DE20101295U1 - Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb an einem Wechselstromnetz - Google Patents

Description

Dipl.-Chem. E.L. FRITZ Dr. Dipl.-Phys. R. BASFELD Dipl.-Phys. E. HARAZIM Pa ten tanwälte

M. HOFFMANN

B. HEIN Rechtsanwälte

Ostentor 9 59757 Arnsberg GM 01/001
24.01.2001/HZ/Rh

Drees Leuchtenteile GmbH Zum Dümpel 4

59846 Sundern

"Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb an einem Wechselstromnetz"

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb an einem Wechselstromnetz, mit einer Stromversorgungseinrichtung, die eingangsseitig an das Wechselstromnetz anschließbar ist und an die ausgangsseitig eine Mehrzahl von Leuchtdioden (LED) angeschlossen ist, welche an einem Trägerelement angebracht sind.

Leuchtdioden, kurz LED (light emitting diodes) , haben gegenüber herkömmlichen Leuchtmitteln, wie Glühlampen oder dergleichen eine längere Lebensdauer, sind im wesentlichen unempfindlich gegenüber häufigem Ein- und Ausschalten und haben eine deutlich höhere Effizienz als beispielsweise Glühlampen, d. h. eine höhere Lichtausbeute und eine geringere Wärmeentwicklung. Durch diese vorteilhaften Eigenschaften ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Diese Verwendungsmöglichkeiten sind in letzter Zeit dadurch erweitert worden, dass besonders lichtstarke, weißes Licht abstrahlende Typen von Leuchtdioden entwickelt worden sind.

Zur Stromversorgung von Leuchtdioden ist eine Spannung von etwa 2 bis 4 V erforderlich, wobei eine Strombegrenzung vorgesehen sein muss. Um die vorteilhaften Eigenschaften von Leuchtdioden bei einer netzbetriebenen Beleuchtungseinrichtung ausnutzen zu können, muss daher eine Stromversorgungseinrichtung vorgesehen sein, welche die Netzspannung von in der Regel 230 V auf die Betriebsspannung einer Leuchtdiodenschaltung herabsetzt. In diesem Zusammenhang ist es im Stand der Technik bekannt, Niedervolt-Beleuchtungseinrichtungen mit Halogenlampen, welche eine Versorgungsspannung von 12 oder 24 V erfordern, zusätzlich mit Leuchtdioden zu versehen, welche beispielsweise über einen Vorwiderstand unmittelbar an dem Niedervolt-Netzteil derartiger Beleuchtungseinrichtungen betrieben werden können.

In den bisher bekannten Anwendungen werden die Leuchtdioden als dekorative Zusatzelemente zu den eigentlichen Leuchtmitteln, nämlich den Halogenlampen eingesetzt. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt, in ein

plattenförmiges Trägerelement, beispielsweise in einer Wandoder Deckenverkleidung, Halogen-Einbaustrahler einzusetzen und zusätzlich einzelne oder Gruppen von Leuchtdioden, welche in dafür vorgesehene Öffnungen der Verkleidung eingesetzt werden, um beispielsweise einen „Sternenhimmeleffekt" zu erreichen. Als Stromversorgungseinrichtung dient der leistungsstarke Netztransformator für die Halogenlampen, welcher in der Nähe einer Netzanschlussmöglichkeit untergebracht ist und über Zuleitungskabel sowohl mit den Halogenlampen als auch den Leuchtdioden verbunden ist.

Diese bekannten Beleuchtungseinrichtungen verwenden zwar bereits Leuchtdioden. Diese haben jedoch bislang lediglich eine dekorative Zusatzfunktion. Die lichttechnische Ausnutzung der Vorteile von Leuchtdioden kann bei diesen Beleuchtungseinrichtungen deswegen nicht in vollem Umfang erfolgen, da die darin vorgesehenen Stromversorgungseinrichtungen in erster Linie für die Versorgung der deutlich mehr Leistung aufnehmenden Halogenlampen ausgelegt sind. Diese Netzgeräte sind daher in der Regel relativ voluminös und schwer und mit den Leuchtdioden durch elektrische Zuleitungskabel verbunden. Diese Anordnung hat zwar den Vorteil, dass mit nur einem einzigen Netzteil mehrere Halogenlampen und LED gleichzeitig betrieben werden können. Wenn jedoch weitere Leuchtdioden angeschlossen werden sollen, beispielsweise als effiziente Zusatzleuchten an anderer Stelle im Raum oder in anderen Räumen eines Gebäudes, wäre eine aufwendige Installation und Verkabelung mit dem vorhandenen, leistungsfähigen Niedervolt-Netzteilen erforderlich.

Angesichts dieser Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, eine Leuchtenanordnung mit Leuchtdioden anzugeben, welche vielseitiger einsetzbar ist und bei der die spezifischen Vorteile von Leuchtdioden besser zur Geltung kommen.

