DE602004004078T2 - Mehrfache optische Baugruppe für eine LED-Beleuchtungseinrichtung und eine solche optische Baugruppe umfassende LED-Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Mehrfache optische Baugruppe für eine LED-Beleuchtungseinrichtung und eine solche optische Baugruppe umfassende LED-Beleuchtungseinrichtung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrfache optische Anordnung für eine LED-Beleuchtungseinrichtung und eine LED-Beleuchtungseinrichtung, die eine solche optische Anordnung umfasst.
  • Von Innenbeleuchtungseinrichtungen werden Punktstrahler von Standardgröße verbreitet genutzt, die in einer Vielzahl von Ausführungen installiert werden können, und aus diesem Grund von spezifischer Form und Größe sind. Typische Beispiele sind Kaltlichtlampen des Standards MR-16.
  • Vor kurzem sind Leuchten dieser Art vorgeschlagen worden, die anstelle normaler Quarz-Iod-Lampen Festkörperlichtquellen verwenden, insbesondere Leuchtelektroden (LEDs). Gegenwärtig vorhandene Lösungen sind jedoch noch nicht vollständig zufriedenstellend in Bezug auf die Beleuchtungsleistung und die unkomplizierte Form. Das heißt, einerseits stellen Einzel-LED-Leuchten keine ausreichende Lichtstärke bereit, wohingegen angesichts des begrenzten (nach Standardvorgaben) vorhandenen Platzes die Verwendung einer Reihe von LEDs, die mit jeweiligen Linsen verbunden sind, die Anwendung kleiner Linsen und daher von Linsen geringerer Leistung erfordert. Ein Beispiel dieser Art von LED-Beleuchtungseinrichtungen wird in US-B-64023471 beschrieben.
  • OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer optischen Anordnung und einer Beleuchtungseinrichtung, die ausgelegt sind, um die oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und die insbesondere kompakt, kostengünstig und fertigungsfreundlich sind und eine verbesserte Leistung bieten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine mehrfache optische Anordnung und eine Beleuchtungseinrichtung gemäß Definition in den anhängenden Patentansprüchen 1 und 17 sowie hinsichtlich der Hilfsmerkmale gemäß Definition in den abhängigen Patentansprüchen bereitgestellt.
  • Die mehrfache optische Anordnung gemäß der Erfindung ist sehr leistungsstark und kompakt und kann kostengünstig und einfach hergestellt werden. Da weiterhin die optischen Flächen getrennt sind, stören sie einander nicht und gewährleisten somit optimale Leistung.
  • Die Beleuchtungseinrichtung, die die mehrfache optische Anordnung gemäß der Erfindung und eine Anzahl von LEDs, die mit jeweiligen Linsen der mehrfachen optischen Anordnung verbunden sind, enthält, ist wiederum äußerst kompakt, kostengünstig und fertigungsfreundlich, weist eine verbesserte Leistung auf und ist unter anderem geeignet für die Herstellung von Leuchten von Standardgrößen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • 1 zeigt schematisch und perspektivisch eine auseinander gezogene Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit einer mehrfachen optischen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt eine Vorderansicht der montierten Beleuchtungseinrichtung aus 1.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht der montierten Beleuchtungseinrichtung aus 1 teilweise im Schnitt.
  • Die 4 und 5 zeigen eine Vorderansicht beziehungsweise eine Seitenansicht der mehrfachen optischen Anordnung der Beleuchtungseinrichtung aus 1.
  • Die 6, 7, 8 zeigen eine Vorderansicht beziehungsweise zwei lotrechte Seitenansichten einer separaten Komponente der mehrfachen optischen Anordnung der 4 und 5.
