DE102012008342A1

DE102012008342A1 - Leuchte

Info

Publication number: DE102012008342A1
Application number: DE201210008342
Authority: DE
Inventors: Alexander Leis; Christian Véron
Original assignee: ZETT HELLUX GmbH
Current assignee: LUNUX GMBH, DE
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-14
Also published as: DE102012008342B4

Abstract

Die Erfindung betriff eine Leuchte mit (a) zumindest zwei LEDs (12), die jeweils aufwärts gerichtete Strahlrichtungen haben, (b) einem Reflektorschirm (14), der so oberhalb der LEDs (12) angeordnet ist, dass von den LEDs (12) kommende Lichtstrahlen (33) nach unten reflektiert werden, und (c) einer lichtbrechende Vorrichtung (16), die zumindest auch unterhalb des Reflektorschirms (14) und oberhalb der LEDs (12) angeordnet ist, aus einem transparenten Material aufgebaut ist und eine Refraktiv-Struktur (34) besitzt, mittels der solche Lichtstrahlen (33), die nach oben verlaufen und nicht auf den Reflektorschirm (14) treffen würden, mittels Brechung auf die Horizontale (H) zu ablenkbar sind. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen dass die Refraktiv-Struktur (34) zumindest überwiegend als aus einer Vielzahl an schiefen Pyramiden (36) zusammengesetzt beschreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit (a) zumindest zwei LEDs, die jeweils aufwärts gerichtete Strahlrichtungen haben, (b) einem Reflektorschirm, der so oberhalb der LED angeordnet ist, dass von den LED kommende Lichtstrahlen nach unten reflektiert werden, und (c) einer lichtbrechende Vorrichtung, die zumindest auch unterhalb des Reflektorschirms und oberhalb der LEDs angeordnet ist, vorzugsweise eine zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur mit einer Zylinder-Längsachse hat, aus einem transparenten Material aufgebaut ist und eine Refraktiv-Struktur besitzt, mittels der solche Lichtstrahlen, die nach oben verlaufen und nicht auf den Reflektorschirm treffen würden, auf die Horizontale zu ablenkbar sind.
Eine derartige Leuchte ist aus der DE 20 2009 017 019 und der DE 20 2009 002 499 bekannt. Sie reflektiert den überwiegenden Teil des Lichts, das von den LEDs abgegeben wird, nach unten. In anderen Worten enden die meisten Lichtstrahlen auf dem Erdboden. Ein gewisser Anteil der Lichtleistung wird jedoch nach oben abgegeben und trägt zur sogenannten Lichtverschmutzung bei, die unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch eine gattungsgemäße Leuchte, bei der die Refraktiv-Struktur als aus einer Vielzahl an schiefen Pyramiden zusammengesetzt beschreibbar ist.
Vorteilhaft an einer derartigen Leuchte ist, dass die Lichtleistung, die zur Lichtverschmutzung beiträgt, also die Lichtleistung, die in Lichtstrahlen abgegeben wird, die bezüglich der Horizontalen nach oben abgegeben werden, verringert ist. Das trägt einerseits zu einer geringeren Lichtverschmutzung bei, andererseits ist die für den Beleuchtungszweck zur Verfügung stehende Lichtleistung größer.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass die erfindungsgemäße Leuchte den Vorteil der geringeren Lichtverschmutzung mit relativ geringen konstruktiven Zusatzmaßnahmen erreicht. So ist es ausreichend, eine Folie entlang der Zylinderinnenmantelfläche anzuordnen, die die genannte Pyramidenstruktur aufweist.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Merkmal, dass die LEDs jeweils aufwärts gerichtete Strahlrichtungen haben, insbesondere verstanden, dass eine Haupt-Strahlrichtung, also die Richtung der höchsten Abstrahlleistung, nach oben verläuft. Ohne den Reflektorschirm würde die Lichtleistung der LEDs somit fast ausschließlich nach oben entweichen und damit nicht für die Beleuchtungszwecke zur Verfügung stehen. Da der Reflektorschirm so oberhalb der LEDs angeordnet ist, dass von LEDs kommende Lichtstrahlen nach unten reflektiert werden, kann davon gesprochen werden, dass die Leuchte in Rückstrahlanordnung betrieben wird.
