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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Leuchtengehäuse
und einer darin angeordneten Lampe mit mindestens einer Lichtquelle,
wobei das Leuchtengehäuse ein Gehäusehinterteil
aus Metall und ein lichtaustrittsseitiges Gehäusevorderteil
umfasst und die Lampe als Einsteckeinheit ausgebildet ist, welche
Kontaktstifte aufweist, die in einen im Inneren des Gehäusehinterteils
angeordneten Stecksockel eingesteckt sind. Ferner betrifft die Erfindung
eine Lampe für eine derartige Beleuchtungseinrichtung mit
mindestens einer Lichtquelle, wobei die Lampe als Einsteckeinheit
mit mindestens zwei elektrischen Kontaktstiften ausgebildet ist,
die zum Einstecken in einen im Inneren des Gehäusehinterteils
der Beleuchtungseinrichtung angeordneten Stecksockel ausgebildet
und bestimmt sind.
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Stand der Technik
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In
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 011 524 U1 ist
eine Beleuchtungseinrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs
1 gezeigt. In dieser Schrift ist angegeben, dass ein Leuchtmittel
in Form einer Halogenlampe oder in Form eines LED-Einsatzes verwendbar
ist.
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Auf
dem Gebiet der Lichttechnik gibt es eine Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen
für den Innen- und Aussenraumeinsatz, welche mit verschiedenen
Leuchtmitteln bzw. Lampen funktionieren. Dabei kommen Halogenlampen,
aber auch zunehmend LED-Lampen zum Einsatz, welche mit 12 V oder
24 V betrieben werden. Auf dem Markt befindliche LED-Leuchten sind
dabei in der Regel mit fest eingebauten Leuchtdioden versehen und
nicht mit Steckeinsätzen. Ist eine LED defekt, so muss
entweder die ganze Leuchte ersetzt werden oder die Leuchte muss
demontiert und an den Hersteller geschickt und dort repariert werden,
wonach die Rücksendung und der Einbau am alten Standort
erfolgen muss.
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Bekannt
sind aber auch 12 Volt LED-Einsätze, die wie eine Halogenlampe
in einen Stecksockel eingesteckt werden können, wovon auch
die obengenannte Gebrauchsmusterschrift ausgeht. Diese LED-Einsätze
weisen eine eingebaute Hochleistungs-LED mit Kühlkörper
und eine Elektronik auf, die in einem Gehäuse integriert
sind. Dieses Gehäuse kann weitgehend einem Gehäuse
einer Halogenlampe entsprechen, so dass von der elektrischen Spannungsversorgung
und der mechanischen Ausgestaltung des Leuchtmittels ein Austausch
zwischen Halogenlampe oder LED-Lampe grundsätzlich möglich
ist.
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LED-Lampen
als Leuchtmittel zeichnen sich durch einen niedrigen Stromverbrauch
bei bereits für viele Anwendungen genügender Leuchtkraft
aus, beispielsweise erreicht eine 3 Watt LED-Lampe fast die Leuchtkraft
einer 20 Watt Halogenlampe. Die Entwicklung der LED-Lampen wird
eine weitere Zunahme von deren Leuchtkraft bringen, so dass deren Einsatz
an Stelle von Halogenlampen in Zukunft zunehmen wird. Ein weiterer
Vorteil von LED-Lampen gegenüber Halogenlampen ist die
um ein Vielfaches längere Lebensdauer.
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Die
in
DE 20 2008
011 524 U1 gezeigte Beleuchtungseinrichtung bzw. Leuchte
ist für den Ausseneinsatz ausgeführt, bei welchem
die Leuchte der Witterung trotzen und somit insbesondere die Lampe wasserdicht
einschliessen muss.
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Um
die Ausfallrate einer solchen Beleuchtungseinrichtung insbesondere
im Aussenbereich möglichst niedrig zu halten ist es nicht
nur notwendig, dass kein Wasser in ihr Inneres eintreten kann, sondern
auch dass die durch die Lichtquelle erzeugte Wärme effizient
abgeführt wird, um eine Überhitzung und damit
eine Zerstörung der Lampe zu vermeiden. Dies ist besonders
bei LED-Lampen wichtig, da die Leuchtdioden empfindlich auf zu hohe
Tem peratur sind. Leuchtdioden mit hoher Lichtleistung sind daher mit
einem Kühlkörper für die Wärmeabfuhr
versehen. Bei einer geschlossenen Ausführung der Leuchte
für den Aussenbereich, wie in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
gezeigt, ist die Wärmebelastung der Leuchtdiode trotz Kühlkörper
sehr hoch, so dass nur eine LED-Lampe mit geringer Leuchtstärke einsetzbar
wäre. Diese Lösung nach Stand der Technik schliesst
es daher auch aus, dass die Leuchte zunächst mit einer
Halogenlampe betrieben wird und zu einem späteren Zeitpunkt
auf eine sehr lichtstarke LED-Lampe umgerüstet wird, die
eine der Halogenlampe gleichwertige Leuchtkraft erbringt, da bei
dieser Lösung die Wärmebelastung der LED zu hoch würde.
