DE102012018419A1

DE102012018419A1 - LED-Reflektor-System für Beleuchtungsaufgaben

Info

Publication number: DE102012018419A1
Application number: DE201210018419
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Konzept für eine elektrische Leuchte, bestehend aus einer Anzahl ringförmig montierter LED (6) mit Ausstrahlrichtung quer zur Reflektor Achse, einem Leuchten-Reflektor (2), der Stromzuführung zu jeder LED als Leiterplatte (5), einer rund montierten Leiterplatte als Träger und Stromverteiler zu den LED's (6), zwei baugleichen spiegelbildlich zueinander angeordneten, Ringprofilen als Fassung und zur Wärmeableitung von der Leiterplatte mit den LED's auf einen kaminartigen Kühler (9), als zentraler Träger für die Bauelemente der Leuchte, einer ringförmigen Sicherheits-Scheibe in der Lichtaustritt-Öffnung der Leuchte (3), der kaminartige Kühler im Zentrum der Leuchte stellt eine, auf dem kürzesten Weg angekoppelte, thermische Verbindung zwischen den LED's für eine Konvektionskühlung dar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte zur Ausleuchtung von Gebäudeflächen oder Gebäude-teilen mit LED's als Lichtquelle.
Als Leuchte nach Anspruch 1 wird jede Leuchte angesehen, die eine Gebäude- oder eine Gebäudeteilfläche, auch Parkflächen ausleuchtet. Hierunter fallen auch Leuchten zur Shop Beleuchtungen von Regalen oder Warentheken.
Leuchten mit LED's sind nach dem Stand der Technik bekannt. Es gibt Kombinationen aus LED mit Linsen, und auch Kombinationen von LED mit Reflektoren. Diese Kombinationen sind so aufgebaut, dass nach dem Stand der Technik die Achsen der LED zur Fläche gerichtet sind, die beleuchtet werden soll. In der Regel besteht das Leuchten-System aus je einer LED mit unterschiedlicher Leistung und einer Linse oder einem Reflektor. Matrix-Anordnungen von mehreren LED-Linsen-Anordnungen sind bekannt, um eine höhere Leistung zu erhalten.
Die LED-Systeme nach dem Stand der Technik haben eine Nahfeld-Lichtstärke-Verteilung (Bild 9), die als Lambert-Charakteristik ihren Lichtstrom nahezu kreisförmig nach außen in Richtung zur Fläche gerichtet sind, die beleuchtet werden soll. Für ein Reflektor-System ist die Lambert-Lichtstromverteilung eine ungünstige Lichtstrom-ankopplung. Das Verhältnis Lichtstromanteil zum Reflektor und Lichtstromanteil ohne Reflektor ist so, dass der Reflektor zu wenig Lichtstrom erhält und zu viel Lichtstrom als Direktlicht abgestrahlt wird.
Entladungslampen zum Beispiel HCI-TF 35 W haben eine Nahfeld-Lichtstärkeverteilung (Bild 8), im Polardiagramm, wie eine liegende 8 (acht), mit der 8 quer zur Lampenachse. Diese Lichtstärkeverteilung eignet sich sehr gut für fast alle Systeme der HCl-Lampe mit Reflektor, das ist Stand der Technik.
Es wird ein Aufbau für das System LED-Reflektor realisiert, der gleichgute Eigenschaften wie der von Entladungs-Lampen, auch bei LED's haben soll.
Die erfindungsgemäße Leuchte besteht aus zwei baugleichen, spiegelbildlich zueinander montierten Ringprofilen, in die die Leiterplatte mit den LED eingesteckt wird, einem kaminartigen Kühler, der die Heizleistung der LED per Konvektion nach außen ableitet, dem Reflektor und den Bauteilen für das Gehäuse.
Der Reflektor kann eine runde Form haben, eine ellipsoide, eine quadratische oder rechteckige, das hängt davon ab, welche Beleuchtungsaufgabe realisiert werden soll.
Der Reflektor hat auf seiner Innenseite eine Oberfläche, die eine geringe diffuse Reflexion erzeugt, damit die beleuchtete Fläche gleichmäßig ausgeleuchtet ist. Alternativ hierzu kann die diffuse Reflexion auch durch Facetten realisiert werden. Diese diffuse Reflexion ist Stand der Technik.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, dass auf einer wärmeleitenden Leiterplatte aus dem Bimetall Cupalblech eine Anzahl LED's montiert sind, die mit einem Reflektor ein lichttechnisches System bilden. Hierbei ist der Einbauwinkel der LED vorzugweise 90° gegen die Reflektor Achse.
Bei der Montage von LED's auf dem Umfang der konzentrischen Ringprofile, in dichtem Abstand, entsteht für das erfindungsgemäße LED-Reflektor System eine Nahfeld-Lichtstärke-Verteilung mit den Merkmalen einer liegenden 8, das bedeutet, die lichttechnischen Systemeigenschaften dieses Konzeptes sind gleich gut oder sogar besser, als das, was der Reflektor Entwickler bei Verwendung von Gasentladungs-Lampen erwarten darf. Er kann seine Erfahrungen der Reflektor Entwicklung mit herkömmlichen Leuchtmitteln, für dieses Multiplex-LED-Reflektor System vorteilhaft anwenden.
Die Einbauhöhe der LED's im Reflektor, ist vorzugsweise die brennpunktnahe Höhe des Reflektors auf seiner Rotationsachse.
