Beleuchtungssystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem mit mindestens einem LED-Panel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Leuchtdioden, Licht emittierende Dioden oder LEDs bezeichnete Leuchtmittel bieten die Möglichkeit, flache und über die Fläche homogen Licht abstrahlende Scheinwerfer herzustellen, die in größeren Bauformen als Flächenleuchten mit den Bezeichnungen „Softlight", „Filllight" oder Aufheller in allen Bereichen der professionellen Beleuchtung, als Portrait-Leuchten in unmittelbarer Umgebung einer Laufbild- oder Videokamera, in engen Räumen, wie beispielsweise Fahrzeugen und Treppenhäusern, und zum Aufbau von Leuchtwänden bei der Event- und Bühnenbeleuchtung eingesetzt werden können.
Aus der EP 0 921 568 A2 ist eine Beleuchtungseinrichtung bekannt, bei der mehrere LED-Chips, die monochromatisches Licht unterschiedlicher Farbe abgeben, in Vertiefungen eines dreidimensionalen Trägers mit rechteckigem Querschnitt eingesetzt, elektrisch mit Leiterbahnen verbunden und mit einem transparenten Kunststoff versiegelt werden. In Abstrahlrichtung der LED-Chips ist eine aus Mikrolinsen zur Lichtsteuerung bestehende Diffusorplatte aus transparentem Kunststoff mit dem dreidimensionalen Träger verbunden. Die matrixförmige Kombination mehrerer in den Vertiefungen des Trägers angeordneter Module mit LEDs, die monochromatisches rotes, grünes, blaues und gelbes Licht bei unterschiedlicher Farbmischung und Lichtstreuung abstrahlen, führt zu einer Beleuchtungseinrichtung mit einstellbarer Lichtfarbe und Lichtstreuung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem mit Leuchtdioden (LEDs) anzugeben, das Licht mit veränderbarer Färb-, Helligkeits- und Strahlungscharakteristik abgibt und modular beliebig konfigurierbar und erweiterbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein Beleuchtungssystem mit Leuchtdioden bereit, das Licht mit veränderbarer Färb-, Helligkeits- und Strahlungscharakteristik abgibt und modular beliebig konfigurierbar und erweiterbar ist. Die modulare Konfiguration des Be- leuchtungssystems mit Leuchtdioden ermöglicht wahlweise einen kompakten oder einen großflächigen Aufbau für einen LED-Scheinwerfer oder eine LED-Flächenleuchte in Verbindung mit einer geeigneten Optik zur Bündelung oder Aufweitung der von den LEDs abgegebenen Lichtstrahlen sowie zum Verbinden mit dezentralen, den einzelnen LED- Panels zuzuordnenden Steuereinrichtungen und/oder einer zentralen, einer Vielzahl miteinander verbundener LED-Panels zugeordneten Steuereinrichtung zur Einstellung von Parametern wie Lichtfarbe, Farbtemperatur und Farbart sowie Helligkeit des von den Leuchtmodulen des LED-Panels abgegebenen Lichts.
Das Beleuchtungssystem weist mindestens ein LED-Panel, vorzugsweise aber mehrere zumindest mechanisch, vorzugsweise aber elektrisch und mechanisch miteinander verbundene LED-Panels auf, die einen polygonalen, vorzugsweise rechteckförmigen Gehäuserahmen mit einer oder mehreren Verbindungsstrukturen entweder nur zum mechanischen Ankoppeln oder zum mechanischen Ankoppeln und elektrischen Verbinden mit gleichartigen LED-Panels, eine in den Gehäuserahmen integrierten Platine zur Auf- nähme der Leuchtmodule und eine an der Oberseite des Gehäuserahmens angeordnete Aufnahme für eine optische Einrichtung aufweisen. Die einzelnen, in das LED-Panel integrierten Leuchtmodule weisen die zu einer Lichtquelle zusammengefassten, Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgebenden LEDs, eine Modulelektronik zur Ansteuerung der LEDs, einen Modulträger zur Aufnahme der LEDs und der Modulelektronik so- wie einen die LEDs aufnehmenden und mit dem Modulträger verbundenen Kühlkörper auf.
