SK50662009A3

SK50662009A3 - Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky

Info

Publication number: SK50662009A3
Application number: SK5066-2009A
Authority: SK
Inventors: Otto Pokorn�
Original assignee: Otto Pokorn�
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-06-06
Also published as: WO2011053260A1

Description

Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky

Oblasť techniky

Vynález sa vo všeobecnosti týka konštrukčného riešenia svetelných zdrojov osadených vysokovýkonnými zdrojmi svetla, tzv. „Kompaktnými LED žiarovkami“, ktoré svojou štandardizovanou konštrukciou nahrádzajú doteraz používané klasické svetelné zdroje. Vynález vo všeobecnosti spadá do oblasti svetelnej techniky a svojim riešením je určený do odboru všeobecného osvetlenia.

Doterajší stav techniky

Už je tomu viac ako stotridsať rokov čo ľudstvo využíva svetelné zdroje napájané elektrickou energiou. Najskôr sa objavili žiarovky Edisonovej konštrukcie potom oblúkové lampy, neónové trubice, neskôr žiarivky či žiarovky plnené rôznymi plynmi a koncom sedemdesiatich rokov pribudli úsporné žiarivky, ktoré sú skvalitnenou a miniaturizovanou obmenou starých výbojových trubíc vybavených modernou impulznou elektronikou. Európska únia v súčasnosti pristúpila k postupnému zákazu klasických vláknových žiaroviek. Bolo rozhodnuté, že najskôr sa stiahnu z predaja 100 wattové, ďalší rok 75 wattové a od roku 2012 sa v obchodoch prestanú predávať všetky typy vláknových žiaroviek klasickej konštrukcie s výnimkou malých do 35 W. Toto rozhodnutie však bude mať šokujúci vplyv na obyvateľstvo, ktoré bolo dlhé roky zvyknuté na teplé odtiene a vyžarovacie vlastnosti týchto zdrojov. Na trhu sa už dlhšiu dobu ponúkajú rôzne alternatívy, či náhrady, avšak tie z ďaleka nespĺňajú komfort, či opticko-hygienické vlastnosti pôvodnej vláknovej žiarovky. Zásadnými nevýhodami vláknovej žiarovky je malá účinnosť, či krátka životnosť. Len 8% z dodanej elektrickej energie sa mení na svetlo, 92% sa mení na teplo, ktoré je odpadovým vedľajším produktom.

Alternatívy ako sú halogénové žiarovky sa hodia skôr ako malo výkonové zdroje svetla, teda skôr do bodových svietidiel.

Úsporné CFL žiarivky sa snažia napodobniť vlastnosti klasických vláknových žiaroviek. Ich výhodou je veľmi malá spotreba elektrickej energie a dajú sa ľahko zaskrutkovať do osadení - objímok existujúcich svietidiel. Úsporná CFL žiarivka má však aj vážne fyzikálne nedostatky. Z nich je vhodné spomenúť napríklad, nízke CRI ( color rendering index) - vernosť reprodukcie farieb osvetleného objektu, vyžarovanie škodlivého UV žiarenia, prítomnosť toxickej ortuti, relatívne krátka životnosť na miestach s častým zapínaním, tendencia prehrievať sa v uzavretých svietidlách, vyžarovanie elektromagnetického smogu z dôvodu, že pracuje na princípe výboja budeného veľmi vysokým impulzným napätím. Verejnosť sa dlho zdráhala úsporné CFL žiarivky do svojich lámp kupovať a to nielen kvôli vysokej cene, ale aj z dôvodu vyššie opísaných svetelných vlastností. Až stále sa zvyšujúca cena elektrickej energie primäla širšiu verejnosť, aby tieto svetelné zdroje začala masovejšie využívať, je však zjavné, že je to za cenu veľkých kompromisov.

So zreteľom na dodržiavanie noriem EU je dnes už takmer isté, že skutočne prijateľnou alternatívou sa pre budúcnosť javia svietidlá na báze polovodičových HB LED diód (High Brightness LED - ďalej len HB LED). HB LED diódy sa za posledné štyri roky používali hlavne na dekoratívne osvetľovanie a len postupne sa predierali aj do oblasti všeobecného osvetľovania. Je to zapríčinené hlavne tým, že účinnosť a výkon HB LED diód doteraz nepostačoval na bežné osvetlenie, porovnateľné s tradičnými svetelnými zdrojmi. Vývoj však aj v tejto oblasti pokročil a na trhu sa objavili HB LED diódy veľmi vysokého výkonu, ktoré vo svojich svetelných parametroch vôbec nezaostávajú za svojimi tradičnými konkurentmi ako je klasická vláknová žiarovka, či úsporná CFL žiarivka. Ba tieto nové prvky tradičné zdroje v mnohom predstihujú a to napríklad v extrémne nízkej spotrebe, vysokej účinnosti pri premene elektrického prúdu na svetlo, kde ukazovateľom je (Watt/lumen), vernosťou reprodukcie farby svetla odrazeného od osvetleného predmetu, rozmermi, variabilitou, rýchlosťou a frekvenciou spínania, paletou miešateľných farieb, možnosťami elektronického ovládania, dlhou životnosťou, konštrukciou pre veľmi nízke napätia, možnosťou kombinácie so solárnymi technológiami atď. HB LED dióda s veľmi veľkým výkonom má však aj jeden a to veľmi zásadný nedostatok. Tým je veľká citlivosť na pracovnú teplotu, ktorá sa musí striktne dodržať pre správnu činnosť a využitie potenciálu dlhej životnosti. Z každej HB LED diódy veľkého výkonu je nutné prebytočné odpadové teplo odviesť do okolia svietidla a to rýchlo a efektívne. Na trhu v súčasnosti existuje pomerne veľké množstvo druhov svietidiel osadených LED diódami, ale väčšina z nich je určená hlavne pre dekoratívne osvetlenie, bodové osvetlenie, alebo ako stolové lampy, lampy na čítanie pri posteli, nasvecovanie stien a fasád budov, či vodotesné pre nasvecovanie farebných fontán, atď. Všetky spomenuté zdroje sú jednoúčelové a nevhodné pre všeobecné osvetľovanie priestorov. Existujúce svetelné zdroje sú spravidla osadené tak, že LED diódy sa priamo upevňujú na chladiaci prvok napevno skrutkami a prívody prúdu sú riešené káblami, priemyselnými prepojovacími konektormi alebo sa na kontakty prispájkujú. Takéto úzko špecifikované riešenia sú pre už vyššie spomenuté účely logickým riešením, avšak sú vhodné len pri malosériových svietidlách, či inštaláciách projektovaných na mieru. Naopak takéto riešenia sú nepraktické a ekonomicky nevýhodné pre masové rozšírenie do všeobecnej výroby, distribúcie teda napríklad do bežných domácností. Nehovoriac o komplikáciách so zabezpečením ich servisu, prípadne zaobstaraním ich náhrady po uplynutí záručnej doby.

