LED-Wasserstrahldüse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines illuminierten Flüssigkeitsstrahls mit einem Flüssigkeitskanal und einer Lichtquelle, die so angeordnet ist, daß sie im Betrieb Licht in den Flüssigkeitskanal emittiert.
Sowohl im öffentlichen als auch im privaten Bereich gibt es bereits eine Vielzahl von Brunnen, bei denen Wasserstrahlen, z.B. in Form einer Fontäne, erzeugt und diese bei Dunkelheit angestrahlt werden. Im allgemeinen erfolgt die Illuminierung dieser Flüssigkeitsstrahlen jedoch von außen, das heißt eine Lichtquelle ist außerhalb des Flüssigkeitsstrahls angeordnet und der Lichtkegel der Lichtquelle ist auf den Flüssigkeitsstrahl gerichtet.
Der optische Effekt resultiert daraus, daß Licht von den Flüssigkeitsstrahlen zu dem Auge des Betrachters reflektiert wird. Der Hauptteil des Lichtes wird jedoch entweder zu der Lichtquelle zurück reflektiert oder tritt durch den Flüssigkeitsstrahl hindurch. Daher muß zur Erzielung eines optischen Effekts eine nicht unerhebliche Lichtenergie eingebracht werden.
Dies hat jedoch zur Folge, daß zum einen die Energiekosten zum Betreiben eines Brunnens mit derart illuminierten Flüssigkeitsstrahlen sehr hoch sind und zum anderen die Sicherheitsvorkehrungen aufgrund der Stromversorgung der Lichtquelle in unmittelbarer Umgebung des Wassers recht hoch sind, so daß auch diese die Kosten eines solchen Brunnens erhöhen.
In der WO 85/05167 ist bereits vorgeschlagen worden, eine Glühlampe innerhalb einer Flüssigkeitsdüse anzuordnen. Dies hat nämlich den Vorteil, daß das sich einmal innerhalb des Lichtstrahls ausbreitende Licht - ähnlich wie bei einer Glasfaser - aufgrund der Totalreflexion des Lichts am Übergang vom optisch dichteren zu dem optisch dünneren Medium zu einem nicht unerheblichen Teil innerhalb des Flüssigkeitsstrahls ausbreitet. Das Licht kann somit dem Wasserstrahl auch im ge- krümmten Zustand folgen. Dennoch tritt an Stellen, an denen sich beispielsweise Luftblasen, turbulente Strömung oder andere Inhomogenitäten innerhalb des Flüssigkeitsstrahls gebildet haben, Licht aus dem Wasserstrahl aus. Aus der Sicht des Betrachters erscheint daher der Flüssigkeitsstrahl im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge illuminiert. Insgesamt wird bei gleicher elektrischer Leistung ein deutlich stärkerer optischer Effekt erzielt.
Die in der WO 85/05167 dargestellten Ausführungsformen haben sich jedoch in der Praxis nicht durchgesetzt, da sie eine sehr komplizierte und aufwendige Anordnung der Glühlampen und insbesondere der entsprechenden Stromzuführung aufweisen. Besondere Aufmerksamkeit muß nämlich der Isolation der Glühlampe gegenüber ihrer Umgebung gewidmet werden, da die Glühlampe direkt innerhalb des Flüssigkeitsstrahls angeordnet ist. Da die entsprechenden Lichtquellen mit einer Spannung von mindestens 220 V betrieben werden, muß daher mittels aufwendiger Konstruktionen dafür Sorge getragen werden, daß ein unbeabsichtigtes Ableiten der Betriebsspannung über das Wasser, was für einen das Wasser berührenden Betrachter lebensbedrohlich sein kann, unbedingt vermieden wird. Daher zeigen die Ausführungsformen der WO 85/05167 allesamt komplizierte An- Ordnungen der Lichtquelle und insbesondere aufwendige Führungen der Netzkabel.
