EP2708838B1

EP2708838B1 - Beleuchtungskonzept für Kühlmöbel

Info

Publication number: EP2708838B1
Application number: EP13185062.0A
Authority: EP
Inventors: Klaus Wammes
Original assignee: As2 Alternative Solutions GmbH
Current assignee: As2 Alternative Solutions GmbH
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: DE102012216633A1; EP2708838A2; ES2720901T3; EP2708838A3; PT2708838T

Description

Technisches Gebiet / Aufgabenstellung:

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungskonzept für Kühlmöbel unter der Prämisse einer möglichst attraktiven Darstellung der präsentierten Waren für Kunden aller Altersgruppen - unter Berücksichtigung der Optimierung für die Altersgruppe 40+.
Zusätzlich soll dieses Konzept einen möglichst effizienten Umgang mit elektrischer Energie zu Grunde legen - und eine möglichst einfache Herstellbarkeit zu reduzierten Kosten aufzeigen.

Analyse bisherige Situation / Stand der Technik:

Stand der Technik bei der Innenbeleuchtung / Warenausleuchtung gewerblicher Kühlmöbel war bis vor 3 - 4 Jahren der Einsatz von Leuchtstoffröhren in Verbindung mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVGs).
Seit etwa 2008 geht der Trend bei den Herstellern für gewerbliche Kühlgeräte zum Einsatz von Leuchtdioden (LEDs). Hauptgrund ist die propagierte Energieeinsparung und damit der reduzierte CO₂-Footprint pro Kühlmöbel. Die Branche möchte sich einen grünen Anstrich verleihen und ebenfalls auf den ökologischen Trend aufspringen. Nachteilig sind allerdings die unzureichende Beleuchtung der Waren im Kühlmöbel sowie die verfälschte Farbwiedergabe. Außerdem wird die erwartete Energieeinsparung weitestgehend durch die Anbringung einer zweiten Lichtleiste wieder aufgehoben. Darüber hinaus wird noch weitere Wärme in das Gerät eingebracht, was teilweise zu negativen CO₂-Footprintsituationen führt.
Zusätzlich zu den einleitenden Informationen hier eine kurze Zusammenfassung:
Bisher sind bei kommerziell verfügbaren Kühlmöbeln, insbesondere bei Kühltruhen, folgende Ausführungen im Markt zu finden:

Beleuchtung mittels Leuchtstoffröhre von hinten → leuchtet in Richtung Betrachter
Beleuchtung mittels LED von hinten → leuchtet in Richtung Betrachter
Beleuchtung mittels LED von hinten und vorn → leuchtet teilweise in Richtung Betrachter

US 2005/265019 A1 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1 und zeigt eine Leuchtenanordnung mit lambertische Abstrahlungscharacteristik. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 20 2008 006 500 U1 zeigt ein Kühlmöbel mit einem durch eine Gasentladungslampe beleuchteten Lichtwellenleiter, der entlang der Kante eines Regalbodens verlegt ist und in diesem Bereich Licht abstrahlt. Eine ähnliche Beleuchtungslösung für Kühlmöbel ist in JP 2008-98022 A offenbart. Weiterhin zeigt DE 20 2007 005 692 U1 eine Leuchte mit einer Reflektoreinheit zur Erzeugung eines länglichen Lichtbildes.
Die aktuell eingesetzten Lösungen werden in folgenden Punkten als nicht optimal / verbesserungswürdig betrachtet:

Ausleuchtung der Ware nicht optimal, nicht attraktiv
Teilweise Blendung des Betrachters
Reflektionen auf den präsentierten Waren
Farbkontrast der Darstellung in hohem Masse NICHT-konstant über die Position
Verwendete Lichtfarben der im Kühlbereich einsetzbaren Lichtquellen reduzieren die gewünschte Farbwiedergabe der präsentierten Waren
"Schmuddeliger Anblick" durch viele Interferenzen und Farbverschiebungen
Energieaufnahme bedingt durch technische Beschaffenheit und daraus ermöglichten Einbau unbefriedigend
"Unattraktive" Darstellung der präsentierten Waren - aufgrund von Farbverschiebungen und Reflektionen
Unterschiedliche Markenerkennbarkeit durch unterschiedliche Farbwahrnehmung, bedingt durch die eingesetzte Lichtquelle und deren Positionierung und Verbau - ohne Rücksicht auf die unterschiedlichen "Seh-Bedürfnisse" unterschiedlich alter Personen als Betrachter bzw. Kunden

Aufgabe der Erfindung:

Beleuchtungskonzept, das die genannten Nachteile vermeidet und stattdessen eine blendfreie Betrachtung von Waren in gewerblichen Kühlmöbeln durch den Kunden / Betrachter mit hohem und weitgehend von der Betrachtungsposition unabhängigem Farbkontrast bei geringer Energieaufnahme und hoher Lebensdauer des Leuchtmittels ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist die Reduzierung der im Kühlraum eingebrachten Wärme.