Inou kategóriou na súčasnom trhu so svetelnými zdrojmi pre všeobecné osvetľovanie sú LED žiarovky, ktoré sa ponúkajú, ako náhrady za klasické. Majú rôzne veľkosti, rôzne priemery závitov, konektorovanie a sú konštruované tak, aby sa dali osadiť do pôvodných svietidiel a ich objímok. Ich výhoda kompatibility je vlastne aj ich veľkou nevýhodou. A to tým, že sa inštalujú do pôvodných, starých svietidiel, ktoré vôbec nie sú pre alternatívne výkonové náhrady uspôsobené. Takéto žiarovky sú kombináciou aspoň jednej LED diódy, chladiča zaintegrovaného priamo do žiarovky a elektroniky. Avšak vzhľadom na limitujúce rozmery, takéto LED žiarovky nemôžu pracovať na veľmi veľkých výkonoch kvôli obmedzeným rozmerom chladiaceho prvku. Trend integrovať chladiacu jednotku do telesa žiarovky je riešením obmedzujúcim, neúčinným a nepraktickým. Hlavne v uzavretých svietidlách sa takéto žiarovky rýchlo prehrievajú a odpadové teplo nemá kam uniknúť. Je pravdepodobné, že takéto LED žiarovky budú len medzistupňom pri masovom zavádzaní LED technológie do praxe. Týmto spôsobom sa verejnosti umožní doužívať svoje staré svietidlá a nemusí ihneď investovať do svietidiel novej generácie.

Súhrnne možno konštatovať, že vývoj v oblasti LED osvetlenia prebieha revolučne a vďaka tomu aj značne chaoticky. Prakticky neexistujú žiadne štandardy a normy. Každý výrobca si zatiaľ presadzuje vlastné riešenia. Je však snaha, aby podobne ako aj v iných oblastiach techniky, aj pri LED zdrojoch prišlo čo najskôr k harmonizácii a väčšej štandardizácii konštrukčných riešení. Je to nevyhnutné pre zjednodušenie výrobných procesov, zjednotenia certifikácie, jednoduchej identifikácii produktu zákazníkom, kompaktnosti produktu, čiže parametrov, ktoré sú obyčajne nevyhnutnou podmienkou pre rýchle uplatnenie sa nových výrobkov na trhu.

Pásová výroba komerčných LED svietidiel si vyžaduje iné riešenie a to také, ktoré zabezpečí kompatibilitu svietidiel a svetelných zdrojov, ktoré budú do nich osadené. Je žiaduce, aby jednotlivé komponenty boli štandardizované tak, aby do seba zapadali jednoduchou manipuláciou, podobne ako je to dnes pri klasických svetelných zdrojoch.

Vyššie uvedené nedostatky alternatívnych svetelných zdrojov, ako aj nedostatky technických riešení existujúcich LED zariadení evokovali k technickému riešeniu LED zdrojov - svietidiel, ktoré vyššie uvedené nedostatky nevykazujú, svojim princípom túto modernú technológiu posúvajú na kvalitatívne vyššiu úroveň a ktoré svojou koncepciou umožnia rýchlejší prienik do výrobných programov, či bežnej obchodnej siete.

