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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Licht.
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Hintergrund der Erfindung
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Zur Erzeugung von Licht können Anordnungen von Leuchtdioden verwendet werden, die Licht mit einem um eine Abstrahlachse angeordneten Abstrahlkonus von maximal 180° emittieren, wobei 360° dem Vollkreis entspricht. Häufig werden Anordnungen von Leuchtdioden zusammen mit einem Reflektor verwendet. Dabei ist der Reflektor so ausgebildet und so angeordnet, dass das von den Leuchtdioden emittierte Licht vom Reflektor entlang der Abstrahlachse in eine Reflexionsrichtung reflektiert wird, wobei die Reflektion den Abstrahlkonus verengt.
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Ein Beispiel für einen solchen Reflektor ist ein Parabolreflektor. Ein Parabolreflektor umfasst eine um die Abstrahlachse rotationssymmetrische Kavität, die in Schnittebenen, die die Abstrahlachse umfassen, ein parabolisch ausgebildetes Profil umfasst und einen Brennpunkt definiert.
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Damit der Parabolreflektor das Licht der Anordnung von Leuchtdioden entlang der Abstrahlachse mit deutlich verengtem Abstrahlkonus reflektiert, müssen die Leuchtdioden in dem oder möglichst nahe dem Brennpunkt angeordnet sein.
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Dies erfordert eine enge Anordnung der Leuchtdioden. Entsprechend ist die Wärmeableitung von den Leuchtdioden schwierig, da von einer relativ kleinen Fläche, eine relativ große Menge Wärme abgeleitet werden muss. Außerdem ist die Zahl der Leuchtdioden und die damit verbundene Lichtstärke der Anordnung begrenzt.
Lineare oder flächige Anordnungen von Leuchtdioden ermöglichen über einen entsprechenden Abstand die Wärme leichter abzuleiten, allerdings muss das Licht jeder Leuchtdiode oder jedes Leuchtdiodenclusters getrennt gerichtet werden. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Abstrahlkonussen und es können unschöne Mehrfachschatten und andere Unsauberkeiten entstehen.
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Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Erzeugung von Licht. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnung von Leuchtdioden, die ausgebildet ist, Licht mit einem um eine Abstrahlachse angeordneten Abstrahlkonus zu emittieren. Die Vorrichtung umfasst zudem einen Reflektor. Dabei ist der Reflektor so ausgebildet und so angeordnet, dass das von den Leuchtdioden emittierte Licht vom Reflektor entlang der Abstrahlachse in eine Reflexionsrichtung reflektiert wird, wobei die Reflektion den Abstrahlkonus verengt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor mindestens eine sich teilringförmig oder ringförmig um die Abstrahlachse erstreckende, sich entlang der Abstrahlachse öffnende Kavität umfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Reflektor einen entlang der Abstrahlachse in die Reflexionsrichtung vorspringenden, Dorn. Der Dorn kann kegelförmig sein oder an einen Kegel erinnern.
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Ein Profil des Dorns kann in die Abstrahlachse umfassenden Schnittebenen parabolisch sein, dann hat der Dorn eine besonders gute Reflektionscharakteristik.
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Der Reflektor kann mindestens eine sich radial vom Dorn aus erstreckende Rippe umfassen. Die vollständig ringförmige Kavität kann eine ringförmige Brennlinie umfassen, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sein können.
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Die Zahl der so im oder nahe dem Brennpunkt in Richtung des Reflektors anordbaren Lichtquellen ist hoch und nur durch das Verhältnis Durchmesser des Reflektors/ Größe der Lichtquelle limitiert.
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Die Eigenschaft der LED Wärme im Wesentlichen nach hinten abzustrahlen und das sichtbare Licht ausschließlich nach vorn wird dadurch optimal genutzt.
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Die ringförmig um die Abstrahlachse angeordneten Kavitäten können sich teilringförmig um die Abstrahlachse erstrecken.
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Die Teilringform oder die Ringform der Kavität ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Anordnung von Leuchtdioden, da die Oberfläche des Reflektors im oder nahe des Brennpunktes vergrößert ist, ohne die Verengung des Abstrahlkonus zu beeinträchtigen. Dann lassen sich besonders viele Leuchtdioden in der Kavität anordnen.