Unter dem Merkmal, dass der Reflektorschirm oberhalb der LEDs angeordnet ist, so dass von den LEDs kommende Lichtstrahlen nach unten reflektiert werden, wird auch verstanden, dass die Lichtstrahlen vorher durch die lichtbrechende Vorrichtung hindurchgetreten sind. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Lichtstrahlen direkt, also ausschließlich über einen nur durch Luft verlaufenden Weg, zum Reflektorschirm gelangen.
Unter dem Merkmal, dass von den LEDs kommende Lichtstrahlen nach unten reflektiert werden ist insbesondere zu verstehen, dass zumindest 50% der Lichtleistung, die von den LEDs abgegeben wird, auf den Reflektorschirm trifft. Natürlich ist es aber möglich, dass von den LEDs Lichtstrahlen abgegeben werden, die nicht auf den Reflektorschirm treffen.
Vorzugsweise hat die lichtbrechende Vorrichtung eine zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Außenkontur. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass auch Abweichungen von der Zylindergestalt möglich sind, was aber meist zu einer in Umfangsrichtung inhomogenen Beleuchtungsverteilung führt, was nicht erwünscht ist.
Die im Rahmen dieser Beschreibung verwendeten Lagebeschreibungen wie beispielsweise „oberhalb” beziehen sich stets auf die Lage der Leuchte im Betrieb. Insbesondere handelt es sich bei der Leuchte um eine Außenleuchte, beispielsweise eine Straßen- und/oder Gehwegleuchte. In diesem Fall befindet sich die zu beleuchtende Fläche unterhalb der LEDs. Die Leuchte umfasst vorzugsweise einen Mast oder Ständer, im sie in einer Höhe von beispielsweise einem Meter bis fünfzehn Metern über dem Boden zu montieren.
Unter dem Merkmal, dass die Refraktiv-Struktur zumindest überwiegend als aus einer Vielzahl an schiefen Pyramiden zusammengesetzt beschreibbar ist, wird insbesondere verstanden, dass der Flächenanteil der Refraktiv-Struktur, der als aus einer Vielzahl schiefer Pyramiden zusammengesetzt beschreibbar ist, größer ist als der Flächenanteil, bei dem das nicht der Fall ist. So ist es zumindest grundsätzlich möglich, dass die Refraktiv-Struktur lokal nicht aus einer schiefen Pyramide zusammengesetzt beschreibbar ist und beispielsweise lokal eine prismatische Struktur hat. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die schiefen Pyramiden eine besonders günstige Wirkung in Bezug auf die Verringerung der Lichtverschmutzung haben.
Vorzugsweise umfasst die lichtbrechende Vorrichtung einen Schutzkörper und einen Extraktor, der in dem Schutzkörper angeordnet ist. Der Extraktor verläuft entlang einer Schutzkörper-Längsachse des Schutzkörpers und teilt dessen Innenraum in zumindest zwei Teile. Der Extraktor wirkt streuend und/oder ist so ausgebildet, dass die Lichtstrahlen, die von den LEDs in jedem der Teile ausgesandt werden, gemischt werden, so dass das von der Leuchte abgestrahlte Licht eine homogene Verteilung hat. Bei dem Extraktor kann es sich beispielsweise um eine streuende Folie handeln. Der Extraktor kann aber auch eine, insbesondere dünne, Platte sein. Insbesondere ist der Extraktor reflektiv oder transmittiv streuend ausgebildet.
Der Schutzkörper kann eine zylinderförmige Außenkontur haben. Möglich ist aber beispielsweise auch eine rechteckige, insbesondere quadratische, oder elliptische Außenkontur.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Pyramiden zumindest überwiegend eine rechteckige, insbesondere eine quadratische Grundfläche. Derartige Pyramiden lassen sich besonders gut in einem regelmäßigen Muster anordnen, so dass das von den LEDs ausgesandte Licht besonders effektiv auf die Horizontale zu ablenkbar ist.