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Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Stromversorgungseinrichtung und das Trägerelement mit den Leuchtdioden zu einer kompakten Baueinheit miteinander vereinigt sind.

Erfindungsgemäß wird eine Leuchte zur Verfügung gestellt, welche vorzugsweise als Leuchtmittel ausschließlich eine Leuchtdiodenanordnung umfasst und ein Netzteil, welches für die Stromversorgung dieser LED ausgebildet ist. Diese Stromversorgungseinrichtung kann wegen des relativ geringen Stromverbrauchs dieser Leuchtdiodenanordnung im Vergleich zu Halogenlampen oder dergleichen relativ klein dimensioniert werden. Dies wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, das Netzteil unmittelbar mit dem Leuchtenkörper, welcher durch das Trägerelement mit den darauf befestigten Leuchtdioden gebildet wird, baulich zu integrieren. Dadurch entsteht eine Beleuchtungseinrichtung in Form eines kleinen, kompakten Bausteins, welche unmittelbar zum Anschluss an ein Wechselstromnetz, bevorzugt ein 230 V-Netz anschließbar ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist, dass die vorteilhaften Eigenschaften von Leuchtdioden erstmals im Netzbetrieb gezielt zur Raumbeleuchtung ausgenutzt werden können, also nicht, wie im Stand der Technik, lediglich als dekorative Zusatzbeleuchtung. Die besondere Flexibilität entsteht dadurch, dass das erfindungsgemäße, kompakte LED-Leuchtmodul an beliebigen Stellen eines Gebäudes installiert werden kann, wo eine Netzinstallation vorhanden ist. Hierzu ist keine zusätzliche Niedervolt-Verkabelung erforderlich, so dass die Installation deutlich einfacher ist, als im Stand der Technik.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Leuchte zum Stand der Technik besteht darin, dass hierbei die Leuchtdioden die eigentliche Beleuchtungsfunktion übernehmen, Die vorteilhaften Eigenschaften der Leuchtdioden ermöglichen einen besonders sicheren und praktisch wartungsfreien

Dauerbetrieb. Ein Einsatz kann beispielsweise als dauerhaft eingeschaltete Orientierungsleuchte erfolgen, und zwar sowohl zur ständig eingeschalteten Innenraumbeleuchtung von fensterlosen Räumen in Wohn- oder Geschäftsgebäuden, als auch

-5 in sicherheitsrelevanten Bereichen. Die Lebensdauer der Leuchtdioden ist nämlich deutlich höher als beispielsweise von Glühlampen, während der Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung deutlich geringer ist. Außerdem ist die Gefahr von Funkenbildung bei einer Zerstörung der Leuchtdioden geringer. Dabei ist die von den Leuchtdioden abgestrahlte Lichtleistung deutlich höher, als von den häufig im Netzbetrieb als Kontrolllämpchen verwendeten Neon-Glimmlampen.

Das Trägerelement ist bevorzugt als Leuchtengehäuse mit flacher Vorderseite ausgebildet, auf der die Leuchtdioden nach vorn abstrahlend angebracht sind. Auf der flächigen Vorderseite kann eine Mehrzahl von Leuchtdioden gleichmäßig verteilt angeordnet sein, so dass derselbe Eindruck einer lichtabstrahlenden Fläche erreicht wird, als wenn eine leistungsstärkere Lampe eingesetzt wäre.

In dem Trägerelement, welches als Leuchtengehäuse ausgebildet sein kann, können Anschlussmittel für die Leuchtdioden und elektrischen Zuleitungen zu der Stromversorgungseinrichtung untergebracht sein. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, dass die Leuchtdioden auf einer Trägerplatte angebracht sind, welche als Frontplatte in das Leuchtengehäuse einsetzbar ist. Diese Trägerplatte ist bevorzugt als Leiterplatine mit Zuleitungen für die Leuchtdioden ausgebildet. Bezüglich der vorne angebrachten LED hat die Leiterplatte auf Ihrer Rückseite flächige Leiterbahnen, die sich besonders rationell im Ätzverfahren herstellen lassen. Die Anbringung der Leuchtdioden erfolgt durch Verlöten der Anschlussdrähte mit den Leiterbahnen, wodurch gleichzeitig eine mechanische Befestigung und elektrische Kontaktierung erfolgt.

