DE10344547A1

DE10344547A1 - Leuchtmittel

Info

Publication number: DE10344547A1
Application number: DE10344547A
Authority: DE
Inventors: Stefan Warnking
Original assignee: WARNKING ELEKTROTECHNIK GmbH
Current assignee: WARNKING ELEKTROTECHNIK GmbH
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Ein Leuchtmittel umfasst einen Sockel (3) und einen Streuschirm (7), die auf einer Längsachse (A) des Leuchtmittels (1) aufeinander folgend angeordnet sind, sowie eine zwischen Sockel (3) und Streuschirm (7) angeordnete, eine Mehrzahl von gebündelt Licht emittierenden Leuchtdioden (6) tragende Platine (5). Die Platine (5) ist die Längsachse (A) kreuzend angeordnet. Unter der Mehrzahl von Leuchtdioden (6) befindet sich wenigstens eine erste Gruppe (10, 11, 12), deren Leuchtdioden (6) so ausgerichtet sind, dass das von ihnen emittierte Licht die Längsachse (A) kreuzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit einer Mehrzahl von auf einer Platine angeordneten, jeweils gebündelt lichtemittierenden Leuchtdioden.

Ein solches Leuchtmittel ist z.B. aus DE 201 15 131 U1 bekannt. Bei diesem Leuchtmittel sind alle Leuchtdioden parallel zueinander ausgerichtet, so dass sich die von ihnen emittierten gebündelten Lichtstrahlen parallel überlagern, so dass sich der Öffnungswinkel eines von dem Leuchtmittel erzeugten Lichtkegels nicht von dem der Leuchtdioden unterscheidet, aus dem das Leuchtmittel aufgebaut ist.

Das bekannte Leuchtmittel ist daher schlecht geeignet, um damit beispielsweise einen Raum gleichmäßig auszuleuchten.

Ein Leuchtdioden verwendendes Leuchtmittel, das für die Raumbeleuchtung besser geeignet ist, ist in DE 200 02 482 U1 beschrieben. Dieses Leuchtmittel weist eine gewölbte Abdeckung auf, durch die Leuchtdioden hindurch gesteckt und mit einer Leiterplatine verbunden sind. Die Leuchtdioden sind, im Längsschnitt betrachtet, auf einem Kreisbogen angeordnet und strahlen von dort aus radial nach außen. Um mit einem solchen Leuchtmittel eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung zu erreichen, müssen die Leuchtdioden exakt angeordnet und orientiert sein, damit eine gleichmäßige Intensitätsverteilung des Lichts in alle Raumrichtungen erreicht wird. Dies macht die Montage des Leuchtmittels aufwendig und kostspielig.

In DE 196 24 087 A1 wird ein Leuchtdioden verwendendes Leuchtmittel vorgeschlagen, bei dem die Leuchtdioden tragende Platinen von einem Streuschirm umgeben sind. Ein solcher Streuschirm verteilt das auf ihn treffende, gebündelte Licht einer Leuchtdiode in alle Richtungen und ermöglicht so eine gleichmäßige Raumausleuchtung. Ungleichmäßigkeiten bei der Ausleuchtung des Streuschirms selbst führen jedoch dazu, dass dieser einem Betrachter an verschiedenen Stellen unterschiedlich hell erscheint. Derartige Ungleichmäßigkeiten können sich z.B. ergeben, wenn im Laufe des Betriebs eines solchen Leuchtmittels einzelne seiner Leuchtdioden ausfallen.

Die Ausfallwahrscheinlichkeit einer Leuchtdiode ist zu Beginn ihrer Benutzung relativ hoch, solange sich eventuell bereits bei ihrer Fertigung angelegte Fehler bemerkbar machen. Sie ist dann für lange Zeit sehr gering und beginnt gegen Ende der Lebenserwartung der Leuchtdiode wieder zu steigen. Bei einem Leuchtmittel, das eine große Zahl von Leuchtdioden verwendet, ist daher die Wahrscheinlichkeit nicht zu vernachlässigen, dass bereits nach kurzer Betriebszeit einzelne Leuchtdioden ausfallen. Die ses Problem ließe sich theoretisch beseitigen, indem nur vorgealterte Leuchtdioden verwendet werden, das heißt solche, die die anfängliche Betriebsphase mit der hohen Ausfallwahrscheinlichkeit überstanden haben, ohne auszufallen. Eine solche Selektion ist jedoch mit erheblichem Aufwand und Kosten verbunden. Es wäre daher wünschenswert, unselektierte Leuchtdioden verwenden zu können und einem wahrscheinlichen Ausfall einzelner dieser Leuchtdioden etwa dadurch Rechnung zu tragen, dass eine geringfügig größere Zahl an Leuchtdioden in dem Leuchtmittel verbaut wird, als zum Erreichen seiner Nennleistung erforderlich ist, so dass diese auch dann noch eingehalten wird, wenn ein statistisch erwarteter Ausfall eingetreten ist. Dabei muss vermieden werden, dass der Ausfall einzelner Leuchtdioden auffällig sichtbar wird und einem Benutzer den Eindruck mangelnder Qualität des Leuchtmittels vermittelt.

