DE20215150U1

DE20215150U1 - Halbleiter-Leuchte

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Publication number: DE20215150U1
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Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2012-10-01

Description

Tilman Henckell Halbleiter-Leuchte Blatt 1

1. Beschreibung

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Leucht- und Signaleinrichtung mit z.B. eigener Stromversorgung, die den bekannten Bauformen gängiger Leuchten (z.B. Taschenlampe, Warnblinkleuchte, usw.) ähnelt. Anstelle der bisher üblichen Glühlampe(n) weist sie jedoch 1 oder mehrere Leuchtdiode(n) (Licht emittierende Diode = LED) auf, deren Lichtspektrum im sichtbaren Empfindungsbereich des menschlichen Auges liegt, und die einen derartig hohen Lichtstrom besitzen, daß sie, wie vorgeschlagen, nun die Aufgabe herkömmlicher Glühlampen übernehmen. Mit vorliegender Erfindung kann eine Leuchte realisiert werden, die (ohne Verwendung mechanischer Farbfilter!) auf rein elektrischem Wege auswählbar die Farben ROT, GRÜN, GELB, BLAU und sogar WEISS abstrahlt! Die Farbauswahl geschieht verzögerungsfrei. Nur 1 Leuchtfeld ist konstruktiv notwendig. Als Ampel angewandt kann somit eine wesentlich kompaktere Bauform erzielt werden.
Der Wirkungsgrad aus Stromverbrauch und abgegebener Lichtleistung ist höher als bei Lampen mit dem Glühwendelprinzip. Es fällt keine nennenswerte Verlustwärme mehr an, weshalb der Betrieb der in der Erfindung beschriebenen Leuchte umweltfreundlicher ist. Eine Schonung der Batteriekapazität wird zusätzlich durch Wegfall jeglicher Stromstoßbelastung bei Einschalten der Lampe bewirkt, da die nun verwendeten Leuchtdioden den bei Glühlampen vorhandenen sehr niedrigen Kaltwiderstand im Einschaltmoment nicht aufweisen. Mit der Stoßunempfindlichkeit der in den transparenten Leuchtkörpern vergossenen LED-Elemente steigt auch die Lebensdauer der Leuchtmittel an, was letztlich Zusatzkosten durch ausgefallene Glühwendel und Ersatzteilhaltung umweltfreundlich vermeidet. Aufgrund der Kapselung des Leuchtelementes und des funkenfreien Einschaltens der Lampe durch eine spezielle Elektronik ist die vorgestellte Erfindung schon ohne größeren Zusatzaufwand auch für den explosionsgefahrdeten Bereich geeignet! Ebenso bewirkt die Lötverbindung der Leuchtdioden zu der Ansteuerung, daß Kontaktprobleme, wie sie in üblichen Leuchten auch neuerer Bauart immer noch möglich sind (vgl. Taschenlampe in DE19812038A1), bei der hier angemeldeten Erfindung nicht mehr auftreten können! Da die Gehäuseform der transparenten LED bereits durch ihre oberseitige Rundung Linsenfunktion aufweist, tritt das erzeugte Licht bereits gebündelt aus, sodaß voluminäre beschichtete Reflektoren entfallen! Hierdurch können Leuchten gemäß dieser Erfindung kompakter aufgebaut sein. Die Lichtleistung (Reichweite, Helligkeit) lässt sich durch die hier auch angemeldete Erhöhung der Leuchtdioden-Anzahl dementsprechend auf kleinstem Raum sehr einfach vervielfachen. Die bei Glühlampenleuchten zu beobachtenden störenden Ringe des Reflektors und die bei ungünstiger Fokussierung auftretende Abbildung des Glühlampenwendels auf der beleuchteten Fläche entfallen. Es wird ein homogenes Lichtfeld ausreichender Stärke erzeugt! Durch gemischte Bestückung mit LED unterschiedlichen

Tilman Henckell Halbleiter-Leuchte Blatt 2

Strahlungsöffnungswinkels kann zwischen gerichteter Strahlung und breiterem Leuchtfeld rein elektrisch und zudem verzögerungsfrei umgeschaltet werden!

