EP2137458A1 - Leuchte mit kühlung - Google Patents

Leuchte mit kühlung

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EP2137458A1
EP2137458A1 EP08735062A EP08735062A EP2137458A1 EP 2137458 A1 EP2137458 A1 EP 2137458A1 EP 08735062 A EP08735062 A EP 08735062A EP 08735062 A EP08735062 A EP 08735062A EP 2137458 A1 EP2137458 A1 EP 2137458A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
recessed ceiling
light source
luminaire
housing
Prior art date
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Granted
Application number
EP08735062A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2137458B1 (de
Inventor
Gerald Ladstätter
Erich Schwärzler
Günther SEJKORA
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
Original Assignee
Ledon Lighting GmbH
Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Publication date
Application filed by Ledon Lighting GmbH, Zumtobel Lighting GmbH Austria filed Critical Ledon Lighting GmbH
Publication of EP2137458A1 publication Critical patent/EP2137458A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2137458B1 publication Critical patent/EP2137458B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/02—Lighting devices intended for fixed installation of recess-mounted type, e.g. downlighters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F21V29/63—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air using electrically-powered vibrating means; using ionic wind
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a luminaire, in particular a recessed ceiling luminaire with a housing, a light source disposed within the housing and a device for generating a guided through the housing gas flow for cooling the light source.
  • a light source of a luminaire heats up during operation of the luminaire, so that in general the problem of cooling the light source or the luminaire is given.
  • the light source is a light-emitting diode (LED)
  • the light flux produced by the LED will be smaller under normal conditions the warmer the LED is.
  • the life of an LED is usually reduced if it is not cooled during operation.
  • LEDs must be effectively cooled in order to operate at the best possible level of performance can.
  • the invention is based on the object to provide a lamp whose light source can be effectively cooled, especially in the case that no free convection flow can form.
  • a luminaire in particular a recessed ceiling luminaire, which has a housing, a light source arranged inside the housing, and a device for generating a gas flow guided through the housing for cooling the light source.
  • the device comprises a pump.
  • the gas stream may be, for example, an air stream.
  • the luminaire can also be, for example, a recessed wall luminaire.
  • said plane may be the ceiling plane, that is to say that plane which is defined by the underside of the ceiling which, when installed, surrounds the luminaire.
  • the light source comprises at least one LED.
  • the pump is a positive displacement pump, in particular a piston pump or a diaphragm pump.
  • a positive displacement pump in particular a piston pump or a diaphragm pump.
  • Compared to a fan, such pumps can be operated to perform slower movements. This has the advantage that a quieter operation is possible.
  • such pumps generally have a longer life.
  • a diaphragm pump is particularly advantageous because, in this case, seal problems between piston and cylinder can not occur in comparison with a piston pump.
  • the pump comprises a pumping chamber and an outlet channel for the gas flow, wherein the outlet channel connects the pumping chamber with the space outside the luminaire.
  • the term "pumping chamber” here refers to that space in the pump in which the compression of the gas takes place, which is caused by the movement of the displacement body of the pump, for example, the piston or the membrane.
  • the exhaust passage may terminate at an exhaust port located in a wall of the housing of the lamp so that gas from the exhaust port may flow into the space outside the lamp.
  • the outlet opening can be arranged in the above-mentioned plane, that is, for example, in the intended ceiling plane.
  • the pump may comprise an inlet channel for the gas flow, which connects the outer space of the lamp with the pumping chamber.
  • the inlet duct may begin at an inlet opening located in a wall of the housing of the luminaire so that gas from the space outside the luminaire can effectively flow into the pumping chamber.
  • the inlet opening can be arranged in the above-mentioned plane, that is, for example, in the intended ceiling plane.
  • valves for controlling the direction of the gas flow are arranged at the inlet channel and at the outlet channel.
  • a particularly effective gas flow may be generated if the pump further comprises a second pumping chamber.
  • the lamp has an electric motor for driving the pump, wherein preferably a device is provided, with which the rotational movement of the electric motor via a crank drive or an eccentric can be converted into a linear movement.
  • the luminaire has a system for driving the pump, which comprises a magnetic coil and a submersible magnet.
  • a system for driving the pump which comprises a magnetic coil and a submersible magnet.
  • the coil can be operated with a low-frequency alternating voltage, preferably less than 20 Hz. This allows a particularly quiet operation.
  • a break contact is provided, which preferably opens when the displacement body, so for example, the piston of the pump is in an extreme position.
  • a piezoelectric actuator for example a bimorph, is provided for controlling the pump,
  • a Stirling engine is provided for driving the pump.
  • the light source may in this case be thermally connected to the "hot region" of the Stirling engine, thus allowing the heat generated by the light source to be used to drive the pump.
  • the Stirling engine may also advantageously be a flat plate Stirling engine, the light source accordingly This form of Stirling engine already works with comparatively very small temperature differences
  • FIG. 1 is a sketch of a lamp according to the invention with a driven by a Stirling engine diaphragm pump
  • FIG. 2 shows a sketch of an embodiment with a piston pump
  • FIG. 3 is a sketch of an embodiment with a diaphragm pump
  • Fig. 6 is a sketch of a pump drive by means of a magnetic coil and a submersible magnet
  • Fig. 7 is a sketch of an alternative channel guide.
  • Fig. 1 shows a sketch of a lamp according to the invention.