Der Reflektor-Durchmesser und seine Höhe werden so gewählt, dass praktisch der gesamte LED-Lichtstrom den Reflektor erreicht und Direktlicht von den LED's nach außen weitgehend vermieden werden können.
Der Reflektor-Durchmesser ist eine Funktion der Anzahl LED auf dem Umfang der LED-Tragplatte (Bild 5) und des gewünschten Halbstreu-Winkels für die lichttechnische Anwendung der Leuchte (Beispiel-Bilder 12, 13, 14).
Jeder Punkt des Reflektors spiegelt die leuchtende Oberfläche der LED trigonometrisch über das Lot auf dem Reflektor-Punkt nach außen. Aus dem Abstand LED's zum Reflektor und dem Durchmesser des LED- Chip entsteht ein lichttechnischer Spreizwinkel, dessen Breite man beachten muss, insbesondere, wenn Spot-Funktionen gewünscht sind.
Die Anwendung der Leuchten erfordert eine Nenn-Beleuchtungs-Stärke. Da die LED's in der Regel kleine Bauteile sind, wird man einen Ring aus einer Vielzahl von LED's auswählen (Bild 5), damit die gewünschte Nenn-Beleuchtungsstärke als Summe der einzelnen LED Daten erreicht werden kann.
Anstelle einer ringförmigen Scheibe (Bild 5) zur Montage der LED's können auch andere geometrische Grundformen Anwendung finden. Zum Beispiel Dreieck, Quadrat, Rechteck oder Ellipse. Falls die Reflektoren in Segmentbauweise hergestellt werden, können diese geometrischen Grundformen auch der Grundform des Reflektors entsprechen.
Für breite Halbstreuwinkel der Lichtstärkeverteilung und hohe Leistung können alternativ mehrere LED-Ringe (Bilder 4; 5; 6) übereinander in möglichst geringen axialem Abstand Anwendung finden. Die Neigung der LED zum Reflektor sollte vorzugsweise so eingestellt werden, dass die Richtungen der LED-Lichtströme von der Mittelsenkrechten der lichtemittierenden Oberfläche aus, einen gemeinsamen Ring auf der Reflektor-Oberfläche bilden.
Die Nahfeld-Lichtstärkeverteilung des erfindungsgemäßen LED-Reflektor-Systems erlaubt auch eine Fokussierung des LED-Ring, relativ zum Reflektor, längs der Richtung der Reflektor Achse. Die Ergebnisse der Fokussierung sind völlig überzeugend. Die Leuchten-Eigenschaften können für die jeweilige Anwendung optimiert werden.
Die Multiplex-Anordnung der LED's und die Fokussiermöglichkeit erlaubt auch die Realisierung von fokussierbaren Scheinwerfern hoher Leistung (auch im kW-Bereich) für Theater, Film- und Fernsehen.
Die erfindungsgemäße Multiplex-LED-Leuchte blendet nicht. Der Lichtstrom der LED's erreicht praktisch vollständig den Reflektor. Der Abschirmwinkel, die Tangente vom Reflektor Flansch an die LED's ist sehr flach und trifft die LED – in einem Bereich mit Restlichtstrom oder der Rückseite, dort ist praktisch kein Lichtaustritt. Also auch keine Blendung.
Die Güteklasse der Blendungsbegrenzung UGR wird nicht mehr durch das Direktlicht herkömmlicher Lampen bestimmt – die erfindungsgemäße Leuchte (Bild 4) hat praktisch kein Direktlicht. Die Reflektor-Oberfläche erfordert jedoch wegen des Abstandes der LED's zueinander eine angemessene diffuser Streuung, damit eine gute Gleichmäßigkeit des Lichtaustritts erreicht wird.
Die Montage von zum Beispiel 30 LED's auf dem Umfang einer Ringförmigen Platte erlaubt eine elektrische Gruppenbildung.
Eine elektronische Steuerung kann als Zeitplansteuerung, rotierende einfarbige, oder mehrfarbige LED-Kombinationen dimmen oder schalten und so als Zusatznutzen auf Gefahren hinweisen, eine Wegbeschreibung realisieren oder andere originelle Effekte möglich machen.
Der kaminartige Kühler (9) hat eine radiale Rippenkonstruktion. Im Zentrum ist ein nach oben und unten offener Hohlraum. In diesem Hohlraum können die elektrischen Zuleitungen für die LED's, der Schutzleiter-Anschluss und die Zugentlastung für die äußeren Leitungen untergebracht werden.
Reflektoren haben, je nach Lichtstärkeverteilung unterschiedliche Einbautiefen (Bild 11). Zur Sicherstellung optimaler Lichttechnik für jede Reflektor-Bauform werden den unterschiedlichen hohen Reflektoren je zwei kurze Distanzrohre und zugeordnet. Die Länge dieser beiden Distanzrohre fixiert den Reflektor Abstand zum LED-Ring.
Der Lichtaustritt der Leuchte nach Anspruch 1 kann sehr gut an die lichttechnischen Aufgaben angepasst werden, die Bilder 12; 13 und 14 zeigen Beispiele.
Die Leiterplatte (5 und Bild 6) besteht aus Kupfer-Aluminium-Bimetall „Cupalblech” mit den Funktionen LED-Befestigung und Stromzuführungen. Da die flache Leiterplatte zur Aufnahme in die konzentrischen Ringprofile zwischen je 2 LED's um einem kleinen Winkel in die Kreisform gebogen werden muss, enthält sie zwischen je 2 LED's zwei Querstanzungen zur Erleichterung der Biegevorgänge.