Auch bei höherer Lichtleistung kommt die in der Erfindung beschriebene Leuchteinrichtung mit nur 1-2 kompakten oder wegen der angemeldeten Verwendung von kapazitiven Ladungsspeichern gar ganz ohne immer wieder zu ersetzende Batteriezellen aus, wodurch auch Gewicht gespart und die Umwelt geschont wird.

Die Lichtabgabe der Dioden-Anordnung kann leichter als bei Glühlampen reduziert und so speziellen Anwendungen angeglichen werden. Das Einschalten der Leuchtdiodenanordnung erfolgt nicht mehr über z.B. einen störanfälligen elektromechanischen Schiebekontakt, sondern tastergesteuert über eine Halbleiterelektronik, die je nach Vorgabe u.a. Dauerlicht, Blinklicht, Notlicht oder Momentanlicht (für die Dauer des Drückens auf den Taster) auslösen kann. Durch das Blinken wird die Signalwirkung erhöht und gleichzeitig der Stromverbrauch reduziert (bei Tastverhältnis 1:1 z.B. bereits auf die Hälfte!).

Neu ist auch die durch die Halbleitertechnik begünstigt anwendbare, weil verschleißfrei arbeitende, hiermit angemeldete Betriebsart Notruflicht, wobei die Leuchte im Takt des weithin bekannten S-O-S-Signals automatisch und immer wiederholend aufleuchtet! Das geschieht hiermit im Gegensatz zu Glühlampen-Leuchten völlig trägheitslos und sicher, weil verschleißfrei. Die angemeldete, mit Halbleitern bestückte Leuchte kann also multifunktional und ohne Verschleißerscheinungen betrieben werden — bei konstanter, flackerfreier Abgabe eines homogenen Lichtfeldes beliebiger Farbe bis hin zu WEISS, wobei die Farben für Signalzwecke (z.B. auch Ampel-Signalfolge!), weißes Licht jedoch für Beleuchtungszwecke einsetzbar sind! Der günstige Wirkungsgrad zwischen Stromaufnahme und erzielbarer Helligkeit gestattet die Verwendung nur weniger Leuchtdioden bis herunter zu nur 1 Leuchtdiode, wodurch die Leuchte (z.B. als Miniatur-Taschenlampe) mit derselben Batterie über Jahre hinweg betriebsbereit und somit wartungsfrei bleiben kann! Durch die angemeldete gleichzeitige Verwendung mehrerer Leuchtdioden wird die Lichtleistung bei vertretbarer Stromaufnahme um ein Vielfaches gesteigert.

Durch z.B. fest eingebauten nur elektrisch über Ladekontakte zugänglichen Ladungsspeicher braucht das Gehäuse der so ausgestatteten Leuchte keine stör- und zugriffsanfällige Öffnungsmechanik mehr.

Tilman Henckell

Halbleiter-Leuchte

Blatt 3

2. Aufbau und Funktion

In einem geeigneten Gehäuse (z.B. Rohr, Becher, usw.) sind stirnseitig die Leuchtdioden, desweiteren Schalter und Elektronik sowie die Batteriezelle(n) vorhanden. Die Batterie ist über eine geeignete Kontaktiervorrichtung mit Einschalttaster und Steuerelektronik verbunden. Bei Akku- oder Ladungsspeicherbetrieb führen extern erreichbare Ladekontakte zur Zelle. Bei Netzbetrieb wird eine Gleichspannung eingespeist. Die Leuchtdioden werden über den Ausgang des Einschalttasters oder der Taster-initiierten Steuerelektronik entweder kontinuierlich, zeitlich codiert, zeitlich definiert, impulsweise oder gruppenweise mit der Versorgungsspannung verbunden, wodurch diese entsprechend aufleuchten. Mehrere Leuchtdioden stehen im rechten Winkel zu/auf einer Extra-Träger-Leiterplatte derart zueinander versetzt angeordnet, daß sie möglichst raumsparend in den (ggf. sich erweiternden) Umfang des Gehäuses passen. Zur Anwendung kommen vorzugsweise Leuchtdioden mit transparentem Gehäuse und rückseitig parallel austretenden Anschlußbeinen im Rasterabstand von z.B. 2,54mm oder eine entsprechende LED-Matrix (ähnl. SMD) mit aus transparentem Kunststoff linsenförmig geformtem Lichtaustritt über jeder LED-Position! Die Linsenseiten der Leuchtdioden weisen stirnseitig gemeinsam in Richtung des Leuchtstrahl-Austrittes. Die Linsen bündeln den Leuchtstrahl jeder LED. Die Leuchtdioden sind einfach über die Träger-Leiterplatte miteinander verschaltet. Eine Lichtreduzierung kann u.a. mittels Abschaltung einiger Leuchtdioden oder über einen regelbaren Vorwiderstand erfolgen.

