DE102012205469A1

DE102012205469A1 - Leuchtvorrichtung und verfahren zum betreiben einer leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102012205469A1
Application number: DE102012205469A
Authority: DE
Inventors: Frank Baumann; Michael Schöwel; Henrike Streppel
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130258671A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Leuchtvorrichtung (10) bereitgestellt. Die Leuchtvorrichtung weist einen Luftkanal (12), mindestens eine Strahlungsanordnung (24) und mindestens ein Konversionselement (22) auf. Der Luftkanal (12) erstreckt sich in einer axialen Richtung und weist im Bereich eines ersten axialen Endes des Luftkanals (12) mindestens eine erste Öffnung (18) und im Bereich eines zweiten axialen Endes des Luftkanals (12) mindestens eine zweite Öffnung (20) auf. Die Strahlungsanordnung (24) emittiert elektro-magnetische Strahlung (26) und ist an einer Außenseite des Luftkanals (12) so angeordnet, dass sie die elektro-magnetische Strahlung (26) in Richtung weg von dem Luftkanal (12) emittiert. Ein Konversionselement (22), das Leuchtstoffe aufweist, ist so um den Luftkanal (12) und die Strahlungsanordnung (24) herum mit einem vorgegebenen Abstand zu der Strahlungsanordnung (24) angeordnet, dass die elektro-magnetische Strahlung (26) auf das Konversionselement (22) trifft und die Leuchtstoffe in dem Konversionselement (22) zum Abstrahlen von Konversionsstrahlung (28) anregt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, die eine Strahlungsanordnung und ein Konversionselement aufweist. Die Strahlungsanordnung emittiert elektro-magnetische Strahlung. Das Konversionselement weist Leuchtstoffe auf und ist so angeordnet, dass die elektro-magnetische Strahlung auf das Konversionselement trifft und die Leuchtstoffe in dem Konversionselement zum Abstrahlen von Konversionsstrahlung anregt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Leuchtvorrichtung.
Heutzutage werden immer häufiger herkömmliche Glühbirnen durch Leuchtdioden (LEDs) ersetzt. Dabei gibt es Bestrebungen, die Leuchtdioden in Leuchtkörper einzusetzen, die das optische Erscheinungsbild, die Einsatzmöglichkeiten und/oder das Abstrahlverhalten von Glühbirnen imitieren. Zu dem optischen Erscheinungsbild von typischen Glühbirnen gehört beispielsweise ein Kuppel- oder kugelförmiger Leuchtkörper. Zu den Einsatzmöglichkeiten der Glühbirne gehört beispielsweise, die mit Schraubgewinden ausgestatteten Glühbirnen, in entsprechende Sockel von Leuchten einzuschrauben, so dass die Glühbirnen in den Leuchten als Leuchtmittel dienen können. Zu dem Abstrahlverhalten von Glühbirnen gehört typischerweise, dass diese ihr Licht nahezu in alle Raumrichtungen gleichmäßig abstrahlen. Derartige Glühbirnen imitierende Leuchtvorrichtungen mit Leuchtdioden als Strahlungsquellen werden auch als Retrofit-Lampen bezeichnet.
Bei der Verwendung von Leuchtdioden besteht grundsätzlich das Problem, die in den Leuchtdioden während ihres Betriebs entstehende Wärme abzuführen. Insbesondere bei weißes Licht emittierenden Leuchtdioden entsteht viel Wärme, da bei diesen blaues Licht emittierende Leuchtdioden eingesetzt werden, die sich dabei erwärmen und deren blaues Licht Leuchtstoffe in Konversionselementen anregen, welche weißes Konversionslicht abstrahlen, wobei sich bei der Lichtkonversion die Konversionselemente aufgrund der in sie eingebrachten Lichtleistung erwärmen. Zum Abführen der entstehenden Wärme ist es bekannt, Kühlkörper einzusetzen. Derartige Kühlkörper Schirmen jedoch einen Teil des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichts ab, so dass das Licht nicht in nahezu alle Raumrichtungen abgestrahlt werden kann. In anderen Worten werfen die Kühlkörper Schatten. Dieser Effekt kann durch Verwendung kleiner Kühlkörper verringert werden. Allerdings werden mit kleiner werdenden Kühlkörpern die Schattenbereiche zwar kleiner, jedoch sinkt auch deren Kühlwirkung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden eine Leuchtvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die bzw. das eine Abstrahlung von Licht in einen großen Raumwinkelbereich und/oder eine Erzeugung einer hohen Lichtleistung bei ausreichender Kühlung ermöglicht. Ferner werden eine Leuchtvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung bereitgestellt, die es ermöglichen, bei Verwendung von Licht emittierenden Dioden als Strahlungsquelle die Eigenschaften einer herkömmlichen Glühbirne weitgehend zu imitieren.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt. Die Leuchtvorrichtung weist einen Luftkanal, mindestens eine Strahlungsanordnung und mindestens ein Konversionselement auf. Der Luftkanal erstreckt sich in einer axialen Richtung und weist im Bereich eines ersten axialen Endes des Luftkanals mindestens eine erste Öffnung und im Bereich eines zweiten axialen Endes des Luftkanals mindestens eine zweite Öffnung auf. Die Strahlungsanordnung emittiert elektro-magnetische Strahlung und ist an einer Außenseite des Luftkanals so angeordnet, dass sie die elektro-magnetische Strahlung in Richtung weg von dem Luftkanal emittiert. Das Konversionselement weist Leuchtstoffe auf und ist um den Luftkanal und die Strahlungsanordnung herum mit einem vorgegebenen Abstand zu der Strahlungsanordnung so angeordnet, dass die elektro-magnetische Strahlung auf das Konversionselement trifft und die Leuchtstoffe in dem Konversionselement zum Abstrahlen von Konversionsstrahlung anregt.
Das Anordnen der Strahlungsanordnung in dem vorgegebenen Abstand zu dem Konversionselement ermöglicht auf einfache und effektive Weise, Licht unterschiedlicher Farben oder weißes Licht zu erzeugen. Die Strahlungsanordnung kann beispielsweise eine Leuchtdiode aufweisen, beispielsweise eine blaues Licht emittierende Leuchtdiode, und das Konversionselement kann beispielsweise fluoreszierende Leuchtstoffe aufweisen, beispielsweise gelben Leuchtstoff. Das blaue Licht der Leuchtdiode kann als Anregungsstrahlung zum Anregen des Leuchtstoffs in dem Konversionselement dienen. Die dadurch entstehende Konversionsstrahlung kann dann beispielsweise weiß sein. Dieses Prinzip kann beispielsweise als Remote-Phosphor-Prinzip bezeichnet werden, wobei die Bezeichnung „Remote-Phosphor” daher kommt, dass „Leuchtstoff” im Englischen „Phosphor” heißt. Das Remote-Phosphor-Prinzip und/oder Remote-Phosphor-Anwendungen können somit völlig ohne Phosphor als Leuchtstoff auskommen. Ferner kann die Strahlungsanordnung auch eine UV-Licht emittierende Leuchtdiode oder eine rotes Licht emittierende Leuchtdiode aufweisen. Ferner kann die Strahlungsanordnung mehrere Strahlungsquellen, beispielsweise mehrere Leuchtdioden aufweisen, die jeweils die gleiche oder unterschiedliche elektromagnetische Strahlung emittieren.
