FI20070389A - Valaisulaite - Google Patents

Description

Vaiaisulaite Keksinnön kohde

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu valaisulaitieeseen, jolla voidaan toteuttaa kohtuukustannuksin energiataloudellisia ja ekologisia valaisimia, jotka tuottavat kohdepintaan edullisesti suorakaiteen muotoa muistuttavan mahdollisimman tasaisen valokeilan.

Valaisulaitetta voidaan soveltaa sekä sisä-, että ulkovalaisimiin. Va-laisuiaite käsittää yhden tai useamman valoelementin valolähteenä, ja runko-osan, johon valolähteet kiinnitetään.

Keksinnön taustaa

On yleisesti tunnettua toteuttaa valaisimia, jotka tuottavat valokeilan, joka on muodoltaan lähinnä suorakaide. Ne on kuitenkin toteutettu ns. perinteisillä valolähteillä, kuten loisteputkilla tai vastaavilla.

Tällaisten valaisulaitteiden epäkohtana on mm. se, että niiden käyttöikä on melko lyhyt, jolloin myös ekologisuus ei toteudu parhaalla mahdollisella tavalla. Toisena epäkohtana on se, että valokeilan pituus-ja leve-ysdimensiot eivät ole yleensä erityisen hyvin hallittavissa.

Nykyään on olemassa pieniä kirkkaita LED-valolähteitä, jotka muodostavat kehämäisen valokeilan. Niiden ja sopivan linssioptiikan avulla voidaan toteuttaa monipuolisemmin valaisimia, joiden tuottama valojako-kuvio on hyvin hallittavissa. Lisäksi on nykyään olemassa tietokoneohjelmia, joiden avulla tarvittava, mahdollisesti monimuotoinenkin, lins-sioptiikka on suunniteltavissa ja toteutettavissa.

Keksinnön Ivhvt yhteenveto

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat mitä suurimmassa määrin ja nostaa alalla vallitsevaa tekniikan tasoa sekä aikaansaada vaiaisulaite, jolla voidaan tuottaa energiataloudellisia ja pitkäikäisiä valaisimia sekä uiko- että sisäkäyttöön. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että valaisulaitteen va- ioelementit toteutetaan käyttämällä valolähteenä tehokkaita valoa emittoivia puolijohteita, kuten LED, sijoittamalla nämä valoa emittoivat puolijohteet runkorakenteeseen viivasuoraan peräkkäin, ja järjestämällä valoa emittoivien puolijohteiden eteen valoa ohjaava elementti.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle valaisulaitteelle on pääasiassa tunnusomaista se, että - valolähde on valoa emittoiva puolijohderakenne, - valolähteet on kiinnitetty runkoprofiiliin rivimuodostelmaan, - valaisulaite käsittää tankomaisen optiikkaelementin, joka on sijoitettu yhdensuuntaisesti valolähteiden muodostaman rivin eteen siten, että pääosa jokaisen valolähteen valokeilasta kulkee linssioptiikan ja etulevyn läpi, ja - etulevy on valoa ainakin osittain läpäisevää materiaalia.

Keksinnön mukainen valaisulaite soveltuu hyvin erikokoisten ja valoteholtaan erilaisten valaisimien toteuttamiseen sekä uiko- että sisätiloihin.

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin laitteisiin verrattuna. Keksinnön mukaisella valai-sulaitteella voidaan toteuttaa sekä yleisvalaistukseen soveltuvia että monenlaisiin erityistarpeisiin soveltuvia valaisimia, joiden yksi merkittävä etu on se, että niillä voidaan toteuttaa suhteellisen tasainen valaistus rajatulle alueelle energiataloudellisesti ja ekologisesti.