Durch eine Erweiterung des Leuchtmoduls mit einem oder mehreren Temperatur- und/ oder Farbsensoren, die zusammen mit den LEDs in kompakter Form auf einer mit dem Modulträger verbundenen Leiterplatte angeordnet sind, ist eine autarke elektrische Ansteuerung und Regelung der aus den LEDs gebildeten Lichtquelle mittels der einen Microcontroller aufweisenden Modulelektronik möglich.
In weiterer Ausgestaltung kann eine Optik zur Lichtmischung und/oder Strahlformung an das Leuchtmodul angekoppelt werden. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Leucht-
modulen, deren Modulelektronik mit einer übergeordneten Steuer- oder Regeleinrichtung verbunden wird, kann eine Steuer- und regelbare Lichtquelle für ein Beleuchtungsgerät hergestellt werden, die mit weiteren optischen Einrichtungen zur Strahlformung verbunden werden kann.
Durch Auswahl und Zusammensetzung der Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgebenden LEDs und deren Anordnung auf der Platine der Lichtquelle sowie durch eine entsprechende Ansteuerung der LEDs durch die Modulelektronik kann das Leuchtmodul eine Lichtmischung abgeben, deren Parameter wie Lichtfarbe, Farbtemperatur und Farbart neben der Helligkeit des vom Leuchtmodul abgegebenen Lichts einstellbar sind.
Mit einer individuellen Ansteuerung von Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgebenden LEDs oder Gruppen von jeweils Licht gleicher Wellenlänge abgebenden LEDs durch die Modulelektronik ist eine gezielte und von der Temperatur unabhängige Ein- Stellung der Lichtmischung aus dem von den verschiedenfarbigen LEDs abgegebenen Licht gewährleistet.
Die mit einem Mikrocontroller ausgestattete Modulelektronik ermöglicht es, das Steuerprogramm zur Ansteuerung der LEDs zu variieren oder das Leuchtmodul mit einem ü- bergeordneten, externen, d.h. vom Leuchtmodul getrennten Controller zu verbinden, so dass die Modulelektronik des Leuchtmoduls die gesamte Steuerung und gegebenenfalls Regelung des autarken Leuchtmoduls vornimmt und damit den externen Controller entlastet.
Vorzugsweise steuert die Modulelektronik die LEDs in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Leistung des Leuchtmoduls und/oder der Helligkeit und/oder der Farbe der von dem Leuchtmodul abgegebenen Lichtmischung derart an, dass die aus den Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgebenden LEDs zusammengesetzte Helligkeit, Farbe und Farbart der Lichtmischung konstant ist, was eine lokale Temperaturkompensation und ein autarkes Leuchtmodul ohne die Notwendigkeit oder Inanspruchnahme einer externen Steuer- und Regeleinrichtung ermöglicht.
Die Unterseite des Gehäuserahmens ist als Kühlkörperfläche mit Kühlrippen ausgebildet, in die mindestens eine Aufnahme für ein formschlüssig einsetzbares Verbindungs-
element, insbesondere für einen mit einem Trägerelement wie einem Stativ, einem Rig oder dergleichen, verbindbaren Zapfen integriert ist.
Die mit Kühlrippen versehene Kühlköperfläche an der Unterseite des Gehäuserahmens ist gut wärmeleitend mit den die LEDs der Leuchtmodule aufnehmenden Kühlkörpern verbunden, so dass die von den LEDs abgegebene Wärme optimal über die Kühlrippen der Kühlkörperfläche abgeleitet wird und dadurch Leuchtmodule mit großer Leistung eingesetzt werden können. Durch die Integration von Aufnahmen für ein formschlüssig einsetzbares Verbindungselement in die Kühlkörperfläche sind ein kompakter Aufbau der LED-Panele sowie deren sichere Verbindung mit einem Trägerelement wie einem
Stativ oder einem Rig gewährleistet.