Günstig ist es, wenn jede der schiefen Pyramiden eine Grundfläche und einen Lotfußpunkt einer Spitze auf die Grundfläche besitzt, wobei für zumindest eine Mehrzahl der schiefen Pyramiden der Lotfußpunkt oberhalb des geometrischen Schwerpunkts der Grundfläche liegt. Günstig ist es, wenn der Lotfußpunkt nicht außerhalb der Grundfläche liegt. Es hat sich gezeigt, dass mit einer so aufgebauten Refraktiv-Struktur die Lichtverschmutzung besonders effektiv verminderbar ist.
Vorzugsweise umfasst die lichtbrechende Vorrichtung einen hohlzylinderförmigen Schutzkörper und eine Flie, die sich entlang einer Innenmantelfläche des Schutzkörpers erstreckt und an der die Refraktiv-Struktur ausgebildet ist. Vorteilhaft hieran ist, dass die lichtbrechende Vorrichtung besonders einfach zu fertigen ist. So ist es lediglich notwendig, einen rohrförmigen Schutzkörper herzustellen und in diesen die Folie einzulegen.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die lichtbrechende Vorrichtung einen hohlzylinderförmigen Schutzkörper umfasst, wobei die Refraktiv-Struktur auf der Innenmantelfläche und/oder der Außenmantelfläche des Schutzkörpers ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Schutzkörper durch Spritzguss hergestellt, so dass durch geeignete Formgebung der Spritzgussform die Refraktiv-Struktur direkt auf den Schutzkörper ausgebildet werden kann.
Vorzugsweise sind die Pyramiden regelmäßig, insbesondere schachbrettartig, so angeordnet, dass die Grundflächen benachbarter Pyramiden aneinander angrenzen. Die Grundflächen können beispielsweise rechteckig, insbesondere quadratisch sein. Sie können aber auch sechseckig sein. Es ergibt sich so eine besonders große Verringerung der Lichtverschmutzung.
Vorzugsweise liegt der Lotfußpunkt der Spitze der Pyramide auf einer vertikalen Seitenhalbierenden der Grundfläche. In anderen Worten ist die Pyramide dann lediglich bezüglich einer Ebene schief. Das erleichtert die Fertigung und die Auslegung der Leuchte.
Günstig ist es, wenn zwischen je zwei Pyramiden ein Zwischenraum angeordnet ist, der die Richtung eines auftreffenden Lichtstrahls nicht ändert. Beispielsweise ist zwischen den Grundflächen Pyramiden ein schmaler Steg angeordnet.
Die Strahlrichtung der LEDs können zudem paarweise verschieden sein. Insbesondere sind die LEDs so angeordnet, dass höchstens je zwei LEDs die gleiche Strahlrichtung haben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Leuchte;
2 eine Detailansicht der lichtbrechende Vorrichtung der Leuchte gemäß 1;
3 eine schematische Detailansicht von Teilen der lichtbrechende Vorrichtung mit der Refraktiv-Struktur;
4 eine Draufsicht auf eine Folie mit Refraktiv-Struktur;
5 eine Detailansicht einer schiefen Pyramide und
6 ein Diagramm, in dem die Verringerung der Lichtverschmutzung dargestellt ist.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Leuchte 10 mit einer ersten LED 12.1, einer zweiten LED 12.2 und weiteren in 1 nicht eingezeichneten LEDs. Die Leuchte 10 umfasst einen Reflektorschirm 14, der oberhalb der LEDs 12 angeordnet ist (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen das Objekt als solches).
Die Leuchte 10 besitzt zudem eine lichtbrechende Vorrichtung 16, an der der Reflektorschirm 14 und eine Basisplatte 18 befestigt sind. Die lichtbrechende Vorrichtung 16 weist eine zylinderförmige Außenkontur auf, die eine Zylinderlängsachse L hat. Die LEDs 12 sind innerhalb dieser zylinderförmigen Außenkontur angeordnet, beispielsweise auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt auf der Zylinder-Längsachse L liegt. Die LEDs 12 können aber auch anders angeordnet sein, beispielsweise in ungleichmäßigen Winkelschritten und/oder Abständen von dem Kreisbogen oder auf einer Ellipse oder einem Quadrat.
