergibt sich hier ein Minimum von 55% Leistungsreserve der LED-Lichtquelle.
Bauform B als mittlerer LED-Hochleistungsspot wird beispielsweise mit einem LED-Chip einer Dauerleistung von 50 W bestückt, wobei die angesteuerte Leistung maximal 20 W sein wird, in der Regel sogar nur bis 14 W. Somit ergibt sich hier ein Minimum von 60% Leistungsreserve der LED-Lichtquelle.
Bauform C als großer LED-Hochleistungsspot wird beispielsweise mit einem LED-Chip einer Dauerleistung von 140 W bestückt, wobei die angesteuerte Leistung maximal 60 W sein wird, in der Regel sogar nur bis 25 W. Somit ergibt sich hier ein Minimum von 57% Leistungsreserve der LED-Lichtquelle.
Somit ist eine Leistungsreserve im Maximalbetrieb immer von über 55% gegeben.
Hieraus ergeben sich einige wesentliche Vorteile:

– wesentlich geringerer Temperaturanstieg der LED-Lichtquelle als im normalen Grenzbereich der LED
– Wesentlich höhere Lebensdauer der LED-Lichtquelle
– Wesentlich höherer Lichtoutput in Verhältnis von Lichtmenge zu Leistungsaufnahme im Vergleich dieses Verhältnisses im maximalen Leistungsbereich einer LED-Lichtquelle, das heißt, mit weniger Energiezufuhr verhältnismäßig mehr Licht.

Noch wesentlicher, als der Vorteil, dass bei einem Betrieb der LED-Chips lediglich in Teillast die Lebensdauer der LEDs zusätzlich erhöht werden kann allerdings ist der Aspekt, dass durch diesen Betrieb lediglich in Teillast die LED-Chips eine deutlich geringere thermische Abstrahlung erreichen, wodurch der Aufwand der Kühlung deutlich reduziert werden kann.
Im vorliegenden Beispiel ist somit lediglich eine passive Kühlung durch einen entsprechenden Kühlrippenkörper erforderlich, auf dem der LED-Chip angeordnet ist. Dies ist ein wesentlicher erfinderischer Vorteil gegenüber bisherigen Beleuchtungen, die mit energieaufwendigen aktiven Kühlsystemen zu versehen sind, die zudem eine große Geräuschentwicklung verursachen, was dem bekannt ist, der bereits beispielsweise im Bereich aufwendiger Bühnenbeleuchtungen gearbeitet hat, da die hieraus resultierende Geräuschentwicklung durchaus problematisch ist.
Es ist in diesem Zusammenhang eine weitere vorteilhafte Gestaltung, dass die LED-Hochleistungschips der LED-Hochleistungsleuchten eine eigene Steuerelektronik aufweisen, die fest einstellbar ist und so die maximale Leistung begrenzt, so dass der zuvor beschriebene Effekt erreicht wird und die LED-Chips nicht übersteuert werden können.
Es gibt diese Steuerung zum einen als Version direkt am LED-Hochleistungsspot angebaut und zum Anderen als Version 2, bei der alle Steuergeräte zum Betreiben der LED-Hochleistungsspots zentral in einem Schrank übersichtlich eingebaut werden. Somit ist keine Wartung mehr durch die Elektronik am LED-Hochleistungsspot nötig, was hohen Aufwand bedeuten kann bspw. an hohen Gebäuden oder hohen Decken, die den Einsatz eines Steigers erforderlich machen. Diese Wartung ist bei herkömmlicher Beleuchtung sehr kostspielig und kann hier bis auf ein eventuelles Reinigen der Leuchte komplett eingespart werden, da unsere LED-Hochleistungsleuchten eine mittlere Lebensdauer von über 75.000 Stunden erbringen.