Die Strahlungsanordnung ist an der Außenseite des Luftkanals beispielsweise in direktem, körperlichen Kontakt mit einer Wandung des Luftkanals angeordnet. Die Strahlungsanordnung kann auch eine Wärmesenke aufweisen, über die sie direkt mit dem Luftkanal gekoppelt ist. Dies ermöglicht einen besonders guten Wärmeübergang von der Strahlungsanordnung zu der Wandung des Luftkanals. Beim Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung in der Strahlungsanordnung entsteht Wärme. Außerdem entsteht Wärme in dem Konversionselement bei der Konvertierung der Anregungsstrahlung in Konversionsstrahlung, wobei die Konversionsstrahlung beispielsweise weißes Licht aufweisen kann. Die in der Strahlungsanordnung entstehende Wärme wird unter anderem über die Wandung des Luftkanals abgeführt, welche durch einen Luftstrom durch einen Innenraum des Luftkanals aus der Leuchtvorrichtung abgeführt wird. Zusätzlich ermöglicht dies bei geeigneter Ausrichtung der Leuchtvorrichtung, beispielsweise so, dass sich die axiale Richtung des Luftkanals zumindest teilweise in vertikaler Richtung erstreckt, in dem Innenraum des Luftkanals einen Kamin-Effekt zu erzeugen, durch den der Luftstrom durch den Luftkanal und damit die kühlende Wirkung des Luftkanals und damit die Kühlung der Strahlungsanordnung verstärkt wird.
Der Kamineffekt, auch Naturzug genannt, ist ein physikalischer Effekt, der eine in der Regel vertikal gerichtete Luftströmung beschreibt. Warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte Luft, hierdurch entsteht ein Auftrieb in dem Luftkanal. Durch den dadurch entstehenden Unterdruck im unteren Bereich des Luftkanals wird neue Luft angezogen, was den Verursacher dieses Effekts, also das Aufsteigen warmer Luft, begünstigt und zu einer Selbsterhaltung des Effekts führt, was eine positive Rückkopplung darstellt. Die nahezu adiabate Isolierung des heißen Luftstroms im Kamin ist förderlich für höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Luftstroms, was eine bessere Wärmeübertragung ermöglicht. Durch einen künstlichen Kamin wie den Luftkanal der Leuchtvorrichtung wird die Luftströmung gerichtet und kann besser als bei offenen Anordnungen beschleunigt werden, sofern dieser entsprechend vertikal ausgerichtet und/oder geeignet dimensioniert ist. Darüber hinaus kann der Luftstrom durch den Innenraum des Luftkanals einen Wärmeübertragungskoeffizienten von der Wandung des Luftkanals zu der Luft in dem Innenraum des Luftkanals verbessern. Zusätzlich zu einer Wärme an die Umgebung abgebenden Außenseite der Leuchtvorrichtung bildet die Wandung des Luftkanals somit im Inneren der Leuchtvorrichtung eine zusätzliche Kühlfläche, die gar keinen oder zumindest nur wenig Schatten wirft und die Wärme direkt an die Umgebung abgeführt. Der Luftkanal dient somit als Kühlkörper für die Strahlungsquellen der Strahlungsanordnung. Die verbesserte Kühlwirkung ermöglicht eine Verkleinerung der Kühlflächen und damit eine Verkleinerung des Luftkanals und damit eine Verkleinerung der Leuchtvorrichtung bei gleich bleibender Lichtleistung oder eine höhere Lichtleistung bei gleich bleibender Größe der Leuchtvorrichtung, beispielsweise einer herkömmlichen Glühbirne entsprechend, verglichen mit einer Leuchtvorrichtung ohne Luftkanal.
Die erste Öffnung ist beispielsweise durch das erste axiale Ende des Luftkanals gebildet. Die zweite Öffnung ist beispielsweise durch das zweite axiale Ende des Luftkanals gebildet. Alternativ oder zusätzlich zu der durch das erste axiale Ende des Luftkanal gebildete ersten Öffnung können noch ein, zwei oder mehr weitere erste Öffnungen im Bereich des ersten axialen Endes des Luftkanals oder benachbart zu diesem axialen Ende ausgebildet sein, wobei die ersten Öffnungen beispielsweise als Luftzufuhr für den Luftkanal dienen. Alternativ oder zusätzlich zu der durch das zweite axiale Ende des Luftkanals gebildeten zweiten Öffnung können noch ein, zwei oder mehr weitere zweite Öffnungen im Bereich des zweiten axialen Endes des Luftkanals oder benachbart zu dem zweiten axialen Ende ausgebildet sein, wobei die zweiten Öffnungen beispielsweise als Luftabfuhr des Luftkanals dienen. Die ersten und zweiten Öffnungen können beispielsweise auch in der Wandung des Luftkanals ausgebildet sein und/oder sich in radialer Richtung erstrecken.
Bei verschiedenen Ausführungsformen schließen das Konversionselement und der Luftkanal zusammen einen Zwischenbereich ein, der in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung ausgebildet ist und in dem die Strahlungsanordnung angeordnet ist. Der Luftkanal weist eine dritte Öffnung auf, die in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung und der Strahlungsanordnung ausgebildet ist und über die der Zwischenbereich mit dem Luftkanal kommuniziert. Der Luftkanal weist eine vierte Öffnung auf, die in axialer Richtung zwischen der zweiten Öffnung und der Strahlungsanordnung ausgebildet ist und über die der Zwischenbereich mit dem Luftkanal kommuniziert. Dass der Zwischenbereich mit dem Luftkanal kommuniziert, bedeutet, dass ein Luftaustausch zwischen dem Zwischenbereich und einem Innenraum des Luftkanals möglich ist. Somit ermöglichen die dritte und die vierte Öffnung einen Luftstrom aus dem Luftkanal in den Zwischenbereich, durch den Zwischenbereich hindurch und wieder zurück in den Luftkanal, wodurch die Strahlungsanordnung, die zwischen der dritten und der vierten Öffnung angeordnet ist, von beiden Seiten, also von innen durch den Luftkanal selbst und von außen über den Luftstrom durch den Zwischenbereich gekühlt werden kann. Dies ermöglicht, eine besonders leistungsstarke Strahlungsanordnung zu verwenden und dennoch die dabei entstehende Wärme effektiv und ausreichend abzuführen.