  • the luminaire may in particular be a recessed ceiling luminaire which is intended to be installed in a corresponding installation opening in a ceiling 4.
  • the installation opening may, for example, be an opening which is closed at the top, so that there is generally the problem of cooling the luminaire.
  • the lamp comprises a region which can be referred to as a heat sink 7 and in which a generally designated 3 pump is arranged, which is adapted to a gas flow - in the example shown, an air flow - to generate, which serves to cool the light source or the LEDs 2.
  • the heat sink 7 extends at least partially above the light source 2.
  • the gas flow is guided through the housing 1 or through the heat sink 7. With the help of the pump 3, therefore, an air flow can be generated which at least to a considerable extent removes the heat which is generated by the LEDs 2 during operation of the luminaire.
  • the pump 3 is a diaphragm pump 3 'with a membrane 12.
  • the diaphragm pump 3' further comprises a pumping chamber 5, the bottom of the membrane 12, laterally from the inner surface of a pumping cylinder 6 and top of a pump chamber ceiling 14 is limited.
  • the membrane 12 moves in operation with a central region alternately up and down, as indicated by the double arrow 13 in Fig. 1 and acts in this way as a displacement of the pump 3 to the air located in the pump chamber 5.
  • an inlet opening 11 is provided at the transition from the outer space AR in the housing 1, which is provided at the transition from the outer space AR in the housing 1, so that an inlet opening 11 is provided.
  • the inlet opening 11 lies in a plane E, which extends horizontally and thus above the LEDs 2 through the housing 1 or the heat sink 7 when the lamp is in the proper position.
  • the plane E can, for example - as sketched in FIG. 1 - coincide with that plane which is usually referred to as the ceiling plane DE, ie with the plane defined by the underside of the ceiling 4, which surrounds the luminaire in the installed state of the luminaire ,
  • an outlet channel 8 which connects the interior of the pumping chamber 5 with the outer space AR, so that the gas or the air can flow from the pumping chamber 5 into the outer space AR.
  • an outlet 10 is provided at the transition between the outlet channel 8 and the outer space AR.
  • the pump 3 'further comprises a suction or inlet valve 21, which may be arranged for example at the transition between the inlet channel 9 and the pumping chamber 5 and allows air flow from the outer space AR into the pumping chamber 5, but blocks in the opposite direction ,
  • a pressure or exhaust valve 20, which may be provided for example at the transition from the outlet channel 8 to the outer space AR, allows an air flow from the pumping chamber 5 in the outer space AR, but locks in the opposite direction.
  • the heat sink 7 has a channel system formed from the inlet channel 9 and the outlet channel 8, which allows an air flow from the ceiling level DE upwards into the pumping chamber 5 on the one hand and from the pumping chamber 5 downwards via the outlet opening 10 into the outside space AR on the other hand allows.
  • the arrangement is also suitable, for example, for a recessed wall luminaire, namely with a corresponding rotated by 90 ° orientation.
  • an inventive lamp an effective air flow through a vertical plane from the interior of the lamp can be effected in the outer space.
  • a Stirling engine for driving the diaphragm pump 3 ', in the form of a flat plate Stirling engine 30 with a lower flat plate or end plate 31 forming the "hot region" of the Stirling engine 30 and an upper one End plate 32, which forms the "cold area” of the Stirling engine 30.
  • the light source or LEDs 2 are thermally connected to the end plate 31, which forms the hot region.
  • the other end plate 32 is thermally connected to the heat sink 7.
  • a cylindrical working chamber is formed, in which a porous working piston 33 of the Stirling engine 30 can move.
  • the Stirling engine 30 draws its energy from the temperature difference of the two end plates 31, 32.
  • the diaphragm 12 of the pump 3 is moved.
  • the flow of air generated by the pump 3 cools the "cold" plate 32 of the Stirling engine 30 via the heat sink 7, thus maintaining the temperature difference not discussed in detail.
  • a Stirling engine to drive the pump is advantageous because in this way the existing thermal energy in the system can be used to drive the pump.
  • An external energy source for example in the form of electric current, is therefore not absolutely necessary here.
  • a flat plate Stirling engine is particularly suitable because with this type of engine already a comparatively very small temperature difference to the drive is sufficient.
  • a flat plate Stirling engine is relatively simple in construction and can be produced with relatively few components. Furthermore, it is possible to make the shape of the engine very flat, which is particularly advantageous for use in a lamp.
  • a piston pump 3 is provided instead of a diaphragm pump 3 ', separately sketched in Fig. 3, as sketched in Fig. 2.
  • a piston 15 acts as displacer on the pump chamber 5 The up and down movement of the piston 15 is indicated by a double arrow 16 in FIG.
  • the pump is a piston pump 3 '', which is driven by a Stirling engine 30.
  • Both diaphragm pumps and piston pumps are positive displacement pumps. Compared to a fan, a positive displacement pump can be operated so that it runs slower. This is advantageous because bearing noise is unavoidable due to the high speeds that typically occur during fan operation. A Positive displacement pump can therefore generally be operated quieter. In addition, the average life of a positive displacement pump is longer than that of a fan.
  • valve flaps 27 can be formed which act as inlet and outlet valves.
  • the membrane 12 and the valve technology can be realized in one part.
  • the channel guide is arranged on the circumference of the pump cylinder 6.