Die in dem Gehäuserahmen des LED-Panels angeordnete Platine weist Öffnungen und Befestigungsvorrichtungen für die Leuchtmodule, eine Stromversorgungseinrichtung und Interface-Elektronik für die Leuchtmodule, einen Mikroprozessor für farbmetrische Berechnungen und eine Konvektions-Temperaturkompensation sowie an Seitenrändern der Platine angeordnete und senkrecht zur Platine ausgerichtete Steckverbinder mit einer Verbindungsstruktur zum formschlüssigen mechanischen Ankoppeln und zur elektrisch leitenden Verbindung auf. Die Platine dient somit als Träger sowohl für die einzel- nen Leuchtmodule des LED-Panels als auch für die Stromversorgungseinrichtung und Interface-Elektronik zur elektrischen Kopplung der Leuchtmodule mit einem ebenfalls auf der Platine angeordneten Mikroprozessor. Über die an den Seitenrändern der Platine angeordneten Eingangs- und Ausgangs-Steckverbinder kann das LED-Panel mit weiteren LED-Panels, mit einem dezentralen, dem LED-Panel oder einer Gruppe mit- einander verbundener LED-Panels zugeordneten Steuerelement und/oder mit einer eine Vielzahl von LED-Panels ansteuernden zentralen Leistungssteuereinheit verbunden werden.
Die rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, Leuchtmodule sind in einer matrix- förmigen Gitterstruktur mit mehreren Reihen und Spalten mit der Platine verbunden, wobei die mit den Modulträgern der Leuchtmodule verbundenen Kühlkörper in Öffnungen der Platine einsetzbar und gut Wärme leitend mit der an der Unterseite des LED- Panels angeordneten Kühlkörperfläche verbunden sind, so dass eine optimale Wärmeübertragung von den LEDs zur Kühlkörperfläche gewährleistet ist und dadurch die Lichtleistung der LEDs voll ausgeschöpft werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung weist das LED-Panel einen rechteckförmigen Gehäuserahmen auf, dessen Oberseite mit einer optischen Einrichtung verbunden werden kann, die den Leuchtmodulen zugeordnete Optiken und/oder eine sämtlichen Leucht- modulen gemeinsame Optik aufweist.
Zur Erweiterung des Beleuchtungssystems sind die LED-Panels zumindest an den Schmalseiten ihres rechteckförmigen Gehäuserahmens formschlüssig miteinander verbindbar und mehrere in Reihen miteinander verbundene LED-Panels über Querverbin- der mechanisch und/oder elektrisch miteinander koppelbar.
Für einen autonomen, von einer externen Stromversorgung unabhängigen Betrieb kann ein an die Verbindungsstruktur mindestens eines LED-Panels ankoppelbarer, vorzugsweise der Bauform des LED-Panels angepasster Akkumulator vorgesehen werden, der das mit ihm verbundene LED-Panel oder mehrere mit diesem LED-Panel mechanisch und elektrisch gekoppelte LED-Panels speist.