Darüber hinaus kühlt der Luftstrom durch den Zwischenbereich auch eine Innenseite des Konversionselements. Dies ermöglicht, eine hohe Strahlungsleistung an elektromagnetischer Strahlung oder Anregungsstrahlung in das Konversionselement einbringen zu können und gleichzeitig das Konversionselement ausreichend kühlen zu können. Insbesondere in Ausführungsformen, bei denen im Betrieb der Leuchtvorrichtung viel Wärme im Konversionselement erzeugt wird, kann dadurch die maximal erreichbare Lichtleistung gesteigert werden, oder bei gegebener Lichtleistung die Temperatur des Konversionselement reduziert werden, was sich vorteilhaft auf die Effizienz und Lebensdauer dieser Komponente auswirkt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Leuchtvorrichtung einen Diffusorkörper auf. Der Diffusorkörper ist so ausgebildet und so um das Konversionselement herum angeordnet, dass die Konversionsstrahlung auf den Diffusorkörper trifft, wobei der Diffusorkörper eine Diffusoröffnung aufweist, über die der Luftkanal mit einer Umgebung der Leuchtvorrichtung und insbesondere mit einer Umgebung des Diffusorkörpers kommuniziert. Somit erstreckt sich der Luftkanal nicht nur durch das Konversionselement hindurch, sondern auch hindurch durch den Diffusorkörper. Der Diffusorkörper weist beispielsweise Glas oder Kunststoff, beispielsweise Milchglas, aufgerautes Glas, das beispielsweise mit Hilfe von Sandstrahlen erzeugt werden kann, bzw. Kunststoff mit weißen Streupartikeln, auf. Der Diffusorkörper kann so ausgebildet sein, das im ausgeschalteten Zustand der Leuchtvorrichtung der Diffusorkörper weiß erscheint. Der Diffusorkörper kann beispielsweise kugelförmig, kochhutförmig oder kappenförmig ausgebildet sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen schließen der Diffusorkörper und das Konversionselement einen Außenbereich ein. Der Luftkanal weist eine fünfte Öffnung auf, die in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung und der Strahlungsanordnung ausgebildet ist und über die der Außenbereich mit dem Luftkanal kommuniziert. Der Luftkanal weist eine sechste Öffnung auf, die in axialer Richtung zwischen der zweiten Öffnung und der Strahlungsanordnung ausgebildet ist und über die der Außenbereich mit dem Luftkanal kommuniziert. Die fünfte und die sechste Öffnung ermöglichen einen Luftstrom von dem Luftkanal durch die fünfte Öffnung in den Außenbereich, durch den Außenbereich hindurch und durch die sechste Öffnung hindurch zurück in den Luftkanal. Dadurch kann das Konversionselement von außen gekühlt werden. In Zusammenwirken mit dem Luftstrom durch den Zwischenbereich ermöglicht dies eine beidseitige Kühlung des Konversionselements. Darüber hinaus kühlt der Luftstrom durch den Zwischenbereich den Diffusorkörper von innen. Da der Diffusorkörper nach außen die Wärme einfach an die Umgebung abgeben kann, ist somit auch der Diffusorkörper von beiden Seiten durch Luft gekühlt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Strahlungsanordnung eine erste und mindestens eine zweite Strahlungsquelle auf, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. In anderen Worten sind bei vertikaler Ausrichtung des Luftkanals die Strahlungsquellen übereinander angeordnet. Die übereinander angeordneten Strahlungsquellen können beispielsweise Strahlung gleicher oder unterschiedlicher Wellenlänge, beispielsweise Licht gleicher Farbe oder unterschiedlicher Farbe emittieren. Beispielsweise kann eine der Strahlungsquellen blaues Licht emittieren und eine der Strahlungsquellen kann rotes Licht emittieren oder beide Strahlungsquellen können blaues Licht emittieren.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Strahlungsanordnung ein erstes Strahlungscluster und mindestens ein zweites Strahlungscluster auf, die entlang der Außenseite des Luftkanals mit einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jedes Strahlungscluster mindestens eine der Strahlungsquellen aufweist. Beispielsweise sind die Strahlungscluster um den Umfang des Luftkanals verteilt. Bei vertikaler Ausrichtung der Leuchtvorrichtung sind die Strahlungscluster beispielsweise auf gleicher Höhe angeordnet. Innerhalb eines Strahlungsclusters können eine, zwei oder mehr Strahlungsquellen angeordnet sein. Beispielsweise können in einem Strahlungscluster zwei oder drei Strahlungsquellen übereinander angeordnet sein und um den Umfang des Luftkanals können beispielsweise zwei, drei oder vier derartige Strahlungscluster angeordnet sein. Dies ermöglicht eine Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung in nahezu alle Raumrichtungen, insbesondere auch, weil der Kühlkörper zum Kühlen der Strahlungsquellen, also der Luftkanal, in Abstrahlungsrichtung hinter den Strahlungsquellen liegt und die Strahlungsquellen um den Luftkanal herum angeordnet sind.
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist zum Steuern der Strahlungsanordnung an das erste axiale Ende des Luftkanals anschließend eine Steuereinheit angeordnet. Zum Kühlen der Steuereinheit und/oder zum Verlängern des Luftkanals ist ein Kühlkörper an einer Außenseite der Steuereinheit angeordnet. Der Kühlkörper weist Kühlkanäle auf, die mit dem Luftkanal kommunizieren. Der Kühlkörper ermöglicht zum einen, die Steuereinheit mit einer hohen Leistung betreiben zu können, ohne sie zu überhitzten, und zum anderen, den Luftkanal zu verlängern, wodurch der Kamineffekt verstärkt werden kann. Die Steuereinheit kann auch als Treiber bezeichnet werden oder einen Treiber aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Strahlungsanordnung als Strahlungsquelle mindestens eine Licht emittierende Diode auf. Zusätzlich zu der einen Licht emittierenden Diode kann die Strahlungsanordnung als weitere Strahlungsquellen ebenfalls Licht emittierende Dioden oder andere Strahlungsquelle aufweisen. Beispielsweise kann jedes Strahlungscluster mehrere Licht emittierende Dioden aufweisen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen emittiert zumindest eine Strahlungsquelle der Strahlungsanordnung blaues Licht. Alternativ oder zusätzlich können eine, zwei oder mehr weitere Strahlungsquellen blaues Licht, rotes Licht oder UV-Licht emittieren.
Bei verschiedenen Ausführungsformen emittiert zumindest eine Strahlungsquelle der Strahlungsanordnung rotes Licht.
Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Konversionselement einen oder mehrere Leuchtstoffe auf.
Geeignete Leuchtstoffe sind im Stand der Technik bekannt. Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate oder Nitride Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, Aluminate, Wolframate, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, Wolfram und anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ist der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-)nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat, Nitrido(alumo)silikat, Nitrid oder Nitridoorthosilikat, oder ein Halogenid oder Halophosphat. Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit:Eu ((Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu; SCAP), Yttrium-Aluminium-Granat:Cer (YAG:Ce) oder CaAlSiN3:Eu. Beispielsweise können die Leuchtstoffe einen Ce3+ dotierten Granatleuchtstoff, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Varianten davon mit der allgemeinen Formel (Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+ oder Mischungen eines solchen Granatleuchtstoffs mit rotemittierenden, Eu2+ dotierten Nitridleuchtstoffen des Typs (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+ oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+ aufweisen.
Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit Licht streuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für Licht streuende Partikel sind Gold-, Silber- und Metalloxidpartikel. Das Konverterelement kann beispielsweise vollständig oder nur teilweise aus Kristall oder Keramik bestehen. Ferner kann beispielsweise das Kristall-Konverterelement ein Einkristall sein. Unabhängig davon kann das Konverterelement ein Matrixmaterial aufweisen, das beispielsweise Diamant oder Al2O3 aufweisen kann. Auch andere aus Remote-Phosphor-Anwendungen bekannte Leuchtstoffe sind denkbar.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betreiben der Leuchtvorrichtung bereitgestellt. Mit Hilfe der Strahlungsanordnung wird elektro-magnetische Strahlung erzeugt und in Richtung hin zu dem von der Strahlungsanordnung beabstandeten Konversionselement emittiert. Aufgrund der auf das Konversionselement auftreffenden elektro-magnetischen Strahlung werden in dem Konversionselement Leuchtstoffe zum Emittieren von Konversionsstrahlung angeregt. Die Leuchtvorrichtung wird gekühlt, indem Wärme, die beim Erzeugen der elektro-magnetischen Strahlung und/oder der Konversionsstrahlung entsteht, durch Luftkühlung über den Luftkanal, an dessen Außenseite die Strahlungsanordnung angeordnet ist, abtransportiert wird. Darüber hinaus wird die Wärme auch in Form von Wärme-Strahlung und/oder über Wärmeleitung im Festkörper abgegeben.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird zum Verstärken der Kühlwirkung die Leuchtvorrichtung so angeordnet, dass aufgrund der Wärme in dem Luftkanal ein Kamineffekt in dem Luftkanal bewirkt wird, durch den in dem Luftkanal ein Luftstrom erzeugt wird. Beispielsweise ist der Luftstrom in vertikaler Richtung nach oben gerichtet. Falls der Luftkanal die dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Öffnung aufweist, bewirkt der nach oben gerichtete Luftstrom durch den Innenraum des Luftkanals auch entsprechend nach oben gerichtete Luftströme durch den Zwischenbereich und den Außenbereich, wodurch die Strahlungsquellen, das Konversionselement und/oder der Diffusorkörper jeweils beidseitig gekühlt werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Leuchtvorrichtung so angeordnet, dass mindestens eine Richtungskomponente einer axialen Richtung, in der sich der Luftkanal erstreckt, vertikal ausgerichtet ist. Dies ermöglicht, den Kamineffekt zu erzeugen. Dabei ist schon ein geringer Druck- und/oder Temperaturunterschied zwischen den axialen Enden des Luftkanals zum Erzeugen des Kamineffekts ausreichend. Mit zunehmend vertikaler Ausrichtung verbessert sich jedoch auch die Wirkung des Kamineffekts.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung;
2 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung;
3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung;
4 eine Seitenansicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung;
5 ein Ausführungsbeispiel einer Strahlungsanordnung;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strahlungsanordnung;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Strahlungsanordnung;
8 ein Schnitt durch eine weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung;
9 einen Kühlkörper in Seitenansicht;
10 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtvorrichtung 10 in Schnittdarstellung. Die Leuchtvorrichtung 10 weist einen Luftkanal 12 auf. Der Luftkanal 12 weist einen Innenraum 14 auf. Der Luft Kanal 12 streckt sich in einer axialen Richtung, die parallel zu einer Achse 16 ist. Der Luft Kanal 12 weist im Bereich eines ersten axialen Endes des Luftkanals eine erste Öffnung 18 und im Bereich eines zweiten axialen Endes des Luftkanals 12 eine zweite Öffnung 20 auf. Beispielsweise dient die erste Öffnung 18 als Luftzufuhr und die zweite Öffnung 20 dient als Luftabfuhr. Beispielsweise sind die erste Öffnung 18 durch das erste axiale Ende des Luftkanals 12 und die zweite Öffnung 20 durch das zweite axiale Ende des Luftkanals 12 gebildet.