  • the inlet opening 11 and the outlet opening 12 it is generally advantageous if these two openings are clearly spaced, for example, substantially located on opposite areas on the underside of a recessed ceiling light to avoid heated air exiting the outlet opening quasi directly followed by the inlet opening to a considerable extent again.
  • Pump may be provided, for example, an electric motor 22.
  • the rotating movement of the electric motor 22 can be set, for example via a crank drive or an eccentric in a linear motion, which can then be used to drive the pump 3, so for example a diaphragm pump 3 'or a piston pump 3 ".
  • the pump 3 also has a second pumping chamber 5 'which is connected to the inlet channel 9 via a second inlet valve 21' and to the outlet channel 8 via a second outlet valve 20 '
  • a second pumping chamber 5 ' which is connected to the inlet channel 9 via a second inlet valve 21' and to the outlet channel 8 via a second outlet valve 20 '
  • a corresponding two-chamber system can also be realized in the case of a piston pump.
  • another possibility for driving the pump 3 is to generate the linear motion directly.
  • a system with a magnetic coil 24 and a submersible magnet 26 may be provided for this purpose.
  • the coil 24 is connected to the displacement of the pump 3, in the example shown so with the membrane 12.
  • the solenoid 26 is firmly connected to the heat sink 7.
  • the coil 24 moves in its longitudinal direction, in the example sketched in the vertical direction and thereby includes the heat sink 7 more or less deep. In this way, wear can be further reduced and further reduce noise during operation. In this case, it is particularly advantageous with regard to the noise development when the coil 24 is operated with a low-frequency alternating voltage, for example ⁇ 20 Hz.
  • the pump - as outlined - again have two pumping chambers 5, 5 '.
  • a variant with only one pumping chamber is possible.
  • control of the pump also takes place directly, for example with a break contact, which opens when the displacement body, that is, for example, the piston is in an extreme position.
  • a break contact which opens when the displacement body, that is, for example, the piston is in an extreme position.
  • a return of the displacer may be provided in this case, for example, a spring.
  • a bimetal 34 can serve as a further alternative for controlling the pump 3. It is also possible to use a piezoelectric actuator for this purpose, for example in the form of a bimorph.
  • a luminaire which has a pump 3, wherein the pump can be in particular a diaphragm pump 3 'or a piston pump 3 "The pump can have one or two pumping chambers in both cases Examples of means that can be used for this are: Stirling engine, electric motor, system with coil solenoid, breaker contact, bimetal, piezoelectric actuator. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, insbesondere eine Deckeneinbauleuchte mit einem Gehäuse (1), einer innerhalb des Gehäuses angeordnete Lichtquelle, beispielsweise wenigstens einer LED (2), sowie einer Vorrichtung zur Erzeugung eines durch das Gehäuse (1) geführten Gasstroms zur Kühlung der Lichtquelle (2). Die Vorrichtung umfasst dabei eine Pumpe (3), beispielsweise eine Membran- oder Kolbenpumpe. Zum Antrieb der Pumpe kann beispielsweise ein Stirlingmotor (30), ein Elektromotor oder ein System aus magnetischer Spule und Tauchmagnet vorgesehen sein. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung lässt sich die Wärme, die im Betrieb der Leuchte von der Lichtquelle (2) erzeugt wird, effektiv und dabei geräuscharm abtransportieren. Bei Verwendung eines Stirlingmotors (30) kann die Wärme der Lichtquelle (2) vorteilhaft zum Antrieb des Stirlingmotors (30) genutzt werden.

Description

Leuchte mit Kühlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchte, insbesondere eine Deckeneinbauleuchte mit einem Gehäuse, einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Lichtquelle und einer Vorrichtung zur Erzeugung eines durch das Gehäuse geführten Gasstroms zur Kühlung der Lichtquelle.
Eine Lichtquelle einer Leuchte erwärmt sich in der Regel bei Betrieb der Leuchte, so dass im Allgemeinen das Problem der Kühlung der Lichtquelle bzw. der Leuchte gegeben ist. Handelt es sich beispielsweise bei der Lichtquelle um eine Licht emittierende Diode (LED), so ist der von der LED erzeugte Lichtstrom unter normalen Bedingungen umso kleiner, je wärmer die LED ist. Außerdem reduziert sich in der Regel die Lebensdauer einer LED, wenn sie im Betrieb nicht gekühlt wird. Allgemein besteht also das Problem, dass LEDs effektiv gekühlt werden müssen, um bei einem möglichst guten Leistungsgrad betrieben werden zu können.
Bei Anbau- oder Pendelleuchten mit Lichtquellen in Form von LEDs ist es bekannt, das Gehäuse der Leuchte als Kühlkörper auszubilden, an dessen Oberfläche sich eine Konvektionsströmung ausbilden kann, mit der die überschüssige Wärme abgeführt wird, so dass die Leuchte auf diese Weise gekühlt wird.
Weiterhin ist bekannt, die LEDs einer Leuchte mit Hilfe eines Lüfters zu kühlen. Durch die hohen Drehzahlen, die bei derartigen Lüftern auftreten, sind jedoch Lagergeräusche unvermeidbar. Auch die Lebensdauer solcher Lüfter, die typischerweise wenige Tausend Stunden beträgt, ist vergleichsweise begrenzt.