Bei einer zentralen Steuerung kann man mit einem Blick bei einem eventuellen Ausfall eines Netzteiles dieses mit geringem Aufwand tauschen und dies sogar während des Betriebes der Lichtanlage, ohne das Arbeiter mit Hubsteiger oder Leitern an die Leuchten herangeführt werden müssen.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von vier Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen
1 den erfindungsgemäßen LED-Hochleistungsspot in kleiner Bauweise mit schlanker Reflektorausbildung,
2 die große Bauform des Reflektors mit weiterer Basis und fokussierendem Reflektor,
3 die große Bauform mit verkürztem Mittelbereich und streuenden Reflektor,
4 die mittelgroße Bauform mit einem Mittelteil von mittlerer Länge.
Es wird aus der Zusammenschau der 1–4 sogleich deutlich, dass das erfinderische Grundprinzip des Aufbaus der LED-Hochleistungsspots in den verschiedenen baulichen Varianten gleichbleibend durchgehalten ist. Es ist dies insbesondere der Aufbau des Hochleistungsspots aus drei Baukomponenten, nämlich dem Kühlkörper 1, auf den direkt und leicht zugänglich der LED-Chip 5 aufgesetzt ist.
Auf diesem Kühlkörper 1 befestigt ist der Mittelbereich des Scheinwerfers, der als Gehäusemittelteil 2 bezeichnet wird. Abgeschlossen wird der Spot durch den Verschlusskörper 3, der auf das freie Ende des Gehäusemittelteils 2 abschließend befestigt wird. Bei der vorliegenden Bauform sind hierbei Gewindeverbindungen zwischen Kühlkörper 1, Gehäusemittelteil 2 und Verschlußkörper 3 angeordnet, wobei auch andere Verbindungsmittel im Bereich der Erfindungsoffenbarung liegen. Desweiteren sind zwischen diesen baulichen Komponenten Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen vorgesehen.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung sind gleich mehrere Aspekte. Erstens ist es so durch einfaches Abschrauben bzw. Abnehmen des Gehäusemittelteils 2 möglich, den LED-Chip 5 völlig frei zu legen. Das heißt, es ist hierbei nicht erforderlich, auf umständliche Weise einen Austausch dieses Chips in der Lampe vorzunehmen, da er völlig frei gelegt werden kann.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt ergibt sich insbesondere bei der Ansicht von 2 mit 3, da hier ein identischer Kühlkörper 1 als Basis zur Anwendung kommt, der allerdings mit unterschiedlichen Gehäusemittelteilen 2 kombiniert worden ist. Es ist hierbei in 2 ein länglicher und steiler geneigter Reflektor 4 eingesetzt und in 3 der deutlich flacher ansteigende und streuende Reflektor 4. Das heisst, es ist auf diese Weise möglich, mit einer Basis des Kühlkörpers 1 und eine gleichbleibenden Verschlusskörper 3 unterschiedliche Gehäusemittelteile 2 zu kombinieren, je nach Anwendungsbereich des LED-Hochleistungsspots.
In allen Figuren ebenfalls zu erkennen ist, dass ein Körper zur Ausrichtung des eingesetzten Reflektors 4 im Gehäusemittelteil 2 platziert ist, nämlich der spezielle Federkörper 5, der allerdings in den Darstellungen lediglich als geschnittener Körper an einer Stelle dargestellt ist. In einer zweckmäßigen Bauform besteht dieser Federkörper allerdings aus mehreren von einer um den LED-Chip aufliegenden Ringkörper in etwa vertikal abzweigenden Federarmen, in einer Bauform beispielsweise drei gleichmäßig an diesem Ring verteilte Federarme, in die nun der Reflektor 4 eingesetzt wird.
Durch die gleichförmige Ausbildung dieser Federarme wird der Reflektor 4 automatisch durch Eindrücken in den Federkörper 5 in eine zentrierte Position über dem LED-Chip 5 geführt. Hierbei muss der Reflektor 4 in den Federkörper 5 hinein nach unten gedrückt werden, was bei Aussetzten des Verschlusskörpers 3 auf den Gehäusemittelteil 2 automatisch erfolgt. Umgekehrt bedeutet dies, dass bei Abnehmen des Verschlusskörpers 3 vom Gehäusemittelteil 2 ein automatisches Anheben des Reflektors 4 aus seiner Anwendungsposition erfolgt, da der Federkörper 6 diesen nach innen drücken und somit der Reflektor 4 an den Federarmen nach oben gleitet.

