DE202012009066U1 - Leuchte zur Ausleuchtung von elliptischen Flächen - Google Patents
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Abstract
len, insbesondere LEDs, die mit einer Zusatzoptik zur LED-Oberseite ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs als 3-Chip-LED aufgebaut sind, und die benachbarten Chips jeweils zueinander so verdreht angeordnet sind, dass sie die asymmetrische Abstrahlung eines 3-Chip-LED ausgleichen und die Zusatzoptik, so gestaltet ist, dass sie eine elliptische Abstrahlung erzeugt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Leuchte und mindestens ein zugehöriges System von derartigen Leuchten zur Beleuchtung von Innen- und Außenflächen, insbesondere von Industrieanlagen bzw. -flächen mit verbesserter lichttechnischer Effizienz.
- Das Streben nach immer besserer Lichtausbeute bei Einsparung von Energie ist allgemein eine Forderung, die an die Entwicklung von LEDs als Lichtquellen gerichtet ist. Besonders lichtstarke LEDs ermöglichen auch den Einsatz in Außenbereich oder in der Industriebeleuchtung in hohen Hallen, Lagerhallen, Sporthallen usw..
- Die kontinuierliche Weiterentwicklung von dicht bestückten LED-Lichtfeldern bieten dafür die Voraussetzung. Bekannt ist aus
DE 102010004221 A1 , dass Leuchten mit einer Vielzahl punktförmiger Lichtquellen, insbesondere LEDs, welche in einer Ebene angeordnet sind, ausgestattet sind. Bekannt ist auch diese Lichtquellen auf einer oder mehrerer Platinen anzuordnen und darüber in einem konstanten Abstand eine Licht streuende Platte so anzuordnen, dass diese als ein Lichtdichteintegrator wirkt. - Aus
WO 2011/032975 A1 - Speziell für Leuchten die in Hallen in Höhen ab 4 bis 5 m installiert werden oder in entsprechenden Außenbereichen, werden Leuchten eingesetzt, die neben einer möglichst geringen Wärmeentwicklung und damit Energieersparnis, auch eine hohe Lichtausbeute, lange Lebensdauer und gleichmäßigem und für das spezielle Einsatzgebiet ausreichendem Abstrahlwinkel garantieren.
- Die bekannten Lösungen erfüllen diese Forderungen nicht in einem ausreichendem Maße, insbesondere nicht bei der Ausleuchtung von hohen Hallen oder Sporthallen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte LED-Leuchte bzw. ein Leuchtensystem zu entwickeln, welches eine Verbesserung der lichttechnischen Effizienz bewirkt, zugleich durch geringen Montageaufwand realisierbar ist und räumlich getrennte Wegstrecken ausleuchten kann, um damit auch Energie zu sparen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Leuchte bzw. ein Leuchtensystem gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strahlungsquellen LEDs sind, die als 3-Chip-LED aufgebaut und die benachbarten Chips jeweils zueinander so verdreht angeordnet sind, dass sie die asymmetrische Abstrahlung eines 3-Chip-LED ausgleichen und denen nachgeordnete Zusatzoptiken so gestaltet sind, dass dadurch eine elliptische Abstrahlung erzeugt wird. In bevorzugter Weise sind die 3 LED-Chips jeweils nahezu 90° zueinander angeordnet, wie dies aus
1.1 zu entnehmen ist. In dem Leuchtdichtebild der1.2 sind die 3 LED-Chips zu erkennen. - Die 3 LED-Chips sind nicht zwingend symmetrisch auf der LED angeordnet. Da die Abstände im Gesamtsystem sehr kurz und kompakt sein sollen, ist dies bei den zu verwendenden Zusatzoptiken zu berücksichtigen.
- Die in Abstrahlrichtung vor den LED-Chips (LED-Oberseite) befindlichen optischen Elemente, so genannte Zusatzoptiken im Sinne der Erfindung, bestehen aus mindestens einer Linsenplatte. Die Einzellinse ist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Asphäre, die zentral über der LED sitzt. Die Linsenformungen befinden sich auf der abgewandten Seite zur LED-Oberseite. Die unsymmetrische Anordnung der 3-Chip-LEDs ist bei der Beabstandung zu berücksichtigen und entsprechend anzupassen.
-
2.1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung der LEDs, mit den zueinander verdreht angeordneten 3-Chip-LEDs zu sehen sind. - Aus
2.2 ist die Orientierung der 3-Chip-LEDs als Draufsicht auf die Platine (Beginn oben links) zu entnehmen. Erkennbar ist, dass jede Reihe der LED's von links nach rechts (in x-Richtung) die gleiche Ausrichtung besitzen, jedoch einen Versatz in y-Richtung aufweisen. Begonnen wird mit der Orientierung mit der gefasten Kante an der LED. Dies ist nur eine beispielhafte Kennzeichnungshilfe bezüglich der LED-Ausrichtungen zueinander. - 0° ist dabei die Grundausrichtung (gefaste Kante unten rechts).