Im Fall von Deckeneinbauleuchten, zum Beispiel in Form von Downlights, kann jedoch das Problem auftreten, dass sich keine entsprechende freie Konvektionsströmung bzw. Luftzirkulation ausbilden kann, und zwar wenn der Kühlkörper der Leuchte in einer - nach oben hin geschlossenen - Einbauöffhung in der Decke eingebaut ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Leuchte anzugeben, deren Lichtquelle effektiv gekühlt werden kann, insbesondere auch in dem Fall, dass sich keine freie Konvektionsströmung ausbilden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit der in dem unabhängigen Anspruch genannten Leuchte gelöst. Besondere Ausfuhrungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist eine Leuchte, insbesondere eine Deckeneinbauleuchte vorgesehen, die ein Gehäuse, eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Lichtquelle, und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines durch das Gehäuse geführten Gasstroms zur Kühlung der Lichtquelle aufweist. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Pumpe. Bei dem Gasstrom kann es sich beispielsweise um einen Luftstrom handeln. Bei der Leuchte kann es sich auch beispielsweise um eine Wandeinbauleuchte handeln.
Auf diese Weise kann mit Hilfe einer erzwungenen Gas- bzw. Luftströmung eine effektive Kühlung der Lichtquelle erzielt werden, und zwar insbesondere auch in dem Fall, dass sich nach oben hin keine freie Konvektion ausbilden kann, mit der die von der Lichtquelle erzeugte Wärme abtransportiert werden könnte. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Leuchte in einer Öffnung eingebaut ist, die nach oben hin geschlossen ist, also beispielsweise bei einer Deckeneinbauleuchte, die in einer entsprechenden Deckenöffhung eingebaut ist.
Ein besonders effektiver Wärmeabtransport ist dabei möglich, wenn der Gasstrom eine Ebene durchsetzt, die - wenn die Leuchte bezüglich der Vertikalen betriebsgemäß ausgerichtet ist - das Gehäuse horizontal durchsetzt und dabei durch die Lichtquelle oder oberhalb der Lichtquelle verläuft. Beispielsweise kann im Fall einer Deckeneinbauleuchte die genannte Ebene die Deckenebene sein, also diejenige Ebene, die durch die Unterseite der Decke bestimmt ist, die im eingebauten Zustand die Leuchte umgibt. Auf diese Weise kann also mittels der Pumpe eine erzwungene
Gasströmung erzeugt werden, mit der die Wärme, die bei Betrieb der Leuchte von der Lichtquelle hervorgerufen wird und sich oberhalb der Lichtquelle ansammelt, nach unten in den Raum außerhalb der Leuchte abtransportiert werden. Vorteilhaft umfasst die Lichtquelle wenigstens eine LED.
Vorteilhaft ist die Pumpe eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Kolbenpumpe oder eine Membranpumpe. Im Vergleich zu einem Lüfter können derartige Pumpen so betrieben werden, dass sie langsamere Bewegungen ausfuhren. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein leiserer Betrieb möglich ist. Außerdem haben derartige Pumpen im Allgemeinen eine längere Lebensdauer. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Membranpumpe, weil es in diesem Fall im Vergleich zu einer Kolbenpumpe nicht zu Dichtungsproblemen zwischen Kolben und Zylinder kommen kann.
Vorteilhaft umfasst die Pumpe eine Pumpkammer und einen Auslasskanal für die Gasströmung, wobei der Auslasskanal die Pumpkammer mit dem Raum außerhalb der Leuchte verbindet. Mit „Pumpkammer" sei dabei derjenige Raum in der Pumpe bezeichnet, in dem die Kompression des Gases stattfindet, die durch die Bewegung des Verdrängungskörpers der Pumpe, also beispielsweise des Kolbens bzw. der Membran hervorgerufen wird.
Dies ermöglicht eine effektive Gasströmung aus der Pumpkammer. Der Auslasskanal kann beispielsweise an einer Auslassöffhung enden, die in einer Wand des Gehäuses der Leuchte angeordnet ist, so dass Gas aus dem Auslasskanal in den Raum außerhalb der Leuchte strömen kann. Die Auslassöffnung kann dabei in der oben genannten Ebene, also beispielsweise in der vorgesehenen Deckenebene angeordnet sein.
Weiterhin kann die Pumpe einen Einlasskanal für die Gasströmung umfassen, der den Außenraum der Leuchte mit der Pumpkammer verbindet. Auf diese Weise wird eine effektive Strömung in die Pumpkammer ermöglicht. Die Einlasskanal kann beispielsweise an einer Einlassöffnung beginnen, die in einer Wand des Gehäuses der Leuchte angeordnet ist, so dass Gas aus dem Raum außerhalb der Leuchte effektiv in die Pumpkammer strömen kann. Die Einlassöffhung kann dabei in der oben genannten Ebene, also beispielsweise in der vorgesehenen Deckenebene angeordnet sein.
Vorteilhaft sind dabei am Einlasskanal und am Auslasskanal Ventile zur Steuerung der Richtung der Gasströmung angeordnet. Eine besonders effektive Gasströmung kann erzeugt werden, wenn die Pumpe weiterhin eine zweite Pumpkammer umfasst.
