DE10237751A1

DE10237751A1 - Energiesparlampe

Info

Publication number: DE10237751A1
Application number: DE10237751A
Authority: DE
Inventors: Michael Traut
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-08-17
Filing date: 2002-08-17
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiesparlampe aus bekannten Bauteilen zu entwickeln, die einen geringen Energieverbrauch und eine mehrfache Energiesparung gegenüber bekannten Energiesparlampen besitzt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Energiesparlampe aus einer Lichtquelle 1, einem elektrischen Miniaturmotor 7 und einem auf der Welle des Motors befestigten, schnell rotierenden Spiegel- und Linsensystem 3, 4, 5 besteht. Dieses Spiegel-, Linsensystem formt den Strahl der Lichtquelle zu einem schmalen Lichtstreifen, projiziert diesen in die Umgebung und bewegt ihn mit einer Rotationsgeschwindigkeit von mehr als 1500 U/min (25 Hz). Für das Auge erscheint die Umgebung wie bei Verwendung einer herkömmlichen Glühlampe gleichmäßig ausgeleuchtet. Die Lichtquelle benötigt lediglich die Energie zur Erzeugung des hellen, schmalen Lichtstreifens, der Stromverbrauch des Motors ist vernachlässigbar. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine Energiesparlampe, die wahlweise für eine vollständige oder teilweise Ausleuchtung von Räumen einsetzbar ist und bei maximaler Helligkeit einen minimalen Energieverbrauch besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiesparlampe, die insbesondere zur Ausleuchtung von Räumen verwendbar ist, wahlweise für eine vollständige oder teilweise Ausleuchtung einsetzbar ist und die bei maximaler Helligkeit einen minimalen Energieverbrauch besitzt.
Es sind verschiedene Arten von Energiesparlampen bekannt, deren Aufbau und Energieverbrauch auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhren.

Nach der DE 1974574. 9 A1 sind Gasentladungslampen als Energiesparlampen nach dem Prinziep des Gasentladungsprozesses bekannt.

Außerdem ist nach der DE 19907406 A1 der Einsatz von Licht ermittierenden Dioden (LEDs) als Energiesparlampen bekannt.

Zur Erzielung der gleichen Helligkeit und Lichtstärke wie bei Glühlampen oder mit ihnen verwandten Halogenglühlampen benötigen diese zwar weniger Energie, d.h. ihr Energieverbrauch im Vergleich zu Glühlampen ist zwar geringer, aber immer noch relativ hoch.

Eine heutige handelsübliche Gasentladungsenergiesparlampe oder LED – Anordnung mit dem gleichen Lichtäquivalent wie eine Glühlampe verbraucht etwa 4 bis 5 mal weniger Energie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiesparlampe zu entwikkeln, die aus bekannten Bauteilen aufgebaut ist, einen geringeren Energieverbrauch und bei voller Raumausleuchtung mit maximaler Helligkeit eine mehrfache Energieeinsparung gegenüber bekannten Energiesparlampen besitzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Energiesparlampe mit Lampenfassung und Lampengehäuse dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Linsensystem mit Eingangs – und Ausgangslinse und ein in bestimmtem Winkel α zur Horizontalen eingestellter Spiegel zueinander und zu einer Lichtquelle so angeordnet sind, dass ein aus der Lichtquelle austretender Lichtstrahl zu einem schmalen Lichtstreifen mit einem Austrittswinkel β geformt und in einen Raum projiziert wird.

Das Spiegel – Linsensystem ist auf der Welle eines Miniaturmotors angebracht und rotiert so mit dieser, daß der schmale Lichtstreifen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von mindestens 1500 U/min (25 Hz) im Raum bewegt wird.

Die Lichtquelle leuchtet also nicht den gesamten Raum aus, sondern erzeugt nur einen an die Wand projizierten schmalen Lichtstreifen, welcher einen Austrittswinkel β von maximal 180° besitzt.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, dass das menschliche Auge Bewegungsfolgen schneller als 25 Hz nicht mehr einzeln unterscheiden kann (Trägheit des Auges).