Bei nur einer gewünschten Leuchten-Farbstrahlung besteht die Leuchtdioden-Anordnung aus einer einzigen Type von Leuchtdioden der entsprechenden Farbe. Diese werden gemeinsam zeitgleich angesteuert (z.B. WEISS für Beleuchtungszwecke). Bei Anwendung als Mehr-Farben-Leuchte (für z.B. Signalzwecke) wechseln sich in der Anordnung a) LED unterschiedlicher Farben ab (z.B. ROT/GRÜN/ROT/GRÜN...) oder es kommen b) LED zum Einsatz, die abhängig von der Höhe ihrer Betriebsspannung unterschiedliche Farben emittieren oder es werden c) LED verwendet, die in nur 1 Gehäusekörper bereits Diodenelemente für Mehrfarbendarstellung enthalten (hierbei wird die gesamte mit LED bestückte Fläche bei jeder Farbe ausgenutzt). Mischfarben bei gleichzeitiger Ansteuerung der pro LED enthaltenen Einzeldioden sind möglich. Im Fall a) und c) werden z.B. nur alle roten LED-Elemente gleichzeitig angesteuert, wohingegen die grünen LED-Elemente ausgeschaltet bleiben (=die Leuchte strahlt rot !) - oder umgekehrt (=die Leuchte strahlt grün !). Im Fall b) wird das gesamte LED-Feld angesteuert (alle LED leuchten gleichzeitig): die Farbauswahl erfolgt dann über die Höhe der LED-Versorgungsspannung. Das Gleiche gilt für die Anordnung innerhalb einer Matrix aus LED-Elementen.

Soll der Strahlungswinkel der gesamten Leuchte verändert werden, so kann das durch Umschalten von LED unterschiedlichen Einzel-Strahlungswinkels, die versetzt in einem Raster angeordnet sind,

Tilman Henckell Halbleiter-Leuchte Blatt 4

geschehen. Für ein breiteres Beleuchtungsfeld werden nur alle z.B. 15°-LED zeitgleich angesteuert, oder für ein schmaleres Beleuchtungsfeld werden nur alle z.B. 3°-LED zeitgleich angesteuert. Das Gleiche gilt für die unter unterschiedlichen Oberflächenlinsen positionierten LED-Elemente einer LED-Matrix.

Ist die Leuchte mit einem ladungsfähigen Element zur Spannungsversorgung ausgestattet, wird dieses entweder über eine Steckverbindung oder über eine in das Gehäuse eintauchende Ladekontakt-Anordnung mit der Ladeeinrichtung verbunden. Das metallene Gehäuse selbst kann den Ladekontakt für den Minus-Pol bilden. Der Plus-Pol kann über eine Ladekontaktfläche erreicht werden, die entweder rückseitig liegt, oder aber an der Stirnseite in der axialen Mitte der Leuchte im Zentrum der Leuchtdiodenmatrix angeordnet sein kann. Im letzterem Fall wird der Ladekontakt in die Leiterplatte gelötet, die auch die Leuchtdiodenelemente trägt. Der Zugang zu diesem Ladekontakt liegt in den zwangsläufigen Spalt von z.B. 4 benachbarten sich berührenden Leuchtdioden-Kreisflächen. Durch ein entsprechend schlankes federndes Kontaktierelement erfolgt der zuverlässige elektrische Zugriff auf den so versenkt angebrachten Ladekontakt und somit zum internen Energiespeicher der Leuchte.