Výsledkom tohto úsilia je kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky realizované technickými prostriedkami ďalej opisovanými v tomto vynáleze.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky zo stavu techniky odstraňuje kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa tohto vynálezu, ktoré možno označiť ako HB LED svietidlo, ktoré je súborom komponentov, z ktorých dva sú zásadné pre funkčnosť a spoľahlivosť. Prvým podstatným prvkom je kompaktná LED žiarovka ako tzv. LED modul a druhým podstatným prvkom je samotné svietidlo pozostávajúce z telesa ako korpusu a ostatných menej podstatných štandardných mechanickoelektrických komponentov. Podľa typu a určenia ďalšími už menej podstatnými komponentmi kompaktného usporiadania svietidla a kompaktnej LED žiarovky sú samostatne alebo vo vzájomnej kombinácií: transformátor, elektronický regulačný alebo impulzný zdroj (PWM), dizajnové tienidlo, skrutky, úpony, kabeláž, optické príslušenstvo a napokon mechanicko-elektrické rozhranie, cez ktoré je prepojená kompaktná LED žiarovka a svietidlo. Podstata vynálezu spočíva vtom, že svietidlo a kompaktná LED žiarovka sú prepojené jednak cez mechanicko-elektrické rozhranie a aj cez mechanicko-tepelné rozhranie tak, že kompaktná LED žiarovka je opatrená tepelným mostom, ktorým je v kontakte s teplo-odvádzajúcimi plochami svietidla. Teda mechanická konštrukcia kompaktnej LED žiarovky a prívod elektrickej energie k nej je uspôsobený pre jednoduché, rýchle a spoľahlivé osadenie a to cez štandardizované mechanicko-elektrické a mechanicko-tepelné rozhranie.

Samotná kompaktná LED žiarovka obsahuje aspoň jeden polovodičový LED čipový modul, pozostávajúci z usporiadaného množstva LED čipov, ktorý je elektricky prepojený s prvou časťou mechanicko-elektrického rozhrania. Mechanicko-elektrické rozhranie je v jednom prípade zabudované priamo v tepelnom moste. V druhom prípade môže byť zabudované mimo tepelný most, to znamená, že bude zabudované z boku (cez optický kryt) kompaktnej LED žiarovky. Optický kryt kompaktnej LED žiarovky mechanicky nadväzuje na tepelný most. Sú prijateľné rôzne realizácie optického krytu, ktorý tak môže byť úplne priehľadný alebo môže byť priehľadný len z časti.

Mechanicko-tepelné rozhranie u kompaktnej LED žiarovky je riešené tak, že na jednej strane tepelného mosta je umiestnený polovodičový LED čipový modul a na druhej strane, zvyčajne na spodnej strane tepelného mosta sa nachádza kontaktná plocha pre odvod tepla z kompaktnej LED žiarovky. Pre iné aplikácie je možné aj také riešenie, kde kontaktná plocha pre odvod tepla z kompaktnej LED žiarovky sa nachádza na bočnej strane tepelného mosta. Pre ešte ďalšie aplikácie je možné aj také riešenie, kde tepelný most je opatrený mechanickými úchytmi. Aspoň jeden polovodičový LED čipový modul kompaktnej LED žiarovky môže byť osadený v jednej rovine alebo viacerých rovinách vytvárajúcich priestorový útvar ako napríklad ihlan, kúžeľ, valec a podobne.

Z elektrického hľadiska je riešenie kompaktnej LED žiarovky také, že pre jedny aplikácie je aspoň k jednému polovodičovému LED čipovému modulu kompaktnej LED žiarovky pripojený aspoň jeden pasívny alebo aktívny elektrický alebo elektronický prvok. Týmito prvkami môžu byť termistor, rezistor, dióda, iný polovodič a pod. Kompaktná LED žiarovka môže byť doplnená o senzor teploty a/alebo svitu a/alebo o aspoň jeden ochranný prvok proti statickej elektrine. Kompaktná LED žiarovka môže byť osadená polovodičovým HB LED čipovým modulom na priame napájanie striedavým napätím 230 Voltov bez nutnosti použitia externého zdroja.

Druhým podstatným prvkom je samotné svietidlo, najmä jeho teleso ako korpus svietidla, ktorého kovové, dekoratívne plochy slúžia zároveň ako chladič, pre odvedenie prebytočného tepla z kompaktnej LED žiarovky. Tieto dva podstatné prvky - svietidlo a kompaktná LED žiarovka nemôžu pracovať oddelene, ale výlučne len v symbióze, lebo sú od seba funkčne závislé.

Mechanické riešenie svietidla podľa tohto vynálezu je také, že teploodvádzajúce plochy svietidla sú v jednom prípade tvorené samotným telesom svietidla. Je zjavné, že toto teleso svietidla musí byť dimenzované tak, aby dokázalo odviesť prebytočné teplo do okolia. Z toho vyplýva, že bude vyrobené z hrubšieho plechu napríklad lisovaním alebo bude vyrobené trieskovým obrábaním alebo bude odlievané a bude vyrobené z materiálu dobre odvádzajúceho teplo.

V druhom prípade teplo-odvádzajúcimi plochy svietidla je prídavný chladič, ktorý je pripevnený k telesu svietidla. Tento chladič bude mať zvyčajne rebrá.

Elektrické riešenie svietidla podľa tohto vynálezu je také, že v jednom prípade v samotnom svietidle je druhá časť mechanicko-elektrického rozhrania vintegrovaná do chladiča ako štandardný konektor. V druhom prípade je druhá časť mechanickoelektrického rozhrania pripevnená k telesu svietidla tiež vo forme štandardného konektora.

Pre niektoré aplikácie kompaktného usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky je nevyhnutný napájači zdroj, ktorý je zabudovaný v telese svietidla. Aby sa zabezpečili špičkové parametre tohto svetelného zdroja, je výhodné, ak je vo svietidle zabudovaný napájači zdroj s výstupným konštantným prúdom.