Weiterhin vorteilhaft weist die Leuchte einen Elektromotor zum Antrieb der Pumpe auf, wobei vorzugsweise eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der die drehende Bewegung des Elektromotors über einen Kurbelantrieb oder einen Exzenter in eine Linearbewegung umgesetzt werden kann.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Leuchte ein System zum Antrieb der Pumpe aufweist, das eine magnetische Spule und einen Tauchmagneten umfasst. Dies ist vorteilhaft, weil hierbei im Vergleich zu einem Antrieb mit einem Elektromotor keine entsprechende Drehbewegung erforderlich ist; mit einer derartigen Drehbewegung ist zwangsläufig Verschleiß und erhöhte Geräuschentwicklung verbunden. Besonders vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die Spule mit einer niederfrequenten Wechselspannung, vorzugsweise kleiner als 20 Hz betrieben werden kann. Dies ermöglicht einen besonders leisen Betrieb.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass zur Ansteuerung der Pumpe ein Unterbrecherkontakt vorgesehen ist, der vorzugsweise öffnet, wenn sich der Verdrängerkörper, also beispielsweise der Kolben der Pumpe in einer Extremposition befindet. Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass zur Ansteuerung der Pumpe ein piezoelektrischer Aktor, beispielsweise ein Bimorph, vorgesehen ist,
Besonders vorteilhaft ist ein Stirlingmotor zum Antrieb der Pumpe vorgesehen. Die Lichtquelle kann in diesem Fall thermisch mit dem „heiße Bereich" des Stirlingmotors verbunden sein. Auf diese Weise kann die von der Lichtquelle erzeugte Wärme zum Antrieb der Pumpe genutzt werden. Der Stirlingmotor kann weiterhin vorteilhaft ein Flachplatten-Stirlingmotor sein, wobei die Lichtquelle dementsprechend thermisch mit der entsprechenden Platte verbunden ist. Diese Form des Stirlingmotors arbeitet bereits bei vergleichsweise sehr geringen Temperaturdifferenzen. Außerdem ist ein
Flachplatten-Stirlingmotor vergleichsweise einfach im Aufbau und in der Herstellung und kann in seinen Abmessungen sehr kleinformatig und insbesondere sehr flach ausgeführt werden, was hinsichtlich der Baugröße der Leuchte vorteilhaft ist. Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Leuchte mit einer von einem Stirlingmotor angetriebenen Membranpumpe,
Fig. 2 eine Skizze zu einer Ausfuhrungsform mit einer Kolbenpumpe,
Fig. 3 eine Skizze zu einer Ausfuhrungsform mit einer Membranpumpe,
Fig. 4 eine Skizze zu einer Ausfuhrungsform mit zwei Purnpkammern, wobei die Pumpe von einem Elektromotor angetrieben wird,
Fig. 5 eine Skizze zu einem Pumpenantrieb mit Hilfe einer Bimetall- Ansteuerung,
Fig. 6 eine Skizze zu einem Pumpenantrieb mit Hilfe einer magnetischen Spule und eines Tauchmagneten, und
Fig. 7 eine Skizze zu einer alternativen Kanalführung.
Fig. 1 zeigt eine Skizze einer erfindungsgemäßen Leuchte. Bei der Leuchte kann es sich insbesondere um eine Deckeneinbauleuchte handeln, die dafür vorgesehen ist, in eine entsprechende Einbauöffnung in einer Decke 4 eingebaut zu werden. Bei der Einbauöffnung kann es sich beispielsweise um eine nach oben hin geschlossene Öffnung handeln, so dass allgemein das Problem der Kühlung der Leuchte besteht.
Man erkennt ein Gehäuse 1 der Leuchte und eine Lichtquelle in Form von LEDs 2, die so im Gehäuse 1 bzw. an dessen Unterseite angeordnet sind, dass sie - wenn die Leuchte betriebsgemäß ausgerichtet ist - Licht in den unteren Halbraum abgeben.
Weiterhin umfasst die Leuchte einen Bereich, der als Kühlkörper 7 bezeichnet werden kann und in dem eine allgemein mit 3 bezeichnete Pumpe angeordnet ist, die dazu ausgelegt ist, eine Gasströmung - im gezeigten Beispiel eine Luftströmung - zu erzeugen, die zur Kühlung der Lichtquelle bzw. der LEDs 2 dient. Der Kühlkörper 7 erstreckt sich dabei zumindest teilweise oberhalb der Lichtquelle 2. Die Gasströmung ist dabei durch das Gehäuse 1 bzw. durch den Kühlkörper 7 geführt. Mit Hilfe der Pumpe 3 kann also ein Luftstrom erzeugt werden, der zumindest zu einem nennenswerten Teil die Wärme abtransportiert, die bei Betrieb der Leuchte von den LEDs 2 erzeugt wird.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist die Pumpe 3 eine Membranpumpe 3' mit einer Membran 12. Die Membranpumpe 3' umfasst weiterhin eine Pumpkammer 5, die unten von der Membran 12, seitlich von der Innenfläche eines Pumpzylinders 6 und oben von einer Pumpkammerdecke 14 begrenzt ist. Die Membran 12 bewegt sich bei Betrieb mit einem mittleren Bereich abwechselnd auf und ab, so wie durch den Doppelpfeil 13 in Fig. 1 angedeutet und wirkt auf diese Weise als Verdrängerkörper der Pumpe 3 auf die in dem Pumpraum 5 befindliche Luft.