Alternativ oder zusätzlich zu der dargestellten ersten Öffnung 18 und der dargestellten zweiten Öffnung 20 kann der Luftkanal 12 noch weitere erste Öffnungen, die als Luftzufuhr dienen, und weitere zweite Öffnungen, die als Luftabfuhr dienen, aufweisen. Beispielsweise sind die weiteren ersten Öffnungen benachbart zu dem ersten axialen Ende des Luftkanals 12 ausgebildet, beispielsweise in einer Wandung des Luftkanals 12. Dazu korrespondierend können die zweiten Öffnungen beispielsweise benachbart zu dem zweiten axialen Ende des Luftkanals 12 ausgebildet sein beispielsweise in einer Wandung des Luftkanals 12.
Der Luftkanal 12 kann beispielsweise symmetrisch zu der Achse 16, beispielsweise rotationssymmetrisch zu der Achse 16 ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Luftkanal 12 röhrenförmig ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Luftkanal 12 im Querschnitt beispielsweise dreieckig, quadratisch, oder hexagonal ausgebildet sein.
Die Leuchtvorrichtung 10 weist weiter ein Konversionselement 22 auf. Das Konversionselement 22 ist beispielsweise um den Luftkanal 12 herum angeordnet. Beispielsweise schließen das Konversionselement 22 und der Luftkanal 12 einen Zwischenbereich 23 ein. Das Konversionselement 22 weist Leuchtstoffe auf, beispielsweise ein, zwei oder mehr Leuchtstoffarten und/oder ein Leuchtstoffgemisch. Die Leuchtstoffe können beispielsweise phosphoreszierende oder fluoreszierende Leuchtstoffe sein. Die Leuchtstoffe können beispielsweise bei entsprechender Anregung weißes, grünes oder rotes Licht emittieren. Beispielsweise können die Leuchtstoffe einen Ce3+ dotierten Granatleuchtstoff, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) oder Varianten davon mit der allgemeinen Formel (Y,Lu,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce3+ oder Mischungen eines solchen Granatleuchtstoffs mit rotemittierenden, Eu2+ dotierten Nitridleuchtstoffen des Typs (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+ oder (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu2+ aufweisen. Auch andere aus Remote-Phosphor-Anwendungen bekannte Leuchtstoffe sind denkbar, wobei dazu anzumerken ist, dass bei vielen Remote-Phosphor-Anwendungen kein Phosphor als Leuchtstoff verwendet wird, grundsätzlich jedoch Phosphor als Leuchtstoff denkbar ist. Das Konversionselement 22 kann beispielsweise kugelförmig, kuppenförmig oder kochhutförmig ausgebildet sein, wobei die spezielle Form des Konversionselements 22 beispielsweise im Hinblick auf eine Abstrahlung des Lichts in einen möglichst großen Raumwinkelbereich optimiert sein kann, wobei die Leuchtstoffe selbst Licht isotrop in alle Raumrichtungen emittieren können und dieses Konversionslicht kann sich mit unkonvertiertem, beispielsweise blauem, Anregungslicht mischen.
In dem Zwischenbereich 23 ist an einer Außenseite des Luftkanals 12 eine Strahlungsanordnung 24 angeordnet, beispielsweise mit körperlichem Kontakt zu der Wandung des Luftkanals 12. Die Strahlungsanordnung 24 kann beispielsweise ein, zwei oder mehr Strahlungscluster und/oder ein, zwei oder mehr Strahlungsquellen aufweisen, wie mit Bezug zu den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Strahlungsanordnung 24 strahlt elektromagnetische Strahlung 26 ab. Beispielsweise strahlt die Strahlungsanordnung 24 Licht im sichtbaren Bereich oder UV-Licht ab. Beispielsweise kann die Strahlungsanordnung 24 blaues oder rotes Licht abstrahlen. Die Strahlungsanordnung 24 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass die elektromagnetische Strahlung 26 von dem Luftkanal 12 weg zumindest in den halben Raum um die Leuchtvorrichtung 12 abgestrahlt wird.
Die elektromagnetische Strahlung 26 trifft auf das Konversionselement 22. Die elektromagnetische Strahlung 26 regt in dem Konversionselement die Leuchtstoffe zum Leuchten an. Die elektromagnetische Strahlung 26 kann in diesem Zusammenhang auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden. Die angeregten Leuchtstoffe emittieren dann Konversionsstrahlung 28. In anderen Worten wird die Anregungsstrahlung in Konversionsstrahlung 28 konvertiert. Da der angeregte Leuchtstoff als neue, isotrop emittierende Strahlungsquelle dient, wird die Konversionsstrahlung 28 in einem größeren Raum Winkelbereich emittiert als die elektromagnetische Strahlung 26. Somit kann durch Anordnen des Konversionselements 22 ein angestrahlter Raumwinkelbereich vergrößert werden.
Abhängig von den verwendeten Leuchtstoffen kann die Konversionsstrahlung 28 beispielsweise farbiges oder weißes Licht aufweisen. Die Farbe des Lichts muss dabei nicht identisch sein mit der Farbe des Konversionselements 22 im ausgeschalteten Zustand. Das Konversionselement 22 kann beispielsweise vollständig oder nahezu vollständig verhindern, dass die elektromagnetische Strahlung 26 durch das Konversionselement 22 tritt. Alternativ dazu kann das Konversionselement 22 beispielsweise gezielt teildurchlässig für die elektromagnetische Strahlung 26 sein, so dass eine gezielte Mischung von Anregungsstrahlung mit Konversionsstrahlung 28 erreicht wird, was beispielsweise zur Farbsteuerung genutzt werden kann. Beispielsweise kann weißes Licht durch Mischung von blauem durchgelassenem Anregungslicht mit gelbem Konversionslicht vom Leuchtstoff erzeugt werden.