Claims

LED-Hochleistungsspot umfassend ein Gehäuse mit eingesetztem Reflektor sowie eine LED-Lichtquelle und einen Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, dass – der Hochleistungsspot zumindest aus einem Kühlkörper (1) mit Kühlrippen besteht, auf den ein Hochleistungs-LED-Chip (5) direkt aufgesetzt ist, – wobei ein Verbindungsbereich an diesem Kühlkörper (1) angeordnet ist zu einem Gehäusemittelteil (2), welches der Aufnahme eines Reflektors (4) dient, wodurch dieses Gehäusemittelteil (2) direkt auf den Kühlkörper (1) aufgesetzt und abgenommen werden kann, – der Reflektor (4) in seiner Bauhöhe auf das Gehäusemittelteil (2) des Hochleistungssports exakt abgestimmt ist und durch eine spezielle Aufnahme im Gehäusemittelteil (2) in seiner Position über dem LED-Chip justiert wird, wobei der Reflektor selbst als austauschbarer Baukörper in verschiedenen Gestaltungen ausgeführt ist, – und abschließend auf das Gehäusemittelteil (2) ein Verschlusskörper (3) aufgesetzt wird, der zum einen den in das Gehäusemittelteil (2) eingesetzten austauschbaren Reflektor (4) in seine Position bringt und gleichzeitig eine Abdichtung des Hochleistungsspots bewirkt, wobei zwischen allen Gehäusebauteilen Abdichtungen angeordnet sind.
LED-Hochleistungsspot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) in variablen Neigungen sowie Oberflächengestaltungen ausgefertigt wird je nach gewünschtem Abstrahlverhalten des Hochleistungsspots.
LED-Hochleistungsspot nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Reflektor (4) zwei Zonen aufweist, wobei die untere Zone in etwa 40 bis 50 Prozent der Bauhöhe des Reflektors einnimmt und aus vertikal verlaufenden parallel zueinander angeordneten Facetten gebildet ist, – und der obere Bereich etwa 50 bis 60 Prozent der Bauhöhe einnimmt und als glatt hochverspiegelter Bereich ausgeführt ist.
LED-Hochleistungsspot nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federkörper (6) gebildet aus in etwa vertikal von einem Ringkörper ausgehenden Federarmen im Gehäusemittelteil (2) den Reflektor (4) aufnehmend und justierend angeordnet ist.
LED-Hochleistungsspot nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – als Leuchtmittel LED-Hochleistungschips (5) auf dem Kühlkörper (1) angeordnet sind, die in ihrer Leistung in einem Bereich zwischen etwa 40–60 Prozent höher ausgelegt sind, als die erforderliche Lichtleistung des LED-Hohleistungsspots erforderlich macht, – wodurch die LED-Hochleistungsspots die entsprechenden LED-Chips (5) lediglich mit einer Leistung bis zu 60 Prozent der möglichen Leistung nutzen, womit eine geringere Wärmeabstrahlung wie auch eine geringere Abnutzung der LED-Chips (5) einhergeht.
LED-Hochleistungsspot nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerelektronik die Leistungsaufnahme der LED-Chips im definierten Bereich unterhalb des eigentlichen Leistungsniveaus der LED begrenzt.
LED-Hochleistungsspot nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik in den Hochleistungsspots selbst oder in einem zentralen Steuerschrank angeordnet ist.
LED-Hochleistungsspot nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Hochleistungsspots im Bereich der Decken-, Wand- und Bodenbeleuchtung sowohl als Einbau- als auch als Aufbauleuchten verwendbar sind.