Esimerkiksi katuvalaistus ja kevyen liikenteen väylien valaistus saadaan toteutettua laadukkaasti, koska lähes kaikki valolähteen tuottama valo saadaan tehokkaasti hyödynnettyä ja turha ympärysalueiden valaisu vähenee merkittävästi verrattuna tunnettuja valolähteitä käyttäviin ratkaisuihin.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisesti toteutettujen valaisimien ener-giataloudellisuus on hyvä ja valoa emittoivien puolijohteiden edelleen kehittyessä energiataloudellisuus paranee entisestään. Lisäksi puoli-johdevalolähteiden käyttöikä on moninkertainen verrattuna perinteisiin valolähteisiin.

Piirustusten kuvaus

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvat 1 ja 2 esittävät pelkistettynä poikkileikkauksena keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen valaisulaitteen valoeiementin eri suunnista tarkasteltuna, kuva 3 esittää esimerkkiä katuvalaistuksesta, joka on toteutettu keksinnön mukaisella valaisulaitteella, kuva 4 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön mukaisen valaisulaitteen sähköistä kytkentäjärjestelyä, kuva 5 esittää pelkistettynä keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen valaisulaitteen erään edullisen kiinnitystavan, kuvat 6 ja 7 esittävät pelkistettynä poikkileikkauksena keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen valaisulaitteen valolähteiden kiinnityksen erillisen kiinnityskappaleen avulla eri suunnista tarkasteltuna, kuvat 8, 9 esittävät pelkistettynä poikkileikkauksena keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen valaisulaitteen, joka tuottaa ’’silmäku-vion” muotoa muistuttavan mahdollisimman tasaisen valokeilan, ja kuva 10 esittää pelkistettynä kuvien 8 ja 9 mukaisen valaisulaitteen muodostaman valaisukuvion.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuvissa 1 ja 2 on esitetty pelkistettynä poikkileikkauksena keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen valaisulaitteen valoeiementin rakennetta. Katkoviivoin on esitetty valoeiementin runkoprofiilin sisätilavuu-teen sijoitettuja osia. Valaisulaitteen valoelementti käsittää yhden tai useamman valolähteen 1, joka on valoa emittoiva puolijohderakenne, edullisesti ns. LED (Light Emitting Diode). Valolähde 1 on kiinnitetty runkoprofiiliin 2, joka on esimerkiksi lämpöä johtavaa materiaalia, kuten metallia, mutta on selvää, että myös muita materiaaleja tai materiaa-liyhdistelmiä voidaan käyttää.

Valolähteiden 1 muodostavan valokeilan eteen on sijoitettu tankomai-nen optiikkaelementti 3, joka muokkaa valaisulaitteen valokeilan edullisesti suorakaiteen muotoa muistuttavaksi. Optiikkaelementti 3 on poikkileikkaukseltaan edullisesti ympyrä, puoliympyrä, ellipsi, tai muu tarkoitukseen sopiva muoto tai niiden yhdistelmä, jolloin muodostuu valonsäteitä taittava linssi. Poikkileikkausmuodolla sekä optiikkaelementin 3 ja valolähteiden 1 välisellä etäisyydellä voidaan vaikuttaa kohteeseen, kuten ajoradan pintaan, syntyvän valokuvion muotoon ja valon intensiteetin jakautumiseen valaistulla alueella. Tavoitteena on edullisesti olennaisesti suorakaiteen muotoa vastaava valokuvio, jolloin valo kohdistuu mahdollisimman tasaisesti tavoiteltuun osaan kohteen pintaa ja mahdollisimman vähän valoa ohjautuu tämän alueen ulkopuolelle. Tunnetun tekniikan mukaisissa valaisulaitteissa ei tyypillisesti juurikaan ole mahdollisuutta säätää valokuvion muotoa ja valon intensiteettija-kaumaa valaistulla alueella.

Valoelementin runkorakenteessa on lisäksi valoa ainakin osittain läpäisevä etulevy 4 ja päätykappaleet 5, jotka on kiinnitetty runkoprofiiliin 2.