Während des Betriebs der Leuchtvorrichtung 10, insbesondere während des Erzeugens der elektromagnetischen Strahlung 26 erwärmt sich die Strahlungsanordnung 24. Aufgrund der Erwärmung der Strahlungsanordnung 24 erwärmt sich auch eine Wandung des Luftkanals 12, insbesondere, in dem Bereich, in dem die Strahlungsanordnung 24 an der Außenseite des Luftkanals 12 angeordnet ist. Die Erwärmung der Wandung des Luftkanals 12 führt zu einer Erwärmung der Luft in dem Innenraum 14 des Luftkanals 12. Mit Hilfe eines Luftstroms 30, der in den Figuren mit Hilfe von durchgezogenen Pfeilen dargestellt ist, durch den Luftkanal 12 kann die in dem Innenraum 14 entstehende Wärme aus dem Luftkanal 12 abgeführt werden. Falls die Leuchtvorrichtung 10 so ausgerichtet ist, dass sich der Luftkanal 12 und insbesondere seine Achse 16 in vertikaler Richtung erstreckt, so steigt die warme Luft in dem Innenraum 14 nach oben, wodurch im unteren Bereich des Luftkanals 12 ein Unterdruck entsteht, wodurch kalte Luft durch die erste Öffnung 18 in den Luftkanal 12 gesaugt wird. Die kalte Luft nimmt in dem Innenraum 14 des Luftkanals 12 die Wärme auf und warme Abluft wird durch die zweite Öffnung 20 aus dem Luftkanal 12 hinaus gedrückt und direkt an die Umgebung abgeführt. Dadurch wird der Luftstrom 30 durch den Luftkanal 12 verstärkt und der Luftstrom 30 durch den Luftkanal 12 erhält sich selbst aufrecht. Dieser Effekt wird auch als Kamineffekt bezeichnet. Der Kamineffekt führt zu einem verstärkten Luftstrom 30 und damit zu einer verstärkten Kühlung des Luftkanals 12 und damit zu einer verstärkten Kühlung der Strahlungsanordnung 24. Darüber hinaus verbessert der Luftstrom 30 durch den Innenraum 14 einen Wärmeübertragungskoeffizienten von der Wandung des Luftkanals 12 hin zu der Luft in den Innenraum 14, wodurch ebenfalls die kühlende Wirkung des Luftkanals 12 verstärkt wird.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Leuchtvorrichtung 10. Die Leuchtvorrichtung 10 entspricht weitgehend der in 1 dargestellten Leuchtvorrichtung 10. Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Leuchtvorrichtung 10 weist die in 2 dargestellte Leuchtvorrichtung 10 eine Strahlungsanordnung 24 auf, die ein erstes Strahlungscluster 241 und ein zweites Strahlungscluster 242 aufweist. Die beiden Strahlungscluster 241, 242 sind an gegenüber liegenden Außenseiten des Luftkanals 12 angeordnet. Die beiden Strahlungscluster 241, 242 strahlen die elektromagnetische Strahlung 26 in entgegengesetzte Richtungen ab. Zusätzlich zu den beiden Strahlungsclustern 241, 242 können noch weitere Strahlungscluster um den Umfang des Luftkanals 12 verteilt angeordnet sein. Die Strahlungscluster 241, 242 ermöglichen in Zusammenwirken mit dem Konversionselement 23 eine Abstrahlung von Licht in den gesamten oder nahezu gesamten Raum der Umgebung der Leuchtvorrichtung 10. Dies ist beispielsweise auch dadurch möglich, dass der Luftkanal 12 als Kühlelement zum Kühlen der Strahlungscluster 241, 242 zwischen den Strahlungsclustern 241, 242 und an deren Rückseiten angeordnet ist.
Weiter weist die Leuchtvorrichtung 10 aus 2 zwischen der ersten Öffnung 18 und den Strahlungsclustern 241, 242 der Strahlungsanordnung 24 eine, zwei oder mehr dritte Öffnungen 32 auf. Die dritten Öffnungen 32 verbinden den Innenraum 14 des Luftkanals 12 mit dem Zwischenbereich 23, so dass ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum 14 und dem Zwischenbereich 23 möglich ist. In anderen Worten kommuniziert der Innenraum 14 über die dritten Öffnungen 32 mit dem Zwischenbereich 23. Weiter weist die Leuchtvorrichtung 10 aus 2 zwischen der zweiten Öffnung 20 und den Strahlungsclustern 241, 242 der Strahlungsanordnung 24 eine, zwei oder mehr vierte Öffnungen 34 auf. Die vierten Öffnungen 34 verbinden den Innenraum 14 des Luftkanals 12 mit dem Zwischenbereich 23, so dass ein Luftaustausch zwischen dem Innenraum 14 und dem Zwischenbereich 23 möglich ist. In anderen Worten kommuniziert der Innenraum 14 über die vierten Öffnungen 32 mit dem Zwischenbereich 23.
Der Luftstrom 30 durch den Innenraum 40 bewirkt einen Luftstrom 36 durch den Zwischenbereich 23, wobei die Luft aus dem Innenraum 14 durch die dritten Öffnungen 32 in den Zwischenbereich 23 tritt, ein Luftstrom 36 durch den Zwischenbereich 23 strömt und die Luft wieder durch die vierten Öffnungen 34 zurück in den Innenraum 14 tritt. Falls die Leuchtvorrichtung 10 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist, so wird dies durch den Kamineffekt in dem Luftkanal 12 verstärkt. Zusätzlich tritt auch ein Kamineffekt in dem Zwischenbereich 23 auf, da auch in dem Zwischenbereich 23 die warme Luft nach oben steigt, also von den dritten Öffnungen 32 hin zu den vierten Öffnungen 34. Der Luftstrom 36 durch den Zwischenbereich 23 strömt an der Strahlungsanordnung 24, beispielsweise an den Strahlungsclustern 241, 242 vorbei, so dass diese über den Luftkanal 12 von innen und über den Zwischenbereich 23 von außen, also von beiden Seiten gekühlt werden. Zusätzlich kühlt der Luftstrom 36 durch den Zwischenbereich 23 das Konversionselement 23 von innen. Zusätzlich zu den dargestellten dritten Öffnungen 32 können weniger oder mehr dritte Öffnungen 32 in dem Luftkanal ausgebildet sein, durch die der Zwischenbereich 23 mit Luft versorgt werden kann. Zusätzlich oder alternativ zu den vierten Öffnungen 34 können weniger oder weitere vierte Öffnungen 34 in dem Luftkanal 12 ausgebildet sein, durch die die warme Abluft aus dem Zwischenbereich 23 in den Luftkanal 12 abgeführt werden kann.
