DE202012002196U1

DE202012002196U1 - Unterwasser-LED-Elektronik-Modul als Einzelbaustein und als Mehrfachkomponente für den Aufbau eines Foto- und Video-Beleuchtungssystems

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Publication number: DE202012002196U1
Application number: DE202012002196U
Authority: DE
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Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2012-04-20
Anticipated expiration: 2022-03-02

Abstract

Wasserdruckstabiles LED-Elektronik-Modul (LED – lichtemittierende Diode) dadurch gekennzeichnet, dass weiß leuchtende LEDs (2) mit hoher elektrischer Leistung und Leuchtkraft zusammen mit ihrer stromversorgenden Konstant-Stromquelle (1) auf einem meerwasserkorrosiansbeständigen zweiseitig bestückbaren Kühlkörper (4) vorzugweise aus Aluminium mit außenliegenden wasserumspülten Kühlrippen (12) wärmegekoppelt aufgeklebt sind und durch Acrylglasformteile (7, 9, 14, 17) umgeben werden, welche gegenseitig und mit der Kühlkörperplatte Wasser- und druckresistent verbunden sind, auf diese Weise abgedichtete hermetisch verschlossene Hohlräume um die Elektronik bilden, und beide Seiten der Kühlkörperplatte für den Gesamtaufbau verwendet werden.