Gleichzeitig sollte das Leuchtmittel eine möglichst kompakte Gestalt aufweisen.

Diese beiden Anforderungen sind nicht ohne weiteres miteinander zu vereinbaren. Eine kompakte Bauform erfordert einen geringen Abstand zwischen den Leuchtdioden und dem Streuschirm, doch je geringer dieser ist, um so deutlicher zeichnet sich der Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode als ein dunkler Fleck an der Oberfläche des Leuchtschirms ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Leucht- mittel anzugeben, das diese beiden Anforderungen miteinander verbindet.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leuchtmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Während etwa bei den Leuchtmittel in den 10 bis 13 von DE 196 24 087 A1 die Leuchtdioden jeweils so ausgerichtet sind, dass sie von der Längsachse des Leuchtmittels fort strahlen, so dass der Abstand zwischen der Leuchtdiode und dem Streuschirm entlang des Strahls kurz ist, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Konstruktion durch die Ausrichtung der Strahlrichtung der Leuchtdioden zur Längsachse hin auch bei kompakter Bauform des Leuchtmittels ein vergleichsweise langer Weg des Lichts zwischen den Leuchtdioden und dem Streuschirm, so dass am Streuschirm die Lichtkegel einer Vielzahl von Leuchtdioden überlappen und der Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode kaum auffällt.

Um eine symmetrische Lichtverteilung des Leuchtmittels zu erreichen, ist die die Leuchtdioden tragende Platine vorzugsweise so angeordnet, dass die Längsachse des Leuchtmittels ihren Mittelpunkt kreuzt, und außerdem steht die Platine auf der Längsachse senkrecht.

Um den Weg des Strahls zwischen Leuchtdiode und Streuschirm so lang wie möglich zu machen, ist es wünschenswert, dass ein von einer Leuchtdiode der ersten Gruppe emittiertes Lichtbündel erst die Längsachse und dann den Streuschirm kreuzt. Diese Anforderung kann, muss aber nicht für alle Leuchtdioden der ersten Gruppe erfüllbar sein.

Eine zweite Gruppe von Leuchtdioden ist vorzugsweise parallel zur Längsachse ausgerichtet, um eine die Längsachse umgebende Region des Streuschirms auszuleuchten.

Die Leuchtdioden der zweiten Gruppe sind vorzugsweise in einer den Schnittpunkt der Längsachse umgebenden inneren Zone der Platine angeordnet, während die schräg zur Längsachse ausgerichteten Leuchtdioden der ersten Gruppe in einer die innere Zone umgebenden äußeren Zone angeordnet sind.

Dabei kann der Kreuzungswinkel zwischen der Hauptabstrahlrichtung einer Leuchtdiode der ersten Gruppe und der Längsachse für verschiedene Dioden der ersten Gruppe unterschiedliche Werte annehmen. Dabei nimmt der Wert des Winkels vorzugsweise mit zunehmender Entfernung der Dioden vom Schnittpunkt im Mittel zu.

Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge sind die Leuchtdioden der ersten Gruppe in mehreren konzentrischen Ringen auf der Platine angeordnet. Während die Leuchtdioden eines inneren Rings vorzugsweise jeweils unter einem gleichen Winkel zur Längsachse ausgerichtet sind, können in einem äußeren Ring, in welchem eine größere Zahl von Leuchtdioden Platz findet, die Kreuzungswinkel dieser Leuchtdioden mit der Längsachse zwei oder auch mehr verschiedene Werte annehmen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine halb geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels;
2 eine Draufsicht auf die mit Leuchtdioden bestückte Platine des Leuchtmittels aus 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung;
3 eine Draufsicht auf die Platine gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
4 ein Detail einer dritten Ausgestaltung im Schnitt.
1 zeigt das erfindungsgemäße Leuchtmittel teils in einer Seitenansicht, teils im Schnitt entlang einer Längsmittelachse A. Das Leuchtmittel 1 hat einen Sockel 2 in Form eines Schraubgewindes zum Einschrauben in eine gebräuchliche Glühlampenfassung, z.B. vom Typ E 27 oder E 14. Generell kann anstelle des Schraubgewindes der Sockel mit beliebigen Kontaktmitteln versehen sein, die in einem bestimmten Land oder in einem bestimmten Anwendungsgebiet für die elektrische Kontaktierung von Glühlampen gebräuchlich ist (z.B. mit einem Bajonett-Stecksystem).
An den Schraubsockel 2 schließt sich ein kegelstumpfförmiges Gehäuse 3 aus lichtundurchlässigem Kunststoff an. An der offenen großen Grundfläche des Kegels ist ein nach innen gerichteter umlaufender Steg 4 gebildet, der eine Platine 5 abstützt.
Die Platine 5 ist an ihrer Oberseite dicht mit Leuchtdioden 6 bestückt, an ihrer Unterseite befindet sich ein (nicht dargestellter) Gleichrichter sowie gegebenenfalls andere Schaltungskomponenten, die zur Umwandlung einer über die Kontakte des Sockels 2 zugeführten Netzspannung in eine zum Betrieb der Leuchtdioden 6 benötigte Gleichspannung benötigt werden. Die Leuchtdioden 6 sind vom bekannten Typ mit zylindrischen, durch eine halbkugelförmige Linse abgeschlossenen Gehäuse. Während der Linksmittelachse A benachbarte Leuchtdioden 6 parallel zu dieser ausgerichtet sind, sind die in der Nähe des Randes der Platine 5 angeordneten Leuchtdioden 6 jeweils an ihren Anschlüssen leicht abgeknickt, so dass die Hauptstrahlrichtung des von diesen Leuchtdioden emittierten Lichtkegels zur Achse A hin weist. Die Anordnung der Leuchtdioden wird später noch anhand der 2 und 3 genauer erläutert.
Der Rand der Leiterplatte 5 ist eingeklemmt zwischen dem umlaufenden Steg 4 und dem Rand eines Streuschirms 7, der hier becher- beziehungsweise zylinderförmig dargestellt ist, der aber auch sphärisch geformt sein könnte. Der Streuschirm 7 besteht aus lichtdurchlässigem, trübem Kunststoffmaterial. Er dient einerseits dazu, das von den einzelnen Leuchtdioden 6 gebündelt abgegebene Licht diffus zu streuen, andererseits schützt er die Leuchtdioden in seinem Inneren vor Beschädigung, etwa bei einem Sturz.
Die in 2 in Draufsicht gezeigte Leiterplatte 5 ist unterteilt in eine die Längsmittelachse A umge bende innere Zone 8 und eine äußere Zone 9, die in der Figur durch eine strichpunktierte Linie voneinander abgegrenzt sind. Die Leuchtdioden der inneren Zone 8 sind parallel zur Achse A ausgerichtet, so dass ihre Lichtkegel im wesentlichen die flache Stirnseite des Streuschirms 7 ausleuchten. In der äußeren Zone 9 sind die Leuchtdioden in drei konzentrischen Ringen 10, 11, 12 angeordnet, die in der Figur wiederum durch einen strichpunktierten Kreis voneinander abgegrenzt sind. Bei den Leuchtdioden des inneren Rings 10 ist die Neigung der Hauptstrahlrichtung in Bezug auf die Achse A einheitlich zirka 10 bis 15 Grad, so dass die Hauptstrahlrichtung und die Achse A einander etwa in Höhe der Stirnfläche des Streuschirms 7 schneiden. Das heißt, die Leuchtdioden des Rings 10 sind auf die Stirnfläche des Streuschirms 7 ausgerichtet, um dessen Ausleuchtung zu verstärken.
Die Leuchtdioden des mittleren Rings haben eine stärkere Neigung, so dass ihre Hauptstrahlrichtung zunächst die Achse A kreuzt, bevor der Strahl auf eine der jeweiligen Leuchtdiode gegenüberliegende Stelle an der Mantelfläche des Streuschirms 7 trifft.
Die Leuchtdioden 6 des äußeren Rings 12 haben eine abermals stärkere Neigung; außerdem berühren ihre Gehäuse nicht wie die der anderen Leuchtdioden die Platine 5, sondern stehen in einem Abstand von wenigen mm über der Platine 5, so dass ihr Lichtkegel auch dann nicht auf die Leuchtdioden der inneren Ringe 10, 11 und des zentralen Bereichs 8 trifft, wenn seine Mantelfläche, wie in 1 gezeigt, eine zur Platine 5 parallele Linie 16 enthält.
Um die Höhe der Leuchtdioden 6 des äußeren Rings über der Platine 5 bequem einstellen zu können, können die Anschlussleiter dieser Leuchtdioden, wie in 4 gezeigt, jeweils vor dem Montieren mit einer aufgesteckten Abstandhalterhülse 17 versehen werden, deren Länge dem gewünschten Abstand der Leuchtdioden von der Platine 5 entspricht. 4 zeigt die Abstandhalterhülse 17 mit zueinander parallelen Endflächen 18. Die Abstandhalterhülse 17 kann aber auch, wenn gewünscht, an ihrer dem Gehäuse der Leuchtdiode zugewandten Ende mit einer schräg geschnittenen Endfläche versehen sein, an der die Grundfläche des Gehäuses der Leuchtdiode zur Anlage gebracht werden kann, so dass der Schnittwinkel der Endfläche den Neigungswinkel β der Leuchtdioden bestimmt
Bei genauer Betrachtung erkennt man in 2, dass die Leuchtdioden des äußeren Rings 12 jeweils abwechselnd mit zwei verschiedenen Werten der Neigung in Bezug auf die Längsachse A angeordnet sind, um eine in Längsrichtung gleichmäßige Ausleuchtung der zylindrischen Mantelfläche des Streuschirms 7 zu erzielen. Dabei entspricht der größere der beiden Neigungswinkel β dem Wert 90°-α, wobei α der halbe Öffnungswinkel des von den Leuchtdioden 6 erzeugten Lichtkegels ist. So wird der Zylindermantel bis auf einen schmalen, an das Gehäuse 3 angrenzenden Randstreifen gleichmäßig ausgeleuchtet, und gleichzeitig werden Lichtverluste, die sich daraus ergeben, dass Leuchtdioden sich gegenseitig anstrahlen, gering gehalten.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die äußere Zone 9 der Leiterplatte in eine Mehrzahl von Feldern unterteilt ist, die jeweils radial zueinander ausgerichtete Leuchtdioden aufweisen. Es sind drei Arten von Feldern 13, 14, 15 vorhanden, in denen Leuchtdioden die jeweils umso stärker zur Mittelachse A hin geneigt sind, je weiter der Mittelpunkt des betreffenden Feldes von der Achse A entfernt ist. Auch mit dieser Anordnung wird eine gleichmäßige Ausleuchtung des Streuschirms 7 erreicht, bei der der Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode am Schirm kaum erkennbar ist.