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Die Stromversorgungseinrichtung ist bevorzugt auf der Rückseite des Trägerelements befestigt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Stromversorgungseinrichtung selbst in einem blockförmigen Gehäuseteil untergebracht ist, welches unlösbar auf der Rückseite des vorgenannten Leuchtengehäuse befestigt ist. Alternativ ist es ebenfalls denkbar, die Stromversorgungseinrichtung unmittelbar in dem Leuchtengehäuse unterzubringen. Dieses Gehäuse kann beispielsweise ein einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil sein. Zur Montage kann darin beispielsweise die Stromversorgungseinrichtung (Netzteil) und die Leuchtdiodenanordnung mit einer Kunstharz-Vergussmasse unlösbar darin eingebettet sein, wobei lediglich die Anschlussdrähte des Netzteils zum Anschluss an ein 230 V-Wechselstromnetz nach außen herausgeführt sind.

Besonders vorteilhaft ist es, dass die Stromversorgungseinrichtung einen Netztransformator umfasst.

Die Verwendung eines Netztransformators, beispielsweise eines miniaturisierten Niedervolt-Sicherheitstransformators hat den Vorteil besonderer Betriebssicherheit, da sie vollständige galvanische Trennung bieten und im Gegensatz zu Schaltnetzteilen keine aktiven Bauelemente erforderlich sind, sowie Störungsunempfindlichkeit und die Möglichkeit einer besonders kostengünstigen Realisierung. Derartige Transformatoren sind als blockförmige, hermetisch abgeschlossene Elemente mit beispielsweise 12 V Ausgangsspannung erhältlich, so dass der Anschluss einer LED-Anordnung problemlos möglich ist.

Die Stromversorgungseinrichtung kann zweckmäßigerweise Gleichrichter und Strombegrenzungselemente umfassen. Zum Betrieb der Leuchtdioden mit Gleichstrom kann beispielsweise einem Netztransformator ein Brückengleichrichter nachgeschaltet sein. Als Strombegrenzungselement für die Leuchtdioden kann eine Anordnung aus einem oder mehreren Widerständen eingesetzt werden.

Durch die erfindungsgemäße Verbindung des Trägerelements mit den Leuchtdioden mit einer Stromversorgungseinrichtung kann eine kompakte Leuchte mit integriertem Netzteil realisiert werden, welche in ihrer äußeren Form und ihren Abmessungen so angepasst ist, dass sie in eine handelsübliche Verteilerdose, wie sie zur Gebäudeinstallation verwendet wird, einsetzbar ist. Das Leuchtengehäuse kann zu diesem Zweck in Form einer kreisrunden, etwa zylindrischen Dose ausgebildet sein, deren vordere Stirnseite gleichmäßig mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden bestückt ist, die von dieser Stirnseite aus gesehen axial nach vorn abstrahlen. Auf der Rückseite dieser Dose kann ein Miniatur-Netztransformator angesetzt sein. Dieser Netztransformator kann beispielsweise eine Ausgangsspannung 12 V haben. Derartige Netztransformatoren sind als Standardbauteile besonders zuverlässig und überdies kostengünstig erhältlich. Bei einer Betriebspannung von 12 V können beispielsweise drei Weißlicht-LED in Serie geschaltet mit einem kleinen Vorwiderstand betrieben werden und einige dieser Serienschaltungen parallel zueinander, so dass beispielsweise eine kompakte Einheit mit insgesamt 12 Weißlicht-LED gebildet wird. Durch eine solche Anordnung kann eine Lichtleistung erzeugt werden, welche einer kleineren Halogenlampe entspricht, wobei die erforderliche, von dem Netzgerät zur Verfügung zu stellende elektrische Versorgungsleistung jedoch deutlich geringer ist.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen

'5 Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

erfindungsgemäßen LED-Leuchte;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die LED-Leuchte gemäß

Fig. 1;
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Fig. 3 einen Schaltplan der LED-Leuchte gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Leuchtdioden-Leuchte (LED-Leuchte), die darin als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Diese ist in Fig. 2 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Fig. zeigt das elektrische Schaltschema dieser Leuchte 1.

Wesentlicher Bestandteil der LED-Leuchte 1 ist ein Leuchtengehäuse 2, welches in seinem vorderen, d. h. in der Ansicht von Fig. 1 und Fig. 2 oberen Bereich als flacher Zylinderabschnitt ausgebildet ist. Dieses Leuchtengehäuse 2 bildet ein Trägerelement, in das von vorn, also in den zeichnerischen Darstellungen von oben eine als Frontplatte dienende Trägerplatte 3 eingesetzt ist. Auf der Vorderseite dieser Trägerplatte 3 ist eine Mehrzahl von nach vorn (in der Zeichnung nach oben) abstrahlenden Leuchtdioden (LED) 4 angebracht.

Die Trägerplatte 3 ist bevorzugt als Leiterplatine ausgebildet, welches auf ihrer Rückseite ausgebildete Leiterbahnen hat, welche zur Stromversorgung mittels Lötpunkten an die LED 4 angeschlossen sind.