Zur individuellen Ansteuerung oder Einstellung von Lichtparametern der Leuchtmodule eines LED-Panels ist ein an die Verbindungsstruktur des LED-Panels ansteckbares und mit der Modulelektronik der Leuchtmodule des LED-Panels elektrisch verbindbares Steuerelement vorgesehen, das nach der Eingabe von Daten bzw. Einstellung der Parameter wieder von dem LED-Panel getrennt werden kann. Dadurch ist unter anderem eine Feinjustierung der LED-Panels zur Abgabe von Licht mit einer gewünschten Lichtfarbe und Helligkeit und/oder zur unterschiedlichen Einstellung der LED-Panels zur Er- zeugung von Lichteffekten möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Steuerelement einen Stufenschalter, mit dem eine Anzahl von vorprogrammierten Lichteinstelllungen, sog. Presets, eingestellt werden kann. Dadurch ist es z.B. möglich, dass sich der Anwender vor dem Ein- satz des LED-Panels am Drehort oder im Studio bestimmte, häufig genutzte Einstellungen vorprogrammiert und später bei Bedarf wieder schnell abrufen kann, ohne dass die LED-Panels dafür an komplexere, größere und schwere Bediengeräte, wie z.B. DMX- Konsolen oder Computer angeschlossen werden müssen. Das ist insbesondere von Vorteil, wenn es sich um Filmaufnahmen an engen Drehorten handelt, bei denen ggf. noch ein hoher Zeitdruck besteht. Weiterhin besitzt das Steuerelement noch einen HeI-
ligkeitsregler und einen Ein-/Ausschalter. Jede Einstellung am Steuerelement wirkt sich auf alle elektrisch nachgeschalteten LED-Panels gleichermaßen aus, so dass auch größere Zusammenstellungen von LED-Panels mit dem Steuerelement schnell und einfach bedient werden können.
Weiterhin kann zur Stromversorgung und Datenübertragung ein Stecker an die Verbindungsstruktur mindestens eines der LED-Panele angesteckt werden, der über ein Kabel zur Stromversorgung und Datenübertragung mit einem weiteren LED-Panel oder mit einer zentralen Leistungssteuereinheit verbunden wird, so dass größere Beleuchtungs- einheiten aus einer Vielzahl von LED-Panels elektrisch miteinander verbunden werden können.
Die Verbindungsstruktur ist zur mechanischen Verbindung der LED-Panels, Querverbinder oder Steckverbinder bevorzugt als Gleitschienenverbindung nach Art einer Schwal- benschwanzverbindung, einer Verbindung eines geschlitzten Kastenprofils mit einem T- Profil oder dergleichen mit einem endseitigen Anschlag ausgebildet und weist zur elektrischen Verbindung der LED-Panele, Querverbinder oder Steckverbinder Federkontaktstifte und Flachkontakte auf.
Die ein einzelnes LED-Panel oder eine Vielzahl von LED-Panels ansteuernde zentrale Leistungssteuereinheit besteht vorzugsweise aus einer Stromversorgungs- und Andockstation mit mindestens einem Anschluss zur Aufnahme einer Stromversorgungs- und Datenübertragungsleitung zu mindestens einem LED-Panel und aus einem mit der Stromversorgungs- und Andockstation verbundenen oder verbindbaren Steuergerät, das eine drahtlose und/oder drahtgebundene Verbindung zur Stromversorgungs- und Andockstation aufweist und über eine Steckaufnahme mit der Stromversorgungs- und Andockstation verbindbar ist, so dass eine Bedienung des Steuergeräts sowohl an der Stromversorgungs- und Andockstation als auch getrennt von der Stromversorgungsund Andockstation möglich ist und damit eine komfortable Bedienung bei beispielsweise in größerer Höhe angeordneten LED-Panels gewährleistet ist.
Soll das LED-Panel nur in einer vorprogrammierten Einstellung Licht abgeben, so kann anstelle einer Stromversorgungs- und Andockstation und eines Steuergeräts auch ein so genannter „Power- Adapter" an das LED-Panel oder eine LED-Panel-Gruppe' ange-
schlössen werden, der nur eine Buchse für die Stromzufuhr zum LED-Panel bzw. der LED-Panel-Gruppe V aufweist.
In einer alternativen Ausführungsform entfällt die Stromversorgungs- und Andockstation und das Steuergerät übernimmt alle Steuerfunktionen. In dieser Ausführungsform wird auf jedes LED-Panel bzw. jede LED-Panel Gruppe ein Datenfunkmodul aufgesteckt, das direkt mit dem Steuergerät kommuniziert, wobei dem jeweiligen Funkmodel bzw. LED-Panel oder jeder LED-Panel-Gruppe nur noch Strom aus einem Netzteil oder einem Akku zugeführt wird und die Datenübertragung über Funk erfolgt.