Weiterhin erkennt man einen in dem Kühlkörper 7 angeordneten Einlasskanal 9, der von dem Raum außerhalb des Gehäuses 1 der Leuchte - oder kurz Außenraum AR - in die Pumpkammer 5 führt, so dass Luft, vom Außenraum AR durch den Einlasskanal 9 in das Innere der Pumpkammer 5 strömen kann. Am Übergang vom Außenraum AR in das Gehäuse 1 ist eine Einlassöffhung 11 vorgesehen.
Beim skizzierten Beispiel liegt die Einlassöffhung 11 in einer Ebene E, die bei betriebsgemäßer Ausrichtung der Leuchte horizontal und dabei oberhalb der LEDs 2 durch das Gehäuse 1 bzw. den Kühlkörper 7 verläuft. Die Ebene E kann beispielsweise - wie in Fig. 1 skizziert - mit derjenigen Ebene übereinstimmen, die üblicherweise als Deckenebene DE bezeichnet wird, also mit der Ebene, die durch die Unterseite der Decke 4 festgelegt ist, die im eingebauten Zustand der Leuchte die Leuchte umgibt.
Weiterhin erkennt man einen Auslasskanal 8, der das Innere der Pumpkammer 5 mit dem Außenraum AR verbindet, so dass das Gas bzw. die Luft von der Pumpkammer 5 in den Außenraum AR strömen kann. Am Übergang zwischen dem Auslasskanal 8 und dem Außenraum AR ist eine Auslassöffhung 10 vorgesehen. Durch Wahl einer entsprechenden Dimensionierung der Kanäle 8, 9 kann auf vergleichsweise einfache Art Einfluss auf die Luftströmung genommen werden.
Um die Strömungsrichtung zu bestimmen, umfasst die Pumpe 3' weiterhin ein Saug- oder Einlassventil 21 , das beispielsweise am Übergang zwischen dem Einlasskanal 9 und der Pumpkammer 5 angeordnet sein kann und eine Luftströmung vom Außenraum AR in die Pumpkammer 5 ermöglicht, in Gegenrichtung jedoch sperrt. Ein Druckoder Auslassventil 20, das beispielsweise am Übergang vom Auslasskanal 8 zum Außenraum AR vorgesehen sein kann, lässt eine Luftströmung von der Pumpkammer 5 in den Außenraum AR zu, sperrt jedoch in der Gegenrichtung.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, einen Luftstrom auszubilden, der die horizontale Ebene E durchsetzt, und zwar insbesondere von oben nach unten durchsetzt und auf diese Weise besonders effektiv die von den LEDs 2 erzeugte Wärme in den Außenraum AR abtransportieren kann. Im skizzierten Beispiel verfügt also der Kühlkörper 7 über ein aus dem Einlasskanal 9 und dem Auslasskanal 8 gebildetes Kanalsystem, das eine Luftströmung von der Deckenebene DE nach oben in die Pumpkammer 5 einerseits und aus der Pumpkammer 5 nach unten über die Auslassöffnung 10 in den Außenraum AR andererseits ermöglicht.
Die Anordnung eignet sich aber auch beispielsweise für eine Wandeinbauleuchte, und zwar bei einer entsprechend um 90° gedrehten Ausrichtung. In diesem Fall kann also mit einer erfindungsgemäßen Leuchte ein effektiver Luftstrom durch eine vertikale Ebene vom Inneren der Leuchte in den Außenraum bewirkt werden.
In der in Fig. 1 skizzierten Ausführungsform ist zum Antrieb der Membranpumpe 3 ' ein Stirlingmotor vorgesehen, und zwar in Form eines Flachplatten-Stirlingmotors 30 mit einer unteren Flachplatte bzw. Abschlussplatte 31, die den „heißen Bereich" des Stirlingmotors 30 bildet und einer oberen Abschlussplatte 32, die den „kalten Bereich" des Stirlingmotors 30 bildet.
Die Lichtquelle bzw. die LEDs 2 sind thermisch mit der Abschlussplatte 31 verbunden, die den heißen Bereich bildet. Die andere Abschlussplatte 32 ist thermisch mit dem Kühlkörper 7 verbunden. Zwischen den beiden Platten 31, 32 ist eine zylindrische Arbeitskammer gebildet, in der sich ein poröser Arbeitskolben 33 des Stirlingmotors 30 bewegen kann. Der Stirlingmotor 30 bezieht seine Energie aus der Temperaturdifferenz der beiden Abschlussplatten 31, 32. Über die Linearbewegung des Arbeitskolbens 33 wird der Verdrängerkörper, hier also die Membran 12 der Pumpe 3 bewegt. Die von der Pumpe 3 erzeugte Luftströmung kühlt über den Kühlkörper 7 die „kalte" Platte 32 des Stirlingmotors 30 und hält somit die Temperaturdifferenz aufrecht. Die Wirkungsweise eines Stirlingmotors und insbesondere diejenige eines Flachplatten-Stirlingmotors ist an sich bekannt. Daher wird hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen.
