DE20317444U1

DE20317444U1 - Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Straßen, Wege, Plätze o.dgl.

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Publication number: DE20317444U1
Application number: DE20317444U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: AT6831U1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Straßen, Wege, Plätze od. dgl., mit mehreren in mindestens einer Reihe angeordneten Leuchtmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Reihe (30) von Leuchtmitteln (10) ein gemeinsamer, länglich erstreckter, zumindest teilweise transparenter Lichtlenkkörper (9) angeordnet ist, welcher auf seiner von den Leuchtmitteln (10) abgewandten Seite eine spitz zulaufende Kante (11) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Straßen, Wege, Plätze od. dgl., mit mehreren in mindestens einer Reihe angeordneten Leuchtmitteln.
Bei Beleuchtungsvorrichtungen, welche zum Ausleuchten größerer Plätze, Straßen oder Wege vorgesehen sind, ist es angestrebt, dass diese einen möglichst großen Bereich möglichst gleichmäßig ausleuchten. Hierdurch soll zum einen erreicht werden, dass möglichst wenige Beleuchtungsvorrichtungen für die Beleuchtung eines größeren Bereiches notwendig sind. Zum anderen ist eine gleichmäßige Ausleuchtung gewünscht. Aus der DE 20114085 U1 ist eine gattungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung bekannt, bei der mehrere Leuchtdioden als Leuchtmittel in Reihen angeordnet sind.
Nachteil der beim Stand der Technik bekannten Beleuchtungsvorrichtungen ist es, dass die oben genannten Anforderungen nur unzureichend erfüllt werden.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welche diesem Defizit abhilft.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass vor der Reihe von Leuchtmitteln ein gemeinsamer, länglich erstreckter, zumindest teilweise transparenter Lichtlenkkörper angeordnet ist, welcher auf seiner von den Leuchtmitteln abgewandten Seite eine spitz zulaufende Kante aufweist.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung besitzt insgesamt eine Abstrahlcharakteristik, bei welcher auch flache Winkelbereiche mit ausreichender Lichtstärke beleuchtet werden, sodass auch eine sehr gute Lichtabstrahlung in seitliche Bereiche erfolgt. Hierdurch wird sowohl eine gleichmäßige Ausleuchtung von größeren zu beleuchtenden Bereichen erzielt, als auch die für die Beleuchtung von Straßen, Plätzen, oder dergleichen benötigte Anzahl von Beleuchtungsvorrichtungen reduziert.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht hierbei vor, dass der Lichtlenkkörper zwei ihn seitlich begrenzende zumindest bereichsweise gekrümmte, fokussierende Seitenflächen aufweist, welche von der spitz zulaufenden Kante in Richtung einer Basisseite des Lichtlenkkörpers verlaufen, wobei die Basisseite zu den Leuchtmitteln zeigt. Hierdurch wird eine besonders gute Beleuchtung auch auf seitliche Bereiche, welche sich nicht direkt unterhalb der Beleuchtungsvorrichtung befinden, erreicht. Weitere Verbesserungen sehen vor, dass die Krümmung der Seitenflächen in Richtung zur Basisseite, vorzugsweise kontinuierlich, zunimmt und/oder dass die Leuchtmittel in mindestens zwei, vorzugsweise drei, Reihen angeordnet sind.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
1 eine solarbetriebene Straßenleuchte, bei der eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante der Beleuchtungsvorrichtung zum Einsatz kommt,
2 eine Detailansicht von unten auf den in 1 dargestellten Tragarm,
3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ausführungsvariante der Beleuchtungsvorrichtung,
4 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
5 eine Draufsicht von unten auf die in Reihen angeordneten Leuchtmittel,
6 und 7 beispielhafte Lichtstrahlverläufe innerhalb des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
8 eine Abstrahlcharakteristik eines bevorzugten Leuchtmittels,
9 beispielhafte Farbspektren verschiedener verwendbarer Leuchtmittel,
10 Darstellung einer Abstrahlcharakteristik des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung und
11 und 12 ein Beispiel der Beleuchtung einer Straße mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
1 zeigt eine Straßenlaterne 22, bei der mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen 1 an einem Tragarm 6 befestigt sind, wobei dieser wiederum durch einen Mast 3 in einer definierten Höhe über dem Boden gehalten wird. Am Mast 3 ist des Weiteren ein Solarpaneel 2 angebracht, welches den elektrischen Akkumulator 5 speist. Dieser stellt wiederum die Stromversorgung für die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 dar. Die Regelung der gesamten Straßenlaterne wird durch die Regeleinrichtung 4 vorgenommen.