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Darstellung der Erfindung
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Daher
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte
Beleuchtungseinrichtung aufzuzeigen, welche im Betrieb eine effektive
Wärmeabführung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst, dass die Lampe einen metallenen Basiskörper
aufweist und die Lichtquelle der Lampe ein metallenes Wärmeabfuhrelement
umfasst, wobei Basiskörper und Wärmeabfuhrelement
zusammen durch metallenen Kontakt und/oder eine Schicht von Wärmeleitpaste
in Wärmeflussverbindung stehen und der Basiskörper
mit seiner Aussenform an die Innenform des Gehäusehinterteils
derart angepasst ist, dass mindestens ein Teil seiner Aussenfläche
in direkter Wärmeflussverbindung mit einer Innenfläche des
Gehäusehinterteils steht.
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Die
erfindungsgemässe Beleuchtungseinrichtung ergibt durch
die direkte metallene Wärmeflussverbindung eine effiziente
Wärmeabführung von der Lichtquelle der Lampe über
deren Wärmeabfuhrelement bzw. deren Kühlkörper
auf den Basiskörper der Lampe und dann auf das Gehäuse hinterteil der
Beleuchtungseinrichtung und somit auf eine grosse Kühlfläche,
die direkt mit der Umgebung ausserhalb der Beleuchtungseinrichtung
in Kontakt ist. Es ergibt sich somit ein direkter Wärmefluss
vom Kühlkörper der Lichtquelle auf das metallene
Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung. Dadurch wird die Temperatur
der Lampe sehr effizient reduziert und eine Zerstörung
der Lampe bzw. der Lichtquelle durch Überhitzung wird vermieden.
Es ergibt sich damit die Möglichkeit auch sehr lichtstarke
und eine grosse Wärmemenge erzeugende Leuchtmittel in einer
geschlossenen Beleuchtungseinrichtung einzusetzen, die somit für
Aussenanwendungen geeignet ist. Somit schafft die Erfindung Beleuchtungseinrichtungen,
bei denen Halogenlampen durch lichtstarke LED-Lampen ersetzt werden
können. Der Ersatz ist dabei durch die Ausbildung der Lampe
als Einsteckeinheit sehr einfach. Dies ist auch von Vorteil, wenn eine
Lampe defekt wird, da sie dann einfach ausgewechselt werden kann,
ohne dass die Beleuchtungseinrichtung zur Reparatur eingeschickt
werden muss.
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Bevorzugt
ist die Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode, da bei Leuchtdioden
die genannten Vorteile zum Tragen kommen. Auch bei Wärme erzeugenden
Lichtquellen anderer Art kann indes die erfindungsgemässe
Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung vorteilhaft sein.
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Die
Lichtquelle kann mit ihrem Wärmeabfuhrelement bzw. ihrem
Kühlkörper direkt auf dem Basiskörper
aufliegen, so dass sich ein direkter metallener Kontakt zwischen
Wärmeabfuhrelement und Basiskörper ergibt. Bevorzugt
ist aus herstellungstechnischen Gründen indes, dass die
Lichtquelle auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die eine rückseitige Metallschicht
oder Metallplatte aufweist, mit welcher das Wärmeabfuhrelement
der Lichtquelle in direktem Wärmeflusskontakt steht, wobei
dann die Metallschicht oder Metallplatte in direktem Wärmeflusskontakt
mit dem Basiskörper ist, dies mindestens über
einen Teil der Fläche der Metallschicht oder Metall platte,
vorzugsweise aber über deren ganzen Fläche bzw.
vollflächig.
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Bei
besonders leuchtstarken Leuchtdioden und/oder bei einem Einsatz
in Gebieten mit hoher Aussentemperatur kann es sein, dass auch trotz
der effizienten Wärmeabfuhr über das Leuchtengehäuse eine
zu hohe Temperatur der LED bzw. von deren Chip resultiert. Es ist
daher bevorzugt, dass die Beleuchtungseinrichtung eine elektronische
Schaltung mit einem Temperatursensor umfasst, welche den Strom durch
die Lichtquelle abhängig von der mit dem Sensor erfassten
Temperatur steuert. Damit kann der Strom und damit die Wärmeerzeugung
reduziert werden, wenn die Temperatur zu hoch wird. Bevorzugt ist
die elektronische Schaltung auf der Leiterplatte angeordnet, auf
der sich die Lichtquelle befindet. Dies ergibt eine herstellungstechnisch
und für den Einbau günstige Lösung.
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Bevorzugt
weist der Basiskörper eine kegel- oder quaderförmige
Aussenfläche auf, welche in direktem Wärmflusskontakt
mit einer entsprechenden konischen bzw. hohlquaderförmigen
Innenfläche des Gehäusehinterteils steht. Damit
lässt sich ein guter Wärmeflusskontakt bei einfacher
Herstellung des Basiskörpers erzielen. Andere Formgebungen
des Basiskörpers und der Gegenfläche des Gehäusehinterteils
sind aber möglich.