Erfindungsgemäßer Lösungsansatz:

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kühlmöbel mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Da durch sehr viele unterschiedliche Studien mittlerweile zweifelsfrei verstanden wird, wie sich beim Menschen die "Seh-Bedürfnisse" mit zunehmendem Alter verändern, sollte diese Information in diesem Lösungsansatz auch berücksichtigt werden, zumal in Deutschland - und analog in Europa - die Anzahl der älteren Menschen in der Gesellschaft deutlich ansteigt. Nach aktuellen Studien haben wir bereits heute mehr über-40-jährige Menschen als unter-40-jährige Menschen. Bis zum Jahre 2020 wird es ca. 50% unter-50-jährige und über-50-jährige Menschen geben.
Grund genug, diesen Umstand in der angestrebten Lösung zu berücksichtigen. Die maßgeblichen physiologisch-technischen Daten des menschlichen "Sehapparates", die es mit zunehmendem Alter zu berücksichtigen gilt, sind:

Reduzierte, spektral unterschiedlich veränderte Transmissivität des Sehapparates (Linse, Glaskörper etc.)
Deutliche Zunahme von Streuzentren im Sehapparat ("Eintrübung")
Verringerte Dynamik beim "Scharfstellen" ("Akkommodation / Accomodation")
Verringerte Dynamik und längere Dauer bei der Helligkeits-Anpassung ("Adaption")

Mit den daraus direkt ableitbaren technischen Auswirkungen:

Geringere Empfindlichkeit für kurzwelliges Licht → deutliche Reduktion des wahrnehmbaren Farbkontrastes
Geringere Gesamt-Transmissivität → mehr Licht für gleiche Sehaufgabe nötig
Wesentlich verstärkte Blendempfindlichkeit für Blendquellen insgesamt und Blendquellen aus gleicher Richtung wie das zu betrachtende Objekt
Geringere Sehschärfe bei geringerer Helligkeit durch schlechtere Akkommodation
Wesentlich verstärkte unterschiedliche Blendwirkungen durch zu geringe oder zu große Helligkeits-Kontraste (räumlich oder zeitlich aufgelöst)
Viele einzelne Lichtquellen (etwa bei LEDs) ergeben viele unterschiedliche Hell-Dunkelzonen und "Farbsäume"

Die Forderungen hieraus für die angestrebte Lösung sind:

Gleichmäßige Ausleuchtung mit hoher Leuchtdichte
Gleichmäßig hohe Farbkontraste
Vermeidung von Blendquellen jeder Art, speziell aus der (Winkel-) Richtung des zu betrachtenden Objekts
Geringe Spiegelung des Lichtes auf der Ware
Darstellung eines möglichst großen Farbraumes, um die Attraktivität der Darstellung für ALLE potentiellen Betrachter - aller Altersstufen - zu gewährleisten
Beleuchtung sollte normales Tageslicht bzw. Tageslicht-Verteilung nachbilden, um Bewertbarkeit zu gewährleisten

Zusätzlich gefordert für die kommerzielle Umsetzung:

Lichtqualität über die Lebensdauer hinweg gleich mit LED oder besser
Hohe Energie-Effizienz (viel Licht für möglichst wenig elektrische Leistung)
Einfache Produzier- und Montierbarkeit
Hohe Lebensdauer des Leuchtmittels (möglichst solange wie das Gerät, in dem es eingebaut ist, idealerweise wenigstens 50.000 h)
Dennoch einfache Austauchbarkeit
Einfache Skalierbarkeit für unterschiedliche Größen und Leistungen - die Lichtquellen-Inkremente, aus denen unterschiedliche Leuchtschienenlängen aufgebaut werden, sollten auf möglichst eine oder wenige Längen begrenzt werden können, so dass die Mehrzahl der Truhen- / Schranktypen gemäß nachfolgender Beschreibung ausgeleuchtet werden
Minimierte Teilekomplexität
Geringe Kosten in Herstellung, Betrieb und "End-of-Life" (TCO - Total Cost of Ownership)
"Sustainability" - umweltverträgliche Materialauswahl sowie Recyclingmöglichkeiten - Entsorgung muss über handelsübliche Kanäle möglich sein

Spezifische Forderungen für den Einbau in vertikale Kühlmöbel (Schränke und Regale, insbesondere Glastürkühlschränke)