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Außerdem können Einrichtungen zur Wärmeableitung, z.B.: Kühlrippen leicht an der Rückseite der Lichtquellen angeordnet werden.
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Eine Öffnung in der Mitte des Reflektors/ Dorns kann die Wärmeabfuhr unterstützen.
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Die Öffnung kann so angeordnet werden, dass sie in manchen Einbausituationen die Luftumspülung und damit die Kühlung unterstützt. Hier können auch Ab- oder Zuluft Öffnungen für lufttechnische Anlagen integriert werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit der Integration einer weiteren Leuchte. Die Kavität des Dorns bietet auch die Möglichkeit das Vorschaltgerät aufzunehmen.
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Das Profil des Dorns kann einen insbesondere einen an einem Scheitel einer Parabel beginnenden Abschnitt der Parabel abbilden oder einem gewünschten Abstrahlkonus angepasst sein.
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Auch ein Profil des übrigen Reflektors kann in den Schnittebenen parabolisch sein. Das Profil des übrigen Reflektors kann auch kann auch nicht gekrümmt sein oder andere Abschnitte einer Parabel abbilden als das Profil des Dorns. Die Ausformung ist abhängig von der gewünschten Lichtverteilung.
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In jeder der ringförmig um die Abstrahlachse angeordneten Kavitäten kann je in einem Brennpunkt der jeweiligen Kavität angeordnet sein und die Kavitäten können jeweils rotationssymmetrisch zu einer zugehörigen Kavitätsachse, die parallel zu der Abstrahlachse sein kann, ausgebildet sein.
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Jede der sich teilringförmig um die Abstrahlachse erstreckenden Kavitäten kann eine teilringförmige Brennlinie umfassen, wobei die Leuchtdioden entlang den teilringförmigen Brennlinien angeordnet sein können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5 ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt eine Vorrichtung LDA zur Erzeugung von Licht. Die Vorrichtung LDA umfasst eine Anordnung von Leuchtdioden LED zur Emission des Lichts mit einem um eine Abstrahlachse SYM angeordneten Abstrahlkonus und einen Reflektor REF. Der Reflektor REF ist so ausgebildet und so angeordnet, dass das von den Leuchtdioden LED emittierte Licht vom Reflektor REF entlang der Abstrahlachse SYM in eine Reflexionsrichtung reflektiert wird, wobei die Reflektion den Abstrahlkonus verengt.
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Der Reflektor REF umfasst eine sich ringförmig um die Abstrahlachse erstreckende, sich entlang der Abstrahlachse öffnende Kavität KAV1.
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Der Reflektor REF umfasst im ersten Ausführungsbeispiel einen entlang der Abstrahlachse in die Reflexionsrichtung vorspringenden, kegelstumpfförmigen Bereich, der mit einer Öffnung OFF abschließt.
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Ein durch den Kegelstumpf gebildetes Teilprofil des Reflektors REF ist in die Abstrahlachse umfassenden Schnittebenen parabolisch. Das Profil des Dorns DRN bildet dabei einen an einem Scheitel einer Parabel beginnenden Abschnitt der Parabel. Der Dorn DRN ist beispielsweise kegelförmig und/oder erinnert von seiner Form her an einen Kegel.
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Ein zu dem Teilprofil komplementäres Restprofil des Reflektors REF ist linear, beispielsweise parallel zur Abstrahlachse.
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Das Restprofil ist in einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels in den Schnittebenen parabolisch. Das Restprofil bildet in dieser Variante einen anderen Abschnitt der Parabel ab als das Profil des Kegelstumpfs. Der andere Abschnitt kann ein an den im Scheitel beginnenden Abschnitt anschließender Abschnitt sein.
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Die vollständig ringförmige Kavität KAV1 des Reflektors REF umfasst im ersten Ausführungsbeispiel eine ringförmige Brennlinie, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass das Restprofil des Reflektors REF denselben Abschnitt der Parabel wie das Profil des Kegelstumpfs abbildet.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich vom zweiten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass der Reflektor REF anstelle der Öffnung OFF einen kegelförmigen Dorn DRN umfasst.
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Ein durch den Kegel des Dorns gebildetes Teilprofil des Reflektors REF ist in die Abstrahlachse umfassenden Schnittebenen parabolisch. Das Profil des Dorns DRN bildet dabei einen an einem Scheitel einer Parabel beginnenden Abschnitt der Parabel.