Výhody kompaktného usporiadania svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa tohto vynálezu spočívajú v tom, že v navrhovanom technickom riešení svietidla najmä s vysokovýkonnými LED čipovými modulmi sa zlúčili dva doteraz nové nepoužívané technické prvky v konečnom produkte s novou filozofiou ich usporiadania a využitia. Princíp konštrukcie takéhoto svietidla vlastne logicky využíva a zohľadňuje fyzikálne vlastnosti nainštalovaných komponentov. Ich vhodnou voľbou a technickým prevedením sa dosiahne značne menšia prácnosť pri výrobe svietidiel. Tým sa zároveň zvýši aj ekonomická výhodnosť takýchto produktov. Kvôli dosiahnutiu kompaktnosti riešenia a štandardizácie jednotlivých prvkov, sa javilo účelné LED svietidlo osadiť novým integrovaným prvkom, tzv. kompaktnou LED žiarovkou. Takáto komplexná svietiaca jednotka, sa javila najvhodnejším riešením pre rýchlu sériovú výrobu ako aj na predaj prostredníctvom bežnej obchodnej siete. Zámerom konštrukcie bolo, aby na manipuláciu s ňou nebolo treba kvalifikovaného technika a výmenu žiarovky by zvládol aj technicky málo zdatný zákazník presne tak, ako je doteraz pri výmene bežných klasických vláknových žiaroviek, či úsporných žiariviek. Princíp svietidla s kompaktnou LED žiarovkou, t.j. - LED modulom aplikovaným na chladiaci prvok, ktorý je tvorený najmä nosným telesom samotného svietidla je princíp, ktorý je nový a doteraz nevyužívaný. Takýto spôsob využívania LED technológie v zásade odstraňuje negatívne bariéry tepelného manažmentu, ktoré bránili doteraz rozšíreniu LED prvkov vo všeobecnom osvetľovaní. Navrhovaná technológia sa dá bezproblémovo a rýchlo aplikovať do akýchkoľvek prostredí, aj keď zámerom je jeho rýchle rozšírenie hlavne do domácností a priestorov kde sa doteraz využívala klasická vláknová žiarovka. Technológia je odskúšaná a testovaná. Je flexibilná a veľmi spoľahlivá. Takto koncipovaný svetelný zdroj vlastne nemá výkonové a ani rozmerové obmedzenia, je ľahko dimenzovateľný s vysokými svetelnými výkonmi v rádovo tisíckach lumenov. Štandardizáciou komponentov je možné vytvoriť tzv. skladačky, aby sa dizajnéri nemuseli boriť s technickými stránkami pri navrhovaní svojich variácií. Tieto komponenty by boli predajné v bežnej obchodnej sieti. Za súčasného stavu je nutné sieťové napätie transformovať na vhodné napájacie pre budenie LED žiarovky. Pri tom sa stráca viac ako 20 až 30% energie privádzanej energie. Svietidlá novej generácie už budú stavané na nízke napájacie napätie. Pre objekty sa budú inštalovať centrálne rozvody a napájacie zdroje, z ktorých sa bude distribuovať energia pre pohon LED svietidiel. Takýmto spôsobom sú možné ďalšie úspory v danom objekte. LED žiarovka je svetlom budúcnosti aj z dôvodu priamej kompatibility so solárnymi fotovoltaickými technológiami. Pomocou LED svietidiel a niekoľkých FV panelov na streche, či balkóne sa dá vyriešiť kompletná nezávislosť osvetlenia v objektov od verejnej el. siete.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa tohto vynálezu bude bližšie ozrejmený pomocou obrázkov, z ktorých na obr. 1 je v samostatnom bočnom reze zobrazená kompaktná LED žiarovka a v samostatnom reze je zobrazené len samotné svietidlo. Na obr. 2 je v čiastočnom reze zobrazený náhľad zhora na dve tvarové riešenia konštrukcie kompaktnej LED žiarovky, kde prvý náhľad zobrazuje kruhovú základňu a druhý náhľad zobrazuje štvorcovú základňu tepelného mosta a skrutkové uchytenie v rohoch kompaktnej LED žiarovky. Na obr. 3 je zobrazená kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky s polguľovým priehľadným krytom a s prvkom rýchleho upínania. Na obr. 4 je zobrazená kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky s ihlanovým priehľadným krytom. Na obr. 5 je zobrazené tŕňové rýchloupínanie s kontaktmi. Na obr. 6 je zobrazené svietidlo s kompaktnou LED žiarovkou s horizontálnymi konektormi. Na obr. 7 je zobrazené osadenie kompaktnej LED žiarovky do svietidla pomocou závitového uchytenia a samostatnými elektrickými prívodmi. Na obr. 8 je zobrazené čiastočne vertikálne usporiadanie väčšieho počtu čipov na jednej kompaktnej LED žiarovke. Na obr. 9 je zobrazené upevnenie kompaktnej LED žiarovky v svietidle z bočného pohľadu s trecími nasuvnými kontaktmi. Na obr. 10 je z horného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie trecích kontaktov na samotnej kompaktnej LED žiarovke, na samotnom svietidle a upevnenie kompaktnej LED žiarovky v svietidle s trecími nasuvnými kontaktmi. Na obr. 11 je z horného a bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie upevnenia tzv. lineárnej kompaktnej LED žiarovky v svietidle s trecími nasuvnými kontaktmi. Na obr. 12 je z bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie stropného svietidla dvoch rôznych tanierových tvarov s kompaktnou LED žiarovkou, kde chladič je riešený samotným telesom svietidla. Na obr. 13 je z bočného a čelného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie stenového svietidla s kompaktnou LED žiarovkou s prídavným chladičom. Na obr. 14 je z bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie závesného svietidla s kompaktnou LED žiarovkou s prídavným rebrovým chladičom. Na obr. 15 je z bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie zdvojeného závesného svietidla s kompaktnou LED žiarovkou s prídavným chladičom v tvare dvoch platní. Na obr. 16 je z bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie stropného svietidla s kompaktnou LED žiarovkou s prídavným platňovým chladičom. Na obr. 17 je z bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie lustrového svietidla s kompaktnými LED žiarovkami s prídavnými tvarovanými chladičmi. Na obr. 18 je z čelného a bočného pohľadu zobrazené konštrukčné riešenie listového svietidla s kompaktnými LED žiarovkami s prídavnými chladičmi. Na obr. 19 je zobrazené konštrukčné riešenie závesného lineárneho svietidla s lineárnymi kompaktnými LED žiarovkami s chladičom. Na obr. 20 je zobrazené konštrukčné riešenie stolového svietidla s kompaktnou LED žiarovkou s prídavným rebrovým chladičom.