2 zeigt eine Ansicht von unten auf den Tragarm 6. Dieser weist insgesamt sechs erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtungen 1 auf, welche detailliert in den 3 bis 7 dargestellt sind. Der Tragarm 6 hat im dargestellten Beispiel eine Länge 7 von einem Meter und eine Breite 8 von 0,3 Meter.
In 3 ist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung 1 in einem Querschnitt senkrecht zu seiner Längserstreckung dargestellt. In einem Gehäuse 16 ist eine Trägerplatine 14 angeordnet, auf der drei Reihen von Leuchtmitteln 10 angeordnet sind. Diese Leuchtmittel 10 sind im vorliegenden Fall Leuchtdioden. Die Anordnung der Leuchtmittel bzw. Leuchtdioden 10 in drei Reihen 30 ist anhand von 5 noch einmal im Detail dargestellt. Die Reihen 30 sind unmittelbar benachbart zueinander angeordnet, wobei durch die gezeigte versetzte Anordnung ein hexagonales Muster und damit eine maximal mögliche Packungsdichte der Leuchtmittel 10 erreicht wird. Die Leuchtmittel 10 bzw. die Platine 14 werden über die Anschlüsse 15 mit elektrischer Energie versorgt. Die Platine 14 ist hierbei mittels der Wurmschrauben 17 im Gehäuse 16 befestigt. Vor den Leuchtmitteln 10 ist der Lichtlenkkörper 9 angeordnet. Dieser weist im wesentlichen entlang seiner gesamten Längserstreckung einen achsensymmetrischen Querschnitt auf, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel die Symmetrieachse 31 durch die spitz zulaufende Kante 11 verläuft. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus vorgesehen, dass der Lichtlenkkörper 9 im wesentlichen entlang seiner gesamten Längserstreckung 32 einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist. Der Lichtlenkkörper 9 ist ein massiver – hier einstückiger – im wesentlichen vollständig aus einem transparenten Material, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff, bestehender Körper. Er weist eine zu den Leuchtmitteln weisende Basisseite 13, sowie diese Basisseite 13 mit der Kante 11 verbindende Seitenflächen 12 auf. Die Blenden 18 sorgen dafür, dass das gesamte von den Leuchtmitteln 10 abgestrahlte Licht über die Basisseite 13 in den Lichtlenkkörper 9 geleitet wird. Durch diese geschlossene Bauweise wird darüber hinaus verhindert, dass Ungeziefer oder Schmutz in das Innere der Beleuchtungsvorrichtung 1 eindringen kann.