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Damit
ein möglichst guter Wärmeflusskontakt zwischen
dem Basiskörper der Lampe und dem Gehäusehinterteil
erzielt wird, und damit eine gute Kühlung der Lichtquelle
bzw. der LED, ist die Lampe derart ausgestaltet, dass es mittels
mindestens eines von den Kontaktstiften unabhängigen Befestigungsmittels,
insbesondere einer Schraube, am Gehäusehinterteil befestigbar,
insbesondere festschraubbar ist. Damit wird insbesondere das Gehäusevorderteil von
der Aufgabe befreit, die Lampe zu fixieren und gegen die Gegenfläche
am Gehäusehinterteil zu pressen. Dies erlaubt es, die wasserdichte
Schraubbefestigung des Gehäusevorderteils am Gehäusehinterteil
optimal auf Dichtigkeit auszulegen, ohne dass die Lampenbefestigung
dies beeinflusst.
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Da
die Beleuchtungseinrichtung den einfachen Austausch der Lampe erlaubt,
ist es besonders bevorzugt, dass die Lampe einen Positionierstift
umfasst, der mit einer Positionierausnehmung im Gehäusehinterteil
zusammenwirkt, und der nicht von den Kontaktstiften gebildet wird.
Dies erleichtert es ausserordentlich, die Lampe korrekt positioniert
in die Beleuchtungseinrichtung einzusetzen.
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Bei
einem Einsatz der Beleuchtungseinrichtung in einer Umgebung mit
hohen Umgebungstemperaturen kann es erwünscht sein, die
Wärmeabfuhr mittels eines möglichst grossflächigen
Leuchtengehäuses zu verbessern. Dieses umfasst daher bevorzugt
einen wahlweise auf die Aussenwand des Gehäuses aufschiebbaren
bzw. lösbaren, die Aussenwand mindestens teilweise umhüllenden
und beaufschlagenden Kühlkörper mit einer Mehrzahl
von Kühlrippen.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde eine Lampe für
die Beleuchtungseinrichtung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird bei der Lampe der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass die Lampe einen metallenen Basiskörper und eine Lichtquelle mit
einem metallenen Wärmeabfuhrelement aufweist, wobei der
Basiskörper und das Wärmeabfuhrelement zusammen
durch metallenen Kontakt und/oder eine Schicht von Wärmeleitpaste
in Wärmeflussverbindung stehen.
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Da
der Basiskörper dazu bestimmt und ausgestaltet ist, bei
eingesteckter Lampe in flächigem metallenen Wärmeleitkontakt
mit dem Leuchtengehäuse zu stehen, ergibt das für
die Beleuchtungseinrichtung bestimmte Lampe die zuvor bei der Beleuchtungseinrichtung
vorgenannten Vorteile.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen der Lampe sind in den abhängigen
Ansprüchen für die Lampe definiert. Es ergeben
sich daraus die zuvor bei den entspre chenden abhängigen
Ansprüchen für die Beleuchtungseinrichtung genannten
Vorteile.
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Die
erfindungsgemässe Beleuchtungseinrichtung kann sowohl als
geschlossene Beleuchtungseinrichtung, insbesondere als Garten-,
Teich und/oder Schwimmbadleuchte, als auch als offene Beleuchtungseinrichtung,
insbesondere als Zimmerdecken- und/oder Schreibtischleuchte verwendet werden.
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Kurze Darstellung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Dabei zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen
Beleuchtungseinrichtung;
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2 einen
Vertikalschnitt einer erfindungsgemässen Lampe;
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3 eine
Explosionsansicht der erfindungsgemässen Beleuchtungseinrichtung;
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4 eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen
Beleuchtungseinrichtung;
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5 ein
Beleuchtungssystem mit einer ersten beispielhaften Anordnung von
erfindungsgemässen Beleuchtungseinrichtungen;
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6 ein
Beleuchtungssystem mit einer zweiten beispielhaften Anordnung von
erfindungsgemässen Beleuchtungseinrichtungen;
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7 grob
schematisch die Temperatursteuerung der Leuchtdiode; und
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8 einen
Kühlkörper zur Anordnung am Leuchtengehäuse.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
ein bevorzugtes Beispiel der Beleuchtungseinrichtung 1 in
Vertikalschnitt. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst
ein im Wesentlichen zylinderförmiges Leuchtengehäuse 1a, 1c,
welches aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, gefertigt ist und
aus zwei Teilen, einem Gehäusehinterteil 1a und einem
Gehäusevorderteil 1c, gebildet ist. Im Inneren des
Leuchtengehäuses 1a, 1c ist die Lampe 1b angeordnet,
welche mittels zweier an einer Stiftleiterplatte 11 befestigten
Kontaktstiften 10 in einem Stecksockel 16 eingesteckt
ist. Je nach verwendeter Stromversorgung können auch mehrere
Kontaktstifte 10, insbesondere vier Kontaktstifte 10,
vorgesehen sein.
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Für
eine Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 1 in einem
Innenraum, beispielsweise als Decken- oder Schreibtischbeleuchtung,
kann auf den Pressring 7, den Dichtungsring 18 bzw.
auf einen hier nicht dargestellten Befestigungsmechanismus für eine
wasserdichte Befestigung eines anzuschliessenden Versorgungskabels
verzichtet werden. In einer solchen Betriebsumgebung kann auch auf
den Einsatz des Gehäusevorderteils 1c verzichtet
werden, wodurch die Beleuchtungseinrichtung 1 kostengünstiger
wird. Ferner kann anstatt eines wasserdichten auch ein herkömmlicher
Anschluss für die Stromversorgung gewählt werden.