  • 9 zeigt schematisch eine auseinander gezogene Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung mit einer mehrfachen optischen Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • BESTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst eine LED-Beleuchtungseinrichtung 1, die als Innen-Punktstrahler verwendet werden kann, ein Gehäuse 2 mit einer inneren, zum Beispiel im Wesentlichen zylindrischen, Kammer 3, die durch eine Bodenwand 4 und eine Seitenwand 5 definiert wird. Ein Wärmeableiter 6 steht axial von der Bodenwand 4 auf der gegenüberliegenden Seite der Kammer 3 hervor, und umfasst zum Beispiel eine Mittelsäule, von der sich ringförmige Rippen radial erstrecken. Das Gehäuse 3 beinhaltet ein Beleuchtungsmodul 7, das eine Tragkonstruktion 8 umfasst, die eine Anzahl von LEDs 9 (oder eine andere ähnliche Art von Festkörperlichtquellen) trägt, sowie eine mehrfache optische Anordnung 10, die über die Tragkonstruktion 8 mechanisch mit den LEDs 9 verbunden ist und ausgelegt ist, um das von den LEDs 9 ausgestrahlte Licht in einem vorgegebenen Muster weiterzuleiten.
  • Die Tragkonstruktion 8 umfasst eine flache Platte 15, die mit LEDs ausgerüstet ist und die an der Bodenwand 4 anliegt; sowie Verbindungsteile 16 zum Verbinden der optischen Anordnung 10 mit der Platte 15 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung. In dem gezeigten Beispiel werden drei koplanare LEDs 9 bereitgestellt und in der Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die LEDs 9 werden an jeweiligen bekannten Fassungen 17 befestigt, die auf bekannte Art und Weise an der Platte 15 befestigt sind und jeweilige Kragen 18 zum Verbinden mit der optischen Anordnung 10 aufweisen; und die LEDs 9 sind elektrisch mit einer externen Stromquelle auf bekannte Art und Weise, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt wird, verbunden.
  • Die Verbindungsteile 16 weisen die Form von Stäben auf, wobei ein jeder Stab 16 in jeweilige Aufnahmen 19, 20, die in der Platte 15 beziehungsweise der optischen Anordnung 10 ausgebildet sind, eingeführt und gesichert wird. Es wird jedoch darauf verwiesen, dass die optische Anordnung 10 auf eine beliebige andere Art und Weise als die ausschließlich beispielhaft beschriebene und veranschaulichte mechanisch mit der Platte 15 verbunden sein kann, welche die LEDs 9 trägt.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst weiterhin einen Montagering 22, der einen im Wesentlichen zylindrischen ringförmigen Körper 23 aufweist, der wiederum an gegenüberliegenden axialen Enden einen radial inneren Flansch 24 für Verbindung mit der optischen Anordnung 10 aufweist, sowie einen radial äußeren Flansch 25 für Verbindung mit einem äußeren Teil (nicht gezeigt).
  • Unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 umfasst die optische Anordnung 10 eine Anzahl von modularen Einheiten 30, die jeweilige Linsen 31 aufweisen; sowie Verbindungsmittel 32, insbesondere mechanische Verbindungsmittel, wie zum Beispiel Gelenke, zum Verbinden der modularen Einheiten 30 untereinander und zum Halten der Linsen 31 in vorgegebenen Positionen zueinander.
  • In dem gezeigten nicht einschränkenden Beispiel werden drei identische modulare Einheiten 30 bereitgestellt, von denen eine jede durch ein monolithisches Teil 33 definiert wird, das aus Polymermaterial ausgebildet wird und in der Draufsicht im Wesentlichen die Form eines Sektors eines vorgegebenen Winkels gleich dem Mehrfachen eines Kreises, in dem gezeigten Beispiel 120 Grad, aufweist. Die drei modularen Einheiten 30 in dem gezeigten Beispiel sind aneinander angrenzend und um 120 Grad beabstandet um eine Mittelachse C angeordnet, entlang derer die optische Anordnung 10 verläuft. An einem axialen Ende 34 weist die optische Anordnung 10 eine im Wesentlichen kreisförmige Umfangsabschlusskante 35 auf.
  • Unter besonderer Bezugnahme auf die 6 bis 8 sind die Linsen 31 leistungsstarke Vollinnenreflexionslinsen oder Kollimatoren und umfassen jeweilige Körper 40, die aus transparentem Polymermaterial bestehen und ausgelegt sind, um Licht innen zu reflektieren und zu leiten. Eine jede Linse 31 weist eine Eintrittsfläche 41 und eine Austrittsfläche 42 auf, die an jeweiligen gegenüberliegenden axialen Enden 43, 44 der Linse 31 angeordnet sind; sowie eine optische reflektierende Fläche 45, die durch eine gekrümmte Seitenfläche 46 des Körpers definiert wird, der zwischen der Eintrittsfläche 41 und der Austrittsfläche 42 angeordnet ist. Die optischen Flächen 45 sind reflektierende Flächen zum Leiten von Licht innen zu einer jeden Linse 31 zwischen gegenüberliegenden Enden 43, 44 der Linse.