Der Lichtlenkkörper weist vorzugsweise einen Brechungsindex n zwischen 1,45 und 1,6 auf. Die Leuchtmittel 10 besitzen in einer günstigen Ausführungsform eine eng begrenzte Abstrahlcharakteristik, wie sie beispielhaft in 8 als Darstellung der relativen Lichtintensität l gegen den Lichtabstrahlwinkel α dargestellt ist. Der Lichteintritt in den Lichtlenkkörper 9 über die Basisseite 13 erfolgt im wesentlichen eben bzw. nur wenig geneigt. Hierzu ist es besonders günstig, dass die Basisseite 13 im Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung des Lichtlenkkörpers 9 wie dargestellt eine V-Form aufweist, wobei die Spitze der V-Form zur spitz zulaufenden Kante 11 zeigt. Die Seitenflächen 12 dienen als Lichtlenkflanken. Sie sind gekrümmt fokussierend und lenken das Licht im oberen zur Basisfläche 13 weisenden Bereich des Lichtlenkkörpers 9 durch Totalreflexion um. Dies ist anhand von verschiedenen Lichtstrahlen 19 beispielhaft in den 6 und 7 gezeigt. Erst nach einer Lichtumlenkung durch Totalreflexion tritt das Licht im unteren Bereich des Lichtlenkkörpers 9 seitlich aus den Seitenflächen 12 aus. Durch die achsensymmetrische Bauweise des Lichtlenkkörpers sowie die symmetrische Anordnung der Leuchtmittel 10 bezüglich der Symmetrieachse 31 wird auch ein symmetrischer Lichtaustritt erreicht. Gegebenenfalls kann der Wirkungsgrad senkrecht nach unten durch einen Streulichtreflektor verbessert werden.
Bei Verwendung von Leuchtmitteln 10, welche im wesentlichen ein gebündeltes Licht zur Verfügung stellen erzielt die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung im wesentlichen eine lineare Beleuchtung. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Verwendung von LED-Leuchtmitteln, welche als engstrahlende Typen zur Verfügung stehen. Bei flacher Einsicht in die Leuchte ist diese sehr gut ausgeblendet, da man bei flachen Winkeln durch den Lichtlenkkörper hindurchsehen kann und dabei nicht in die Lichtquellen blickt. Die Umschaltung zu durchsichtigen flachen Winkeln erfolgt, indem bei flacheren Winkeln der Totalreflexionswinkel überschritten wird, und somit die Leuchte durchsichtig wird. Der Wirkungsgrad der Beleuchtungseinrichtung 1 ist außerordentlich groß (größer 90 %), da zum einen die Lichtlenkung durch Totalreflexion (mit einem Reflexionskoeffizienten gleich 100 %) erfolgt und zum anderen der Lichtlenkkörper 9 als Leuchtenabdeckung dient, wodurch eine zusätzliche Leuchtenabdeckung mit dem durch sie hervorgerufenen Wirkungsgradverlust nicht notwendig ist. Hierdurch wird ein um mindestens 10% erhöhter Lichtstrom erreicht.
Durch die seitliche Lichtauskopplung aus den Seitenflächen 12 (Lichtaustritt im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen) wird eine sehr breit strahlende Lichtverteilung (Weitstrahlcharakteristik) erreicht, welche z.B. bei der Anwendung als Straßenlaterne eine Erhöhung der Mastabstände bei gleichmäßiger Ausleuchtung ermöglicht. So ist auch noch bei einem Verhältnis von Lichtpunkthöhe zu Lichtpunktabstand zwischen 1:5 und 1:8 eine ausreichende Ausleuchtung gewährleistet, während bei konventionellen Straßenleuchten mit einem Verhältnis von 1:4 bereits die Grenze des Möglichen erreicht ist. Darüber hinaus ist eine Lichtstromfokussierung auf die Nutzfläche und damit ein sehr hoher Nutzwirkungsgrad möglich. Die annähernd tropfenförmige Ausgestaltung der Außenflächen des Lichtlenkkörpers 9 mit einem annähernd vertikalen Leuchtenabschluss nach unten bewirkt bei feuchtem Wetter einen Selbstreinigungseffekt, wodurch eine zusätzliche Reinigung im wesentlichen entfällt.
Die V-Form der Basisseite 13 sowie der Winkel, mit dem die Seitenflächen 12 in der Kante 11 aufeinander treffen, können je nach Anwendung aufeinander abgestimmt werden. Im vorliegenden Fall weist das V einen Winkel β von ca. 117° auf. Die Seitenflächen 12 treffen in der Kante 11 in einem Winkel γ von ca. 70° aufeinander. Die dargestellte Ausführungsvariante des Lichtlenkkörpers 9 weist eine Breite 20 von 3,6 cm sowie eine Längserstreckung 32 von 35 cm auf. Die Bauhöhe 21 der Beleuchtungsvorrichtung 1 liegt im gezeigten Beispiel bei 8,7 cm.