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia vynálezu zobrazené na jednotlivých obrázkoch sú predstavované pre ilustráciu a nie ako obmedzenia konkrétnych realizácii vynálezu. Pre účely tohto vynálezu je nutné chápať, že používaný termín „ kompaktná ,„ „ kompakt „ je ponímaný vo význame samostatných pojmov alebo ich kombinácií: integrované, zhutnené, jednoduché, zaberajúce malý priestor, obsahujúce potrebné prvky vo vnútri potrebné pre funkciu, optimalizované pre konkrétne funkcie, s jednoduchou obsluhou, nenáročné na manipuláciu, komprimované na minimálne rozmery, pevné, rezistentné, odolné, kombinovateľné, jednoduché navonok ale vo vnútri so za integrovaným i viacerými inteligentnými funkciami.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná konštrukcia základného kompaktného usporiadania svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa tohto vynálezu, a ktorá je zobrazená na obr. 3 a 4. Len svietidlo 2 zostavené podľa vynálezu a len kompaktná LED žiarovka 1_ skonštruovaná podľa vynálezu sú kompatibilné. Kompaktná LED žiarovka i ako tzv. LED modul je štandardným mechanicko-elektrickým rozhraním 6 prepojená so svietidlom 2. Ale zároveň je kompaktná LED žiarovka 1 prepojená so svietidlom 2 aj cez mechanicko-tepelné rozhranie tak, že kompaktná LED žiarovka 1 je opatrená tepelným mostom 3, ktorým je v kontakte s teplo-odvádzajúcimi plochami 13 svietidla 2. To znamená, že mechanicko-tepelné rozhranie je tvorené tepelným mostom 3 kompaktnej LED žiarovky 1 a teplo-odvádzajúcimi plochami 13 svietidla 2. Týmto bola opísaná základná filozofia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky

1. Z tohto základného opisu už zjavný aj význam novej koncepcie svietidla 2. Pre správnu činnosť vysokovýkonných LED žiaroviek je nutné, aby sa teplo, ako odpadový produkt pri premene elektrickej energie na svetlo sa z LED polovodičového čipového modulu 5 kompaktnej LED žiarovky odvádzalo cez tepelný most 3 do teploodvádzajúcich plôch 13 svietidla 2, ktorými je samotné teleso - korpus svietidla 2 aj ako dizajnový prvok svietidla 2. Alternatívne to môže byť prídavný chladič 4 umiestnený mimo svetelný vyžarovací uhol svietidla 2.

Konštrukcia kompaktnej LED žiarovky 1_ ako tzv. LED modulu je znázornená na obr. 1 a je charakterizovaná tým, že obsahuje jeden polovodičový LED čipový modul

5. Je zjavné, že každá výkonová LED žiarovka obsahuje desiatky až stovky polovodičových LED čipov a tak aj kompaktná LED žiarovka 1 obsahuje sústavu desiatok až stoviek polovodičových LED čipov. Tento polovodičový LED čipový modul 5 je elektricky prepojený s prvou časťou mechanicko-elektrického rozhrania 6. Mechanicko-elektrické rozhranie 6 je v tomto prípade zabudované priamo v tepelnom moste 3 a v tomto prípade je realizované štandardným kolíkovým konektorom. Na vnútorné konce kolíkov sú priletované napájacie elektrické vodiče od polovodičového LED čipového modulu 5 ako je to znázornené na obr. 2 a 3. Napájacie elektrické vodiče sú štandardne používané Cu tenké drôty. Polovodičový LED čipový modul 5 je vhodne uchytený alebo pripevnený o vnútornú plochu tepelného mosta 3 napríklad pomocou skrutiek. Na zvýšenie účinku tepelného prechodu je možné na spoj aplikovať teplovodivú pastu. Ako je to znázornené na obr. 2, tepelný most 3 je ploché teleso v tvare kotúča, čo je zvyčajné riešenie. Ale vo variantných vyhotoveniach kompaktnej LED žiarovky 1 môže byť tepelný most 3 tvaru plochého kvádra so štvorcovou základňou všetko pre tvarovo klasické LED diódy a skrutkovým uchytením v rohoch tepelného mosta 3. V tomto prípade sú skrutky a diery v rohoch tepelného mosta 3 považované za mechanické úchyty 9. Pre lineárnu kompaktnú LED žiarovku 1 je tepelným mostom 3 plochá lišta ako je to zjavné z obr. 11. Materiál tepelného mosta 3 sa musí vyznačovať vysokou tepelnou vodivosťou. Preto vyhovujú materiály ako je najmä meď a hliník alebo ich zliatiny. Z vyššie uvedeného opisu vyplýva, že z vonkajšej strany tepelného mosta 3 sú prístupné elektrické vývody konektora. Tepelný most 3 plní zároveň aj funkciu mechanicko-tepelného rozhrania u kompaktnej LED žiarovky 1, pretože vonkajšia, v tomto prípade spodná strana tepelného mosta 3 má kontaktnú plochu 8 pre odvod tepla z kompaktnej LED žiarovky i. Na tepelný most 3 konštrukčne nadväzuje optický kryt 7 kompaktnej LED žiarovky 1. V tomto prípade je tvaru klasického polguľového vrchlíka s krátkym valcovým driekom z priehľadného plastu. Ako je to zobrazené na obr. 4, tak vo variantnom vyhotovení optický kryt 7 kompaktnej LED žiarovky 1 môže byť tvaru dutého ihlanového telesa. Spôsob vzájomného uchytenia je daný použitými materiálmi. V prípade kovu a plastu je vhodné lepenie. Alternatívne môže byť v kompaktnej LED žiarovke 1 k polovodičovému LED čipovému modulu 5 pripojený aspoň jeden pasívny alebo aktívny elektrický alebo elektronický prvok. Týmito prvkami môžu byť termistor, dióda a pod. Kompaktná LED žiarovka I môže byť taktiež doplnená o senzor teploty a/alebo svitu a/alebo o aspoň jeden ochranný prvok proti statickej elektrine.