Die elektromagnetische Strahlung 26 wird von beiden Strahlungsclustern 241, 242 erzeugt und entsprechend abgestrahlt. Gleichermaßen wird die Konversionsstrahlung 28 in 2 auf beiden Seiten des Luftkanals 12 erzeugt, wobei in 2 die elektromagnetische Strahlung 26 und die Konversionsstrahlung 28 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur auf der linken Seite des Luftkanals 12 dargestellt ist. Gleichermaßen entsteht der Luftstrom 36 durch den Zwischenbereich 23 sowohl zwischen dem ersten Strahlungscluster 241 und dem Konversionselement 22 sowie zwischen dem zweiten Strahlungscluster 242 und dem Konversionselement 22, was in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur auf der rechten Seite des Luftkanals 12 dargestellt ist. In der Realität werden bei diesem Ausführungsbeispiel der Leuchtvorrichtung 10 sowohl die Strahlung als auch die Luftströme 36 durch den Zwischenbereich 23 symmetrische zu der Achse 16 erzeugt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Leuchtvorrichtung 10. Die in 3 gezeigte Leuchtvorrichtung 10 weist alle Elemente der in 2 gezeigten Leuchtvorrichtung 10 auf. Zusätzlich weist die in 3 gezeigte Leuchtvorrichtung 10 den Luftkanal 12 auf, der verglichen mit dem vorstehend erläuterten Luftkanal 12 verlängert ist. Um den Luftkanal 12 herum ist ein Diffusorkörper 40 angeordnet, wobei der Luftkanal 12 über die Diffusoröffnung 45 mit einer Umgebung des Diffusorkörpers 40 und damit mit einer Umgebung der Leuchtvorrichtung 10 kommuniziert. Der die Diffusorkörper 40 dient dazu, die Konversionsstrahlung 28 zu streuen. Die gestreute Konversionsstrahlung wird als Streulicht 50 in alle Raumrichtungen abstrahlt. Der Diffusorkörper 40 ist unter anderem aus Gründen der besseren Darstellbarkeit mit einem vorgegebenen Abstand zu dem Konversionselement 22 angeordnet. Das Konversionselement 22 kann jedoch auch mit einem deutlich geringeren Abstand zu dem Diffusorkörper 40 angeordnet sein.
Der Diffusorkörper 40 kann beispielsweise transluzent ausgebildet sein, was in diesem Zusammenhang bedeutet, dass zwar die Konversionsstrahlung 28 und auch teilweise Licht von außen durch den Diffusorkörper 40 treten kann, dass jedoch für einen Betrachter der Diffusorkörper 40 von außen als nicht durchsichtig erscheint. Beispielsweise kann der Diffusorkörper 40 so ausgebildet sein, dass für den Betrachter das Konversionselement 22 und/oder der Luftkanal 12 durch den Diffusorkörper 40 nicht erkennbar sind. Der Diffusorkörper 40 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass er dem Betrachter im ausgeschalteten Zustand der Leuchtvorrichtung 10 als weiß erscheint. Beispielsweise kann der Diffusorkörper 40 Glas, beispielsweise Milchglas, oder Kunststoff, beispielsweise Kunststoff mit Licht streuenden Partikeln, aufweisen. Der Diffusorkörper 40 kann beispielsweise kugelförmig, kuppenförmig oder kochhutförmig ausgebildet sein, wobei die spezielle Form des Diffusorkörpers 40 beispielsweise im Hinblick auf eine optimale Abstrahlung des gestreuten Lichts in alle Raumrichtungen optimiert sein kann.
Der Diffusorkörper 40 und der Luftkanal 12 sowie das Konversionselement 22 schließen einen Außenbereich 42 ein. In dem Außenbereich 42 gelangt die Konversionsstrahlung 28 von dem Konversionselement 22 hin zu dem Diffusorkörper 40. Der Luftkanal 12 weist fünfte Öffnungen 46 auf, die in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung 18 und der Strahlungsanordnung 24, beispielsweise zwischen der ersten Öffnung 18 und den dritten Öffnungen 32 angeordnet sind. Die fünften Öffnungen 46 sind weiter so angeordnet und ausgebildet, dass der Innenraum 14 des Luftkanals 12 über die fünften Öffnungen 46 mit dem Außenbereich 42 kommuniziert. In anderen Worten gelangt Luft aus dem Innenraum 14 des Luftkanals 12 über die fünften Öffnungen 46 in den Außenbereich 42. Der Luftkanal weist sechste Öffnungen 46 auf, die in axialer Richtung zwischen der zweiten Öffnung 20 und der Strahlungsanordnung 24, beispielsweise zwischen der zweiten Öffnung 20 und den vierten Öffnungen 34 angeordnet sind. Die sechsten Öffnungen 48 sind weiter so angeordnet und ausgebildet, dass der Innenraum 14 des Luftkanals 12 über die sechsten Öffnungen 46 mit dem Außenbereich 42 kommuniziert. In anderen Worten gelangt Luft aus dem Außenbereich 42 über die fünften Öffnungen 46 in den Innenraum 14 des Luftkanals 12.
Beim Betrieb der Leuchtvorrichtung 10 entsteht aufgrund des Luftstroms 30 durch den Innenraum 14 das Luftkanals 12 auch ein Luftstrom 44 durch den Außenbereich 42, der in 3 durch durchgezogene Pfeile dargestellt ist. Der Luftstrom 44 durch den Außenbereich 42 wird bei vertikaler Ausrichtung der Leuchtvorrichtung 10 durch den Kamineffekt in dem Luftkanal 12 und durch einen weiteren Kamineffekt in dem Außenbereich 42 verstärkt. Der Luftstrom 44 durch den Außenbereich 42 kühlt das Konversionselement 22 von außen. Dies trägt dazu bei, eine hohe Lichtleistung in das Konversionselement 22 einbringen zu können, ohne das Konversionselement 22 zu stark zu erhitzen. Die beidseitige Umströmung des Konversionselements 22 mit Kühlluft ermöglicht einen besseren Abtransport der in dem Konversionselement 22 entstehenden Wärme, als er aufgrund der Wärmeleitung des Konversionselements 22 allein möglich wäre. Somit können bei gleicher Geometrie des Konversionselements 22 größere Wärmemengen schneller abtransportiert werden und/oder niedrigere Temperaturen des Konversionselements 22 realisiert werden, als bei einem geschlossenen Aufbau der Leuchtvorrichtung ohne Luftkanal 12 mit entsprechenden Öffnungen 46, 48, 32, 34
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Leuchtvorrichtung 10. Die in 4 gezeigte Leuchtvorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der in 3 gezeigten Leuchtvorrichtung 10, wobei der Luftkanal 12 und die Strahlungsanordnung 42 mit dem ersten Strahlungscluster 241, dem zweiten Strahlungscluster 242 und einem dritten Strahlungscluster 243 in Seitenansicht dargestellt sind. Das Konversionselement 22 und der Diffusorkörper 40 sind entsprechend 3 in Schnittansicht dargestellt. Zusätzlich kann die Leuchtvorrichtung 10 auf der nicht gezeigten Rückseite des Luftkanals 12 ein weiteres Strahlungscluster aufweisen. Alternativ dazu können die 3 gezeigten Strahlungscluster 241, 242, 243 gleichmäßig um den Umfang des Luftkanals 12 verteilt sein. Die Strahlungscluster 241, 242, 243 und gegebenenfalls weitere Strahlungscluster können beispielsweise symmetrisch um die Drehachse 16 angeordnet sein. Beispielsweise können die Strahlungscluster 241, 242, 243 mit einem Winkelabstand ihrer Mittelpunkte von 120° gleichmäßig um den Umfang des Luftkanals 12 angeordnet sein. Des Weiteren sind eine der dritten Öffnungen 32, eine der vierten Öffnungen 34, eine der fünften Öffnungen 46, und eine der sechsten Öffnungen 48 in Vorderansicht dargestellt. Die von den Strahlungsclustern 241, 242, 241 abgestrahlte elektromagnetische Strahlung 26 wird in Richtung weg von dem Luftkanal 12 abgestrahlt. Somit schattet der Luftkanal 12, der als Kühlkörper für die Strahlungscluster 241, 242, 243 dient, nur sehr wenig bis gar keine elektromagnetische Strahlung 26 ab.
5 zeigt eine Detailansicht des Luftkanals 12 mit einem Ausführungsbeispiel der Strahlungsanordnung 24. Insbesondere zeigt 5 eines der vorstehend erläuterten Strahlungscluster. Die Strahlungsanordnung 24 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Strahlungsquelle 52 auf. Die erste Strahlungsquelle 52 kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode sein. Beispielsweise kann die erste Strahlungsquelle 52 blaues oder rotes Licht oder UV-Licht emittieren.