Möglichst homogene Lichtverteilung
Lichtfarbe: idealerweise x = 0,29 / y = 0,29
Farbtreue
Ausfallrate für die Nutzlebensdauer < 10%
Farbwiedergabeindex (CRI): >= 80
Temperaturbelastbarkeit:
- ∘ Im Betrieb -10 bis +40 °C
- ∘ Im Lager -30 bis +50 °C
Anschlussspannung: idealerweise 24 V DC
Netzteile müssen spannungsstabil sein
Je nach Kundenwunsch unterschiedliche Lichtfarben möglich
Möglichst keine starken Temperaturspitzen = gute Temperaturverteilung über die Leuchtenlänge
Leuchtschiene muss vertikal und horizontal verbaubar sein
Elektrische Anschlussmöglichkeit einseitig am Ende der Leuchtschiene
Lampenabdeckung in Kunststoff oder Glas möglich
Verpolsicherheit (manuell) auf Stecker-Seite muss gewährleistet sein
Länge und Typ der Anschlussleitung (Pigtail wenige Zentimeter lang)
Hohe Montagefreundlichkeit für die Serienproduktion
Lagerfähigkeit und Transportsicherheit der Leuchtschienen
Hohe mechanische Stabilität
Robuste Ausführung in Bezug auf Transport / Handling des Kühlgerätes
Ein derart ausgestatteter Kühlschrank muss den Ansprüchen der Electro-Magnetic Compatibility (EMC) genügen sowie folgenden Standards entsprechen: EN 55014-1 (CISPR14-1), EN 55014-2 (CISPR14-2), EN61000-3-2 (IEC61000-3-2), EN61000-3-11 (IEC61000-3-11), IEC 60335-2-89

Konkretisierung des erfindungsgemäßen Konzeptes:

Einseitige Lichteinkopplung von VORN - vertikal und/oder horizontal → Lichtausbreitungsrichtung ist in Blickrichtung des Betrachters
Verbau der Lichtquelle im Volumen der Gerätewand - um jegliche Blendung sicher zu vermeiden
Lichtlenkung durch geeignete Gestaltung der Ausbreitungswinkel und der Reflektoren sowie Vermeidung von Interferenzen
Auswahl geeigneter Lichtquellen: Bevorzugt e³-Plasma-Lichtquellen, da klein und "ohne Schatten", da lineare lambertische Strahler mit einem Durchmesser-zu-Längen-Quotienten von viel grösser als 1 zu 100, geeignet für die geforderten Kühl-Temperaturen und mittels relativ einfacher Optiken auf die geforderten Aufgaben anzupassen.

Dabei ist als Lichtquelle beispielsweise eine e3-Plasmalampe des Unternehmens Global LightZ aus der Firmengruppe Wammes und Partner vorgesehen. Das Kürzel e3 (auch: e³) steht dabei für Energy-Efficient Excitation = energieeffiziente Anregung.
Die e3-Lampen gehören in die Familie der Niederdruckentladungslampen. Sie bestehen typischerweise aus etwa 3 mm dünnen Glasröhrchen - eingebettet in Metall- oder Glaskeramikkörper-, die mechanisch bearbeitbar und daher auch verformbar sind. Die meisten dieser Leuchtmittel sind innen mit dotierten Keramiken beschichtet. Außerdem tragen sie einen so genannten Getter in sich, also ein aktives Material, das dazu dient, das Innenvolumen der e3-Glasröhrchen möglichst lange sauber zu erhalten. Hinzu kommt eine besondere Edelgasmischung mit einem Innendruck zwischen zirka 2 mbar und 0,7 bar zum Einsatz. Die Lampen können auch leistungsfähige Multiband-Phosphore enthalten, die auch einzelne rot, grün und/oder blau emittierende Lampen möglich machen. Diese werden genutzt, um das gewünschte Lichtspektrum zu erzeugen oder zu korrigieren. Standardmäßig werden die e3-Leuchtmittel mit 24 V Gleichspannung betrieben.
Das komplexe Funktionsprinzip der e3-Technologie basiert auf der Ionisierung verdampfter beziehungsweise gasförmiger Teilchen zur gesteuerten, temporär stabilen Clusterbildung und ist damit eine energieeffizientere und qualitativ verbesserte Weiterentwicklung der lange bekannten Leuchtstoffröhren, die bei gleicher Leistungsaufnahme und geringerem Volumen höhere Lichtausbeuten ermöglicht. Durch geeignete Kontrolle der Vorgänge bilden sich kurzzeitig stabile Cluster (Exciplexe) von jeweils zwei oder mehr Atomen oder Molekülen, die im angeregten Zustand ultraviolettes, sichtbares und/oder infrarotes Licht erzeugen. Eine geeignete Kombination daraus ergibt das gewünschte Lichtspektrum (die Lichtfarbe). Zudem erzeugen die Plasmaprozesse noch eine kleine Menge an extrem langwelligem Licht, das zur Regelung und Steuerung des gesamten Systems benötigt wird. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht ein elektrisches Feld, das Elektronen innerhalb der Glasröhre beschleunigt - was zwangsläufig zu Kollisionen führt, bei denen dann verschiedene genau gesteuerte quantenphysikalische Prozesse stattfinden. Die hierbei ausgesendeten Photonen werden in der Keramikschicht aufbereitet - durch Filterung und/oder Konversion von hochenergetischen Photonen mit 3 bis 6 eV in solche mit niedriger Energie - und verlassen dann das Glasröhrchen als das gewünschte (kontinuierliche) Lichtspektrum. Um recht einfach eine stabile Ionisierung zu erreichen, werden als Füllgas Edelgase genutzt. Je nach der Zusammenstellung der beteiligten Komponenten lassen sich unterschiedliche Arten von Clustern und beteiligten Elementarteilchen erzeugen. Lichtausbeuten von 50 bis 100 Im/W sind bei e3 heute problemlos möglich. Dabei können e3-Lampen, je nach Version, bei Umgebungstemperaturen von -35 C oder weniger bis weit über +100 °C betrieben werden. Anders als die stets punktförmige LED strahlt die e3-Röhre von jedem Punkt ihrer Linienform lambertisch ab. Dieser im vorliegenden Zusammenhang besonders wichtige Vorteil wird weiter unten noch eingehender erläutert. Der minimale CRI (Colour Rendering Index = Farbwiedergabeindex) der e3-Leuchtröhren liegt bei > 80. Seinen guten CRI behält e3-Licht bei jeder Lichttemperatur. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die neueste Generation der e3-Röhren, das so genannte "V-Light", zwischen 2.000 K und 10.000 K Farbtemperatur stufenlos regelbar ist. Die benötigte Steuerungselektronik ist bereits im Leuchtmittel integriert und kann mittels Taster oder anderen Einstellstellelementen angesprochen werden. Gegenüber aktuellen LED-Produkten haben e3-Röhren in Sachen Lichtfarbe drei gravierende praktische Vorteile: Erstens können alle Lichttemperaturen mit einer einzigen Lichtquelle realisiert werden, während bei LEDs stets ein Mosaik verschiedenfarbiger Dioden notwendig ist. Zweitens bleiben e3-Lichtquellen, wenn die Lichttemperatur einmal eingestellt ist, dauerhaft farbstabil. Weil e3-Röhren sehr wenig Wärme an umgebende Bauteile abgeben, können sie drittens ohne Kühlkörper verbaut werden, was sich auch auf die Ökobilanz positiv auswirkt und gerade beim Einsatz in Kühlmöbeln von Vorteil ist.
Die e3-Röhren selbst erfüllen alle EU-Normen bezüglich Energieeffizienz und Schadstoffarmut und sind zu 100 % recycelbar. Aufgrund ihrer relativ wenige Komponenten umfassenden Bauform muss für Herstellung und Recycling weniger Energie aufgewendet werden als bei anderen Leuchtmitteln.
Im Einklang mit der oben beschrieben optischen und mechanischen Anpassung ist zusammengefasst folgendes Einbaukonzept vorgesehen:

Mechanischer Verbau in der Geräte-Vorderwand - am oberen Ende bei Truhen, am vorderen Ende bei Schränken oder entsprechend geeigneter Form bei anderen Kühlmöbeln
Optische Konditionierung mittels geeigneter Optiken bestehend aus Reflektor und vorzugweise Linsen in Lentikular-Struktur

Bevorzugte Ausführungsformen / Vorteile:

A) Verwendung von e3-Licht

Somit kann für die oben beschriebene Aufgabe eine entsprechende Lösung gefunden werden - in FIG. 1 beispielhaft an einer Kühltruhe aufgezeigt.
Hier ist ein Querschnitt durch eine Kühltruhe als einem Beispiel für ein Kühlmöbel 2 mit darin zur Kühlung gelagerten Waren 4 und mit optionaler durchsichtiger Abdeckung 6 dargestellt. Der Betrachter 8 steht vor dem Kühlmöbel 2 und blickt in einem Blickwinkelbereich 10 auf die Waren 4 im Innenraum, welche von dem Leuchtmittel 12 beleuchtet werden. Bei dem Leuchtmittel 12 handelt es sich um eine stabförmige, längliche e³-Plasmaleuchte, die parallel zur vorderen oberen Längskante 14 des Kühlmöbels 2, etwas zum Innenraum des Kühlmöbels 2 hin versetzt angeordnet ist. Die teilweise direkt und teilweise durch Reflektion - etwa an den Reflektoren 16 oder auch an sonstigen Abschnitten der Innenwand - auf den Waren 4 treffenden Lichtstrahlen sind durch Pfeile dargestellt (die Reflektion an den Waren 4 wurde zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen).
Die Lichtauskopplung wird vorteilhafterweise zweigeteilt in ein vertikal eng kollimiertes Segment (je nach Bautiefe des Gerätes z.B. 25 Grad gegenüber der Horizontalen -5/+10 Grad) und ein vertikal gering kollimiertes Segment (ca. 130 Grad +/-25 Grad).
Dies wird mittels der beschriebenen Optik aus lentikularer Linsenstruktur und geeignetem Reflektor realisiert - ähnlich einer "Zwei-Zonen-Brille".
In horizontaler Richtung wird die Lichtausbreitung der ausgewählten e³-Plasma-Lichtquellen NICHT verändert, denn durch die intrinsisch vorgegebene Charakteristik - Lichtstrahlen werden von jedem Punkt der linearen Lichtquelle in JEDEN Raumwinkel außerhalb der sehr dünnen Lichtquelle ausgesendet - ergibt sich eine sehr gleichmäßige, blend- und weitgehend schattenfreie Ausleuchtung.
Ein wesentlicher Vorteil der e3-Plasmalampen besteht nämlich darin, dass es sich bei ihnen um längliche, quasi linienförmige Lichtstrahler mit - in sehr guter Näherung - lambertscher Abstrahlungscharakteristik handelt.
Lichtquellen, welche keine Richtungsabhängigkeit der Strahlungsdichte aufweisen, nennt man bekanntlich diffuse Strahler oder lambertsche Strahler. Sie geben in alle Richtungen dieselbe Strahlungsdichte ab. Die von ihnen in eine bestimmte Richtung bzw. einen bestimmten Raumwinkelbereich abgegebene Strahlungsleistung oder Intensität variiert aufgrund eines perspektivischen Effekts nur noch mit dem Cosinus des Abstrahlwinkels gegen die Flächennormale des Licht emittierenden Flächenelements (lambertsches Cosinusgesetz). Im Polarkoordinatendiagramm liegt dementsprechend eine kreisförmige Intensitätskurve vor, und zwar für jede mögliche Ausrichtung (d. h. jeden möglichen Azimutwinkel) der die Flächennormale enthaltenden Messebene. Gilt das für jedes Oberflächenelement einer Lichtquelle, hier also für jedes Linienelement des Linienstrahlers, so liegt ein Lambert-Strahler vor, dessen diffuses Licht sich weitgehend blendfrei im Raum verteilt und bei im Strahlenweg vorhandenen Objekten nur wenig Schatten verursacht. Durch die gewählte vertikale Winkelausbreitung und die Positionierung an der vorderen / oberen Kante des Gerätes wird gewährleistet, dass das nicht direkt in den Geräte-Innenbereich treffende Licht nur in sehr flachen Winkeln auf die das Geräte-Volumen abdeckende Glasfläche (Tür / Deckel) trifft, und die Lichtstrahlen werden daher gemäß physikalischer Gesetze beim Übergang von einem Medium mit geringerem Brechungsindex in ein Medium mit höherem Brechungsindex weitgehend reflektiert (umso stärker, je flacher der Winkel) und helfen daher mit, die präsentierte Ware im Innenraum gleichmäßig auszuleuchten.
Um diesen Zweck zu verstärken, wird die der Lichtquelle gegenüberliegende Wand vorteilhafterweise mechanisch / optisch so ausgebildet, dass sie zum einen reflektiv ist und zum zweiten die Richtung der reflektierten Lichtstrahlen so in den Innenraum des Gerätes zurückreflektiert, dass sich dort an den präsentieren Waren idealerweise je präsentiertem Einzelprodukt eine um jedes einzelne Produkt möglichst gleichmäßige halbzylinderförmige Leuchtstärken-Verteilung ausbildet. Zusätzlich wird durch die verwendete Lichtquelle, die deutlich reduzierten Interferenzen, den optischen Aufbau von Linse und Reflektor, sowie die beschriebene Positionierung der Lichtquelle samt allen mittelbaren (Glasscheibe, präsentierte Waren, Einbauten etc.) und unmittelbaren (vorgegebenen) Reflektoren erreicht, dass die Farbdarstellung relativ zu heute eingesetzten Lösungen DRASTISCH besser wird - und damit die Attraktivität der präsentierten Waren steigt - und zwar für alle Betrachter.
Für ältere Betrachter ergibt sich hier zusätzlich der Vorteil, dass die präsentierte Ware im Gerät der gleichen präsentieren Ware unter Tageslicht WESENTLICH ähnlicher sieht - und damit sicherer erkannt wird.
Gleiches gilt für das Thema Blendung: Da in dem vorgestellten Ansatz die Lichtquelle in die Betrachtungsrichtung ausstrahlt und alle unmittelbaren sowie alle bekannten mittelbaren Reflektoren (z.B. Glasdeckel, Glastür) Licht auch nur in Betrachtungsrichtung oder nur in das Innenvolumen des Kühlgerätes abgeben können, ist eine direkte, physiologische, Adaptions- oder Relativ-Blendung ausgeschlossen.
Auch konnte nachgewiesen werden, dass bei dieser Lösung die kommerziellen Aspekte ebenfalls umsetzbar sind:

Durch Einsatz von Lichtquellen auf nur einer Seite des Kühlmöbels ist die Montage und Verkabelung deutlich einfacher und günstiger
Auch ist dadurch die Kostenstruktur (gleiche Stückzahlen vorausgesetzt) günstiger
Auch aus Umweltaspekten rechnet sich diese Lösung, da hier weniger Ressourcen verbraucht werden
Es konnte auch nachgewiesen werden, dass für gleiche Leuchtdichten auf den präsentierten Waren maximal gleiche, meist sogar deutliche geringere elektrische Leistung als mit bisherigen Lösungsansätzen notwendig ist
Durch die massiv verbesserte Farbdarstellung kann nun auf unterschiedliche Leuchtmittelversionen je nach Anwendungszweck verzichtet werden