Wird eine Ansteuerung über DMX 512, über einen Personal Computer oder über eine serielle Schnittstelle gewünscht, dann übernimmt das Steuergerät weiterhin die Kommunikation, wobei dann ein so genannter Systemverteiler an das Steuergerät angeschlossen wird, der die hierfür erforderlichen Steckverbinder und Signalkonverter ent- hält.
Die Funkmodule können auf verschiedene (Hardware-) Kanäle, das heißt auf verschiedene Frequenzen und (Software-) Adressen eingestellt werden, so dass entweder mehrere LED-Panels bzw. LED-Panel-Gruppen gleichzeitig auf dem gleichen Kanal ange- steuert werden oder jedes LED-Panel bzw. jede LED-Panel-Gruppe auf einem eigenen Kanal betrieben wird.
Die Aufnahmeeinrichtung der LED-Panels für die zur Lichtformung vorgesehene optische Einrichtung kann aus einer am oberen Rand des Rahmens angeordneten Steck- Verbindung, einer Nut- und Federverbindung oder aus einer Magnetvorrichtung bestehen, die mit der Platine einerseits und mit der optischen Einrichtung andererseits verbunden ist und ein sicheres Verbinden und Lösen der optischen Einrichtung mit und vom LED-Panel ermöglicht.
Das LED-Panel ist auf seiner Licht abstrahlenden Seite entweder durch eine entspiegelte Glasscheibe abgedeckt oder weist auf seiner Licht abstrahlenden Seite eine durchgehende Kunststoffabdeckung auf, in der nur die Öffnungen für die Licht abgebenden LEDs frei bleiben. Diese Öffnungen können wiederum mit einzelnen, vorzugsweise entspiegelten Glasscheiben abgedeckt werden.
Der Vorteil der durchgehenden Kunststoffabdeckung mit Öffnungen für die LEDs besteht in der gegenüber einer großen Glasplatte, die empfindlich gegenüber Verspannungen und Stoßbelastungen ist, größeren Festigkeit sowie in der Möglichkeit, ein Abschirmblech über den einzelnen LEDs unterhalb der Kunststoffabdeckung zu befesti- gen, so dass die Störempfindlichkeit und Aussendung von Störsignalen wirkungsvoll reduziert werden kann.
Der rechteckförmige Gehäuserahmen des LED-Panels ist vorzugsweise als Kunststoffrahmen ausgebildet, der teilweise über die Kühlkörperfläche hinausragt, so dass das LED-Panel nicht an der heißen Kühlkörperfläche angefasst werden muss, sondern an der deutlich kühleren Kunststofffläche gegriffen werden kann.
Die optische Einrichtung kann als Soft-Optik mit einem Array aus von den einzelnen Leuchtmodulen der LED-Paneele zugeordneten, insbesondere als kegelförmigen Spie- gel oder Parabolspiegel ausgebildete Reflektoren mit einer zentralen Öffnung bestehen, die das von den LEDs der Leuchtmodule abgestrahlte Licht in einen Voll-Lichtleiter ein- koppeln. Der Lichtleiter dient zum Durchmischen des eingestrahlten farbigen Lichts und besteht vorzugsweise aus Polymethylacrylat (PMMA) oder Polycarboat (PC). Er besitzt vorzugsweise an der Oberseite eine definierte Rauhigkeit oder vorzugsweise regelmä- ßige Strukturen, wie z.B. in einem Winkel von 120° eingefräste dreieckige Rillen, um an dieser Stelle die Totalreflexion zurück in den Lichtleiter zu verhindern und den Ausritt der Lichtstrahlen nach oben zu erleichtern.