Description

Gegenstand der Erfindung sind der wasserdichte und druckstabile konstruktive Aufbau des Unterwasser-LED-Elektronik-Moduls (LED – lichtemittierende Diode) dadurch gekennzeichnet, dass das weiß leuchtende in seiner Helligkeit regelbare LED-Elektronik-Modul als LED-Einzelmodul jeweils für sich selbst hermetisch verschlossenen und funktionstüchtig ist und mehrere LED-Einzelmodule wegen ihrer kompakten geometrischen Form in unterschiedlichen Anordnungen flexibel zueinander positioniert und montiert werden können, um ein spezifisch angepasstes Foto- und Video-Beleuchtungssystem aufzubauen.
Sämtliche genannten elektronischen Einzelteile, deren Art und Weise der Zusammenschaltung, die genannten Rast- und Friktionsscharniere selbst und das Kühlkörperprofil selbst sind nicht Bestandteil der Erfindung.
Das LED-Elektronik-Modul, im Folgenden auch LED-Einzelmodul genannt, besteht aus einem Kühlkörper vornehmlich aus meerwasserresistentem korrosionsgeschützten Aluminium als zentralem Basisbauteil, dessen Vorderseite für die weiß leuchtenden LED-Lampen (LEDs) mit ihren ergänzenden optischen Komponenten und dessen Rückseite für die Elektronik zur LED-Ansteuerung inklusive Temperaturüberwachung und Spannungszufuhr verwendet wird.
Die Kühlrippen sind für den Kontakt mit dem umgebenden Wasser an den Seiten herausgeführt. Auf der Vorder- und Rückseite werden die Bauteile schichtweise jeweils durch eine Rahmenplatte und eine Abdeckplatte aus Acrylglas Wasser- und druckfest eingeschlossen.
Die LEDs sind weiß leuchtende Hochleistungs-LEDs mit beispielsweise 3 Ampere/LED bei ca. 3 Volt/LED und 850 Lumen/LED, die in sehr geringem Abstand von ca. 15 mm zueinander aufgereiht montiert werden können und einer schnellen Wärmeableitung bedürfen.
Die entsprechend dicke Montageplatte des Kühlkörpers und das Aufbringen der elektronischen Bauteile mittels Wärmeleitpaste oder Wärmeleitpads gewährleistet eine solche schnelle Wärmeableitung auf die an den zwei längeren Außenseiten im Wasser befindlichen Kühlrippen.
Die Stromversorgung erfolgt über eine regelbare Konstant-Stromquelle (KSQ) mit Temperaturwächter. Dieser Elektronikbaustein ist auf der gegenüber liegenden Seite des Kühlkörpers mit Kabelverbindungen durch Bohrungen in der Kühlkörperfläche montiert.
Die KSQ ist auf diese Weise mit den LEDs elektrisch und wärmetechnisch gekoppelt.
Das LED-Elektronik-Modul ist quaderförmig und genau so konstruiert, dass alle sechs Seiten jeweils auf eine Ebene gelegt nur auf den Acrylbauteilen aufliegen und nicht auf dem Kühlkörper, um diesen vor Zerkratzen zu schützen.
Diese Geometrie ermöglicht universelle Montagemöglichkeiten an den fünf nicht dem Lichtaustritt dienenden Seiten, da das ausreichend dicke Acrylglas sehr einfach mit (Grund-)Bohrungen versehen werden kann.
Die LED-Einzelmodule können flexibel im Winkel zueinander mit Rast- oder Friktionsscharnieren oder im Winkel fest voreingestellt mit einer entsprechenden Halterung miteinander verbunden werden.
Durch Drehung um die senkrechten Achsen zueinander oder durch Drehung um die horizontalen Längsachsen zueinander kann der Gesamt-Leuchtwinkel erweitert oder verkleinert (fokussiert) werden.
Durch Drehung um die Lichtaustrittsachsen können die Module entsprechend nebeneinander angeordnet ein geschlossenes oder offenes Vieleck ähnlich einem Ringlicht bilden.
Die elektrische Stromversorgung der KSQs in den LED-Modulen kann entweder durch direkten Anschluss an die Spannungsquelle oder mittels einer dazwischen geschalteten Regelelektronik zum Dimmen der LED-Leuchtintensität erfolgen.
Entsprechend dem Stand der Technik gibt es andere LED-Unterwasseranwendungen, die sich aber von dem hier beschriebenen Konstruktionsaufbau unterscheiden.
Alternativen entsprechend dem Stand der Technik, werden in Patent US000006759661B1 , DE202007013801U1 , DE102004018439A1 oder WO002009092031A1 aufgezeigt.
Die Unterschiede bestehen im Wesentlichen in der äußeren Form, den Wasserdruckverhältnissen des Anwendungsbereichs und dem prinzipiellen konstruktiven Aufbau der LED-Module.
Die Unterschiede zum Patent WO002009092031A1 , welches ebenfalls die LED-Nutzung unter ähnlichen Wasserdruckverhältnissen ermöglicht, sind die beidseitige Bestückung der Kühlkörpers, kein LED-Matrix-Baustein sondern die Verwendung von Einzel-LEDs auf eine Platine mit ergänzenden optischen Komponenten und die Verwendung einer anderen Konstruktion zum wasserdichten und druckresistenten Verschließen des Moduls.
Die Unterschiede zum Patent DE102004018439A1 , welches ebenfalls die LED-Nutzung unter ähnlichen Wasserdruckverhältnissen ermöglicht, sind die beidseitige Bestückung der Kühlkörpers, kein fest installierter wasserdichter hohler Haltering auf dessen Umfang LEDs fest mit dem Hohlraum verbunden aufgebracht sind, sondern die Kombination mehrerer in sich selbst wasserdichter LED-Einzelmodule zu einem Vieleck mit ringlichtähnlichen Leuchteigenschaften.
Im Folgenden werden unterschiedliche Nutzungsmöglichkeiten und Funktionen der angeführten Komponenten beschrieben.

1. Die in 1 dargestellte LED-Elektronik-Modul kann autark oder in Kombination mit mehrerer miteinander verwendet werden.
2. Man kann man die LED-Einzelmodule (19) so zueinander stellen, dass die Breite oder Höhe des Beleuchtungswinkels vergrößert wird (8).
3. Man kann die LED-Einzelmodule als Vieleck konzentrisch zur optischen Achse der Kamera so positionieren, dass sie den Effekt eines Foto-Ringlichtes haben.