Das erfindungsgemäße Konzept ist zusammenfassend insbesondere vorgesehen für

1. Modulare Kühlmöbel (offen oder geschlossen, in horizontaler oder vertikaler Bauform) für den Anschluss an eine externe Kälteanlage. Das sind z.B. die Kühlregale im Supermarkt für Molkereiprodukte oder Selbstbedienungstheken für Wurst / Käse, aber auch Bedienungstheken für Wurst / Käse sowie die Tiefkühlinseln, aus denen Tiefkühlpizzen und -gemüse verkauft werden.
2. Steckerfertige Kühlmöbel (auch "self-contained" oder "plug-in" genannt) im Pluskühl- und Minuskühlbereich, offen und geschlossen, in horizontaler und vertikaler Bauform. Also sowohl der Getränkekühlschrank in der Eckkneipe als auch die Tiefkühlinseln in Supermärkten, aus denen Tiefkühlkost verkauft wird sowie Eiskremtruhen in jedem Kiosk.

Messergebnisse:

In FIG. 2 ist für eine Kühltruhe gemäß FIG. 1 der gemessene Color Gamut, sprich die Menge aller vom Betrachter wahrgenommenen Farben im CIE-Chromatizitätsdiagramm für die drei unterschiedlichen Leuchtmittel

1. Leuchtstoffröhre (rote Messpunkte)
2. LED-Beleuchtung (gelbe Messpunkte)
3. e3-Plasmaleuchte (blaue Messpunkte)

In FIG. 3 bis FIG. 5 ist in umgekehrter Reihenfolge zur obigen Auflistung die gemessene Leuchtdichte über der Warenauslegefläche als Maß für die Blendung bei Betrachtung der Warenauslage - bei in allen drei Fällen gleicher Warenbestückung in demselben Gerät - dargestellt. Die Betrachtungs-Richtung ist jeweils durch den Pfeil angegeben. Gleiche Farbe in den Diagrammen entspricht gleicher Leuchtdichte. Je höher die in z-Richtung aufgetragenen Leuchtdichten-Peaks relativ zur Grundhelligkeit sind, desto grösser ist die Blendung. Man erkennt folgendes:

Bei der Warenbeleuchtung durch Leuchtstoffröhren (FIG. 5) sind nur die direkten Reflektionen entsprechend hell. Damit liegt eine starke Direkt-Blendung vor.
Bei der Warenbeleuchtung durch LEDs (FIG. 4) existiert eine starke Ausprägung von "Spitzlichtern" (Peak-Helligkeiten) und damit eine starke physiologische Blendung.
Bei der Warenbeleuchtung durch e3-Plasmaleuchten (FIG. 3) hingegen ist eine Konzentration der Leuchtdichte auf die Waren realisiert. Der wahrgenommene Kontrast (perceived contrast) ist erhöht, während Blendungen vermieden sind.

Die eingesetzte elektrische Leistung wurde für die LED-Beleuchtung (FIG. 4) auf 100 % normiert. Für die Warenbeleuchtung durch Leuchtstoffröhren (FIG. 5) wurden 130 % gemessen, was im erwarteten Bereich liegt. Überraschenderweise wurden für die e3-Beleuchtung (FIG. 3) nur 50 % benötigt. Das bedeutet insbesondere eine wesentlich geringere Abwärme, die von den Kühlaggregaten abgeführt werden muss.

B) Multi-fokale Optik

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, der weiter oben im Abschnitt A) schon kurz anklang, betrifft die verbesserte Ausleuchtung von Kühlgeräten und anderen Innenvolumina, und zwar mit der bevorzugen Ausprägung, die benötigte Lichtquelle(n) nur an einer - typischerweise - Längsseite des Innenvolumens anbringen zu müssen und dadurch folgende Vorteile zu realisieren:

Deutliche Einsparung von Kosten, da das Leuchtmittel nur auf einer Seite montiert und versorgt werden muss
Speziell für Kühlgeräte in Schrank- und/oder Truhenform eine deutliche Reduzierung der Blendwirkung für den Kunden
Gesteigerte Umwelt-Verträglichkeit durch reduzierte Material-Menge im Verbau und geringere Leistungsaufnahme
Insbesondere geringerer Eintrag von Verlustwärme in das Kühlgerät
Geeignet für Geräte (Volumina) mit oder ohne Tür / Deckel sowie für transparente und/oder reflektive Volumen-Begrenzung