6 zeigt eine Detailansicht des Luftkanals 12 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Strahlungsanordnung 24. Insbesondere zeigt 6 eines der vorstehend erläuterten Strahlungscluster. Die Strahlungsanordnung 24 weist in diesem Ausführungsbeispiel die erste Strahlungsquelle 52 und eine zweite Strahlungsquelle 54 auf. Die zweite Strahlungsquelle 54 kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode sein. Beispielsweise kann die zweite Strahlungsquelle 52 blaues oder rotes Licht oder UV-Licht emittieren. Beispielsweise können die erste und die zweite Strahlungsquelle 52, 54 beide blaues Licht emittieren. Alternativ dazu kann beispielsweise die erste Strahlungsquelle 52 blaues Licht emittieren und die zweite Strahlungsquelle 54 kann rotes Licht emittieren.
7 zeigt eine Detailansicht des Luftkanals 12 mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Strahlungsanordnung 24. Insbesondere zeigt 7 eines der vorstehend erläuterten Strahlungscluster. Die Strahlungsanordnung 24 weist in diesem Ausführungsbeispiel die erste Strahlungsquelle 52, die zweite Strahlungsquelle 54 und eine dritte Strahlungsquelle 56 auf. Die dritte Strahlungsquelle 54 kann beispielsweise eine Licht emittierende Diode sein. Beispielsweise kann die dritte Strahlungsquelle 52 blaues oder rotes Licht oder UV-Licht emittieren. Beispielsweise können die erste und die zweite Strahlungsquelle 52, 54 beide blaues Licht emittieren und die dritte Strahlungsquelle 56 kann rotes Licht emittieren.
Die Strahlungsquellen 52, 54, 56 sind in axialer Richtung hintereinander angeordnet. Bei vertikaler Ausrichtung der Leuchtvorrichtung 10 sind die Strahlungsquellen 52, 54, 56 übereinander angeordnet. Dies kann dazu beitragen, dass die Konversionsstrahlung 28 und/oder das gestreute Licht 50 möglichst gleichmäßig in alle Raumrichtungen abgestrahlt wird.
Abhängig von der Farbe des Lichts, das mit der Leuchtvorrichtung 10 dargestellt werden soll können die Strahlungsquellen 52, 54, 56 und das Konversionselement 22 aufeinander abgestimmt sein. Beispielsweise kann mit Hilfe von blauem Licht gelber Phosphor zum Abstrahlen von weißem Licht angeregt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Konversionselement 22 zumindest teildurchlässig für die elektromagnetische Strahlung 26 ausgebildet sein, so dass beispielsweise ein Teil des blauen Anregungslichts und/oder des roten Lichts durch das Konversionselement 22 tritt und sich mit der Konversionsstrahlung 28 mischt. Beispielsweise ermöglicht die Beimischung von rotem Licht zu der Konversionsstrahlung 28 die Darstellung von warm-weißem Beleuchtungslicht. Im Unterschied dazu kann beispielsweise ohne die Beimischung des roten Lichts kalt-weißes Beleuchtungslicht erzeugt werden. Alternativ dazu kann bei ausschließlich blauer Anregungsstrahlung das Konversionselement 22 gelbes und rotes Konversionslicht emittierende Leuchtstoffe aufweisen, wodurch wiederum warm-weißes Beleuchtungslicht erzeugt werden kann.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Leuchtvorrichtung 10, das im Wesentlichen den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen der Leuchtvorrichtung 10 entspricht. Zusätzlich zu der in den 4 und 5 gezeigten Leuchtvorrichtung 10 weist die in 8 gezeigte Leuchtvorrichtung 10 einen Kühlkörper 60 auf, der an den Luftkanal 12 angeschlossen ist. Der Kühlkörper 60 weist mehrere Kühlrippen 62 auf, zwischen denen ein Luftstrom 64 von außen in den Kühlkörper 60 strömen kann. Ferner kann der Kühlkörper 60 so ausgebildet sein, dass auch von unten ein innerer Luftstrom 66 durch den Kühlkörper 60 strömen kann und sich mit dem Luftstrom 64 von außen mischen kann. Der Kühlkörper 60 ist beispielsweise so ausgebildet, dass er eine Steuereinheit 70 umgibt, mit deren Hilfe die Strahlungsanordnung 24 ansteuerbar und/oder mit Strom versorgbar ist. Somit dient der Kühlkörper 60 unter anderem zum Kühlen der Steuereinheit 70. Des Weiteren dient der Kühlkörper 60 als Verlängerung des Luftkanals 12, wodurch der Kamineffekt verstärkt werden kann. Die Steuereinheit 70 kann beispielsweise ein Schraubgewinde 72 aufweisen, über die die Leuchtvorrichtung 10 in eine Fassung für eine herkömmliche Glühbirne einschraubbar ist. Darüber hinaus kann der Diffusorkörper 10 in Erscheinungsbild, Form und/oder Größe einer herkömmlichen Glühbirne entsprechend ausgebildet sein. In anderen Worten kann die Leuchtvorrichtung 10 eine herkömmliche Glühbirne imitieren. In diesem Zusammenhang kann die Leuchtvorrichtung 10 auch als Retro-Fit-Lampe bezeichnet werden.
9 zeigt den Kühlkörper 60 von außen, wobei die Kühlrippen 62 als von unten nach oben verlaufende gerade Linien angedeutet sind.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung, beispielsweise der Leuchtvorrichtung 10. Das Verfahren dient dazu, die Leuchtvorrichtung 10 bei ausreichender Kühlungsleistung mit einer hohen Lichtleistung betreiben zu können.
In einem Schritt S2 wird elektromagnetische Strahlung erzeugt, beispielsweise die elektromagnetische Strahlung 26, beispielsweise mit Hilfe der Strahlungsanordnung 24. Die elektromagnetische Strahlung 26 kann auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden. Die elektromagnetische Strahlung 26 wird beispielsweise so erzeugt, dass sie in einen möglichst großen Raumwinkelbereich abgestrahlt wird.
In einem Schritt S4 wird die elektromagnetische Strahlung 26 in Konversionsstrahlung konvertiert, beispielsweise in die Konversionsstrahlung 28, beispielsweise mit Hilfe des Konversionselements 22. Die Konversionsstrahlung 28 wird beispielsweise so erzeugt, dass sie in einen möglichst großen Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, wobei der von der Konversionsstrahlung 28 abgedeckte Raumwinkelbereich beispielsweise größer sein kann als der in dem Schritt S2 durch die elektromagnetische Strahlung 26 abgedeckte Raumwinkelbereich. Zusätzlich kann die abgestrahlte Konversionsstrahlung 28 noch weiter gestreut werden, beispielsweise mit Hilfe des Diffusorkörpers 40.
In einem Schritt S6 wird ein Kamineffekt erzeugt, beispielsweise mit Hilfe des Luftkanals 12. Insbesondere wird der Kamineffekt durch eine Wärmeentwicklung in der Strahlungsanordnung 24 und der Übertragung der Wärme auf die Wandung des Luftkanals 12 sowie durch eine Wärmeentwicklung in dem Konversionselement 22 erzeugt. Der Kamineffekt kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die Achse 16 des Luftkanals 12 zumindest mit einer Richtungskomponente der Achse 16 vertikal ausgerichtet wird. Dies kann beispielsweise durch eine vertikale Ausrichtung der Leuchtvorrichtung 10 erreicht werden.
In einem Schritt S8 bewirkt der Kamineffekt den Luftstrom 30 durch den Innenraum 14 des Luftkanals 12, wodurch die Strahlungsanordnung 10 gekühlt wird.