Claims

1. Halbleiter-Leuchte, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemission aus 1 oder einer Anordnung mehrerer Leuchtdioden erfolgt, die im sichtbaren Bereich die Spektralfarben bis einschließlich der Strahlung "weiß" mit für diesen Zweck ausreichend hoher Intensität strahlen.

2. Halbleiter-Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch die als Linse ausgebildeten transparenten Leuchtdioden-Körper gebündelt in 1 Vorzugsrichtung unter einem bauartbestimmten Strahlungsöffnungswinkel austritt.

3. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden senkrecht auf einer Leiterplatte stehend verlötet und durch deren Leiterbahnen untereinander verschaltet sind.

4. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit den Leuchtdioden so tief in das Leuchten-Gehäuse eingebaut ist, daß die stirnseitige Gehäusekante über die Höhe der Leuchtdioden-Rundungen hinausragt.

5. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere an der Außenseite des Gehäuses zugängliche Tastschalter

a) die Leuchtdioden bei Drücken derselben mit der Spannungsversorgung direkt elektrisch verbinden oder

b) eine Halbleiter-Steuerelektronik initiieren, die ihrerseits die Leuchtdioden über Halbleiterschalter mit der Betriebsspannung verbindet.

6. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die unter 5b genannte Verbindung zur Betriebsspannung ausschließlich oder umschaltbar wie folgt erfolgen kann (Strahlart):

a) kontinuierlich (Dauerleuchten der Leuchtdioden)

b) zeitlich codiert (Signal- oder Morsezeichen der Leuchtdioden)

c) zeitlich definiert (vorübergehendes Leuchten der Leuchtdioden)

d) impulsweise, langsam (Blinken der Leuchtdioden, wenn Leuchte unbewegt)

e) impulsweise, schnell ("gestricheltes" Lichtband, wenn Leuchte geschwungen)

f) nach LED-Gruppen (Strahlwinkel, Farbauswahl)

g) zeitlich abfolgend (Ampelablauf in Farbfolge).

7. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des unter Anspruch 5 genannten Tastschalters auch ein beliebiger Sensor vorgesehen sein kann.

8. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die unter 5b und 7 genannte Einschaltung des Leuchtenlichtes durch erneutes Betätigen desselben unter 5 und 7 benannten Tasters/Sensors wieder aufgehoben werden kann (Lampe "AUS").

9. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Helligkeitsregelung der Leuchtdioden vorgenommen werden kann.

10. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung der Leuchte erfolgen kann durch

a) Batterie(n) (auswechselbar)

b) Akkumulator(en) (wiederaufladbar)

c) externe Spannungsversorgung

d) Kondensator-Ladungsspeicher (wiederaufladbar)

11. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für Ausführungen nach den Ansprüchen 10b und 10d die Leuchte Ladekontakte aufweist, und daß deren Kontaktierungsflächen sowohl 1- oder mehrpolig konzentrisch rückseitig aber auch stirnseitig konzentrisch zwischen der Leuchtdiodenanordnung angeordnet sein können.

12. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der unter Ansprüchen 2 und 3 genannten Anordnung aus Einzel-Leuchtdioden auch eine auf einer Trägerplatte aufgebrachte LED-Matrix zur Anwendung kommen kann, die in transparentem Kunststoff vergossen ist, der auf seiner Oberseite so geformt ist, daß über jeder LED-Position eine Rundung als Linse angeordnet ist, oder daß sich alternativ eine gleichgeartete Linsenmatrix gesondert über der nicht-vergossenen LED-Matrix befindet.

13. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Ansprüchen 1 und 2 genannten LED auch eine unterschiedliche Bauform hinsichtlich ihres Strahlungsöffnungswinkels haben können, und daß diese in einem Rasterfeld sich abwechselnd angeordnet sind, und daß alle gleichartigen LED jeweils untereinander elektrisch verbunden sind und so zeitgleich angesteuert werden können.

14. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen des unter Anpruch 12 benannten Vergußkörpers sich hinsichtlich des durch sie bewirkten Strahlungsöffnungswinkels unterscheiden und abwechseln können, was auch für die dort genannte gesonderte Linsenmatrix gilt, und daß auch hier, wie in Anspruch 13 beschrieben, die jeweiligen unter gleichartigen Linsen positionierten LED-Elemente elektrisch miteinander verbunden und zeitgleich ansteuerbar sind.

15. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Ansprüchen 3 und 12 genannte Leuchtdioden-Anordnung mit mehr als nur 1 Leuchtdiodentyp sich abwechselnd bestückt ist, daß diese Leuchtdiodentypen unterschiedliche Spektralfarben wiederzugeben im Stande sind, daß Typen gleicher Farbemission elektrisch miteinander verbunden und zeitgleich ansteuerbar sind, und daß die Farbstrahlung der Leuchte somit auf elektrischem Wege getrennt auswählbar/einschaltbar ist.

16. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Anspruch 3 genannte Leuchtdioden-Anordnung auch durch LED für Mehrfachfarbendarstellung gebildet sein kann, deren unterschiedliche Farbdioden-Elemente in nur 1 Gehäusekörper vereint sind, und daß diese internen Elemente sowohl abwechselnd (z. B. ROT bzw. GRÜN) oder aber auch zeitgleich (z. B. ROT und GRÜN = Mischfarbe GELB!) elektrisch angesteuert werden können.

17. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden- Matrix durch eine vor Einbau durch mechanische Bearbeitung erfolgende Verringerung des Außendurchmessers jeder ihrer darin enthaltenen handelsüblichen Leuchtdioden in zylindrischer Form einen verkleinerten Abstand der Einzel-Leuchtdioden zueinander aufweisen kann und daß durch diese Anordnung die mögliche Anzahl der strahlenden Leuchtdioden pro Flächeneinheit angehoben ist.

18. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Anspruch 5 genannte Tastschalter auch ein Rastschalter sein kann, und daß dieser bei rohr-/stabähnlichem Aufbau der Leuchte auch an dem rückseitigen Ende der Leuchte im Zentrum der Rohröffnung angeordnet sein kann, und daß dieser Rastschalter bei Drücken desselben die Leuchte ein-, bzw. wieder ausschalten kann, und daß dieser dort angeordnete Rastschalter aber auch als Drehschalter ausgebildet sein kann, dessen Schalterstellung die Auswahl der unter Anspruch 6 genannten Betriebsarten der Leuchte gestattet und zusätzlich auch mindestens 1 "AUS"-Stellung aufweisen kann.

19. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Anspruch 18 genannte rastende Drehschalter mit einem von der Außenseite zugänglichen beliebig gearteten Drehknopf allein von Hand betätigt werden kann, oder daß er alternativ nur über ein in seinen Drehmechanismus eintauchendes Hilfwerkzeug (z. B. Münze oder Steckschlüssel) eingestellt werden kann.

20. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 18 genannte "AUS"-Stellung des rückseitigen Dreh-Rastschalters auch bei jeder 2. Schalterstellung, d. h. zwischen den Stellungen der einzelnen verschiedenen unter Anspruch 6 aufgezählten Betriebsarten (soweit sie typenabhängig zur Anwendung kommen) vorhanden sein kann.

21. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kombination der aus den Ansprüchen 5, 7 und 18 genannten Betätigungsmöglichkeiten (Tastschalter, Sensoren, Dreh-Rastschalter) enthalten kann, und daß andererseits aber auch nur 1 Tastschalter mittels passender in der Leuchte integrierten Logikschaltung multifunktionell zur Anwendung kommen kann.

22. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend zu Anspruch 11 der zweite Ladungs-Pol (z. B. Minus) auch dem metallenen Leuchtengehäuse zugeführt werden kann, und daß dieses Gehäuse dafür in einem passenden Bereich eine blanke kontaktierfähige Zone aufweist.

23. Halbleiter-Leuchte nach Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ansprüchen 11 und 22 beschriebenen Lade-Kontaktflächen mittels federnder Kontaktstifte zu einem damit ausgestatteten Ladegerät hin verbunden werden, und daß die äußere Kontur des Leuchtengehäuses selbst die Führung in einem durchmessermäßig daran angepassten Ladeschacht des Ladegerätes bildet.