Druhým kompatibilným prvkom riešenia je samotné svietidlo 2, ktorého kovové, dekoratívne plochy telesa 10 svietidla ako jeho korpusu predstavujú teplo11 odvádzajúce plochy 13 svietidla 2, ktoré slúžia zároveň ako chladič, pre odvedenie prebytočného tepla z kompaktnej LED žiarovky 1. ako je to úplne a zčasti znázornené napr. na obr. 1, 3 a 4. Je zjavné, že toto teleso 10 svietidla musí byť dimenzované tak, aby dokázalo odviesť prebytočné teplo do okolia. Z toho vyplýva, že bude vyrobené z hrubšieho plechu napríklad lisovaním alebo bude vyrobené trieskovým obrábaním alebo bude odlievané a bude vyrobené z materiálu dobre odvádzajúceho teplo.

Aby sa zabezpečil spoľahlivý odvod tepla z kompaktnej LED žiarovky 1, tak je vhodné, aby tepelný most 3 dostatočne priliehal k teplo-odvádzajúcim plochám 13 svietidla 2. To môže zabezpečiť napríklad prstenec 12 s vonkajším závitom priskrutkovaný k telesu 10 svietidla 2 a prstencová matica 14 s vnútorným závitom a dotláčacími plochami doliehajúcimi na tepelný most 3 ako je to znázornené na obr. 3 a 4. Toto riešenie zároveň slúži na rýchle upínanie kompaktnej LED žiarovky 1.

Tieto dva podstatné prvky - svietidlo 2 a kompaktná LED žiarovka 1 nemôžu pracovať oddelene, ale výlučne len v symbióze, lebo sú od seba funkčne závislé. Pre komplexnosť riešenia je nutné spomenúť, že podľa určenia a typu svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1_ už menej podstatnými komponentmi sú samostatne alebo vo vzájomnej kombinácií riešený transformátor, elektronický regulačný alebo impulzný zdroj (PWM), dizajnové tienidlo, skrutky, úpony, kabeláž, optické príslušenstvo.

Príklad 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná druhá konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 5 a v podstatných znakoch je opísaná dostatočne v predchádzajúcom príklade. Rozdielnosť spočíva v princípe tŕňového rýchloupínania kompaktnej LED žiarovky 1 k telesu 10 svietidla 2. V tomto prípade je tepelný most 3 opatrený mechanickými úchytmi 9, ktorými sú dva vertikálne tŕne. Aretáciu zabezpečuje aretačná jednotka 11 s prívodnými kontaktmi ako je to zobrazené na obr. 5.

Príklad 3

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná tretia konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je v podstatných znakoch je opísaná dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva v tom, že kontaktná plocha 8 pre odvod tepla z kompaktnej LED žiarovky 1 sa nachádza na bočnej strane tepelného mosta 3.

Príklad 4

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná štvrtá konštrukcia kompaktného kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 6 a ktorá v podstatných znakoch je opísaná dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva v tom, že mechanicko-elektrické rozhranie 6 realizované štandardným konektorom je v tomto prípade zabudované mimo tepelný most 3, to znamená, že bude zabudované zboku kompaktnej LED žiarovky L

Príklad 5

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná piata konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 7 a ktorá v podstatných znakoch je opísaná dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva v tom, že mechanicko-elektrické roz-hranie 6 je realizované závitom. To znamená, že tepelný most 3 kompaktnej LED žiarovky 1 je opatrený päticou so závitom a teleso TO svietidla 2 je opatrené taktiež závitom. Pritom elektrické kontakty sú uspôsobené jednak aj na čele pätice aj v sedle objímky napríklad v podobe troch oddelených segmentov usporiadaných do kruhu.

Príklad 6

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná šiesta konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 8 a ktorá v podstatných znakoch je opísaná dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva v tom, že kompaktná LED žiarovka 1 obsahuje štyri polovodičové LED čipové moduly 5 priestorovo usporiadané do štvorstenného ihlana, kde základňa ihlana je pripevnená o tepelný most 3. Týmto usporiadaním má kompaktná LED žiarovka 1 širší vyžarovací uhol svetla.