Das für den Lichtstreifen benötigte Licht wird von einer Lichtquelle erzeugt und trifft auf ein von einem Miniatur-Elektromotor angetriebenes, schnell rotierendes Spiegel- und Linsensystem, welches einerseits die Aufgabe hat, den Lichtstrahl der Lichtquelle in die gewünschte Streifenform mit dem für den jeweiligen Einsatzzweck benötigten Austrittswinkel β zu bringen und andererseits den in den Raum projizierten Lichtstreifen mit einer Rotationsgeschwindigkeit schneller als 1500 U / min (25 Hz) zu drehen . Die Linsen oder die Linsen in Kombination mit einem entsprechend gewölbten Spiegel müssen folgende zwei Funktionen besitzen: Sie müssen den Lichtstrahl der Lichtquelle auf den für den jeweiligen Verwendungszweck benötigten Lichtaustrittswinkel β aufstreuen, vorzugsweise durch Verwendung von Zerstreuungslinsen. In der Ebene senkrecht zu der Streuungsebene muss der Lichtstrahl zu einem schmalen Streifen gebündelt werden, vorzugsweise durch Verwendung von Sammellinsen. Ebenso ist es möglich, diese Merkmale nur mit einer Linse zu erzielen, welche beide Eigenschaften in sich vereinigt.

Für eine bei der Lampe stehende Person wirkt das ausgestrahlte Licht völlig homogen und ununterscheidbar von einer herkömmlichen Lichtquelle. Der Grund für die energetische Sparsamkeit dieses Lampentyps liegt darin, dass die Erzeugung des schmalen Lichtstreifens viel weniger Energie benötigt als die Ausleuchtung eines gesamten Raumes erfordert. Durch die Bewegung dieses Streifens tritt zwar eine deutliche Abschwächung der Intensität im Vergleich zur Intensität des Streifens bei abgeschaltetem Motor ein. Wird aber dieser Effekt durch eine etwas stärkere Lichtquelle kompensiert, ist der Energieverbrauch immer noch weit aus geringer als bei herkömmlichen Energiesparlampen.

Damit besitzt die erfindungsgemäße Energiesparlampe wesentliche Vorteile gegenüber bekannten Energiesparlampen.

Dient zum Beispiel als Lichtquelle ein Halbleiterlaser mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent, so ist zum Erreichen der gleichen Lichtintensität und Raumausleuchtung wie bei einer 100 Watt Glühbirne eine Leistungsaufnahme des Lasers von etwa 5 Watt notwendig. Die Lichtintensität ist Versuchen mit einem Prototyp zufolge unabhängig von der Drehzahl des Motors. Somit kann die Energiesparlampe auch mit viel höheren Drehzahlen betrieben werden. Dies ist von Bedeutung , wenn in einem von dieser Lampe beleuchteten Raum zum Beispiel mit einer Videokamera gefilmt wird, da niedrige Drehzahlen die Bildqualität verschlechtern würden. Die Energieeinsparung ist um so größer, je kleiner der Lichtaustrittswinkel ist. Der Austrittswinkel β = 180° entspricht einer vollständigen Raumausleuchtung.

Als Lichtquelle sind alle herkömmlichen Lampen einsetzbar, wenn ihr Licht als feiner und intensiver Strahl, der die Austrittsöffnung verlässt, gebündelt wird. Ideal ist aber ein Halbleiterlaser in der gewünschten Farbe, da dieser Lasertyp einen hohen Wirkungsgrad besitzt und Laserlicht wegen seines geringen Strahldurchmessers durch kleine Linsensysteme leicht manipulierbar ist. Für die erfindungsgemäße Energiesparlampe sind mehrere Ausfuhrungsvarianten möglich. Eine Ausführung der Energiesparlampe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle, die fest mit dem Miniaturmotor verbunden ist, im Inneren einer rotierenden hohlen Welle angeordnet ist und das Spiegel – Linsensystem, das an dieser hohlen Welle befestigt ist, mit dieser rotiert und den schmalen Lichtstreifen mit der geforderten Geschwindigkeit > 1500 U/min bewegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle direkt auf der Motorwelle angebracht, rotiert mit dieser und bewegt den durch das an ihr befestigte Linsensystem geformten Lichtstreifen mit der erforderlichen Geschwindigkeit.