Sinnvolle geometrische Anordnungen sind Dreieck, Viereck oder Fünfeck. Sechseck oder Achteck kommen einer Kreisform immer näher.
Die Anzahl der LED-Einzelmodule, deren Länge und LED-Anzahl und die gesamte elektrische Leistungsaufnahme sind zu kalkulieren.
Die mechanische Verbindung der Einzelmodule erfolgt entweder mit festen Verbindungsteilen (6) (21) oder flexibel mittels korrosionsbeständiger Friktionsscharniere (3) (20). Bei diesen Scharnieren ist der Winkel stufenlos einstellbar und durch Reibung fixiert.
Die elektrische Verbindung erfolgt über Verbindungskabel kann aber auch durch feste Verbindungsteile hindurch vorgenommen werden.

4. Die Anordnungen der LED-Einzelmodule können durch ein fehlendes oder bei Bedarf hochgeklapptes Segment so gestaltet werden, dass der interne Kamerablitz nicht verdeckt wird, wie in 5 und 7 dargestellt.
5. Man kann die als Vieleck positionierten LED-Einzelmodule zusätzlich mittels jeweils einen Scharniers zur Drehung um ihrer horizontalen Längsachse so ausrichten, dass man bei Bedarf eine Fokussierung des Lichtes im Aufnahmebereich erreicht (9).

Diese winklige Anordnung der LED-Einzelmodule zur optischen Achse der Kamera sorgt insbesondere beim Aufnehmen von Makrofotografien für sehr gute Beleuchtungsverhältnisse.
Beschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt die Gesamtansicht eines LED-Einzelmoduls.
2 zeigt den konstruktiven Aufbau der LED-Einzelmoduls.
Die LEDs (2) und die dazugehörige elektronische Konstant-Stromquelle (1) werden auf dem zentralen meerwasserresistenten Kühlkörper (4) mit den Kühlrippen (12) wärmegekoppelt mittels Wärmeleitpaste oder Wärmeleitpads montiert.
Um jedes LED wird bei Bedarf zur Leuchtwinkelbeeinflussung ein Reflektor (3) oder eine andere Optik angebracht.
Die elektrische Verbindung zur KSQ auf der anderen Kühlkörperseite erfolgt über Kabel durch Bohrungen (11) im wassergeschützten Kühlkörperbereich.
Dieser elektronische Aufbau wird durch schichtweises abgedichtetes Montieren von Acrylformstücken (7, 9, 14, 17) Wasser- und druckdicht verkapselt.
Die Wirksamkeit der zwischen den Formstücken liegenden Dichtungen (5, 8, 13, 15) wird durch eine Klebeeigenschaft verstärkt.
Die Formstücke werden durch Schrauben zusätzlich fest zusammengepresst.
Am Frontbereich wird über den LEDs (2) und den Reflektoren (3) der LED-Käfig (7) mit Bohrungen (10) für die LEDs und Reflektoren montiert.
Die verbleibenden Verbindungsstege im Acrylformstück dienen der seitlichen Druckstabilität.
Ferner wird Raum für die Aufnahme des LED-Aufbaus und die Aufnahme einer optischen Streuscheibe (6) geschaffen.
Der frontseitige Lichtaustrittsbereich wird mit einer transparenten Acrylplatte (9) abgedeckt.
Am rückwertigen Bereich wird die KSQ (1) mit dem KSQ-Käfig (14) aus Acryl umschlossen. Der KSQ-Käfig hat eine verbleibende Verbindungswand zwecks mechanischer Druckstabilisierung und eine Bohrung zwecks Kabeldurchführung zur hinteren Abdeckplatte (17), die mit einer Aussparung (16) für den elektrischen Anschluss und einer oder mehrerer Bohrungen (18) für die elektrische Verbindung nach Außen zur Stromversorgung und zu benachbarten LED-Modulen versehen ist.
3 zeigt eine rechteckige Anordnung der LED-Einzelmodule die mechanisch mit Friktionsscharnieren (20) verbunden sind. Mit den Scharnieren kann der Winkel der Module zueinander variiert werden.
4 zeigt eine fünfeckige Anordnung von fünf LED-Einzelmodulen mit Friktionsscharnieren (20).
5 zeigt eine fünfeckige Anordnung von vier LED-Einzelmodulen mit Friktionsscharnieren (20). Hier wird der interne Blitz der Kamera nicht verdeckt und kann ebenfalls uneingeschränkt verwendet werden.
6 zeigt eine fünfeckige Anordnung von vier LED-Einzelmodulen mit einer festen Montageplatte als mechanische Verbindung in Fünfeckform (21).
7 zeigt eine fünfeckige Anordnung von fünf LED-Einzelmodulen Friktionsscharnieren (20), eins davon bei Bedarf hochgeklappt, um den internen Kamerablitz nicht zu verdecken.
8 zeigt eine Anordnung von zwei LED-Einzelmodulen um die vertikale Achse zueinander gedreht, um den Leuchtwinkel zu verbreitern.
9 zeigt eine Anordnung von zwei LED-Einzelmodulen um die horizontale Längsachse zueinander gedreht. Die Module sind mittels Scharnier (20) auf der festen Halterung (21) montiert. Wenn man diese Anordnung auf ein Vieleck mit mindestens drei LED-Modulen anwendet, erreicht man eine Fokussierung des Lichtes insbesondere im Aufnahmebereich von Makrofotografien.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 000006759661 B1 [0016]
DE 202007013801 U1 [0016]
DE 102004018439 A1 [0016, 0019]
WO 002009092031 A1 [0016, 0018]