Runkoprofiilin 2 sisätilavuus voidaan toteuttaa tuulettuvaksi, mutta pö-lysuojatuksi rakenteeksi. Tämä on mahdollista esim. päätykappaleiden 5 tarkoituksenmukaisella suunnittelulla ja pölysuodattimilla. Näin saadaan aikaan hyvä lämmön johtuminen pois valolähteistä 1 ja voidaan vähentää tai jopa estää myös kondensoituvan veden muodostumista.

Valolähteet 1 on asennettu olennaisesti suoraan riviin runkoprofiiliin 2 siten, että valolähteiden valokeilat suuntautuvat kohti tankomaista op-tiikkaeiementtiä 3. Optiikkaelementin 3 mitat ja etäisyys valolähteistä määräävät halutun valokuvion ominaisuudet, erityisesti suorakaidemaisen valokeilan leveyden. Valolähteitä 1 voidaan asettaa myös useampaan kuin yhteen riviin. Tällöin lisätään myös jokaiselle riville oma tan-komainen optiikkaelementti 3, tai käytetään yhtä, tähän tarkoitukseen suunniteltua optiikkaelementtiä 3, kuten läpinäkyvää kappaletta, jossa on linssioptiikka toteutettu kunkin valolähderivin kohdalle (ei esitetty).

Valolähteet 1 voidaan myös asentaa erilliseen kiinnityskappaleeseen 11, joka puolestaan kiinnitetään runkoprofitliin 2. Tämä mahdollistaa kaikkien valolähteiden vaihtamisen nopeasti yhdellä kertaa esim. huollon yhteydessä.

Kuvissa 8 ja 9 on esitetty keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto, jossa tankomainen optiikkaelementti 3 on profiililtaan puolipyöreä, jolloin tyypillisen LED-valolähteen valokeila muokkautuu ns. ’’silmäkuvioksi” 12, joka on esitetty kuvassa 10, Muodostunut valokeila on edullinen esim, katuvalaisinta ajatellen, koska valon intensiteetti kasvaa ’’silmä-kuvion” keskeltä silmäkuvion kärkiin päin, jolloin myös valaisimesta ka-uimpana olevaan kadun pintaan saadaan tarpeellinen määrä valoa. Silmäkuvion ulkopuoliset alueet voidaan tarvittaessa valaista lisäämällä valaisimeen erillisiä LED-valolähteitä, jotka on varustettu tarkoitukseen sopivalla iinssioptiikaila (el esitetty). Tällöin saadaan valaistua varsin tasaisesti koko suorakaiteen muotoinen alue, kuten tien pinnan osa.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa etulevy 4 on optisilta ominaisuuksiltaan valoa sirottavaa ainetta, jolloin valolähteen 1 sätei-lemä valo levittäytyy suhteellisen tasaisesti ja valoelementin yksittäiset valolähteet 1 eivät näy häiritsevän kirkkaina pisteinä.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa etulevy 4 on ns. itse puhdistuvaa lasia tai vastaavaa materiaalia, joka puhdistuu UV-valon ja sadeveden yhteisvaikutuksesta.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa on laitteesta toteutettu sisätiiavuudeltaan hermeettisesti suojattu rakenne erilaisilla sinänsä tunnetuilla tavoilla (ei esitetty). Tämä rakenne on sopiva esim. kosteiden tilojen valaisimissa. Tällöin runkoprofiilin yhteyteen on järjestetty tiiviste, jolla valolähteestä saadaan hermeettisesti suljettu rakenne. Eräs toinen mahdollisuus hermeettisesti suljetun rakenteen aikaansaamiseksi on tiivistää runkoprofiilin ja esim. etulevyn 4 välinen saumakohta tiivisteaineella.

Keksinnön mukaista valaisuiaitetta voi soveltaa monipuolisesti. Kuvassa 3 on esitetty eräs soveiius, jossa katuvalaistus on toteutettu keksinnön mukaisilla valaisulaitteilla. Tässä sovelluksessa saadaan valaistus kohdistettua side alueelle joka halutaan valaista, eikä turhaan valaista ympärysalueita.