Claims

Leuchtmittel mit einem Sockel (3) und einem Streuschirm (7), die auf einer Längsachse (A) des Leuchtmittels (1) aufeinanderfolgend angeordnet sind, und mit einer zwischen Sockel (3) und Streuschirm (7) angeordneten, eine Mehrzahl von gebündelt Licht emittierenden Leuchtdioden (6) tragenden Platine (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) die Längsachse (A) kreuzend angeordnet ist und dass sich unter der Mehrzahl von Leuchtdioden (6) wenigstens eine erste Gruppe (10, 11, 12) befindet, deren Leuchtdioden (6) so ausgerichtet sind, dass das von ihnen emittierte Licht die Längsachse (A) kreuzt.
Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (A) den Mittelpunkt der Platine (5) kreuzt.
Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) auf der Längsachse (A) senkrecht steht.
Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einer Leuchtdiode (6) der ersten Gruppe (11, 12) emittiertes Lichtbündel erst die Längsachse und dann den Streuschirm kreuzt.
Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gruppe von Leuchtdioden (6) parallel zur Längsachse (A) ausgerichtet sind.
Leuchtmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (6) der zweiten Gruppe in einer den Schnittpunkt der Längsachse (A) umgebenden inneren Zone (8) der Platine (5) und die Leuchtdioden der ersten Gruppe in einer die innere Zone (8) umgebenden äußeren Zone (9) angeordnet sind.
Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzungswinkel (β) zwischen der Hauptabstrahlrichtung einer Leuchtdiode (6) und der Längsachse (A) für die Dioden (6) der ersten Gruppe (10, 11, 12) unterschiedliche Werte annimmt und im Mittel mit zunehmender Entfernung der Dioden (6) vom Schnittpunkt zunimmt.
Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (6) der ersten Gruppe (10, 11, 12) in mehreren konzentrischen Ringen (10; 11; 12) angeordnet sind, und dass der Kreuzungswinkel (β) für die Leuchtdioden eines inneren Rings (10) jeweils einen gleichen Wert und für die Leuchtdioden eines äußeren Rings (12) wenigstens zwei verschiedene Werte annimmt.