Im hinteren Bereich, auf der Rückseite der Trägerplatte 3 ist in dem Leuchtengehäuse 2 eine Stromversorgungseinrichtung 5 für die Leuchtdioden 4 untergebracht. In der dargestellten

Ausführungsform umfasst diese einen Miniatur-Netztransformator
6, der auf seiner Primärseite mit
Anschlusskabeln 7 an ein 230 V-Wechselstromnetz anschließbar ist. Auf seiner Sekundärseite, die beispielsweise 12 V
abgibt, ist eine elektrische Schaltungsanordnung 8
angeschlossen, welche einen Gleichrichter und eine
Strombegrenzungseinrichtung, beispielsweise einen
Vorwiderstand für die LED 4 beinhaltet. An diese
Schaltungsanordnung 8 sind die LED 4 durch Anschlussdrähte
verbunden, welche auf der Rückseite der Trägerplatte 3 mit
den darauf ausgebildeten Leiterbahnen verbunden sind. Die
Schaltungsanordnung 8 kann auch direkt auf der Rückseite der Trägerplatte 3 angebracht sein.

Die elektrische Schaltungsanordnung der

Stromversorgungseinrichtung 5 ist in Fig. 3 noch einmal
schematisch dargestellt. Darin ist deutlich die Anordnung des Netztransformators 6 erkennbar, der über die Anschlusskabel 7 an ein 230 V-Wechselstromnetz anschließbar ist, wie es

üblicherweise in der Gebäudeinstallation vorhanden ist.
Sekundärseitig, am 12 V-Ausgang, ist zunächst ein
Brückengleichrichter 8a angeschlossen, an den über
Vorwiderstände 8b eine Mehrzahl von LED 4 angeschlossen ist. Diese LED 4 sind seriell und parallel zu einer Anordnung

zusammengeschaltet, so dass die Summe der daran abfallenden
Betriebsspannungen in etwa der Ausgangsspannung des
Netztransformators 6 entspricht, so dass an den
Vorwiderständen 8b nur eine relativ geringe Verlustleistung
anfällt.

Gegebenenfalls kann das gesamte Leuchtengehäuse 2 hermetisch abgeschlossen sein, beispielsweise mit Kunstharz ausgegossen sein. Auf diese Weise kann Funkenbildung sicher vermieden
werden, so dass die LED-Leuchte auch in sicherheitsrelevanten Bereichen dauerhaft betrieben werden kann. Insgesamt hat das Leuchtengehäuse 2 eine besonders kompakte Bauform. Durch die erfindungsgemäße Integration der Stromversorgungseinrichtung
5 mit dem Netztransformator 6 und der

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Schaltungsanordnung 8 wird eine besonders kompakte Bauform erreicht, so dass das gesamte Leuchtengehäuse 2 problemlos in einer herkömmlichen Verteiler- oder Anschlussdose einer Gebäudeinstallation untergebracht werden kann. Durch den

*5 Einsatz von Hochleistungs-Leuchtdioden für die LED 4, beispielsweise Weißlicht-LED, wird eine hohe Lichtleistung abgegeben, welche vergleichbar einer kleinen Halogenlampe ist. Vorteilhaft ist jedoch, dass die Vorsorgungsleistung deutlich geringer ist und nur eine sehr geringe Erwärmung erfolgt. Durch die lange Lebensdauer der Leuchtdioden 4 ist ein langer, praktisch wartungsfreier Betrieb gewährleistet.

Claims (10)

1. Beleuchtungseinrichtung zum Betrieb an einem Wechselstromnetz, mit einer Stromversorgungseinrichtung, die eingangsseitig an das Wechselstromnetz anschließbar ist und an die ausgangsseitig eine Mehrzahl von Leuchtdioden (LED) angeschlossen ist, welche an einem Trägerelement angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) und das Trägerelement (2) mit den Leuchtdioden (4) zu einer kompakten Baueinheit (2) miteinander vereinigt sind.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) als Leuchtengehäuse mit flacher Vorderseite ausgebildet ist, auf der die Leuchtdioden (4) nach vorn abstrahlend angebracht sind.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) ein dosenförmiges Leuchtengehäuse (2) umfasst, in das eine die Leuchtdioden (4) tragende Trägerplatte (3) einsetzbar ist.

4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (3) als Leiterplatine mit Zuleitungen für die Leuchtdioden (4) ausgebildet ist.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) auf der Rückseite des Trägerelements (2) befestigt ist.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) in einem blockförmigen Gehäuseteil untergebracht ist, welche auf der Rückseite des Leuchtengehäuses (2) ausgebildet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) in dem Leuchtengehäuse (2) untergebracht ist.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) einen Netztransformator (6) umfasst.

9. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (5) Gleichrichter (8a) und Strombegrenzungselemente (8b) umfasst.

10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (2) einschließlich der Stromversorgungseinrichtung (5) in eine Verteilerdose einsetzbar ist.