Das Konzept lässt sich allgemein wie folgt charakterisieren:
Da die Strahlungs-Intensität eines sich dreidimensional im Raum ausbreitenden Lichtstrahlen-Bündels im Quadrat zur linearen Entfernung abnimmt, würde bei der der Ausleuchtung eines Kühlschrankes / einer Kühltruhe / eines Volumens lediglich von einer Seite aus ein sehr starker Helligkeits-Abfall von der Lichtquelle über die zu präsentierende Ware hinweg auf die gegenüber liegende Seite stattfinden.
Dies wäre dem Zweck der vorteilhaften Warenpräsentation nicht dienlich; die heutige technische Lösung heißt daher, auch auf der gegenüberliegenden Seite des Kühlgeräts eine Lichtquelle mit vergleichbarer Lichtverteilung einzusetzen.
Erfindungsgemäß wird nun eine Lösung bereit gestellt, um nur auf einer Seite - bevorzugt auf der dem Kunden am nächsten liegenden Seite - eine Lichtquelle zu nutzen und dennoch die Ausleuchtung gleich gut oder besser zu der bisherigen zweiseitigen Ausleuchtung zu realisieren.
In dem hier neu vorgeschlagenen Konzept wird die Lichtmenge, die von einer Lichtquelle auf einer Langseite des Kühlgeräts emittiert wird, mittels geeigneter Optik (Linsen und/oder Reflektoren) aufgeteilt und ein Teil in bekannter Art und Weise in einem vergleichsweise großen Ausbreitungswinkel in das Innenvolumen des Kühlgeräts ausgestrahlt.
Der zweite (oder allgemein n-te) Teil der aufgeteilten Lichtmenge wird nun aber ebenfalls mittels geeigneter Optik (Linsen und/oder Reflektoren) so stark gebündelt, dass der Ausbreitungswinkel nunmehr nur noch einen Bruchteil des Ausbreitungswinkels des ersten Lichtanteils beträgt.
Mit anderen Worten wird eine an sich bekannte physikalische Gesetzmäßigkeit genutzt: Mittels geeigneter Reflektor-Geometrie zusammen mit oder ohne Linsenoptik oder nur mit einer Linsenoptik kann die aus einer Lichtquelle austretende Lichtmenge so gebündelt werden, dass die gesamte Lichtmenge sich nur in einem viel kleineren Raumsegment mit dementsprechend höherer Intensität ausbreitet.
Dadurch ergibt sich eine um den Quotienten von ursprünglichem, breitem Ausbreitungswinkel geteilt durch den neuen, schmalen Ausbreitungswinkel verstärkte Lichtintensität in diesem zweiten Lichtbündel.
Da hier zwar ebenfalls die Intensität im Quadrat zur Entfernung abfällt, verbleibt aber bei genügend starker Fokussierung dennoch eine ausreichende Lichtintensität auf der gegenüberliegenden Seite des Kühlgeräts, die von dort aus diffus und/oder spekular in den Kühlbereich eingekoppelt / reflektiert wird.
Selbstverständlich kann die Aufteilung der ursprünglichen Lichtmenge auch in mehr als zwei Teilmengen nach gleichem Prinzip erfolgen, um z. B. eine besondere Kontur des auszuleuchtenden Volumens zu berücksichtigen und/oder einen besonderen Bereich innerhalb dieses Volumens besonders hervorzuheben bzw. zu reduzieren.
In FIG. 6 und 7 wird der Sachverhalt exemplarisch veranschaulicht:
In FIG. 6 ist nämlich eine perspektivische Ansicht eines gewerblichen Glastür-Kühlschrankes 20 in vertikaler Bauweise dargestellt. Der quaderförmige Kühlraum 22 ist seitlich und hinten von drei festen Umfassungswänden umschlossen. Nach vorne hin ist der Kühlraum 22 durch eine an der rechten Längsseite über Scharniere angelenkte, mit einem großflächigen Glasfenster innerhalb des Türrahmens versehene Schwenktür 24 (alternativ eine Schiebetür oder dergleichen) verschließbar. Anstelle von Glas kann natürlich auch ein anderes transparentes Material für das Fenster verwendet werden, etwa ein Kunststoff. Das eingezeichnete Koordinatensystem definiert die drei Raumrichtungen x, y, z.