Claims

Leuchte zur homogenen Ausleuchtung von Gebäudeflächen, Straßen, Verkehrswege, Sporthallen, auch Büros, bestehend aus einer Vielzahl von LED's (6) die ringförmig auf dem Umfang einer zylindrischen Leiterplatte (5) montiert sind und in zwei zueinander spiegelbildlich montierten Ringprofilen (4) eingesteckt sind, einem schalenförmigen Reflektor-System (2), in dessen brennpunktnaher Höhe die LED's konzentrisch um die Reflektor-Achse montiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahfeld-Lichtstärkeverteilung der LED's (Bild 10) so ausgeprägt ist, dass deren Polardiagramm eine Lichtstärke-verteilung in Form einer liegenden 8 (Acht) erzeugt und die Hauptausstrahlrichtung der LED's (Bild 5) quer zur Achse des Reflektors (2), auf das Innenprofil des Reflektors (2) gerichtet ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringprofil mit den LED's, längs der Achse des Reflektors (2) in Brennpunktnähe höhenverstellbar (fokussierbar) ist, um eine Optimierung der Lichtstärkeverteilung zu realisieren.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der LED's (1) sich zunächst auf die beiden Ringprofile (4) und dann auf den kaminartige Kühler (9) überträgt, dieser leitet den Wärmefluss per Konvektion an die äußere Umgebungsluft ab.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Leuchten Gehäuse (5) und der Reflektor (2) am kaminartigen Kühler (9) mechanisch befestigt sind und mit ihren Oberflächen ebenfalls Wärme übertragen können.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der LED's (1) auf eine Leiterplatte montiert ist, die gleichzeitig Stromzuleitung ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) zwischen je einem oberen (10) und einem unteren (11) Distanzrohr auf dem kaminartigen Kühler (9) befestigt wird.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) für eine gleichmäßige Lichtstärkeverteilung eine geringe diffuse Reflexion benötigt, die von den Eigenschaften der LED's (6) auf dem Umfang der beiden Ringprofile (4) abhängig ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) auch mit einer Hochglanzoberfläche realisiert werden kann, wenn die diffuse Reflexion mit Facetten realisiert wird, die eine flache, dreieckförmige Form haben und in Richtung der Reflektor Achse angeordnet sind.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte für die LED's aus Kupfer-Aluminium-Bimetall besteht und zwischen je 2 LED's Querstanzungen zur Erleichterung der Biegevorgänge hat.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kaminartige Kühler (9) zwei spiegelbildlich zueinander montierte Ringprofile, mit zueinander gerichteten Nuten hat, in die die Leiterplatte mit den aufgelöteten LED's eingesteckt wird.