Dieser Anschluss kann in bekannter Weise als Schraubmechanismus oder
als gelöteter Anschluss im Inneren des Gehäusehinterteils 1a ausgeführt
sein.
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Die
im Stecksockel 16 eingesteckte Lampe 1b umfasst
einen Basiskörper 6, der aus Metall, zum Beispiel
Aluminium, gefertigt ist, eine darauf befestigte Leiterplatte 5,
eine Lichtquelle 20 (siehe 2) und eine
Linse 4, welche an einem Linsenhalter 9 befestigt
ist. Mehrere Linsen 4 können aber auch vorgesehen
sein. Auf die Befestigung der Leiterplatte 5 am Basiskörper 6 wird
in der Beschreibung der 2 näher eingegangen.
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Die
am Basiskörper 6 befestigte oder als Teil des
Basiskörpers 6 ausgebildete Linse wird von einem
Glas 12 nach aussen abgeschirmt. Das Glas 12 hat
einerseits eine schützende Wirkung, insbesondere beim Ausseneinsatz
der Beleuchtungseinrichtung 1, kann aber andererseits auch
die Beleuchtung beeinflussen, beispielsweise indem es derart beschaffen
ist, dass es eine Abblend- oder eine Lichtstreuungsfunktion hat.
Die Austrittsrichtung des Lichts ist hier vereinfacht durch den
Pfeil S dargestellt, der eine optische Achse der Linse 4 verdeutlicht.
Das Glas 12 kann am Gehäusevorderteil 1c befestigt
oder als Teil des Gehäusevorderteils 1c ausgebildet
sein.
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In
der Ansicht nach 1 ist das Gehäusevorderteil 1c am
Gehäusehinterteil 1a wasserdicht befestigt, insbesondere
mittels mindestens eines am Gehäusevorderteil 1c und/oder
am Gehäusehinterteil 1a angeordneten Dichtungsmittels,
insbesondere Dichtungsrings 18. Für die Befestigung
der beiden Gehäuseteile aneinander ist eine Schraubverbindung
bevorzugt, bei der beispielsweise das Gehäusevorderteil 1c an
einen verjüngten Teil des Gehäusehinterteils 1a geschraubt
wird, bis eine untere Stirnseite des Gehäusevorderteils 1c auf
einen gegenüberliegenden Steg des Gehäusehinterteils 1a trifft.
Bevorzugt ist der Einsatz eines ersten elastischen Dichtungsrings
oder O-Rings 18 aus Kunststoff, vorzugsweise VITON®, welcher auf dem Steg ruht oder
vorzugsweise in einer Ausnehmung des Stegs teilweise eingesenkt
ist. Bei zunehmender Verschraubung beider Gehäuseteile
ineinander wird der O-Ring 18 zusammengepresst, wodurch
das Leuchtengehäuse 1a, 1c wasserdicht
verschlossen wird.
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Ausserdem
ist ein Pressring 7 an einer Innenwand des Gehäusevorderteils 1c und/oder
des Gehäusehinterteils 1a angeordnet und kann
auch als Halterung des Glases 12 dienen. Der Pressring
ist vorzugsweise aus Metall gefertigt und wird vorzugsweise in Kombination
mit dem Glas und einem zweiten O-Ring 18a ins Gehäusevorderteil 1c eingepresst.
Dadurch wird das Gehäusevorderteil 1c zusammen
mit dem Glas wasserdicht verschlossen.
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Der
Stecksockel 16 umfasst auf seiner Stromversorgungsseite 13 einen
hier nicht dargestellten Befestigungsmechanismus mit einem weiteren
Dichtungsmittel oder als Dichtungsmittel ausgebildet, für
eine wasserdichte Befestigung eines anzuschliessenden Versorgungskabels.
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Durch
diese Massnahmen wird sichergestellt, dass von keiner Seite Wasser
ins Innere des Leuchtengehäuses 1a, 1c eintreten
kann. Dies ist bei einer Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 1 im Aussenbereich,
beispielweise für eine Schwimmbad- oder Gartenbeleuchtung
wesentlich.
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Die
Lampe 1b ist derart geformt, dass der Basiskörper 6 eine
kegel- oder quaderförmige Aussenfläche 17b (siehe 2)
umfasst, welche in direktem Wärmeflusskontakt mit einer
entsprechenden Innenfläche 17a (siehe 3)
des Gehäusehinterteils 1a steht. Die kegel- oder
quaderförmige Form des Basiskörpers 6 ist
hier nur beispielhaft angegeben. Es können auch andere
Formen der Kontaktflächen 17a, 17b gewählt
werden. Die Kontaktflächen 17a, 17b stehen
dabei möglichst ohne Luftspalt in direktem Metall-Metall
Kontakt. Allenfalls kann eine Wärmeleitpaste auf die Flächen
aufgetragen sein.