Die Verwendung eines Stirlingmotors zum Antrieb der Pumpe ist vorteilhaft, weil auf diese Weise die im System vorhandene thermische Energie für den Antrieb der Pumpe verwendet werden kann. Eine externe Energiequelle, beispielsweise in Form von elektrischem Strom, ist hierbei also nicht zwingend erforderlich. Ein Flachplatten- Stirlingmotor ist besonders geeignet, weil bei dieser Art des Motors bereits eine vergleichsweise sehr kleine Temperaturdifferenz zum Antrieb genügt. Außerdem ist ein Flachplatten-Stirlingmotor im Aufbau vergleichsweise einfach und mit relativ wenigen Bauteile herstellbar. Weiterhin ist es möglich, die Form des Motors sehr flach zu gestalten, was für den Einsatz in einer Leuchte besonders vorteilhaft ist.
Gemäß einer Variante ist statt einer - in Fig. 3 separat skizzierten - Membranpumpe 3 ' eine Kolbenpumpe 3 " vorgesehen, wie in Fig. 2 skizziert. Anstelle einer Membran 12 wirkt in diesem Fall ein Kolben 15 als Verdrängerkörper auf die in der Pumpkammer 5 befindliche Luft. Die Auf- und Abbewegung des Kolbens 15 ist in Fig. 2 mit einem Doppelpfeil 16 angedeutet.
Es kann also vorgesehen sein, dass die Pumpe eine Kolbenpumpe 3 ' ' ist, die mit einem Stirlingmotor 30 angetrieben wird.
Sowohl Membranpumpen, als auch Kolbenpumpen sind Verdrängerpumpen. Im Vergleich zu einem Lüfter kann eine Verdrängerpumpe so betrieben werden, dass sie langsamer läuft. Dies ist vorteilhaft, weil durch die hohen Drehzahlen, die bei einem Lüfterbetrieb typischerweise auftreten, Lagergeräusche unvermeidbar sind. Eine Verdrängerpumpe kann also im Allgemeinen geräuschärmer betrieben werden. Außerdem ist die durchschnittliche Lebensdauer einer Verdrängerpumpe länger als diejenige eines Lüfters.
Eine Membranpumpe bietet gegenüber einer Kolbenpumpe den Vorteil, dass
Dichtungsprobleme des Kolbens gegenüber dem Zylinder, in dem der Kolben läuft, vermieden werden können.
Wie in Fig. 7 skizziert, können außerdem gemäß einer Variante in der Membran 12 Ventilklappen 27 ausgeformt sein, die als Einlass- und Auslassventil wirken. Hierbei kann also die Membran 12 und die Ventiltechnik in einem Teil realisiert sein. Bei der in Fig. 7 skizzierten Variante ist die Kanalführung am Umfang des Pumpzylinders 6 angeordnet. Mit Bezug auf die Einlassöffhung 11 und die Auslassöffnung 12 ist es im Allgemeinen vorteilhaft, wenn diese beiden Öffnungen deutlich beabstandet sind, beispielsweise im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Bereichen auf der Unterseite einer Deckeneinbauleuchte angeordnet sind, um zu vermeiden, dass erwärmte, aus der Auslassöffhung austretende Luft quasi unmittelbar durch die Einlassöffnung zu einem erheblichen Teil wieder nachgezogen wird.
Wie in Fig. 4 angedeutet, kann alternativ zu einem Stirlingmotor zum Antrieb der
Pumpe beispielsweise ein Elektromotor 22 vorgesehen sein. Die drehende Bewegung des Elektromotors 22 kann beispielsweise über einen Kurbelantrieb oder einen Exzenter in eine Linearbewegung ungesetzt werden, die dann zum Antrieb der Pumpe 3, also beispielsweise einer Membranpumpe 3' oder einer Kolbenpumpe 3" verwendet werden kann.
Wie weiterhin exemplarisch in Fig. 4 skizziert, kann vorgesehen sein, dass die Pumpe 3 außerdem eine zweite Pumpkammer 5 ' aufweist, die über ein zweites Einlassventil 21 ' mit dem Einlasskanal 9 verbunden ist, sowie über ein zweites Auslassventil 20' mit dem Auslasskanal 8. Durch ein derartiges Zweikammersystem kann die Effektivität der Pumpe 3 weiterhin gesteigert werden. Ein entsprechendes Zweikammersystem kann auch im Fall einer Kolbenpumpe realisiert sein. Wie in Fig. 6 skizziert, besteht eine weitere Möglichkeit für den Antrieb der Pumpe 3 darin, die Linearbewegung direkt zu erzeugen. Beispielsweise kann hierfür ein System mit einer magnetischen Spule 24 und einem Tauchmagneten 26 vorgesehen sein. Die Spule 24 ist dabei mit dem Verdrängerkörper der Pumpe 3, im gezeigten Beispiel also mit der Membran 12, verbunden. Der Tauchmagnet 26 ist fest mit dem Kühlkörper 7 verbunden. Die Spule 24 bewegt sich in ihrer Längsrichtung, im skizzierten Beispiel also in vertikaler Richtung und umfasst dabei den Kühlkörper 7 mehr oder weniger tief. Auf diese Weise lässt sich ein Verschleiß weiterhin verringern und eine Geräuschentwicklung beim Betrieb weiterhin reduzieren. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Geräuschentwicklung ist es in diesem Fall, wenn dabei die Spule 24 mit einer niederfrequenten Wechselspannung, beispielsweise mit < 20 Hz betrieben wird.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Variante kann die Pumpe - wie skizziert - wiederum zwei Pumpkammern 5, 5' aufweisen. Natürlich ist auch eine Variante mit nur einer Pumpkammer möglich.