Beim Start der Leuchtvorrichtung 10 laufen die Schritte S2 bis S8 nacheinander automatisch in der Leuchtvorrichtung 10 ab. Beim fortlaufenden Betrieb der Leuchtvorrichtung 10 laufen die Schritte S2 bis S8 permanent und/oder gleichzeitig in der Leuchtvorrichtung 10 ab. Beim Abschalten der Leuchtvorrichtung 10, insbesondere beim Abschalten der Strahlungsanordnung 24, kann der Kamineffekt noch so lange aufrechterhalten werden, bis die Leuchtvorrichtung 10 Umgebungstemperatur hat. Das Verfahren und somit die Schritte S2 bis S8 können somit beispielsweise mit Hilfe der Leuchtvorrichtung 10 abgearbeitet werden
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann die Leuchtvorrichtung 10 ein Konversionselement 22 oder einen Diffusorkörper 40 mit einer anderen Form aufweisen. Ferner kann die Strahlungsanordnung 24 mehr oder weniger Strahlungscluster und/oder mehr oder weniger Strahlungsquellen aufweisen. Ferner kann die Leuchtvorrichtung 10 zwar den Diffusorkörper 40 jedoch keine fünften und sechsten Öffnungen 46, 48 aufweisen. Ferner können auch die ohne Steuereinheit 70 dargestellten Ausführungsbeispiele der Leuchtvorrichtung 10 eine entsprechende Steuereinheit 70 aufweisen. Ferner können alle dargestellten Luftkanäle 12 mehr oder weniger Öffnungen zum Zuführen von Kühlluft in den entsprechenden Luftkanal 12 oder zum Abführen von Wärme aus dem entsprechenden Luftkanal 12 oder zum Zuführen von Luft in den entsprechenden Außenbereich 42 und/oder den entsprechenden Zwischenbereich 24 aufweisen. Ferner kann eine rotes Licht emittierende LED auch mit einer UV-Licht emittierenden LED kombiniert werden.

Claims

Leuchtvorrichtung (10), aufweisend – einen Luftkanal (12), der sich in einer axialen Richtung erstreckt und der im Bereich eines ersten axialen Endes des Luftkanals (12) mindestens eine erste Öffnung (18) aufweist und der im Bereich eines zweiten axialen Endes des Luftkanals (12) mindestens eine zweite Öffnung (20) aufweist, – mindestens eine Strahlungsanordnung (24), die elektro-magnetische Strahlung (26) emittiert und die an einer Außenseite des Luftkanals (12) so angeordnet ist, dass sie die elektro-magnetische Strahlung (26) in Richtung weg von dem Luftkanal (12) emittiert, und – mindestens ein Konversionselement (22), das Leuchtstoffe aufweist und das um den Luftkanal (12) und die Strahlungsanordnung (24) herum mit einem vorgegebenen Abstand zu der Strahlungsanordnung (24) so angeordnet ist, dass die elektro-magnetische Strahlung (26) auf das Konversionselement (22) trifft und die Leuchtstoffe in dem Konversionselement (22) zum Abstrahlen von Konversionsstrahlung (28) anregt.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der – das Konversionselement (22) und der Luftkanal (12) zusammen einen Zwischenbereich (23) einschließen, der in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung (18) und der zweiten Öffnung (20) ausgebildet ist und in dem die Strahlungsanordnung (24) angeordnet ist, – der Luftkanal (12) eine dritte Öffnung (32) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung (18) und der Strahlungsanordnung (24) ausgebildet ist und über die der Zwischenbereich (23) mit dem Luftkanal (12) kommuniziert, und – der Luftkanal (12) eine vierte Öffnung (34) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der zweiten Öffnung (20) und der Strahlungsanordnung (24) ausgebildet ist und über die der Zwischenbereich (23) mit dem Luftkanal (12) kommuniziert.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Diffusorkörper (40) aufweist, der so ausgebildet und so um das Konversionselement (22) herum angeordnet ist, dass die Konversionsstrahlung (28) auf den Diffusorkörper (40) trifft und zumindest teilweise den Diffusorkörper (40) durchdringt, wobei der Diffusorkörper (40) mindestens eine Diffusoröffnung (45) aufweist, über die der Luftkanal (12) mit einer Umgebung der Leuchtvorrichtung (10) kommuniziert.
Leuchtvorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der – der Diffusorkörper (40) und das Konversionselement (22) einen Außenbereich (42) einschließen, – der Luftkanal (12) eine fünfte Öffnung (46) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der ersten Öffnung (18) und der Strahlungsanordnung (24) ausgebildet ist und über die der Außenbereich (42) mit dem Luftkanal (12) kommuniziert, und – der Luftkanal (12) eine sechste Öffnung (48) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der zweiten Öffnung (20) und der Strahlungsanordnung (24), ausgebildet ist und über die der Außenbereich (42) mit dem Luftkanal (12) kommuniziert.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlungsanordnung (24) eine erste und mindestens eine zweite Strahlungsquelle (52, 54, 56) aufweist, die in axialer Richtung des Luftkanals (12) hintereinander angeordnet sind.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlungsanordnung (24) ein erstes Strahlungscluster (241) und mindestens ein zweites Strahlungscluster (242) aufweist, die entlang der Außenseite des Luftkanals (12) mit einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei jedes Strahlungscluster (241, 242) mindestens eine Strahlungsquelle (52, 54, 56) aufweist.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zum Steuern der Strahlungsanordnung (24) eine Steuereinheit (70) an das erste axiale Ende des Luftkanals (12) anschließend angeordnet ist und bei der zum Kühlen der Steuereinheit (70) und/oder zum Verstärken eines Kamineffekts in dem Luftkanal (12) ein Kühlkörper (60) an einer Außenseite der Steuereinheit (70) angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (60) Kühlkanäle (62) aufweist, die mit dem Luftkanal (12) kommunizieren.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Strahlungsanordnung (24) als Strahlungsquelle (52, 54, 56) mindestens eine Licht emittierende Diode aufweist.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Strahlungsquelle (52, 54, 56) der Strahlungsanordnung (24) blaues Licht emittiert.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Strahlungsquelle (52, 54, 56) der Strahlungsanordnung (24) rotes Licht emittiert.
Leuchtvorrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Konversionselement (22) als Leuchtstoff einen oder mehrere Granatleuchtstoffe aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Leuchtvorrichtung (10), bei dem – mit Hilfe einer Strahlungsanordnung (24) elektro-magnetische Strahlung (26) erzeugt und in Richtung hin zu einem von der Strahlungsanordnung (24) beabstandeten Konversionselement (22) emittiert wird, – aufgrund der auf das Konversionselement (22) auftreffenden elektro-magnetischen Strahlung (26) in dem Konversionselement (22) Leuchtstoffe zum Emittieren von Konversionsstrahlung (28) angeregt werden, und – die Leuchtvorrichtung (10) gekühlt wird, indem wärme, die beim Erzeugen der elektro-magnetischen Strahlung (26) und/oder der Konversionsstrahlung (28) entsteht, durch Luftkühlung über einen Luftkanal (12), an dessen Außenseite die Strahlungsanordnung (24) angeordnet ist, abtransportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zum Verstärken der Kühlwirkung die Leuchtvorrichtung (10) so angeordnet wird, dass aufgrund der Wärme in dem Luftkanal (12) ein Kamineffekt in dem Luftkanal (12) erzeugt wird, durch den in dem Luftkanal (12) ein die wärme abführender Luftstrom bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Leuchtvorrichtung (10) so angeordnet wird, dass mindestens eine Richtungskomponente einer axialen Richtung, in der sich der Luftkanal (12) erstreckt, vertikal ausgerichtet ist.