Oheisessa kuvassa 4. on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen vaiaisulaitteen sähköinen kytkentä peri aate. Va-laisulaitteelle 6 syötetään sähköenergiaa esimerkiksi muuntamalla korkeampi sähköjännite 7, kuten 230 V:n vaihtojännite muuntajalla 8 valolähteille 1 sopivaksi tasajännitteeksi 9, joka kytketään keksinnön mukaisille valaisulaitteiile 6. Muuntaja on esim. AC/DC-muunnin, joka muuntaa vaihtosähkön tasasähköksi ja samalla pienentää jännitteen valolähteille 1 sopivalle tasolle.

Vaihtoehtoisesti voidaan vaiaisulaitteen 6 valolähteinä 1 käyttää va-ioelementtejä, joissa AC/DC-muunnos ja muu tarvittava elektroniikka on sisäänrakennettuna. Tällöin valaisulaitteet 8 voidaan kytkeä suoraan 230 V sähköverkkoon, mikä on alan asiantuntijan sinänsä tuntemaa tekniikkaa.

Vaihtoehtoisesti voidaan vaiaisulaitteen 5 valolähteiden tehonsyöttö jakaa kahteen tai useampaan ryhmään, joita voidaan ohjata joko vaiaisulaitteen sisäisillä tai ulkoisilla ohjainkomponenteilla. Tällöin voidaan vaiaisulaitteen valotehoa säätää portaittain esimerkiksi ympäristön valotason mukaan. Valotehon säätö voidaan toteuttaa myös esim. PWM (Pulse Width Modulation) -ohjauksella, jolloin säätö on lähes portaaton. Tämä on alan asiantuntijan sinänsä tuntemaa tekniikkaa.

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa,

Claims (10)

1. Valaisulaite, joka käsittää yhden tai useamman valolähteen (1), run-koprofiiliin (2), päätykappaleet (5) ja etulevyn (4) tunnettu siitä, että - valolähde (1) on valoa emittoiva puolijohderakenne, - valolähteet (1) on kiinnitetty runkoprofiiliin (2) rivimuodostelmaan, - valaisulaite käsittää tankomaisen optiäkkaelementin (3), joka on sijoitettu yhdensuuntaisesti valolähteiden (1) muodostaman rivin eteen siten, että pääosa jokaisen valolähteen valokeilasta kulkee linssioptiikan (3) ja etulevyn (4) läpi, ja - etulevy (4) on valoa ainakin osittain läpäisevää materiaalia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että runkoprofiili (2) käsittää tiivisteet ja/tai tiivisteaineen hermeettisesti suljetun rakenteen aikaansaamiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että runkoprofiilin (2) sisäpuoli on tehty tuulettuvaksi ja pölysuojatuksi rakenteeksi.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1—3 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että tankomainen optiikkaeiementti 3 on profiililtaan puolipyöreä tai vastaava niin, että valaisutaitteen muodostama valokeila on silmä-kuvion (12) muotoinen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että valolähteiden (1) runkoprofiilin (2) välissä on erillinen kiinni-tyskappaie (11), joka mahdollistaa kaikkien valolähteiden irrottamisen ja kiinnittämisen yhdellä kertaa.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että tankomainen optiikkaeiementti (3) rakentuu useammasta kuin yhdestä osasta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1—6 mukainen valaisulaite, tunnettu siitä, että valolähteiden (1) tehonsyöttö on jaettu kahteen tai useam paan ryhmään, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois joko valaisulaitteen sisäisellä tai ulkoisella ohjainkomponentilla.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1—7 mukainen vaiaisuiaite, tunnettu siitä, että valolähde (1) on LED.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1—8 mukainen vaiaisuiaite, tunnettu siitä, että runkoprofiili (2) on lämpöä johtavaa materiaalia.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1—9 mukainen vaiaisuiaite, tunnettu siitä, että siihen on kiinnitetty ripustuskappaleet (10), jotka mahdollistavat valaisulaitteen säteilykeilan edullisen suuntaamisen sivusuunnassa.