4 zeigt das Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung. 5 zeigt, wie bereits erwähnt, wie die Leuchtmittel bzw. Dioden 10 auf einer Platine günstigerweise angeordnet sind. Durch die möglichst dichte Packung der Reihen 30 wird ein hexagonales Muster erreicht.
In einer einfachen Variante kann vorgesehen sein, dass weiße Leuchtmittel vor dem Lichtlenkkörper angeordnet sind. In einer günstigen Ausführungsvariante ist darüber hinaus vorgesehen, dass verschieden farbige Leuchtmittel 10 (zum Beispiel Leuchtdioden) benachbart zueinander angeordnet werden. Die verschieden farbigen Leuchtmittel weisen hierbei verschiedene Lichtspektren auf, wie dies beispielhaft anhand von 9 gezeigt ist, in der die Lichtintensitäten in Abhängigkeit der Lichtwellenlängen λ [nm] aufgetragen sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Reihen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Bei der Lichtmischung werden hierdurch effektiv 28 Lumen/Watt und ein Farbwiedergabeindex (color rendering index CRI) größer 80 erreicht, während weiße LED's derzeit zum Beispiel nur 15 Lumen/Watt bereitstellen. Die maximale Packungsdichte der LEDs ermöglicht es, kleine Lichtlenkkörper zu verwenden. Die Trägerplatine 14 besitzt günstigerweise eine weiß beschichtete Oberfläche zur Erhöhung des Reflexionsgrades. Durch die optimierte LED-Farbmischung wird eine warm-weiße Lichtfarbe bei hervorragender Farbwiedergabe erreicht. Die Verwendung von LEDs ist darüber hinaus zum einen im Sinne des Stromverbrauchs günstig, da die in 1 gezeigte Anordnung insgesamt einen Bedarf von maximal 50 Watt bei einer Gesamtlichtabgabe von 1350 Lumen hat. Darüber hinaus haben Leuchtdioden gegenüber konventionellen Lampen den Vorteil, dass sie um einen Faktor 5 langlebiger sind und einfach gedimmt werden können. Bei einem Wirkungsgrad des Lichtlenkkörpers 9 von 90 % ergibt sich, dass 1200 Lumen in den zu beleuchtenden Bereich abgestrahlt werden können.
Die 6 und 7 zeigen beispielhaft ausgewählte Lichtstrahlenverläufe und damit die optische Wirkung des Lichtlenkkörpers 9. 6 zeigt hierbei die in flachere Winkel abgestrahlten Lichtanteile und ihre Refraktion in den unteren Bereich des Lichtlenkkörpers. Durch die Totalreflexion im oberen Bereich der Seitenflächen 12 wird das Licht ohne Verlust in steile Winkel in den Bereich unterhalb der Beleuchtungsvorrichtung umgelenkt. 7 zeigt die Lichtumlenkung von steil abgestrahlten Lichtstrahlen innerhalb des Lichtlenkkörpers 9. Auch hier erfolgt eine verlustfreie Totalreflexion an den Seitenflächen 12 und erst anschließend ein Ausstrahlen des Lichts in flache Abstrahlungswinkel in den Bereich seitlich der Beleuchtungsvorrichtung. In 10 ist die hierdurch erzielte Gesamtlichtwirkung des gezeigten Ausführungsbeispiels der Beleuchtungsvorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist zusehen, dass der Hauptlichtanteil in Winkelbereiche zwischen 60° und 75° abgestrahlt wird, wodurch auch weiter von der Beleuchtungsvorrichtung 1 entfernte Bereiche noch ausreichend stark beleuchtet werden.