  • In dem gezeigten Beispiel, wenngleich nicht notwendigerweise, sind die Körper 40 Drehkörper und weisen jeweilige Mittelachsen A auf, die jeweilige optische Achsen der Linsen 31 definieren.
  • Das Ende 43 eines jeden Linse 31 weist eine Vertiefung 47 auf, die durch die Eintrittsfläche 41 gebildet wird und eine LED 9 aufnimmt; ein Ende 44 einer jeden Linse 31 weist ein Totloch oder Sehloch 48 auf, das zum Beispiel im Wesentlichen zylindrisch oder kegelstumpfförmig ist und das sich entlang der Achse A von der Austrittsfläche 42 zu dem Ende 43 hin erstreckt und eine Bodenfläche 49 aufweist; und eine Austrittsfläche 42 und eine Bodenfläche 49 können jeweilige Anzahlen von Mikrolinsen 50 aufweisen, wie zum Beispiel Konkavlinsen, die in einem Sechskantmuster angeordnet sind.
  • Das Loch 48 ist auf eine Vertiefung 47 ausgerichtet und durch eine Abtrennung 54, die eine Refraktionslinse bildet, abgetrennt. Wenngleich die Linsen 31 im Allgemeinen als „Vollinnenreflexionslinsen" definiert werden können, umfasst eine jede Linse 31 faktisch einen Abschnitt, der durch die optische Fläche 45 gebildet wird, die faktisch innen reflektierend ist, und einen Abschnitt, der durch die Trennwand 54 gebildet wird, der lichtbrechend ist.
  • Gekrümmte Seitenflächen 46 der Linsen 31 sind abgeschrägt, um jeweilige im Wesentlichen flache Flächenbereiche 53 zu umfassen. Insbesondere weist eine jede Linse 31 zwei abgeschrägte Flächenbereiche 53 auf, die ein V von 120 Grad bilden; Linsen 31 sind angrenzend und Seite an Seite angeordnet; und die angrenzenden Linsen 31, das heißt die Linsen 31 der angrenzenden modularen Einheiten 30, sind mit jeweiligen Flächenbereichen 53 einander zugewandt und im, Wesentlichen einander berührend angeordnet, so dass die Linsen 31 jeweilige ausgeprägte optische Flächen 45 aufweisen.
  • Achsen A der Linsen 31 sind im Wesentlichen parallel zueinander und zu der Mittelachse C der optischen Anordnung 10.
  • Eine jede modulare Einheit 30 umfasst eine Linse 31; und zwei Verbindungsfortsätze 55 erstrecken sich radial in im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen von einem Rand 56 der Linse 31, der an dem Ende 44 der Linse 31 angeordnet ist. Die Verbindungsfortsätze 55 einer jeden modularen Einheit 30 haben die Form flacher Blätter und weisen Gelenkelemente 57, 58 auf. Insbesondere umfassen die Verbindungsfortsätze 55 einer jeden modularen Einheit 30 eine Zinke 57 auf, wie zum Beispiel eine Schwalbenschwanzzinke, beziehungsweise eine zusätzliche Aufnahme 58, so dass die Zinke einer jeden modularen Einheit in die Aufnahme der angrenzenden modularen Einheit eingreift.
  • In der Draufsicht sind die Linsen 31 in der Umfangsabschlusskante eingeschrieben, die durch jeweilige aufeinander folgende Kantenabschnitte 59 der modularen Einheiten 30 gebildet wird. Die Kanten 56 der Linsen 31 werden aus der Umfangsabschlusskante 35 geschnitten, so dass die optische Fläche 45 einer jeden Linse 31 einen Umfangsabschnitt 60 umfasst, der sich in der Krümmung in Bezug auf die gesamte optische Fläche 45 ändert. Die optische Fläche 45 einer jeden Linse 31 wird daher durch die gekrümmte Seitenfläche 46 eines jeweiligen Körpers 40, durch die beiden abgeschrägten Flächenbereiche 53 und durch den Umfangsabschnitt 60 von unterschiedlicher Krümmung gebildet.