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In einer Variante des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet das Restprofil einen anderen Abschnitt der Parabel ab als das Profil des Kegelstumpfs. Der andere Abschnitt kann ein an den im Scheitel beginnenden Abschnitt anschließender Abschnitt sein. In einer anderen Variante des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet das Restprofil eine Linie parallel zur Abstrahlachse entsprechend zu 1.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass der Reflektor REF anstelle der Öffnung eine weitere Kavität KAV2 umfasst, die rotationssymmetrisch zur Abstrahlachse SYM ausgebildet ist und in deren Brennpunkt eine weitere Leuchtdiode LED angeordnet ist.
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Eine Variante des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich darin, dass der Reflektor anstelle der Öffnung eine weitere Kavität, in deren Brennpunkt eine weitere Leuchtdiode angeordnet ist, umfasst.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 zeigt eine Vorrichtung LDA zur Erzeugung von Licht. Die Vorrichtung LDA umfasst eine Anordnung von Leuchtdioden LED zur Emission des Lichts mit einem um eine Abstrahlachse SYM angeordneten Abstrahlkonus und einen Reflektor REF. Der Reflektor REF ist so ausgebildet und so angeordnet, dass das von den Leuchtdioden LED emittierte Licht vom Reflektor REF entlang der Abstrahlachse SYM in eine Reflexionsrichtung reflektiert wird, wobei die Reflektion den Abstrahlkonus verengt.
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Der Reflektor REF des vierten Ausführungsbeispiels umfasst zwei ringförmig um die Abstrahlachse SYM angeordnete, sich entlang der Abstrahlachse SYM öffnende Kavitäten KAV3.
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Die ringförmig um die Abstrahlachse SYM angeordneten Kavitäten KAV3 erstrecken sich dabei halbringförmig um die Abstrahlachse SYM. Die Anzahl von zwei Kavitäten ist beispielhaft. In anderen beispielhaften Ausführungsformen erstrecken sich n Kavitäten, n>2, je (1/n)-ringförmig. Beispielsweise erstrecken sich drei Kavitäten je drittelringförmig oder vier Kavitäten jeweils viertelringförmig.
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Jede der sich teilringförmig um die Abstrahlachse SYM erstreckenden Kavitäten KAV3 umfasst eine teilringförmige Brennlinie, wobei die Leuchtdioden LED entlang den teilringförmigen Brennlinien angeordnet sind.
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Der Reflektor REF umfasst im vierten Ausführungsbeispiel eine entlang der Abstrahlachse gebildete Öffnung, um die sich die Kavitäten KAV3 halbringförmig erstrecken. Anstelle der Öffnung kann auch ein kegelförmiger Dorn, wie in 2 gezeigt, oder eine weitere Kavität mit einer weiteren Leuchtdiode, wie in 4 gezeigt, entlang der Abstrahlachse SYM gebildet sein.
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Ein durch die Kavitäten jeweils in die Abstrahlachse umfassenden Schnittebenen gebildetes Teilprofil ist parabolisch. Ein Teil des Profils, das sich seitig der Abstrahlachse erstreckt, bildet dabei einen an einem Scheitel einer Parabel beginnenden Abschnitt der Parabel.
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Ein zu dem Teilprofil komplementäres Restprofil bildet einen im fünften Ausführungsbeispiel denselben Abschnitt der Parabel ab. Das Restprofil kann jedoch auch einen anderen Abschnitt, beispielsweise einen an den im Scheitel beginnenden Abschnitt anschließenden Abschnitt abbilden. In einer anderen Variante bildet das Restprofil eine Linie parallel zur Abstrahlachse entsprechend zu 1.
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In einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung umfasst eine Anordnung von Leuchtdioden zur Emission des Lichts mit einem um eine Abstrahlachse angeordneten Abstrahlkonus und einen Reflektor. Der Reflektor ist so ausgebildet und so angeordnet, dass das von den Leuchtdioden LED emittierte Licht vom Reflektor entlang der Abstrahlachse in eine Reflexionsrichtung reflektiert wird, wobei die Reflektion den Abstrahlkonus verengt.