2 zeigt schematisch die lichtbrechende Vorrichtung 16. Es ist zu erkennen, dass die lichtbrechende Vorrichtung 16 einen oberen Reflektor 20, einen unteren Reflektor 22, einen hohlzylinderförmigen Schutzkörper 24 und eine Folie 26 sowie einen Extraktor 28 aufweist. Die Folie 26 erstreckt sich entlang einer Innenmantelfläche 30 des Schutzkörpers 24. Der Extraktor 28 ist im vorliegenden Fall durch eine halbtransparente Folie gebildet und erstreckt sich entlang einer Ebene, in der die Zylinder-Längsachse L verläuft.
Die LEDs 12 sind in äquidistanten Winkelschritten auf einem Kreisbogen angeordnet, dessen Mittelpunkt auf der Zylinder-Längsachse L liegt. Durch Fenster 32.1, ..., 32.6 tritt von den LEDs aus abgegebenes Licht in den Innenraum des Schutzkörpers 24 ein, wobei es in der Regel vollständig nach oben abgegeben wird. Das heißt, dass ein Abstrahlwinkel α, der so zur Horizontale H gemessen wird, dass er stets zwischen –90° und 90° liegt, alle Lichtstrahlen, die von den LEDs 12 abgestrahlt werden, mehr als 0° beträgt. Es sind schematisch zwei Lichtstrahlen 33.1, 33.2 eingezeichnet.
3 zeigt schematisch den Schutzkörper 24 und die Folie 26, wobei eine Refraktiv-Struktur 34 der Folie 26 nur abschnittsweise gezeigt ist, um das Prinzip zu verdeutlichen. Es ist zu erkennen, dass die Refraktiv-Struktur 34 als aus einer Vielzahl an schiefen Pyramiden 36.1, 36.2, ... zusammengesetzt beschreibbar ist. Die Pyramiden 36 sind schachbrettartig so angeordnet, dass ihre Grundflächen 38 (vgl. 5) aneinander angrenzen.
4 zeigt eine Draufsicht auf die Folie 26 sowie rechts eine Ansicht von der Seite und oben eine Ansicht von oben. Es ist zu erkennen, dass die Pyramiden einen ersten Spitzenwinkel β besitzen, der bezüglich eines horizontalen Schnitts gemessen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt β = 90°. Die Pyramiden 36 haben zudem einen zweiten Spitzenwinkel γ, der bezüglich einer Schnittebene gemessen ist, in der die Zylinder-Längsachse liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gilt γ = 73° ± 2°.
Die Folie 26 ist aus PMMA (Polymethylmethacrylat) aufgebaut. Es aber auch möglich, die Folie 26 aus einem anderen transparenten Material herzustellen. In diesem Fall ergeben sich vom Brechungsindex des Materials abhängige andere spitze Winkel als die hier angegebenen.
Es ist zu erkennen, dass die Grundfläche 38 der Pyramiden rechteckig ist und eine erste Seitenlänge a und eine zweite Seitenlänge b besitzt. Im vorliegenden Fall sind die Pyramiden quadratische Pyramiden, das heißt, dass a = b gilt. Es ist günstig wenn a und b möglichst klein sind, wobei die Fertigung von kleinen Strukturen aufwendiger ist, so dass ein Kompromiss angestrebt wird. In der vorliegenden Ausführungsform gilt a = b = 350 Mikrometer.
5 zeigt eine schiefe Pyramide 36 im Detail. Es ist zu erkennen, dass die Pyramide eine Spitze 40 und ein Lot 42 auf die Grundfläche 38 hat, das in einem Lotfußpunkt 44 die Grundfläche 38 schneidet. Der Lotfußpunkt 44 liegt oberhalb eines geometrischen Schwerpunkts S der Grundfläche 38. Im vorliegenden Fall liegt der Lotfußpunkt 44 auf einer Seitenlinie 46 der Grundfläche 38.
Der Lotfußpunkt 44 liegt zudem auf einer Seitenhalbierenden 48 der Grundfläche 38, das heißt, dass die Pyramide 36 nur bezüglich einer Verschieberichtung schief ist und eine Spiegelsymmetrieebene durch die Spitze S aufweist, die senkrecht auf der Grundfläche 38 steht.