Da die erfindungsgemäße Leuchte nicht größer ist als herkömmliche Energiesparlampen, ist sie in nahezu allen Bereichen der Beleuchtungstechnik einsetzbar, zum Beispiel als Straßenlampe, Zimmerlampe etc. Da durch rotierende Variation des rotierenden Spiegel – Linsensystems der Lichtaustrittswinkel β beliebig einstellbar ist, kann die Leuchte auch zum präzisen Ausleuchten bestimmter Bereiche eingesetzt werden, zum Beispiel als Fahrzeugscheinwerfer, Taschenlampe oder Suchscheinwerfer.

Als Fahrzeugscheinwerfer ist die Energiesparlampe z.B. mit zylinderförmigem Reflektor und Frontschutzglas in ein Gehäuse einmontierbar.

Bei Verwendung der Leuchte in Fahrzeugscheinwerfern, Suchscheinwerfern oder Taschenlampen sind kleine Austrittswinkel β im Bereich von 1° bis 10° oder ein nahezu paralleler Strahlengang möglich. Straßenlampen benötigen Austrittswinkel β im Bereich von 30° bis 120°.

Mit der erfindungsgemäßen Energiesparlampe wird die Energieeinsparung auf mindestens den Faktor 20 erhöht.

Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Energiesparlampe sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1: Energiesparlampe mit Lichtquelle am Lampengehäuse; 2: Energiesparlampe mit Lichtquelle in hohler Welle;
3: Seitenansicht nach 2;
4: Energiesparlampe mit rotierender Lichtquelle; 5: Energiesparlampe als Fahrzeugscheinwerfer.
Als konkretes Beispiel der Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchte als Glühbirnenersatz zum Ausleuchten eines Raumes dient die Energiesparlampe nach 1. Die Leuchte besteht aus einem in handelsübliche Lampenfassungen passenden einschraubbaren Lampen Sockel 9 mit Gewinde, an welchem das lichtdurchlässige Lampengehäuse 2 angebracht ist. Dessen äußere Form und Oberfläche können verschieden gestaltet sein, z.B. zylinderförmig, quaderförmig, pyramidenförmig etc. Will man die Leuchte mit Netzspannung betreiben, ist ein Transformator 8 mit Gleichrichter notwendig, der die Spannung auf die Betriebsspannung des Miniaturmotors 7 und der Lichtquelle 1, vorzugsweise 6 V umwandelt und gleichrichtet. Lichtquelle 1 und Miniaturmotor 7 sind über eine Parallelschaltung mit dem Trafo 8 verbunden. Der Miniaturmotor 7 dreht ein Spiegel- und Linsensystem 3,4,5, wobei Unwuchten durch ein Ausgleichsgewicht 6 ausgeglichen werden. Der Lichtstrahl der Lichtquelle 1 wird durch das Spiegel und Linsensystem 3,4,5 zu einem schmalen Lichtstreifen mit dem Austrittswinkel β geformt, wobei die Ausrichtung des Lichtstreifens zusätzlich durch die Stellung der Spiegel und Linsenanordnung 3,4,5 bezüglich der Horizontalen α einstellbar ist. Der Winkel α als Neigungswinkel des Spiegels 5 zur Horizontalen des Miniaturmotors 7 bestimmt also die Position des auszuleuchtenden Bereiches. Im gezeigten Beispiel nach 1 bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchte als Zimmerlampe ist der Winkel α vorzugsweise 45°. Der Austrittswinkel β des Lichtes aus der Ausgangslinse 4 beträgt vorzugsweise 180°.