Weiterhin kann alternativ vorgesehen sein, dass die Ansteuerung der Pumpe auch direkt, zum Beispiel mit einem Unterbrecherkontakt erfolgt, der öffnet, wenn sich der Verdrängerkörper, also beispielsweise der Kolben in einer Extremposition befindet. Für eine Rückholung des Verdrängerkörpers kann in diesem Fall beispielsweise eine Feder vorgesehen sein.
Wie in Fig. 5 skizziert, kann als weitere Alternative für die Ansteuerung der Pumpe 3 ein Bimetall 34 dienen. Es ist auch möglich, einen piezoelektrischen Aktor hierfür zu verwenden, beispielsweise in Form eines Bimorphs.
Gemäß der Erfindung ist also eine Leuchte vorgesehen, die eine Pumpe 3 aufweist, wobei die Pumpe insbesondere eine Membranpumpe 3 ' oder eine Kolbenpumpe 3" sein kann. Die Pumpe kann in beiden Fällen eine oder zwei Pumpkammern aufweisen. Der Antrieb der Pumpe kann in auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispiele für Mittel, die hierzu verwendet werden können sind: Stirlingmotor, Elektromotor, System mit Spule Tauchmagnet, Unterbrecherkontakt, Bimetall, piezoelektrischer Aktor. Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Lichtquelle, LED(s)
3 Pumpe
3' Membranpumpe
3" Kolbenpumpe
4 Decke
5 Pumpkammer
5' zweite Pumpkammer
6 Pumpzylinder
7 Kühlkörper
8 Auslasskanal
9 Einlasskanal
10 Auslassöfmung
11 Einlassöffhung
12 Membran
13 Bewegung der Membran
14 Pumpkammerdecke
15 Kolben
16 Bewegung des Kolbens
20 Auslassventil
20' zweites Auslassventil
21 Einlassventil
21 ' zweites Einlassventil
22 Elektromotor
24 magnetische Spule
26 Tauchmagnet
27 Ventilklappen
30 Stirlingmotor
31 untere Abschlussplatte am heißen Bereich
32 obere Abschlussplatte am kalten Bereich
33 Arbeitskolben des Stirlingmotors 34 Bimetall
AR Außenraum DE Deckenebene E Ebene

Claims

Ansprüche
1. Leuchte, insbesondere Deckeneinbauleuchte, aufweisend - ein Gehäuse (1),
- eine innerhalb des Gehäuses (1) angeordnete Lichtquelle (2), und
- eine Vorrichtung zur Erzeugung eines durch das Gehäuse (1) geführten Gasstroms zur Kühlung der Lichtquelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Pumpe (3) umfasst.
2. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 1, wobei der Gasstrom eine Ebene (E) durchsetzt, die - wenn die Leuchte bezüglich der Vertikalen betriebsgemäß ausgerichtet ist - das Gehäuse (1) horizontal durchsetzt und dabei durch die Lichtquelle (2) oder oberhalb der Lichtquelle (2) verläuft.
3. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle wenigstens eine LED (2) umfasst.
4. Deckeneinbauleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (3) eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Kolbenpumpe (3') oder eine Membranpumpe (3") ist.
5. Deckeneinbauleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (3)
- eine Pumpkammer (5), und
- einen Auslasskanal (8) für die Gasströmung umfasst, wobei der Auslasskanal (8) die Pumpkammer (5) mit dem Außenraum verbindet.
6. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 5, wobei die Pumpe (3) weiterhin einen Einlasskanal (9) für die Gasströmung umfasst, wobei der Einlasskanal (9) den Außenraum mit der Pumpkammer (5) verbindet.
7. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 6, wobei am Einlasskanal (9) und am Auslasskanal (10) Ventile (20, 21) zur Steuerung der Richtung der Gasströmung angeordnet sind.
8. Deckeneinbauleuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Pumpe (3) weiterhin eine zweite Pumpkammer (5 ') umfasst.
9. Deckeneinbauleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Elektromotor (22) zum Antrieb der Pumpe (3), wobei vorzugsweise eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der die drehende Bewegung des Elektromotors (22) über einen Kurbelantrieb oder einen Exzenter in eine Linearbewegung umgesetzt werden kann.
10. Deckeneinbauleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem System, umfassend eine magnetische Spule (24) und einen Tauchmagneten (26), zum Antrieb der Pumpe (3).
11. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 10, wobei die Spule (24) mit einer niederfrequenten Wechselspannung, vorzugsweise < 20 Hz betrieben werden kann.
12. Deckeneinbauleuchte nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei zur Ansteuerung der Pumpe (3) ein Unterbrecherkontakt vorgesehen ist, der vorzugsweise öffnet, wenn sich der Verdrängerkörper der Pumpe (3 ') in einer Extremposition befindet.
13. Deckeneinbauleuchte nach einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei zur Ansteuerung der Pumpe (3) ein piezoelektrischer Aktor, beispielsweise ein Bimorph, vorgesehen ist.
14. Deckeneinbauleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Stirlingmotor (30) zum Antrieb der Pumpe (3).
15. Deckeneinbauleuchte nach Anspruch 14, wobei der Stirlingmotor ein Flachplatten-Stirlingmotor ist.
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