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Durch
den direkten Kontakt der metallenen Flächen wird sichergestellt,
dass die im Inneren der Lampe 1b entstehende Wärme,
welche von der Lichtquelle 20 generiert wird, sehr effektiv
durch das Leuchtengehäuse 1a, 1c an die
Aussenumgebung abgeführt werden kann. Wie oben erwähnt,
kann die Aussenform des Basiskörpers 6 im Zusammenwirken
mit der Innenform des Gehäusehinterteils 1a derart
variiert werden, dass sich für eine vorausberechnete abzuführende
Wärme eine genügend grosse Kontaktfläche
ergibt.
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Um
beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 einen zuverlässigen
und dauernden Kontakt der Aussenfläche 17b des
Basiskörpers 6 mit der Innenfläche 17a des
Gehäusehinterteils 1a zu gewährleisten,
ist die Lampe 1b mittels mindestens eines von den Kontaktstiften 10 unab hängigen
Befestigungsmittels 8 am Gehäusehinterteil 1a befestigt. Bevorzugt
wird als Befestigungsmittel eine oder mehrere Schauben 8 verwendet,
welche in jeweils ein dafür vorgesehenes Gewinde des Gehäusehinterteils 1a festgeschraubt
werden.
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2 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lampe 1b in
Vertikalschnitt. Wie bereits erläutert, ist die Lampe 1b als
Einsteckeinheit ausgebildet und umfasst den Basiskörper 6,
die auf dem Basiskörper 6 befestigte Leiterplatte 5,
die Lichtquelle 20, die Linse 4 und die zwei Kontaktstifte 10,
welche an der Stiftleiterplatte 11 befestigt sind. In dieser
Ansicht ist nur ein Kontaktstift 10 dargestellt, da die Lampe
gegenüber der Ansicht aus 1 um 90° gedreht
ist. Die mittels des Linsenhalters 9 an der Lampe 1b befestigte
Linse 4 ist in einem Strahlenweg S der Lichtquelle 20 angeordnet,
wobei die Linse 4 und der Linsenhalter 9 insbesondere
als Teil der Einsteckeinheit ausgebildet sind. In einer anderen,
hier nicht dargestellten Ausführungsform der Leuchte 1b ist
der Linsenhalter 9 mittels Befestigungsfüssen
direkt an der Leiterplatte 5 befestigt. Er kann aber auch
wegfallen, wobei in diesem Fall die Linse 4 mittels der
Befestigungsfüsse direkt an der Leiterplatte 5 angebracht
ist. Die Befestigungsfüsse können gesteckt, verklebt
oder geschraubt sein.
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Die
Lichtquelle 20, welche ein Wärmeabfuhrelement 21,
mit anderen Worten einen Kühlkörper, umfasst,
ist auf der Leiterplatte 5 angeordnet. Die Leiterplatte 5 weist
eine rückseitige Metallschicht oder Metallplatte 5a auf,
mit welcher das Wärmeabfuhrelement 21 der Lichtquelle 20 in
direktem Wärmeflusskontakt steht. Die Metallschicht oder
Metallplatte 5a ist mindestens teilweise, vorzugsweise
vollflächig, in direktem Wärmeflusskontakt mit
dem Basiskörper 6. Diese bevorzugte Anordnung
der Leiterplatte 5 stellt eine effiziente Übergabe
der Wärme von der Lichtquelle 20 an das Wärmeabfuhrelement 21,
weiter an die Metallschicht 5a, weiter an den Basiskörper 6, weiter
an das Gehäusehinterteil 1c und anschliessend
an die Umgebung der Lampe 1b, dar. Sowohl zwischen der
Metallschicht 5a und dem Basiskörper 6 kann
Wärmeleitpaste aufgetragen werden, um die Wärmeabführung
zusätzlich zu begünstigen, als auch zwischen dem
Wärmeabfuhrelement 21 und der Metallschicht 5a.
Das Wärmeabfuhrelement 21 der Lichtquelle 20 kann
auch direkt auf dem Basiskörper 6 befestigt sein
und auch in diesem Fall eventuell mit zusätzlicher Wärmeleitpaste
montiert sein.
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Selbstverständlich
ist diese Anordnung der Leiterplatte 5 beispielhaft und
es können andere, dem Fachmann bekannte Lösungen
zur Abführung der Wärme von einem elektronischen
Bauelement, angewendet werden.
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Die
Lichtquelle 20 ist vorzugsweise mindestens eine Leuchtdiode.
Beispielsweise können Hochleistungsleuchtdioden (HL-LEDs)
zum Einsatz kommen.
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Die
Lampe umfasst weiterhin einen Positionierstift 15a, dessen
Funktion im Folgenden in der Beschreibung der 3 erläutert
wird.
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3 zeigt
eine Explosionsansicht der Beleuchtungseinrichtung 1 mit
einem Gehäusehinterteil 1a, einer Lampe 1b und
einem Gehäusevorderteil 1c.