Die Lichtquelle 1 ist vorzugsweise ein Halbleiterlaser weißer Farbe mit einem Wirkungsgrad von etwa 30 % und einer Leistungsaufnahme von 5 W. Der Spiegel 5 besitzt eine ebene Spiegelfläche. Die Eingangslinse 3 ist ebenso wie die Ausgangslinse 4 kombinierte Sammel – und Zerstreuungslinse, welche den Lichtstrahl der Lichtquelle 1 in der Vertikalen aufstreuen und gleichzeitig in der Horizontalen bündeln, so dass ein durch den Raum von oben nach unten verlaufender, schmaler Lichtstreifen mit einer Breite von etwa 5 mm entsteht. Das Spiegel – Linsensystem 3,4,5 ist durch die Welle 11 mit dem Miniaturmotor 7 verbunden und rotiert entsprechend seiner Drehzahl. Der im Raum entstandene schmale Lichtstreifen des Spiegel – Linsensystems 3,4,5 kreist durch die Drehung dieser Anordnung 3,4,5 schnell durch den Raum. Der in den Raum projizierte Lichtstreifen dreht sich mit einer Rotationsgeschwindigkeit größer 1500 U/min (25 Hz). Diese Bewegungsfolgen schneller 25 Hz sind für das menschliche Auge nicht mehr einzeln unterscheidbar ( Trägheit des Auges), das ausgestrahlte Licht wirkt völlig homogen.
In 2 und 3 ist eine weitere Möglichkeit der Anordnung der für die Funktion wichtigen Lampenelemente aus 1 gegeben. Die Lichtquelle 1 sitzt unbeweglich auf einer Halterung 10 auf dem Motor 7 in der hohlen Welle 11. Das Spiegel- und Linsensystem 3, 4 und 5 , welches an der hohlen Welle 11 befestigt ist , dreht sich unter der Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle 1. Unwuchten sind durch das Ausgleichsgewicht 6 ausgeglichen. Der Lichtaustrittswinkel β ist durch die Wahl der geeigneten Linsen des Spiegel – Linsensystems 3,4,5 beliebig einstellbar.
3 zeigt die Ausführungsform der Energieesparlampe nach 2 um 90° gedreht.
4 zeigt eine Variante der Leuchte, bei der sich die Lichtquelle 1, welche auf der Welle des Motors 7 befestigt ist, mit diesem dreht. Diese Variante ist zwar sehr platzsparend, stellt aber höhere Ansprüche an die Qualität der Komponenten, da hier ein stärkerer Motor 7 und eine wegen der wirkenden hohen Zentrifugalkräfte robustere Lichtquelle 1 benötigt werden. Der Lichtaustrittswinkel β ist durch die Verwendung einer für den Einsatzzweck geeigneten Linse 3 frei einstellbar. Die Stromversorgung der Lichtquelle ist über Schleifringe 13 und Kohlebürsten 12 des Miniaturmotors 7 gewährleistet. 5 zeigt eine Ausführungsform, die Leuchte in einem Fahrzeugscheinwerfer oder einer Taschenlampe einzusetzen. Motor 7, Lichtquelle 1, Ausgleichsgewicht 6 und das rotierende Spiegel – Linsensystem 3, 4 , 5 sind so angeordnet, dass um den rotierenden Strahlbereich ein halb-zylinderförmig angeordneter Spiegel (Reflektor) 15 angebracht ist und die Leuchte zum Schutz in ein wasserdichtes Gehäuse 16 mit Schutzglas 14 eingebracht ist. Spiegel 5 und Linsen 3,4 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Lichtaustrittswinkel β anwendungsbedingt sehr klein ist, vorzugsweise im Bereich β = 1° bis 10° liegt, oder die austretenden Lichtstrahlen nahezu parallel verlaufen.
Da bei diesem Anwendungsbeispiel der Lichtstreifen nicht notwendigerweise um 360 Grad rotieren muss, sondern nur im Bereich vor der Lampe, kann auch statt eines Elektromotors 7 ein Magnet – Oszillatorsystem verwendet werden. Darin sind an beiden Seiten des Spiegel – Linsensystems 3,4,5 magnetische Flächen angebracht und rechts und links davon jeweils zwei mit Wechselstrom einer Frequenz von f >= 25 Hz betriebene Elektromagneten. Durch die ständige Umkehrung der Polarität und somit der Kraftrichtung wird das Spiegel – Linsensystem 3,4,5 anstatt zu rotieren schnell nach rechts und links bewegt und leuchtet somit ebenso den Bereich vor der Lampe, z.B. die Straße, aus.
Das Konstruktionsprinzip der Erfindung umfaßt auch weitere Ausfuhrungsvarianten, die den Einsatz der erfindungsgemäßen Energiesparlampe in der Beleuchtungstechnik ermöglichen.