- Danach beginnt die nächste Reihe LED mit einer 90° Drehung (siehe gefaste Kante) gegen die Uhrzeigerrichtung über die gesamte x-Richtung (Horizontale) der Platine. Danach ist die nächste Reihe 180° gedreht zum Grundzustand. Entsprechend ist dann die nächste Reihe um 270° gedreht. Die fortfolgende LED-Reihe beginnt dann wieder bei 0° und weiter dann nach dem gleichen Prinzip. Die Wiederholung dieser Reihe ist beliebig möglich und abhängig von der Größe der jeweiligen Linsenplatte bzw. des Leuchtensystems.
- Sie kann auch abhängig von den Parametern der Beabstandung bzw. der Dicken der Linsen bzw. Linsenplatten variieren und angepasst werden.
- Wie bereits dargestellt ist der Grund für die LED-Drehung die asymmetrische 3-Chip Anordnung innerhalb der LED. Würde man die LED's nicht mitdrehen, dann würde die gesamte Leuchte extrem „Schielen”. Das bedeutet der eigentlich erzeugte Spot auf dem Boden ist nicht mehr im Lot sondern driftet weg vom Zentrum. Ziel der Erfindung war es auch genau dies zu vermeiden und die lichttechnische Effizienz zu erhöhen.
- In
3 ist wiederum ein Ausschnitt als Seitenansicht des Linsenarrays bei einem Abstrahlwinkel von 60° und die darunter liegende Platine beispielhaft dargestellt. Die Verdrehung der 3-Chip-LEDs wird durch die unterschiedliche Ausgestaltung dargestellt. - Diese Optiken bestehen aus entsprechend angeordneten Linsen und die daraus gebildete Linsenplatte sind aus einem dafür geeignetem Kunststoff (Polycarbonate; PMMA usw.) gefertigt. In einer besonderen Ausführung dieser Linsenplatten ist mindestens eine Aussparung zur Platz sparenden Zuleitung bzw. Durchführung von Anschlüssen und Leitungen von bzw. zur Platine vorgesehen (nicht dargestellt.
- Die Lösung bietet eine gleichmäßige Lichtverteilung mit weniger LEDs als bekannte Lösungen des Standes der Technik und mit geringerer Blendung.
- Die Forderungen an die Leichtverteilung und die Blendung lassen sich erfindungsgemäß mit der 3 Chip LED und der Zusatzoptik realisieren. Mit 437 LEDs, die jeweils mit 14,4 lm betrieben werden erreicht man zum Beispiel eine zentrale Lichtstärke von 5600 cd bei einem Halbwinkel von 58° (Messung 5100 cd bei 55°).
- Im Winkelbereich jenseits der 50° befindet sich noch ein Lichtstrom von 25 lm. Das entspricht 0,5% vom Gesamtlichtstrom in der Verteilung. In der Messung sind es 600 lm von insgesamt 5300 lm (11,3%).
- In einem weiteren bevorzugten Beispiel wird mit der 3 Chip LED und der Zusatzoptik die Aufgabenstellung der Erfindung realisiert. Mit 392 LEDs, die jeweils mit 24 lm betrieben werden erreicht man z. B. eine zentrale Lichtstärke von 8600 cd bei einem Halbwinkel von 59° (Messung 5100 cd bei 55°). Im Winkelbereich jenseits der 50° befindet sich noch ein Lichtstrom von 60 lm. Das entspricht 0,7% vom Gesamtlichtstrom in der Verteilung. In der Messung sind es 600 lm von insgesamt 5300 lm (11,3%). Die Blendung ist also deutlich reduziert.
- Wird die Optik gegenüber den LEDs verschoben, so wird die Verteilung asymmetrisch. In der tatsächlichen Beleuchtungsstärkeverteilung am Boden ist das jedoch nicht so deutlich sichtbar.
- Bei einer Abweichung der LEDs vor der Linse von 0,5 mm verschiebt sich das Maximum der Verteilung bei einer Anbauhöhe von 10 m um ca. 1 m.
- Werden die LEDs in unterschiedliche Richtungen verschoben, so ist der Einfluss auf das Ergebnis gering, da sich aufgrund der Menge der LEDs die einzelnen Fehler gegenseitig ausmitteln.
- Die erfinderischen Leuchten können auch als Leuchtensysteme verwendet werden. Der besondere Effekt der Leuchten besteht darin, dass die Modulbauweise geeignet ist, um eine optimale Ausleuchtung in Räumen mit unterschiedlichen Höhen und Bodenbeschaffenheiten zu gewährleisten. Es ist in einer besonderen Ausführung der Erfindung auch möglich RGB-LED-Chips in das System zu integrieren. Damit werden auch Einsatzgebiete wie Sicherheitsbeleuchtungen, z. B. zur Fluchtwegkennzeichnung oder Effektbeleuchtungen bei Messeausstattungen oder spezieller Industrieanlagen möglich. Hierzu können die Zusatzoptiken entsprechend der verwendeten LEDs speziell designed werden.
- Die vorteilhaften Effekte können somit auf elliptische oder ovale Flächen, wie z. B. zur Ausleuchtung bestimmter Gänge in Hochregallagern oder speziellen Spielfeldern in Hallen, angewendet werden.