Príklad 7

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná siedma konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 9 a 10 z bočného a horného pohľadu s trecími nasuvnými kontaktmi. V podstatných znakoch sú ich konštrukcie opísané dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva v tom, že mechanicko-elektrické rozhranie 6 kompaktnej LED žiarovka 1_ je realizované prvou časťou konektora s trecími nasuvnými kontaktmi napríklad so štyrmi kontaktnými plôškami. Pôdorys tepelného mosta 3 kompaktnej LED žiarovky 1 je v tomto prípade štvorcový. V telese 10 svietidla 2 je zabudovaná druhá časť konektora s trecími nasuvnými kontaktmi taktiež so štyrmi kontaktnými plôškami. Najmä z obr. 10 je zjavné ich vzájomné usporiadanie, kde je najskôr znázornený smer pohybu kompaktnej LED žiarovky 1 pri nasúvaní do druhej časti mechanicko-elektrického rozhrania 6 zabudovaného v telese 10 svietidla 2. Ich vzájomné vymedzenie je dané otvoreným zásuvným rámom. V ďalšom vyobrazení obr. 10 je znázornená kompaktná LED žiarovka 1 už funkčne usporiadaná na telese 10 svietidla 2. V alternatívnom vyhotovení môže byť použitý aj chladič 4.

Príklad 8

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná ôsma konštrukcia kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, ktorá je zobrazená na obr. 11 z horného a bočného pohľadu s trecími násuvnými kontaktmi. V podstatných znakoch sú ich konštrukcie opísané dostatočne v príklade 1. Rozdielnosť spočíva opäť v tom, že mechanicko-elektrické rozhranie 6 kompaktnej LED žiarovka 1, ako lineárneho zdroja svetla, je realizované prvou časťou konektora s trecími násuvnými kontaktmi napríklad so štyrmi kontaktnými plôškami. Pôdorys tepelného mosta 3 kompaktnej LED žiarovky 1 je v tomto prípade obdĺžnikový. V telese 10 svietidla 2 alebo v prídavnom chladiči 4 je zabudovaná druhá časť konektora s trecími násuvnými kontaktmi taktiež so štyrmi kontaktnými plôškami. V tomto prípade sa kompaktná LED žiarovka 1 zasúva do dvoch oproti sebe umiestnených líšt.

Príklad 9

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia sú opísané dve prvé konkrétne zostavy kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizované v stropnom svietidle, čo je zobrazené na obr. 12. Na hornom obrázku je zobrazené stropné svietidlo s jedným tzv. LED modulom ako kompaktnou LED žiarovkou 1, ktorej priehľadný kryt je ihlanový. Teleso 10 svietidla 2 je vyrobené z hrubého vytvarovaného plechu. Pod telesom 10 svietidla 2 je umiestnený napájači zdroj. Teleso 10 svietidla 2 je zpredu prekryté skleneným guľovým vrchlíkom ako tienidlo.

Na spodnom obrázku je zobrazené ďalšie stropné svietidlo s dvoma tzv. LED modulmi ako kompaktnými LED žiarovkami 1, ktorých priehľadný kryt je polguľový. Teleso 10 svietidla 2 je vyrobené z hrubého dizajnovo vytvarovaného plechu. Pod telesom 10 svietidla 2 je umiestnený napájači zdroj. Teleso 10 svietidla 2 je zpredu prekryté skleneným tvarovaným vrchlíkom ako tienidlom.

Príklad 10

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná druhá konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v stenovom svietidle, čo je zobrazené na obr. 13. Znázornené detaily boli dostatočne opísané vo vyššie uvedených textoch a preto už nie sú v tomto príklade popisované.

Príklad 11

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná tretia konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v závesnom svietidle, čo je zobrazené na obr. 14. Znázornené detaily boli dostatočne opísané vo vyššie uvedených textoch. Ozrejmujeme len detail, kde tepelný most 3 kompaktnej LED žiarovky 1_ dolieha k telesu 10 svietidla 2, ktoré je naviac ešte opatrené rebrovým chladičom 4.

Príklad 12

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná štvrtá konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v závesnom svietidle, čo je zobrazené na obr. 15. Znázornené detaily boli dostatočne opísané vo vyššie uvedených textoch. Ozrejmujeme len detail, kde kompaktné usporiadanie obsahuje dva LED moduly, t.j. dve kompaktné LED žiarovky 1 s celkovým vyžarovaním svetla 360°. Tepelný most 3 každej kompaktnej LED žiarovky 1 dolieha k svojmu doskovému chladiču 4, ktorý je uchytený o sklený kryt svietidla 2.

Príklad 13

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná piata konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v stropnom svietidle, čo je zobrazené na obr. 16. Znázornené detaily boli dostatočne opísané vo vyššie uvedených textoch. Ozrejmujeme len detail, kde tepelný most 3 kompaktnej LED žiarovky 1 dolieha k telesu 10 svietidla 2, na ktoré tesne nadväzuje chladič 4.

Príklad 14

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná šiesta konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1_ podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v lustrovom svietidle, čo je zobrazené na obr. 17. Znázornené detaily boli dostatočne opísané vo vyššie uvedených textoch. Ozrejmujeme len detail, kde každé svietidlo 2, je naviac ešte opatrené tvarovým chladičom 4. Avšak, funkciu chladiča môžu plniť samotné mohutnejšie ramená lustra.