1: Lichtquelle
2: Lampengehäuse
3: Eingangslinse
4: Ausgangslinse
5: Spiegel
6: Ausgleichsgewicht
7: Miniaturmotor
8: Transformator mit Gleichrichter
9: Gewinde – Lampensockel
10: Halterung für Lichtquelle
11: Welle
11.1: hohle Welle
12: Kohlenbürste
13: Schleifring
14: Frontschutzglas
15: Reflektor
16: Gehäuse
α: Neigungswinkel des Spiegels zur Horizontalen
β: Austrittswinkel des Lichtes aus der Ausgangslinse

Claims

Energiesparlampe mit Gewinde –Lampenssockel und lichtdurchlässigem Lampengehäuse, dadurch gekennzeichnet, – dass ein aus Eingangslinse (3) und Ausgangslinse (4) bestehendes Linsensystem (3;4) und ein unter dem Neigungswinkel α zur Horizontalen eingestellter, gewölbter Spiegel (5) zueinander und zu einer Lichtquelle (1) so angeordnet sind, dass der aus der Lichtquelle (1) austretende Lichtstrahl zu einem schmalen Lichtstreifen mit dem Austrittswinkel β geformt und in den Raum projiziert wird und – dass das Linsen –Spiegelsystem (3;4;5) auf der Welle (11) eines Miniaturmotors (7) angebracht ist und mit dieser so rotiert, dass der schmale projizierte Lichtstreifen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von mindestens 1500 U/min (25Hz) im Raum bewegt wird.
Energielampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Spiegel – Linsensystem (3,4,5) mit Eingangslinse (3), Ausgangsslinse (4) und Spiegel (5) für die Umwandlung des Lichtstrahls zu einem schmalen Lichtstreifen die kombinierten Funktionen von Zerstreuungsslinsen für die Aufstreuung des Lichtstrahls in der Vertikalen mit dem Austrittswinkel β und von Sammellinsen für die Bündelung des Lichtstrahls in der Horizontalen besitzt und – dass der Austrittswinkel β maximal 180° beträgt.
Energiesparlampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, – dass das Spiegel – Linsensystem (3,4,5) vorzugsweise ein Ausgleichsgewicht (6) besitzt und in Lampensockel (9) ein Transformator (8) mit Gleichrichter für die Stromversorgung des Miniaturmotors (7) eingebaut ist.
Energiesparlampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Lichtquelle (1} im Inneren einer mit dem Miniaturmotor (7) verbundenen hohlen Welle (11,1) angeordnet und über eine Halterung (10) fest mit dem Miniatur – motor (7) verbunden ist und – dass das Spiegel – Linsensystem (3;4;5) auf der hohlen Welle (11,1) befestigt ist, mit dieser rotiert und den zum schmalen Lichtstreifen geforrmten Lichtstrahl mit einer Geschwindigkeit > 1500 U/min (25 Hz) bewegt.
Energiesparlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) auf der Welle (11) des Miniaturmotors (7) angebracht ist, mit dieser rotiert und den durch das an der Lichtquelle (1) befestigte Linsensystem (3;4) aus dem Lichtstrahl geformten schmalen Lichtstreifen mit einer Geschwindigkeit > 1500 U/min (25 Hz) bewegt.
Energiesparlampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung der Lichtquelle (1) über Kohlenbürsten (12) und Schleifringe (13) erfolgt.
Energiesparlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass Eingangslinse (3), Ausgangslinse (4) und Spiegel (5) des auf der rotierenden Welle (11) des Miniaturmotors (7) befestigten und mit mindestens 1500 U/min (25 Hz) rotierenden Spiegel – Linsensystems (3,4,5} so zueinander angeordnet sind, dass der austretende geformte Lichtstreifen einen geringen Austrittswinkel β, vorzugsweise im Bereich von β = 1° bis 10° , besitzt und – dass um das rotierende Spiegel – Linsensystem (3;4;5) ein zylinderförmiger Reflektor (15) mit Frontschutzglas (14} angeordnet und dieser, die Lichtquelle (1) und der Miniaturmotor (7) in einem Gehäuse (16) einmontiert sind.
Energiesparlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Zimmerlampe, Straßenlampe, Taschenlampe, Fahrzeug – oder Suchscheinwerfer u.a. Beleuchtungseinrichtungen zum vollständigen oder teilweisen Ausleuchten von Bereichen in Abhängigkeit vom Austrittswinkel β des Lichtes verwendbar ist.