Die komplexe Anordnung verursacht bei ihrer Realisierung nicht nur hohe Kosten, sie stellt auch - im Wartungsfall - hohe Anforderungen an das Wartungspersonal. Muß die Lichtquelle aufgrund eines Defektes ausgetauscht werden, so werden größere Umbauarbeiten notwendig, um überhaupt Zugriff auf die Lichtquelle zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die universell, einfach und kostengünstig einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist.
Leuchtdioden (LEDs) haben eine sehr geringe Betriebsspannung, so daß die Leuchtdiode sogar ohne zusätzliche Isolierung direkt im Flüssigkeitsstrahl angeordnet werden kann. Dies vereinfacht die Vorrichtung ungemein, da nun keine aufwendigen Konstruktionen für die Isolierung und Spannungszuführung notwendig sind. Auch ist im Austauschfall die Leuchtdiode leicht erreichbar und kann sogar meist ausgetauscht werden, ohne daß es notwendig ist, den gesamten Brunnen in dem die Leuchtdiode angeordnet ist, trocken zu legen.
Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Leuchtdiode mit ca. 100000 Betriebsstunden um ein Vielfaches höher als die Lebensdauer von den bislang verwendeten Lichtquellen, so daß die Leuchtdiode auch fest in der Vorrichtung montiert werden kann, da ein Austausch während der Gesamtbetriebsdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr unwahrscheinlich ist.
Die Leuchtdiode hat überdies im Vergleich zu beispielsweise Halogenlampen, die im Stand der Technik häufig zum Bestrahlen von Wasserfontänen verwendet werden, extrem kurze Schaltzeiten, so daß z. B. auch blinkende Flüssigkeitsstrahlen erzeugt werden könnten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt der Flüssigkeitskanal ein Düsenelement. Mit anderen Worten weist er zumindest zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt auf, wobei der Abschnitt mit kleinerem Durchmesser stromabwärts angeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann der Flüssigkeitsstrahl nicht nur illuminiert werden, sondern zugleich auch noch entsprechend beschleunigt werden, so daß die Reichweite des illuminierten Flüssigkeitsstrahls zunimmt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher in nahezu alle bereits bestehenden wasserstrahlerzeugenden Einrichtungen installiert werden, indem die bereits bestehende Düse gegen die erfindungsgemäße Vorrichtung in Düsenform ausgetauscht wird.
Mit Vorteil weist die Vorrichtung eine Verbindungseinrichtung für die Verbindung mit einer Flüssigkeitszufuhr auf. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise eine Innen- oder ein Außengewinde sein; es ist aber auch jede andere Art von Befestigung möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit an praktisch allen Flüssigkeitszufuhren, wie z.B. Wasserhähnen, Schläuchen, Rohren usw. befestigt werden. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann beispielsweise jeder Heimgärtner den Wasserstrahl, der von seinem Gartenschlauch erzeugt wird, auf einfache Weise illuminieren. Es muß dazu lediglich die erfindungsgemäße Vorrichtung an dem Ausgangsende des Schlauchs befestigt werden. Ebenso ist es möglich, bereits vorhandene Wasserspiele mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auszurüsten, um die erzeugten Wasserfontä- nen zu illuminieren.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Vorrichtung die Form einer Schlauchtülle. Dabei ist an dem stromabwärtigen Ende ein im wesentlichen zylinderförmiger Auslaß vorgesehen, während an dem gegenüberliegenden Ende der Vorrichtung beispielsweise ein Außen- gewinde, ein Innengewinde oder eine andere Einrichtung zur Befestigung der Vorrichtung vorgesehen ist. Mit Vorteil übernimmt die Schlauchtülle die Funktion der Düse. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie sehr kompakt ist.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform verlaufen die Stromzuführungskabel der Leuchtdiode durch die Seitenwand des Flüssigkeitskanals. Durch diese Maßnahme wird die erfindungsgemäße Erzeugungsvorrichtung deutlich kompakter ausgeführt und ist leichter zu handhaben, da keine störenden Anschlußkabel innerhalb des Flüssigkeitskanals verlegt und mit entsprechenden Anschlüssen verbunden werden müssen. Insbesondere ist es so auch möglich, die Illuminationsvorrichtung nur bei Bedarf zu installieren. Der Installationsaufwand ist bei dieser Ausführungsform der- art gering, daß beispielsweise Künstler in Städten leicht an fast jedem beliebigem Brunnen eine Kunstperformance installieren können.