Claims

Wasserdruckstabiles LED-Elektronik-Modul (LED – lichtemittierende Diode) dadurch gekennzeichnet, dass weiß leuchtende LEDs (2) mit hoher elektrischer Leistung und Leuchtkraft zusammen mit ihrer stromversorgenden Konstant-Stromquelle (1) auf einem meerwasserkorrosiansbeständigen zweiseitig bestückbaren Kühlkörper (4) vorzugweise aus Aluminium mit außenliegenden wasserumspülten Kühlrippen (12) wärmegekoppelt aufgeklebt sind und durch Acrylglasformteile (7, 9, 14, 17) umgeben werden, welche gegenseitig und mit der Kühlkörperplatte Wasser- und druckresistent verbunden sind, auf diese Weise abgedichtete hermetisch verschlossene Hohlräume um die Elektronik bilden, und beide Seiten der Kühlkörperplatte für den Gesamtaufbau verwendet werden.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Versehen der Einzel-LEDs mit Reflektoren (3) oder anderen optischen Mitteln innerhalb des Acrylkäfigs (7) der Leuchtwinkel eingestellt werden kann.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abdecken mit optischen Streuscheiben (6) innerhalb des Acrylkäfigs (7) die Charakteristik der Lichtstrahlenbündelung beeinflusst werden kann.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung von entsprechend dicken Acrylplatten (17) Wasser- und druckdichte Durchführungen (18) für die externe Stromzuführung direkt an diesen montiert werden.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen und Abdichtungen mittels nicht klebendem Dichtungsmaterials und Verschraubung oder anderem mechanischen Kraftschluss erfolgen können.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen und Abdichtungen mittels Verklebung erfolgen.
LED-Elektronik-Modul nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklebungen mittels eines meerwasserresistenten in der Konsistenz festen gelartigen Klebemittels in Form von Kleberahmen (5, 8, 13, 15) erfolgen.
LED-Elektronik-Modul nach den vorhergehenden Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklebungen mittels Verschraubung verstärkt und gesichert werden.
LED-Elektronik-Modul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung von entsprechend dicken Acrylplatten sind einfache mechanische Montagemöglichkeiten durch zusätzliches Anbringen von Grundbohrungen mit Gewinde oder durch Klebung gegeben.
LED-Elektronik-Module nach dem vorhergehenden Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels fester Halterungen (21) als Vieleck (6) in Form eines Ringlichtes angeordnet werden.
LED-Elektronik-Module nach dem vorhergehenden Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels montierter Scharniere (20) als Vieleck (z. B. 4) in Form eines Ringlichtes angeordnet werden.
LED-Elektronik-Module nach dem vorhergehenden Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Scharnieren (20) eine Neigung der LED-Module des Vielecks jeweils zur optischen Achse der Kamera hin erfolgen und die Lichtfokussierung eingestellt werden kann.