  • Die Umfangsabschlusskante 53 erstreckt sich radial nach außen, um eine Schulter 60 auszubilden, die mit dem Flansch 24 des Montageringes 22 zusammenwirkt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das Gehäuse 2 zu Formen und Größen ausgebildet werden kann, die mit beliebigen Handelsstandards kompatibel sind sowie insbesondere mit dem Standard MR-16 oder ähnlichem, wie links in 1 schematisch und nicht maßstabsgerecht gezeigt wird; in welchem Fall das Gehäuse 2 im Wesentlichen schüsselförmig ist, eine innere Kammer 3 durch eine gekrümmte Seitenwand 5 gebildet wird und das Gehäuse 2 weiterhin einen Verbindungsblock 62 umfasst, der Standard-Steckverbinder 63 aufweist und möglicherweise eine bekannte Einheit 64 (nur schematisch gezeigt) für elektronisches Steuern der LEDs 9 aufweist.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel emittieren die LEDs 9 in unterschiedlichen Bändern, zum Beispiel entsprechend den drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau), um ein RGB-Lichtaussendungssystem zu bilden; in welchem Fall eine elektronische Steuereinheit 64 ebenfalls vorteilhaft zur Steuerung der Farbausstrahlung der Einrichtung 1 verwendet werden kann.
  • In der Variante in 9, in der ähnliche oder gleiche Teile wie bereits beschriebene mit den gleichen Verweisziffern bezeichnet werden, umfasst die Tragkonstruktion 8 ein Gehäuse 70, das modulare Einheiten 30 aufnimmt. Das Gehäuse 70 erstreckt sich im Wesentlichen entlang der Achse C, ist angeordnet, um die Linsen 31 abzudecken, umfasst einen monolithischen Hohlkörper 71, der aus Polymermaterial ausgebildet wird, und weist Aufnahmen 72 auf, die jeweilige Linsen 31 in ihren vorgegebenen Positionen aufnehmen und halten.
  • Eine jede Aufnahme 72 weist eine innere Seitenfläche 73 auf, die auf die optische Fläche 45 der Linse 31, die in der Aufnahme 72 aufgenommen ist, abgestimmt ist. Die innere Seitenfläche 73 einer jeden Aufnahme 72 ist angeordnet, um im Wesentlichen die optische Fläche 45 der jeweiligen Linse 31 abzudecken und ist um einen Spalt (nicht gezeigt) von der optischen Fläche 45 getrennt, welcher durch den Passungsabstand der Linsen 31 in den Aufnahmen 72 gebildet werden kann (falls die modularen Einheiten 30 und das Gehäuse 70 getrennt ausgebildet werden und danach montiert werden), oder durch unterschiedliches Schrumpfen der Werkstoffe, aus denen die modularen Einheiten 30 und das Gehäuse gemeinsam ausgebildet werden oder aus zwei Werkstoffen übereinander ausgebildet werden).
  • Das Gehäuse 70 umfasst drei Flügel 75, die sich parallel zu der Achse C erstrecken und jeweilige Aufnahmen 72 aufweisen. An gegenüberliegenden Enden weisen die Flügel 75 jeweilige Kragen 76 zum Verbinden mit jeweiligen Fassungen 17 auf, sowie drei Verbindungsabschnitte 77, die die Flügel 75 miteinander verbinden und mit jeweiligen vorstehenden stabförmigen Verbindungsteilen 16 versehen sind, die an jeweiligen in der Platte 15 ausgebildeten Löchern 19 befestigt sind.
  • Versschlussmittel 78 werden bereitgestellt, um die modularen Einheiten 30 mit dem Gehäuse 70 zu verbinden und um die Linsen 31 in den jeweiligen Aufnahmen 72 zu sichern. In dem gezeigten Beispiel umfassen die Verschlussmittel 78 Stifte 79, die sich axial von den Verbindungsabschnitten 77 in der entgegengesetzten Richtung zu den Verbindungsteilen 16 erstrecken und die in jeweilige in den Verbindungsfortsätzen 55 der modularen Einheiten 30 ausgebildete Löcher eingreifen.