Es ist insbesondere möglich, die Leuchtdiode ohne zusätzliche Isolierung mit den Anschlußkabeln zu verbinden, da die Betriebsspannung der Leuchtdiode sehr gering ist.
In letzter Zeit nimmt die Anzahl von sogenannten Spaß- und Freizeitbädern stark zu. Diese Bäder haben meist eine Vielzahl von Geräten, die Wasserfontänen erzeugen. Zweck dieser Geräte kann beispielsweise die Bereitstellung von Trinkwasser, die Bereitstellung von Massagestrahlen oder ein- fach die Erzielung eines optischen Effektes sein. In allen Fällen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach eingesetzt werden; und zwar selbst bei bereits fertig installierten Geräten. Aufwendige Konstruktionen oder Abschirmungen der Versorgungsspannung sind nicht notwendig.
In einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform sind mindestens zwei Leuchtdioden mit unter- schiedlichen Emissionsfrequenzen vorgesehen. Je nach Wunsch kann dann entweder die eine oder die andere oder sogar beide Leuchtdioden betrieben werden, um den Flüssigkeitsstrahl zu illuminieren. Es ist daher möglich, eine Illumination mit wechselnden Farben zur Verfügung zu stellen. Selbstverständlich kann man aber auch mehrere Illuminationsvorrichtungen mit unterschiedlichen Emissionsfrequenzen nebeneinander verwenden.
Es ist auch möglich, eine spezielle LED zu verwenden, die in der Lage ist, je nach Ansteuerung, unterschiedliche Lichtfrequenzen abzustrahlen.
Dies ist mit den Systemen des Standes der Technik praktisch nicht möglich, da hier entsprechende Farbfilter zum Einsatz kommen müssen, die mechanisch in bzw. aus dem Lichtkegel der Lichtquelle bewegt werden müssen. Ein schnelles Umschalten von einer Frequenz auf eine andere Frequenz ist völlig ausgeschlossen.
Insbesondere dann, wenn mehr als eine Leuchtdiode in dem Flüssigkeitskanal angeordnet sind bzw. Licht in den Flüssigkeitskanal emittieren, ist es nicht immer gewährleistet, daß das gesamte emittierte Licht auch den Flüssigkeitskanal in stromabwärtiger Richtung verläßt. Daher ist bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Abschnitt der Innenwand des Kanals verspiegelt. Dies hat zur Folge, daß, selbst wenn eine Leuchtdiode nicht exakt ausgerichtet ist, so daß der emittierte Lichtstrahl nicht exakt koaxial zu dem Flüssigkeitskanal verläuft, er dennoch an den Seitenwänden des Flüssigkeitskanals reflektiert wird, so daß er trotzdem an der stromabwärtigen Seite des Flüssigkeitskanals aus der Vorrichtung austreten kann und dann innerhalb des Flüssigkeitsstrahls entsprechend reflektiert wird.
Es versteht sich, daß es auch möglich ist, ein Spiegelelement in dem Flüssigkeitskanal derart anzu- ordnen, daß das emittierte Licht entsprechend ausgerichtet wird. Dabei muß das Spiegelelement nicht notwendigerweise ein getrenntes Element sein, daß in dem Flüssigkeitskanal angeordnet ist, sondern kann beispielsweise auch einfach durch entsprechende Formung bzw. Ausrichtung einer verspiegelten Wand des Flüssigkeitskanals realisiert werden. '
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Leuchtdiode in etwa auf der Längsachse des Flüssigkeitskanals angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß ohne aufwendige Justierarbeiten die Abstrahlung der Leuchtdiode in Richtung des stromabwärtigen Ausgangs des Flüssigkeitskanals erfolgt.