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Der Reflektor des sechsten Ausführungsbeispiels umfasst ringförmig um die Abstrahlachse angeordnete, sich entlang der Abstrahlachse öffnende Kavitäten.
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In jeder der Kavitäten ist je eine Leuchtdiode in einem Brennpunkt der jeweiligen Kavität angeordnet. Die Kavitäten sind jeweils mit parabolischem Profil rotationssymmetrisch zu einer zugehörigen Kavitätsachse ausgebildet, die parallel zu der Abstrahlachse ist.
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Der Reflektor umfasst im sechsten Ausführungsbeispiel eine entlang der Abstrahlachse gebildete weitere Kavität mit einer weiteren Leuchtdiode. Anstelle der weiteren Kavität kann auch, wie in 3 gezeigt, eine Öffnung oder, wie in 2 gezeigt, ein kegelförmiger Dorn entlang der Abstrahlachse gebildet sein, um den oder um die die Kavitäten ringförmig angeordnet sind.
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Im Beispiel der Figuren ist der durch die Kavität beziehungsweise Kavitäten gebildete Ring kreisförmig. Andere Grundformen als der Kreis, beispielsweise elliptisch, sind jedoch ohne Abweichung von der vorliegenden Erfindung möglich.
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Durch Veränderung der Form kann der Abstrahlkonus an unterschiedliche Anforderungsprofile angepasst werden.
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Im Folgenden werden Dimensionierung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben:
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Ein LED Band Hydra LD 25 von LED Linear mit 12,5 cm Länge wird in einem Kreis mit einem Durchmesser von 4 cm angeordnet. Das Band hat eine Lichtstärke von 544lm bei 4350 Im/m bei 5000k. Es sind Reflexionsverluste von max. 10% - 17% zu erwarten, so dass die bei 3500k abgestrahlte Lichtstärke mindestens 451Im beträgt. Da die entstehende Wärme hier gering ist, Lässt sich das Band sehr eng gebündelt anordnen, so dass ein sehr fokussierte Spot entsteht.
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Ein LED Band Hydra HD 36 mit 52601m/m und mindestens 62,5 cm Länge wird in einem Kreis mit einem Durchmesser von 20cm einfach oder doppelt angeordnet. Es sind Reflexionsverluste von max. 10% - 17% zu erwarten, so dass die bei 3500k abgestrahlte Lichtstärke mindestens 1705 Im, bei doppelter Anordnung mindestens 3410 Im beträgt.
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Wenn höhere Leistungen benötigt werden können beispielweise 10 HighPower-LED Warm-Weiß 10.9 W 395 Im 115 ° 9 V 1000 mA von Cree in einem Kreis mit einem Durchmesser von 4 cm angeordnet werden, insgesamt ca. 33001m. In einem Kreis mit 20 cm Durchmesser lassen sich bis zu 60 HighPower-LED Warm-Weiß 10.9 W 395 Im 115 ° 9 V 1000 mA von Cree mit insgesamt ca. 1800Im und einem Abstrahlwinkel >10° anordnen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst eine vollständig ringförmige Kavität eine ringförmige „Brennlinie“, entlang der die Leuchtdioden angeordnet sind.
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Durch die Anordnung der Lichtquellen in oder nahe der Brennlinie kann der Abstrahlkonus durch eine entsprechende Auswahl oder Ansteuerung der Lichtquellen verändert werden. Werden die Lichtquellen beispielsweise in verschiedenen Ebenen angeordnet und der Reflektor entsprechend geformt, lassen sich verschiedene Abstrahlwinkel abbilden. So lassen sich beispielsweise Lichtquellen von einem engstrahlenden bis zu einem breiter strahlenden Konus in einer Leuchte kombinieren, je nach dem in welcher Intensität die Lichtquellen auf den verschiedenen Ebenen zur Abstrahlung beitragen. Dazu können beispielsweise mehrere Ringe der Lichtquellen übereinander angeordnet werden, damit der Abstrahlkonus durch eine entsprechende Auswahl oder Ansteuerung der Lichtquellen verändert werden kann. Eine mechanische Verschiebung ist auch möglich.
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Alle üblichen Materialien oder Oberflächenstrukturen sind für den Reflektor denkbar, um die Lichtverteilung entsprechend der Aufgabe zu optimieren.