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Der
Pfeil A stellt einen ersten Montageschritt der Beleuchtungseinrichtung 1.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst die Lampe 1b,
welche mit den in der Beschreibung der 2 erläuterten
Merkmalen ausgestaltet ist. Die Lampe 1b wird in Pfeilrichtung
in den Stecksockel 16 eingesteckt und mittels der Schraube 8 am
Gehäusehinterteil 1a festgeschraubt. Dadurch wird
vermieden, dass zwischen den Kontaktflächen 17a, 17b eine
Luftschicht entsteht, die als Isolator wirken und dadurch den Wärmetransfer
behindern würde. Eine solche Luftschicht würde
zufolge haben, dass sich die Wärme in der Lampe 1b staut
und die Lichtquelle 20, insbesondere beim Einsatz von LED-Lichtquellen,
zumindest teilweise zerstört würde. Für
die Befestigung der Lampe 1b am Gehäusehinterteil 1a können
auch mehrere Schrauben 8 verwendet werden, insbe sondere gleichmässig über
den Umfang des zylindrischen Lampenkörpers angeordnete
Schrauben 8.
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Danach
folgt ein zweiter Montageschritt, der mit dem Pfeil B gekennzeichnet
ist. Beim zweiten Montageschritt wird der Gehäusevorderteil 1c am Gehäusehinterteil 1a montiert,
vorzugsweise durch eine Schraubverbindung.
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In
einer Ausführungsform der Beleuchtungseinrichtung kann
auf die mindestens eine Schraube 8 verzichtet werden, wenn
die Lampe 1b bei der Verschraubung des Gehäusevorderteils 1c am
Gehäusehinterteil 1a vom Gehäusevorderteil 1c in
Eintrittsrichtung der Kontaktstifte gepresst wird. Dadurch kann
auch ein fester Sitz der Lampe 1b an der Innenfläche 17a des
Gehäusehinterteils 1a erreicht werden.
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Die
Lampe umfasst ausserhalb des Basiskörpers 6 den
oben erwähnten Positionierstift 15a, der beim
Einstecken der Lampe 1b in den Stecksockel 16 mit
einer Positionierausnehmung 15 im Gehäusehinterteil 1a zusammenwirkt.
Die Lampe 1b kann dadurch nur in einer bestimmten Position
in das Innere des Gehäusehinterteils 1a eingeführt
werden. In der bestimmten Position fährt der Positionierstift 15a in
die Positionierausnehmung 15 ein. Dadurch kann eine einfache
Führung der Kontaktstifte 10 in den Stecksockel 16 gewährleistet
werden. Ausserdem verhindert der Positionierstift 15a,
insbesondere bei der Verwendung einer Gleichstrom-Stromversorgung,
ein Einstecken der Lampe 1b mit falscher Polarisierung.
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4 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen
Beleuchtungseinrichtung, bei welcher das Licht seitlich aus der
Beleuchtungseinrichtung 1 austritt. Die optische Achse bzw.
der Strahlenweg ist mit dem Pfeil S verdeutlicht.
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Bei
dieser Ausführungsform umfasst das Leuchqtenvorderteil 1c einen
Leuchtendeckel 29 und einen Gewindering 30. Das
Leuchtenhinterteil 1a weist im verjüngten Teil
selbst ein Gewinde auf, so dass das Leuchtenvorder teil 1c und
das Leuchtenhinterteil 1a aneinander geschraubt werden
können. Das Leuchtenvorderteil 1c ist derart ausgebildet, dass
es eine erste im Wesentlichen ringförmige Aussparung aufweist,
welche im Zusammenwirken mit einer zweiten, im Wesentlichen ringförmigen
Aussparung als Halterung für einen Glasring 28 dient.
Der Glasring 28 hat dieselbe Aufgabe wie das schon im Rahmen
des Ausführungsbeispiels der 1 beschriebene
Glas 12. Selbstverständlich ist der Glasring 28 derart
in der ersten und der zweiten Aussparung befestigt, dass er die
Beleuchtungseinrichtung 1 nach aussen wasserdicht abschliesst.
Dies kann wie auch mit jeweils einem hier nicht dargestellten Dichtungsring
für jede der Aussparungen erreicht werden. Selbstverständlich
kann im Falle einer Verwendung der Beleuchtungseinrichtung 1 in
Innenräumen auch auf die Dichtungsringe verzichtet werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Glasring 28 mit
einer Dichtungsmasse in den Aussparungen fest vergossen. In einer
weiteren Ausführungsform ist der Leuchtendeckel 29 abnehmbar
mit dem Gewindering 30 verbunden. In diesem Fall kann der
Glasring 28 beispielsweise durch Abnehmen des Leuchtendeckels 29 ersetzt
werden.
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Als
Lichtquelle dient in dieser Ausführungsform vorzugsweise
auch eine Leuchtdiode wie im Ausführungsbeispiel nach 1,
wobei das Licht mittels eines Ablenkelements 4a, beispielsweise
eines Ablenkspiegels oder einer Ablenklinse, in im Wesentlichen
einem Winkel von 90° seitlich abgelenkt wird.
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Alternativ
dazu kann eine hier nicht dargestellte seitlich abstrahlende Leuchtdiode
verwendet werden. In diesem Fall entfällt das Ablenkelement 4a und
die seitlich abstrahlende Leuchtdiode ist auf einem bezüglich
seiner Abmessungen für eine korrekte Positionierung der
Leuchtdiode geeigneten Kühlkörper direkt im Strahlenweg
S angeordnet.