In einer anderen besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß mehrere Leuchtdioden in etwa symmetrisch zur Längsachse des Flüssigkeitskanals angeordnet sind. Mit anderen Worten, die Leuchtdioden sind im wesentlichen konzentrisch um die Längsachse des Flüssigkeitskanals angeordnet.
Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß der Flüssigkeitsstrahl zwar mit unterschiedlichen Farben entsprechend den unterschiedlichen Leuchtdioden illuminiert werden kann, daß aber die Illuminierung durch die einzelnen Leuchtdioden in etwa die gleiche Intensität hat, da bei allen Leuchtdioden in etwa die gleiche Energiemenge vor dem Austritt des Lichtstrahls aus dem stromabwärtigen Ende des Flüssigkeitskanals absorbiert wird.
Mit Vorteil ist eine Steuereinrichtung für die Leuchtdiode vorgesehen. Mit Hilfe der Steuereinrichtung kann die Leuchtdiode nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden. Zudem ist es möglich, die Intensität der Leuchtdiode mit Hilfe der Steuereinrichtung einzustellen. Insbesondere dann, wenn mehrere Leuchtdioden mit verschiedenen Emissionsfrequenzen vorgesehen sind, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Steuereinrichtung dafür ausgelegt, Farbe und/oder Intensität der Illuminierung des Flüssigkeitsstrahls zu steuern. Mit Hilfe der Steuereinrichtung ist es nun leicht möglich, die Farbe und die Intensität der Beleuchtung des Flüssigkeitsstrahls zu variieren, je nach persönlichen Vorlieben. So ist es beispielsweise möglich, die Farben in einer zufälligen oder festen Reihenfolge in festen oder ebenfalls zufälligen Zeitintervallen zu verändern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Steuereinrichtung ein Lichtorgelmodul auf. So ist es möglich, die erfindungsgemäße Erzeugungseinrichtung mit einer Musikanlage zu koppeln, so daß sich die Farbe und/oder Intensität des illuminierten Flüssigkeitsstrahls entsprechend dem Rhythmus der auf der Musikanlage abgespielten Musik verändert.
Die erfindungsgemäße lllumlnierungseinrichtung ist dadurch vielfältig und flexibel einsetzbar. So ist es beispielsweise denkbar, daß zumindest Teile der Lichtanlage von Diskotheken oder Bars und Restaurants mit der vorliegenden Erfindung ergänzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Figur 1 ist eine erste einfache Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Einrichtung zur Erzeugung eines illuminierten Wasserstrahls hat hier die Form einer Schlauchtülle, mit einem Flüssigkeitskanal 4, 8. Der Flüssigkeitskanal 4, 8 ist düsenförmig ausgebildet, das heißt er hat einen Abschnitt 4 mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt 8 mit kleinerem Durchmesser. Wird nun Flüssigkeit von dem Abschnitt mit größerem Durchmesser 4 in den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 8 geleitet, so erhöht sich die Geschwindigkeit des durch den Flüssigkeitskanal 4, 8 geleiteten Flüssigkeit.
Innerhalb des Flüssigkeitskanals 4, 8 ist eine Leuchtdiode 2 angeordnet. Sie ist hier exakt auf der Längsachse des Flüssigkeitskanals 4, 10 positioniert und vorzugsweise so ausgerichtet, daß die emittierten Lichtstrahlen auf der Mittelachse liegen. Die Erzeugungseinrichtung weist bei der gezeigten Ausführungsform an ihrem einen Ende 5 ein Außengewinde 6 auf, mit dem die Einrichtung in übliche Anschlüsse mit Innengewinde verbunden werden kann. Die elektrischen Anschlüsse 3 der Leuchtdiode 2 verlaufen hier durch die Seitenwand 5 des Flüssigkeitskanals 4, 8.