In 11 ist eine Beleuchtungssituation für eine Straße schematisch dargestellt, wobei die in 1 dargestellte Straßenlaterne zugrunde gelegt ist. Die Beleuchtungseinrichtungen 1 sind am Tragarm 6 in einer Höhe 23 von vier Metern über Grund angeordnet. Die benachbarten Straßenlaternen sind in einem Abstand 24 von 18 Metern aufgestellt. Die zu beleuchtende Straße 28 hat eine Breite 26 von vier Metern. Die jeweils auf beiden Seiten angeordneten Randstreifen 29 weisen eine Breite 27 von jeweils zwei Metern auf. 12 zeigt eine Lichtverteilung, wie sie durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen 1 im Bereich 25 der in 11 dargestellten Situation erreicht wird. Dargestellt sind hierbei Isolinien gleicher relativer Lichtintensität, wobei der Tragarm 6 mittig im 18 Meter breiten Bereich 25 über der Straße 28 angeordnet ist. Die Isolinien zeigen, dass der Hauptanteil des abgestrahlten Lichts auf die Straße 28 konzentriert ist. Hierbei werden besonders gut auch die weiter von der Laterne 22 bzw. dem Tragarm 6 entfernten Bereiche der Straße beleuchtet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erreichen 60 % des von der Laterne abgestrahlten Lichtes die Straße und 80 % die Straße zusammen mit den Randstreifen 29.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Straßen, Wege, Plätze od. dgl., mit mehreren in mindestens einer Reihe angeordneten Leuchtmitteln, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Reihe (30) von Leuchtmitteln (10) ein gemeinsamer, länglich erstreckter, zumindest teilweise transparenter Lichtlenkkörper (9) angeordnet ist, welcher auf seiner von den Leuchtmitteln (10) abgewandten Seite eine spitz zulaufende Kante (11) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (9) im wesentlichen entlang seiner gesamten Längserstreckung (32) einen im wesentlichen gleichbleibenden Querschnitt aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (9) im wesentlichen entlang seiner gesamten Längserstreckung (32) einen achsensymmetrischen Querschnitt aufweist, wobei vorzugsweise zumindest eine Symmetrieachse (31) durch die spitz zulaufende Kante (11) verläuft.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (9) ein massiver, vorzugsweise einstückiger, im wesentlichen vollständig aus einem transparenten Material, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff, bestehender Körper ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (9) zwei ihn seitlich begrenzende zumindest bereichsweise gekrümmte, fokussierende Seitenflächen (12) aufweist, welche von der spitz zulaufenden Kante (11) in Richtung einer Basisseite (13) des Lichtlenkkörpers verlaufen, wobei die Basisseite (13) zu den Leuchtmitteln (10) zeigt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Seitenflächen (12) in Richtung zur Basisseite (13), vorzugsweise kontinuierlich, zunimmt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtlenkkörper (9) eine zu den Leuchtmitteln (10) weisende Basisseite (13) aufweist, welche im Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung (32) des Lichtlenkkörpers (9) eine V-Form aufweist, wobei die Spitze der V-Form zur spitz zulaufenden Kante (11) weist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (10) Leuchtdioden sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weiße Leuchtmittel (10) vor dem Lichtlenkkörper (9) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedenfarbige Leuchtmittel (10) vor dem Lichtlenkkörper (9) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass rote, amberfarbene, grüne, blaue und weiße Leuchtmittel (10) vor dem Lichtlenkkörper (9) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die roten Leuchtmittel (10) zwischen 8% und 15% und die amberfarbenen Leuchtmittel (10) zwischen 15% und 31 % und die grünen Leuchtmittel (10) zwischen 38% und 62% und die blauen Leuchtmittel (10) zwischen 2% und 4% und die weißen Leuchtmittel zwischen 4% und 10% des Gesamtlichtstroms erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel in mindestens zwei, vorzugsweise drei, Reihen (30) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (30) unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (9) eine eng begrenzte Abstrahlcharakteristik aufweisen.