Ein schematischer Querschnitt durch den Kühlschrank 20 gemäß FIG. 7 illustriert das Beleuchtungskonzept. Es ist nämlich nur auf einer der beiden Längsseiten eine in z-Richtung ausgedehnte Leuchtschiene 26 mit mindestens einem Leuchtmittel vorgesehen, welche in der Nähe zur Türöffnung in die entsprechende Seitenwand 28, hier die linke, integriert ist. Ein von der Leuchtschiene 26 ausgehendes erstes Lichtbündel 34 wird in der x-y-Ebene in Richtung der gegenüber liegenden Seitenwand 30 und der Rückwand 32 in einem Austrittswinkel von mindestens 70°, bevorzugt ca. 90°, maximal 180° emittiert, um eine einigermaßen gleichmäßige Volumenausleuchtung zu erhalten. Ein von derselben Leuchtschiene 26 ausgehendes zweites Lichtbündel 36 wird in der x-y-Ebene gesehen sehr viel stärker fokussiert, beispielweise mit einem Austrittswinkel von wenigen Grad, vorzugsweise weniger als 20°, besonders bevorzugt weniger als 10°, und vorne am eingelagerten Kühlgut (hier nicht eingezeichnet) vorbei auf die der Leuchtschiene 26 gegenüber liegende Seitenwand 32 gelenkt und von dort aus diffus und/oder mit Hilfe eines (optionalen) Reflektors 38 in den Kühlraum 22 eingekoppelt / reflektiert.
Zusätzlich oder alternativ kann an einer der beiden Querseiten der Eingriffsöffnung in den Kühlraum 22 eine entsprechende Leuchtschiene 26 angeordnet sein.
Eine einfache Methode diese Aufteilung der Lichtmengen zu realisieren, besteht darin, eine Leuchtenanordnung aus Leuchtmittel 40, Reflektor 42 und (Sammel-) Linse 44 so aufzubauen, dass alleine durch Positionierung der der darin enthaltenen Leuchtmittel 40 sich für jedes der dort positionierten Leuchtmittel 40 eine andere optische Übertragungs-Funktion ergibt, um damit die Lichtanteile in vorbestimmte unterschiedliche Raumwinkel auskoppeln zu können. Dies ist beispielhaft und schematisch in einen Querschnitt durch eine solche Leuchtenanordnung gemäß FIG. 8 illustriert. Ebenfalls denkbar ist es, das Leuchtmittel 40 selber mit einer entsprechenden Abstrahlungscharakteristik auszustatten bzw. in Kombination mit zusätzlicher Reflektor- und/oder Linsengeometrie die gewünschte resultierende Abstrahlungscharakteristik zu erreichen.
Die gesamte Anordnung ist bevorzugt in z-Richtung über eine im Vergleich zur Bauhöhe des Kühlschranks wesentliche Erstreckungslänge translationsinvariant, hat also hinsichtlich der optischen Komponenten überall im Wesentlichen dieselbe Querschnittsgeometrie. Anstelle eines einzigen, sich über die gesamte Bauhöhe des Kühlschanks erstreckenden länglichen Leuchtmittels 40 können aber durchaus mehrere längliche, bevorzugt annähernd linienförmige Leuchtmittel 40 hintereinander in der Leuchtschiene 36 angeordnet sein, ggf. mit kurzen Zwischenräumen dazwischen.
Insbesondere bei einer Kombination der Konzepte aus den beiden vorangehenden Abschnitten A) und B), das heißt bei der Verwendung von linienförmigen Leuchtmitteln mit lambertischer Abstrahlungscharakteristik in einer multi-fokalen optischen Anordnung der beschriebene Art, werden herausragende Beleuchtungsergebnisse im Hinblick auf die Warenpräsentation erzielt und die eingangs genannten allgemeinen und spezifischen Forderungen erfüllt. Beide Konzepte sind aber auch für sich genommen vorteilhaft.