In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hier ist die Leuchtdiode 2 nicht entlang der Längsachse des Flüssigkeitskanals 4 angeordnet, sondern in einer Ausnehmung der Seitenwand 5 des Flüssigkeitskanals 4. Dabei sind die Stromzuführungskabel 3 außerhalb des Flüssigkeitskanals angeordnet. Die Leuchtdiode 2 wird mit einer Überwurfmutter 14 am Flüssigkeitskanal 4 befestigt. Dadurch ist es bei einem Defekt sehr einfach möglich, die Leuchtdiode 2 auszutauschen.
Um den von der Leuchtdiode 2 emittierten Lichtstrahl in den Flüssigkeitsstrahl einzukoppeln, ist ein Spiegel 9 vorgesehen, der hier in einem Winkel von 45° zu der Längsachse 10 des Flüssigkeitskanals 4 angeordnet ist. Die Vorrichtung ist hier als T-förmiges Zwischenstück ausgebildet, so daß sie einfach in bestehende Brunnenanlagen integriert werden kann.
Eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform ist in Figur 3 gezeigt. Hier sind mehrere Leuchtdioden 2 (in der Schnittzeichnung der Figur 3 sind lediglich zwei Leuchtdioden zu erkennen) in etwa symmetrisch um die Längsachse 10 des Flüssigkeitskanals 4 angeordnet. Bei dieser Ausführungs- form ist der Flüssigkeitskanal 4 wieder düsenartig ausgebildet, das heißt er hat mindestens zwei Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser. Die beiden Leuchtdioden 2 sind auch hier nicht parallel zu der Längsachse 10 des Flüssigkeitskanals 4 ausgerichtet. Um dennoch zu gewährleisten, daß das von den Leuchtdioden 2 ausgegebene Lichtsignal 11 in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt wird, hat hier die Innenwand 7 des Flüssigkeitskanals 4 an dem Punkt 12 einen verspiegelten Be-
reich, so daß der Lichtstrahl 11 an der Wand 7 reflektiert wird und in den Flüssigkeitsstrahl gelenkt wird.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform hat zur Befestigung einen Flansch 13 vorgesehen. Es ver- steht sich jedoch, daß auch alle anderen Arten von Befestigungen verwendet werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sogar bereits bestehende Brunnen und Fontäneneinrichtungen umzurüsten, so daß die einzelnen von diesen Vorrichtungen erzeugten Flüssigkeitsstrahlen leicht illuminiert werden können. Durch die extrem hohe Lebensdauer der Leuchtdioden ist die Vorrichtung sehr wartungsarm. Sollte die Leuchtdiode dennoch einmal ausfallen, so kann die Vorrichtung leicht als Ganzes getauscht werden. Die einfache Führung der Stromzuführung durch die Seitenwand des Flüssigkeitskanals 4 erlaubt eine einfache und zügige Auswechslung der Vorrichtung.
Auch wenn die vorliegende Erfindung am Beispiel von Wasserstrahlen beschrieben worden sind, so versteht es sich, daß die Erfindung prinzipiell auch bei allen anderen Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. Sie kann sogar im Prinzip bei Gasen eingesetzt werden. Wesentlich ist lediglich, daß das durch den Flüssigkeitskanal tretende Fluid optisch dichter als die Umgebung ist, in die das Fluid geleitet wird. Auch sollte die Strömung des erzeugten Strahles möglichst wenig turbulent, vorzugs- weise nahezu laminar sein, so daß möglichst wenig Licht aus dem Strahl austreten kann und somit der Strahl entlang einer entsprechend großen Länge illuminiert werden kann.