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Die
Lichtmenge, welche aus der Beleuchtungseinrichtung 1 austritt,
kann durch Variation der Ausgestal tung des Leuchtendeckels 29 selbst
variiert werden. Beispielsweise kann der Leuchtendeckel 29 in
einem Bereich seines Umfangs lichtundurchlässig und nur
in dem restlichen Umfangsbereich lichtdurchlässig gestaltet
werden. Der lichtdurchlässige Bereich kann selbstverständlich
auch mehr oder weniger breit und hoch gestaltet sein.
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Das
Ablenkelement 4a ist an einem Linsenhalter 9 befestigt
und zusammen diesem insbesondere als Teil der Einsteckeinheit ausgebildet.
In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform der
Leuchte 1b ist der Linsenhalter 9 mittels Befestigungsfüssen
direkt an der Leiterplatte 5 befestigt. Er kann aber auch
wegfallen, wobei in diesem Fall das Ablenkelement 4a mittels
der Befestigungsfüsse direkt an der Leiterplatte 5 angebracht
ist. Die Befestigungsfüsse können gesteckt, verklebt
oder geschraubt sein.
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5 zeigt
ein stark vereinfachtes Beleuchtungssystem mit einer Anordnung von
Beleuchtungseinrichtungen 1. Die Anordnung umfasst hier
beispielhaft vier Beleuchtungseinrichtungen 1, welche mittels
Kabeln untereinander verbunden sind. Ein Transformator 23 ist
primärseitig mit der Netzversorgung, hier durch eine Steckdose 22 dargestellt,
und sekundärseitig mit den zusammengeschalteten Beleuchtungseinrichtungen
verbunden. Die Kabel 24 können vorzugsweise metallummantelt
sein, um sie besser vor Umwelteinwirkungen zu schützen,
beispielsweise von Marderbissen.
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6 zeigt
ein Beleuchtungssystem mit einer zweiten beispielhaften Anordnung
von erfindungsgemässen Beleuchtungseinrichtungen in stark vereinfachter
Form. In dieser Ausführungsform hat das Beleuchtungssystem
eine sternförmige Topologie. Die Anordnung umfasst auch
hier beispielhaft vier Beleuchtungseinrichtungen 1. Ein
Transformator 23 ist primärseitig mit der Netzversorgung,
hier durch eine Steckdose 22 dargestellt, und sekundärseitig mit
einem Elektroverteiler 14. Jede der vier Beleuchtungseinrichtungen 1 ist
mit dem Elektroverteiler 14 ver bunden. Die Kabel 24 können
auch hier vorzugsweise metallummantelt sein, um sie besser vor Umwelteinwirkungen
zu schützen, beispielsweise von Marderbissen.
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Selbstverständlich
kann der Transformator 23 für beide beschriebenen
Ausführungsformen aus 4 und 5 derart
dimensioniert sein, dass er für eine ausreichende Stromversorgung
aller Beleuchtungseinrichtungen 1 etwaige Verluste in den Kabeln 24 kompensiert.
Dies ist insbesondere bei langen Kabelführungen von Vorteil,
da in diesem Fall die Leitungsverluste nicht vernachlässigbar
sind. Die Vorgehensweise bei einer solchen Dimensionierung ist dem
Fachmann bekannt und wird hier daher nicht näher erläutert.
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7 zeigt
grob schematisch die Temperaturregelung der Lampe 1b, mit
einer elektronischen Schaltung 26, einem Temperatursensor 25 und
einer Lichtquelle 20. Dabei wird auf die Darstellung einzelner
Bauteile der elektronischen Schaltung 26 verzichtet, da
die Zusammensetzung einer solchen Schaltung dem Fachmann bekannt
ist. Die elektronische Schaltung 26 ist einerseits mit
dem Temperatursensor 25 und andererseits mit der Lichtquelle 20,
in dieser Ausführungsform eine Leuchtdiode, verbunden.
Die auf der Leiterplatte 5 angeordnete elektronische Schaltung 26 regelt
den Strom durch die Lichtquelle 20 abhängig von
der mit dem Temperatursensor 25 erfassten Temperatur. Die
Leiterplatte 5 mit der elektronischen Schaltung 26 ist
vorzugsweise auswechselbar. In einer anderen Ausführungsform kann
die Leiterplatte 5 aber auch mittels Vergiessmasse vergossen
sein. Eine mittels des Temperatursensors 25 gemessene Temperatur
im Inneren der Lampe wird zunächst mit einem maximalen
Temperaturwert verglichen, beispielsweise mittels eines hier nicht
dargestellten Komparators der elektronischen Schaltung 26,
wie dem Fachmann bekannt ist. Sollte die gemessene Temperatur höher
als die maximal zulässige Temperatur sein, so regelt die
elektronische Schaltung 26 die der Lichtquelle 20 zugeführte Leistung
herunter, so dass eine Beschädi gung der Lichtquelle 20 vermieden
wird. Sobald die gemessene Temperatur wieder unter den maximalen
Wert sinkt, kann die der Lichtquelle 20 zugeführte
Leistung wieder erhöht werden. Vorzugsweise ist die elektronische
Schaltung 26 derart ausgebildet, dass vor der Erhöhung
der zugeführten Leistung eine voreingestellte oder einstellbare
Zeitspanne vergehen muss, in der die gemessene Temperatur im Wesentlichen konstant
bleibt. Die hier nicht dargestellte Stromversorgung der elektronischen
Schaltung 26 erfolgt durch einen im Basiskörper 6 vorgesehen
Stromversorgungskanal 19, wodurch hier nicht dargestellte Kabel
die Leiterplatte 5 mit den Kontaktstiften 10 verbindet.