Príklad 15

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná siedma konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v lištovom svietidle s kompaktnými LED žiarovkami 1, čo je zobrazené na obr. 18. Znázornené detaily boli dostatočne opísané v príklade

8. Toto svietidlo v podstate nahradzuje svietidlo strubicovou výbojkou často montované do kuchynských liniek na osvetľovanie kuchynskej pracovnej dosky.

Príklad 16

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná ôsma konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v lištovom svietidle s kompaktnými LED žiarovkami 1, čo je zobrazené na obr. 19. Znázornené detaily boli dostatočne opísané v príklade 8. Toto svietidlo v podstate nahradzuje svietidlo s trubicovou výbojkou často montované ako závesné svietidlo na osvetľovanie najmä kancelárskych priestorov.

Príklad 17

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná deviata konkrétna zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1. podľa tohto vynálezu, zrealizovaná v stolovej najmä kancelárskej lampe s kompaktnou LED žiarovkou 1, čo je zobrazené na obr. 20. Znázornené detaily boli dostatočne opísané v príklade 11. Toto svietidlo v podstate nahradzuje svietidlo s výbojkou alebo klasickou vláknovou žiarovkou na osvetľovanie najmä kancelárskych stolov.

Príklad 18

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je predstavená zostava kompaktného usporiadania svietidla 2 a kompaktnej LED žiarovky 1 podľa tohto vynálezu opísaná v hociktorom predchádzajúcom príklade len s tým rozdielom, že kompaktná LED žiarovka 1 môže byť osadená polovodičovým H B LED čipovým modulom 5 na priame napájanie striedavým napätím 230 Voltov bez nutnosti použitia externého zdroja.

Priemyselná využiteľnosť

Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa tohto vynálezu predstavuje technológiu využiteľnú vo všetkých oblastiach svetelnej techniky, teda navrhovaná technológia sa dá bezproblémovo a rýchlo aplikovať do akýchkoľvek prostredí, ale najmä na rýchle rozšírenie hlavne do domácností a priestorov, kde sa doteraz využívala klasická vláknová žiarovka.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky, vyznačujúce sa tým, že kde kompaktná LED žiarovka (1) a svietidlo (2) sú prepojené cez mechanicko-elektrické rozhranie (6) a taktiež cez mechanicko-tepelné rozhranie tak, že kompaktná LED žiarovka (1) je opatrená tepelným mostom (3), ktorým je v kontakte s teploodvádzajúcimi plochami svietidla (2).
2. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa nároku 1,vyznačujúce sa tým, že aspoň jeden polovodičový LED čipový modul (5) kompaktnej LED žiarovky je elektricky prepojený s prvou časťou mechanicko-elektrického rozhrania (6) zabudovaného mimo alebo v tepelnom moste (3), na ktorý mechanicky nadväzuje úplne alebo aspoň z časti priehľadný kryt (7).
3. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa nároku 1a 2, vyznačujúce sa tým, že na spodnej strane tepelného mosta (3) sa nachádza kontaktná plocha (8) pre odvod tepla.
4. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa nároku 1a 2, vyznačujúce sa tým, že na bočnej strane tepelného mosta (3) sa nachádza kontaktná plocha (8) pre odvod tepla.
5. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1až4, vyznačujúce sa tým, že tepelný most (3) je opatrený mechanickými úchytmi (9).
6. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1až5, vyznačujúce sa tým, že aspoň k jednému polovodičovému LED čipovému modulu (5) kompaktnej LED žiarovky je pripojený aspoň jeden pasívny alebo aktívny elektrický alebo elektronický prvok.
7. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1až6, vyznačujúce sa tým, že aspoň k jednému polovodičovému LED čipovému modulu (5) kompaktnej LED žiarovky je pripojený aspoň jeden zo senzorov teploty a/alebo svitu.
8. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1až7, vyznačujúce sa tým, že aspoň k jednému polovodičovému LED čipovému modulu (5) kompaktnej LED žiarovky je pripojený aspoň jeden ochranný prvok proti statickej elektrine.
9. Kompaktné usporiadanie svietidla a kompaktnej LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1až7, vyznačujúce sa tým, že aspoň jeden polovodičový LED čipový modul (5) kompaktnej LED žiarovky je osadený v jednej rovine alebo viacerých rovinách vytvárajúcich priestorový útvar.
10. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že teplo-odvádzajúce plochy svietidla (2) sú tvorené telesom (10) svietidla (2).
11. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že teplo-odvádzajúce plochy svietidla (2) sú tvorené chladičom (4).
12. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa nároku 1 a 11, vyznačujúce sa tým, že chladič (4) je pripevnený k telesu (10) svietidla (2).
13. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 12, vyznačujúce sa tým, že druhá časť mechanicko-elektrického rozhrania (6) je vintegrovaná do alebo na chladič (4).
14. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 12, vyznačujúce sa tým, že druhá časť mechanicko-elektrického rozhrania (6) je pripevnená k telesu (10) svietidla (2).
15. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa aspoň jedného z nárokov 1 až 14, vyznačujúce sa tým, že v telese (10) svietidla (2) je zabudovaný napájači zdroj.
16. Kompaktné usporiadanie svietidla a LED žiarovky podľa aspoň jedné-ho z nárokov 1 až 15, vyznačujúce sa tým, že v telese (10) svietidla (2) je zabudovaný napájači zdroj s výstupným konštantným prúdom.