6 zeigt ein Diagramm, in dem die normierte Beleuchtungsstärke, einmal für eine Folie mit einer prismatischen Struktur und einmal für eine Folie mit einer die Refraktiv-Struktur aus schiefen Pyramiden, jeweils über den Abstrahlwinkel α aufgetragen ist. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf für eine symmetrische, prismatische Refraktiv-Struktur, bei der die erzeugende parallel zur Zylinder-Längsachse verläuft. Die Strichpunkt-Linie zeigt die Verteilung der Beleuchtungsstärke für die oben beschriebene Refraktiv-Struktur. Es ist zu erkennen, dass die nach oben (α > 0) abgegebene Beleuchtungsstärke deutlich reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Leuchte
12: LED
14: Reflektorschirm
16: lichtbrechende Vorrichtung
18: Basisplatte
20: oberer Reflektor
22: unterer Reflektor
24: Schutzkörper
26: Folie
28: Extraktor
30: Innenmantelfläche
32: Eintrittsfenster für Licht der LEDs
33: Lichtstrahl
34: Refraktiv-Struktur
36: Pyramide
38: Grundfläche
40: Spitze
42: Lot
44: Lotfußpunkt
46: Seitenlinie
48: Seitenhalbierende
L: Zylinder-Längsachse
H: Horizontale
α: Abstrahlwinkel
β: erster Spitzenwinkel
γ: zweiter Spitzenwinkel
a: erste Seitenlänge
b: zweite Seitenlänge
S: Schwerpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202009017019 [0002]
DE 202009002499 [0002]

Claims

Leuchte mit (a) zumindest zwei LEDs (12), die jeweils aufwärts gerichtete Strahlrichtungen haben, (b) einem Reflektorschirm (14), der so oberhalb der LEDs (12) angeordnet ist, dass von den LEDs (12) kommende Lichtstrahlen (33) nach unten reflektiert werden, und (c) einer lichtbrechende Vorrichtung (16), die – zumindest auch unterhalb des Reflektorschirms (14) und oberhalb der LEDs (12) angeordnet ist, – aus einem transparenten Material aufgebaut ist und – eine Refraktiv-Struktur (34) besitzt, mittels der solche Lichtstrahlen (33), die nach oben verlaufen und nicht auf den Reflektorschirm (14) treffen würden, mittels Brechung auf die Horizontale (H) zu ablenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass (d) die Refraktiv-Struktur (34) zumindest überwiegend als aus einer Vielzahl an schiefen Pyramiden (36) zusammengesetzt beschreibbar ist.
Leuchte (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbrechende Vorrichtung (16) einen Schutzkörper (24) und einen Extraktor (28), der innerhalb des einen Schutzkörper (24) angeordnet ist, aufweist.
Leuchte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyramiden (36) eine rechteckige, insbesondere eine quadratische Grundfläche (38) besitzen.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – jede der schiefen Pyramiden (36) eine Grundfläche (38) und einen Lotfußpunkt (44) einer Spitze (40) auf die Grundfläche (38) besitzt, – für zumindest eine Mehrzahl der schiefen Pyramiden (36) der Lotfußpunkt (44) oberhalb eines geometrischen Schwerpunkts der Grundfläche (38) liegt.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfußpunkt (44) innerhalb der Grundfläche (38) liegt.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lotfußpunkt (44) auf einer vertikalen Seitenhalbierenden (48) der Grundfläche (38) liegt, wobei der Lotfußpunkt (44) vorzugsweise auf einer Seitenlinie (46) der Grundfläche (38) liegt.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbrechende Vorrichtung (16) – einen hohlzylinderförmigen Schutzkörper (24) und – eine Folie (26), die sich entlang einer Innenmantelfläche (30) des Schutzkörpers (24) erstreckt und an der die Refraktiv-Struktur (34) ausgebildet ist, umfasst.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbrechende Vorrichtung (16) – einen hohlzylinderförmigen Schutzkörper (24) umfasst, – wobei die Refraktiv-Struktur (34) auf der Innenmantelfläche (30) und/oder der Außenmantelfläche des Schutzkörpers (24) ausgebildet ist.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pyramiden (36) regelmäßig so angeordnet sind, dass die Grundflächen (38) benachbarter Pyramiden (36) aneinander angrenzen.
Leuchte (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je zwei Pyramiden (36) ein Zwischenraum angeordnet ist, der die Richtung eines auftreffenden Lichtstrahls (33) nicht ändert.