Bezugszeichenliste

2: Kühlmöbel
4: Ware
6: Abdeckung
8: Betrachter
10: Blickwinkelbereich
12: Leuchtmittel
14: Längskante
16: Reflektor
20: Kühlschrank
22: Kühlraum
24: Schwenktür
26: Leuchtschiene
28: Seitenwand
30: Seitenwand
32: Rückwand
34: Lichtbündel
36: Lichtbündel
38: Reflektor
40: Leuchtmittel
42: Reflektor
44: Linse

Claims

Kühlmöbel (2, 20), insbesondere Kühltruhe, Kühltheke, Kühlvitrine, Kühltisch, Kühlschrank oder dergleichen, mit einer von zumindest zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden (28, 30) begrenzten Eingriffsöffnung in den Kühlraum (22), und mit einem integrierten Leuchtmittel (12, 40) zur Ausleuchtung von in dem Kühlmöbel (2, 20) aufbewahrten Waren (4), wobei das Leuchtmittel (12, 40) in jedem Punkt eine annähernd lambertische Abstrahlungscharakteristik besitzt dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (12, 40) annähernd linienförmig ist und dass das Leuchtmittel (12, 40) Bestandteil einer in eine der beiden Seitenwände (z. B. 28) integrierten Leuchtenanordnung ist, die zudem einen Reflektor (38) und/oder eine Linse (44) aufweist, so dass ein erstes Lichtbündel (34) mit einem vergleichsweise großen Öffnungswinkel von größer 70° überwiegend in den Kühlraum (22) abgestrahlt wird und ein zweites Lichtbündel (36) mit wesentlich geringerem Öffnungswinkel in einem an die Eingriffsöffnung angrenzenden Randbereich des Kühlraums (22) zu der anderen Seitenwand (z. B. 30) abgestrahlt und dort diffus oder mit Hilfe eines Reflektors (38) in den Kühlraum (22) reflektiert wird.
Kühlmöbel (2) nach Anspruch 1, wobei das Leuchtmittel (12, 40) eine Plasmaleuchte ist.
Kühlmöbel (2, 20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der anderen Seitenwand (z. B. 30) kein Leuchtmittel vorhanden ist.
Kühlmöbel (2, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Gestalt eines Kühlschranks in vertikaler Bauweise mit einer ein transparentes Sichtfenster aufweisenden Schwenk- oder Schiebetür (24) zum Verschließen der Eingriffsöffnung.