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Die
Temperaturregelung der Lampe 1b stellt ausser der effektiven
Wärmeabfuhr aufgrund der mechanischen Gestaltung der Lampe 1b im
Zusammenwirken mit dem Leuchtengehäuse 1a, 1c,
ein weiteres Mittel zur Erhöhung der Zuverlässigkeit
der Lampe 1b, indem die von der Lichtquelle 20 ausgestrahlte Wärme
aktiv überwacht und gesteuert oder geregelt wird. Dadurch
wird es möglich, die Beleuchtungseinrichtung 1 und
die Lampe 1b in unterschiedlichen Umgebungen zu verwenden,
beispielsweise auch in warmen Ländern, wo der Temperaturgradient
zwischen der Umgebung der Lampe und ihrem Inneren nicht hoch genug
ist, um einen schnellen, rein durch das Zusammenwirken der Metallflächen
innerhalb der Lampe 1b erfolgenden Wärmeaustausch
zu ermöglichen.
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8 zeigt
einen Kühlkörper 27 zur Anordnung am
Leuchtengehäuse 1a, 1c. Insbesondere beim
Einsatz von viel Wärme erzeugenden und/oder sehr wärmeempfindlichen
Lichtquellen 20 kann der Fall auftreten, dass die Wärmeabfuhr
durch den Kontakt der Aussenform des Basiskörpers 6 mit
der Innenform des Gehäusehinterteils 1a nicht
ausreichend ist. Für diesen Fall kann das Leuchtengehäuse 1a, 1c den
auf die Aussenwand des Leuchtengehäuses 1a, 1c aufschiebbaren
bzw. von der Aussenwand lösbaren Kühlkörper 27 umfassen.
Der Kühlkörper 27 kann aber auch an der
Aussenwand des Leuchtengehäuses aufgepresst sein. Er um fasst
eine Mehrzahl von Kühlrippen und ist derart ausgestaltet,
dass er die Aussenwand des Leuchtengehäuses mindestens teilweise
umhüllt und beaufschlagt. Dadurch wird die Wärmeabstrahlung
nach aussen weiter erhöht.
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In
einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform
der Beleuchtungseinrichtung kann der Kühlkörper
Teil des Leuchtengehäuses 1a, 1c sein.
Ein erstes Stück des Kühlkörpers 27 ist
Teil des Gehäusevorderteils 1c und ein zweites
Stück ist Teil des Gehäusehinterteils 1a.
Beispielweise kann das Leuchtengehäuse 1a, 1c derart
hergestellt sein, dass die Kühlrippen an der Aussenwand
des Leuchtengehäuses 1a, 1c geformt sind.
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In
den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind
die Beleuchtungseinrichtung 1 und die Lampe 1b nicht
auf die beschriebenen Formen beschränkt, sondern es ist
im Rahmen der beanspruchten Merkmale der Erfindung eine Vielfalt
anderer Formen denkbar.
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- A
- erster
Montageschritt
- B
- zweiter
Montageschritt
- 1
- Beleuchtungseinrichtung
- 1a
- Gehäusehinterteil
- 1b
- Lampe
- 1c
- Gehäusevorderteil
- 2
- Aussenwand
des Gehäusevorderteils
- 3
- Aussenwand
des Gehäusehinterteils
- 4
- Linse
- 4a
- Ablenkelement/Ablenklinse
- 5
- Leiterplatte
- 5a
- Metallschicht
- 6
- Basiskörper
- 7
- Pressring
- 8
- Befestigungsmittel
- 9
- Linsenhalter
- 10
- Kontaktstifte
- 11
- Stiftleiterplatte
- 12
- Glas
- 13
- Stromversorgungsseite
- 14
- Elektroverteiler
- 15
- Positionierausnehmung
- 15a
- Positionierstift
- 16
- Stecksockel
- 17a
- Innenfläche
des Gehäusehinterteils
- 17b
- Aussenfläche
des Basiskörpers
- 18,
18a
- Dichtungsring/O-Ring
- 19
- Stromversorgungskanal
- 20
- Lichtquelle
- 21
- Wärmeabfuhrelement
- 22
- Steckdose
- 23
- Transformator
- 24
- Kabel
- 25
- Temperatursensor
- 26
- elektronische
Schaltung
- 27
- Kühlkörper
- 28
- Glasring
- 29
- Leuchtendeckel
- 30
- Gewindering
- S
- Strahlengang/optische
Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202008011524
U1 [0002, 0006]