- Als Ausführungsbeispiel wird weiterhin dazu eine 30/60° Leuchte näher beschrieben.
- Die Einzellinse besteht aus einer bikonischen Fläche, die aufgrund des Beschnittes in der Höhe elliptisch gestaltet ist.
- Es lassen sich anpassbar auch andere beliebige, spezifische Formen, auch miteinander kombinierbare, anhand der Flächengestaltung der Linsen schaffen. Die hier genannten Beispiele stellen keine Erschöpfung des Umfanges dieser Anwendungen dar.
- In
4.1 ist eine Einzellinse als Seitenansicht und in4.2 als Ausschnitt aus der Oberseite vom Linsenarray mit einem Abstrahlwinkel von 30/60° dargestellt. Der Abstand der Linsenplatte zur LED-Oberseite (leuchtende Fläche) beträgt in diesem Beispiel 0,5 mm. Im Ausführungsbeispiel ist die Linsenplatte 5,5 mm dick. Die Grunddicke der Platte beträgt 2,0 mm. Die Auslenkung einer Linse entsprechend 3,5 mm. Auf der LED zugewandten Seite der Linsenplatte befindet sich keine Optik. über die gesamte lange Seite der Leuchte bzw. dem Linsenarray sind die Einzellinsen längs (schmale Seite in x-Richtung, bzw. 30°) zur Horizontalen (x-Richtung) angeordnet über den LED's - Dies bewirkt einen schmalen Abstrahlwinkel über die kurze Seite (y-Richtung, Vertikale) der Leuchte von 30°, während über die lange Seite (Längsseite zur Horizontalen) ein Abstrahlwinkel von 60° erzeugt wird.
- Der lang gezogene Spot (ovale; elliptisch) sorgt dafür, dass wirklich nur der Nutzlichtstrom in der Zielebene (langer schmaler Gang Lagerhalle) ankommt und somit beleuchtet wird.
-
5.1 stellen jeweils einen Ausschnitt eines beispielgebenden Linsenarrays mit Einzellinsen dar. In diesem Bild erkennt man die ovale Kontur der Einzellinse zum Linsenarray. Diese ovale Kontur erzeugt einen ovalen Spot auf der zu beleuchtenden Fläche. - Der Abstrahlwinkel (Halbwertsbreite) beträgt dabei, siehe Bild, über die schmale Seite (x-Richtung) 30° und über die lange Seite (y-Richtung) 60°.
-
5.2 zeigt analog zu1 wiederum ein Beispiel einer Anordnung mit unter Verwendung von Linsenarrays mit bikonischen Einzellinsen. - Die
6 zeigt aus dem Ergebnis einer Simulation den Abstrahlcharakter einer derartigen ovalen Lichtflächenerzeugung. - Als Beispielparameter wurden folgende Werte ermittelt: Zentrale Lichtstärke I = 15200 cd
Halbwinkel 1: φ1 = 15,2°
Halbwinkel 2: φ2 = 31,5°
Lichtstrom in der Verteilung Φvert = 7840 lm
Effizienz η = 83,3%. - In
6 sind zugleich der Horizontalschnitt durch die Abstrahlungsverteilung bei 30° und der Vertikalschnitt durch die Abstrahlungsverteilung bei 60° abgebildet. -
7 zeigt den Iso-Candela-Plot der Abstrahlungsverteilung der Winkelverteilung der 30/60° Leuchte. - Die Einzellinse/n können sich auf einer Linsenplatte befinden bzw. in ihrer Gesamtheit ein Linsenarray bilden, welches wiederum Linsenplatten in Modulbauweise darstellen kann.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010004221 A1 [0003]
- WO 2011/032975 A1 [0004]
Claims (9)
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem mit Strahlungsquellen, insbesondere LEDs, die mit einer Zusatzoptik zur LED-Oberseite ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs als 3-Chip-LED aufgebaut sind, und die benachbarten Chips jeweils zueinander so verdreht angeordnet sind, dass sie die asymmetrische Abstrahlung eines 3-Chip-LED ausgleichen und die Zusatzoptik, so gestaltet ist, dass sie eine elliptische Abstrahlung erzeugt.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten 3-Chip-LEDs jeweils 90° zueinander verdreht angeordnet sind.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinse aus einer bikonischen Fläche besteht.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinse in der Höhe elliptisch gestaltet ist.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einzellinse zentral über der/den LED/LEDs angeordnet ist.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelinse/n auf der/den abgewandten Seite/n zur LED-Oberseite aufgebracht ist/sind.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs RGB-LED-Chips sind.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten bzw. das Leuchtensystem für die Hallenbeleuchtung, Industrieanlagen, Beleuchtung von Außenflächen, für Sicherheitsbeleuchtungen, zur Fluchtwegkennzeichnung und/oder Effektbeleuchtungen bei Messeausstattungen geeignet sind.
- Leuchte bzw. ein Leuchtensystem nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte bzw. ein Leuchtensystem modulartig aufgebaut ist.
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