Claims (15)

  1. Mehrfache optische Anordnung (10) für eine LED-Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Anzahl modularer Einheiten (30) mit entsprechenden Linsen (31), die mit entsprechenden Leuchtdioden (LEDs) verbunden sind, und Verbindungsmittel (32; 72), um die modularen Einheiten (30) miteinander zu verbinden und um die Linsen (31) in vorbestimmten Positionen zueinander zu halten, wobei die Linsen (31) durch entsprechende gekrümmte Seitenflächen (46) definiert sind, die entsprechend ausgeprägte optische Flächen (45) definieren, die reflektierende Flächen sind, die im Inneren Licht zu jeder Linse zwischen zwei gegenüberliegenden Enden der Linse übertragen, wobei die optische Anordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass die gekrümmten Seitenflächen (46) abgekantet sind, um im Wesentlichen flache Flächenbereiche (53) zu enthalten, und dass benachbarte Linsen (31) so positioniert sind, dass die entsprechenden Flächenbereiche (53) einander zugewandt sind und sich im Wesentlichen gegenseitig berühren.
  2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32; 72) mechanische, insbesondere gelenkartige Verbindungsmittel sind.
  3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (31) entlang entsprechender Achsen (A) verlaufen und angrenzend und Seite an Seite angeordnet sind.
  4. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Linse (31) einen inneren Reflexionsbereich (45) und einen Brechungsbereich (54) enthält.
  5. Optische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Linse (31) ein zentrales Tot- oder Sehloch (48) enthält, das entlang einer optischen Achse (A) der Linse verläuft und durch eine Abtrennung (54) eingegrenzt wird.
  6. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die modularen Einheiten (30) durch entsprechende monolithische, aus Polymermaterial geformte Stücke (33) definiert sind.
  7. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede modulare Einheit (30) eine Linse (31) enthält, die im Wesentlichen entlang einer Achse (A) verläuft, sowie Verbindungsfortsätze (55), die radial vom axialen Ende (44) der Linse vorstehen und die Verbindungsmittel (32) aufweisen.
  8. Optische Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (32) Gelenkelemente (57, 58) zwischen den Verbindungsfortsätzen (55) enthalten.
  9. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Gehäuse (70) zum Beherbergen der modularen Einheit (30) enthält, das Gehäuse (70) einen Hohlkörper (71) mit Auflageflächen (72) zum Beherbergen der jeweiligen Linsen (31) hat, und die Linsen in den vorbestimmten Positionen durch die jeweiligen Auflageflächen (72) gehalten werden.
  10. Optische Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Auflagefläche (72) eine innere Seitenfläche (73) hat, die an die optische Fläche (45) der Linse (31) angepasst ist, die innerhalb der Auflagefläche beherbergt ist, wobei die innere Seitenfläche (73) so angeordnet ist, dass sie die optische Fläche (45) im Wesentlichen bedeckt und von der optischen Fläche durch einen Spalt getrennt ist.
  11. Optische Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie Verschlussmittel (78) zum Verbinden der modularen Einheiten (30) mit dem Gehäuse (70) und zum Befestigen der Linsen (31) innerhalb der entsprechenden Auflageflächen (72) umfasst.
  12. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen entlang einer Achse (C) verläuft und eine Umfangsabschlusskante (35) an einem axialen Ende (34) aufweist, wobei die Linsen (31) in die Umfangsabschlusskante (35) eingeschrieben sind.
  13. Optische Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsabschlusskante (35) im Wesentlichen kreisförmig ist.
  14. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modularen Einheiten (30), von oben gesehen, im Wesentlichen in Form eines Sektors mit einem vorbestimmten Winkel, der gleich einem Teil eines Kreis ist, ausgebildet und um eine zentrale Achse (C) angeordnet sind.
  15. LED-Beleuchtungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass diese eine mehrfache optische Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, sowie eine Anzahl LEDs (9), wobei jede LED (9) zu einer Linse (31) der optischen Anordnung (10) gehört.
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