Zur Steigerung der Helligkeit und zur Verbesserung der Lichtmischung ist der VoII- Lichtleiter auf der Unterseite und auf den Seiten mit einer hoch reflektierenden Abdeckung oder Beschichtung umgeben, die vorzugsweise als Reflektorblech ausgeführt ist, das gleichzeitig als mechanisch stabiler Rahmen für die Soft-Optik dient. Um eine vollständig homogen abstrahlende Leuchtfläche zu erreichen, ist außerdem in einem geringen Abstand von der beschriebenen Anordnung eine diffuse Platte oder Folie befestigt, welche das vom Voll-Lichtleiter und von den seitlichen Reflektorblechen abgestrahlte Licht wieder aufsammelt, weiter durchmischt und als sekundäre Quelle gleichmäßig wieder abstrahlt. Mit der beschriebenen Anordnung ist es möglich, bei einer vergleichsweise geringen Bauhöhe eine vollständige Durchmischung des Lichts von den einzelnen Leuchtmodulen zu erreichen.
Bei gleichartiger Lichtabstrahlung der einzelnen LEDs des LED-Panels kann bei der Soft-Optik auf die lichtstreuende Platte mit den darin vorgesehenen Öffnungen und den darin eingesetzten Reflektoren verzichtet werden, da in diesem Falle eine Mischung des von den LEDs abgegebenen Lichts in der Soft-Optik nicht mehr erforderlich ist. Die Soft- Optik besteht in diesem Falle vorzugsweise nur noch aus dem hochverspiegelten Kunststoff- oder Blechgehäuse und der diffus abstrahlenden Platte, die insbesondere mittels innen auf den Boden des Blechgehäuses aufgeklebter Magnete am LED-Panel befestigt wird.
Alternativ kann die optische Einrichtung als Spot-Optik ausgebildet sein und in einem Linsenrahmen angeordnete, den einzelnen Leuchtmodulen zugeordnete Linsensysteme aufweisen, die insbesondere aus TIR-Linsen mit aufgesetzten Wabenkondensoren bestehen. Die Softoptik bzw. die Spot-Optik können ihrerseits Magnete aufweisen, auf denen wei- teres optisches Zubehör wie beispielsweise Streufolien, Streuplatten, Richtgitter oder dergleichen, befestigt werden können.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll der Aufbau und die Funktion des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Übersichtsdiagramme von zwei verschiedenen Ausführungsformen eines Beleuchtungssystems mit einem LED-Panel und mehreren zu einer Gruppe zusammengefassten LED-Panels;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines LED-Panels mit acht Leuchtmodulen;
Fig. 4 eine Draufsicht auf das LED-Panel gemäß Fig. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht des LED-Panel gemäß Fig. 3;
Fig. 6 eine Unterseitenansicht des LED-Panel gemäß Fig. 3;
Fig. 7 eine isometrische Ansicht eines Leuchtmoduls mit mehreren, eine Lichtquelle bildenden LEDs;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Platine des LED-Panels ohne Bestückung;
Fig. 9 eine isometrische Ansicht der Platine eines LED-Panels von der Ober- seite mit acht Leuchtmodulen, elektronischen Bauteilen und seitlichen
Steckverbindern;
Fig. 10 eine isometrische Ansicht der Unterseite der bestückten Platine des
LED-Panels gemäß Fig. 9;
Fig. 1 1 eine Frontansicht des LED-Panels mit einem Eingangs-Steckverbinder;
Fig. 12 eine isometrische Ansicht eines Eingangs-Steckverbinders mit Flachkontakten;
Fig. 13 eine Rückansicht des LED-Panels mit einem Ausgangs-Steckverbinder;
Fig. 14 eine isometrische Ansicht eines Ausgangs-Steckverbinders;
Fig. 15 und 16 isometrische Ansichten eines LED-Panels mit einer Spot-Optik;
Fig. 17 eine Seitenansicht der Spot-Optik gemäß den Fig. 15 und 16 ohne Optik-Gehäuse;
Fig. 18 einen Schnitt durch eine TIR-Linse der Spot-Optik;
Fig. 19 eine isometrische Explosionsdarstellung einer Soft-Optik;
Fig. 20 einen Längsschnitt durch die Soft-Optik gemäß Fig. 19;
Fig. 21 eine isometrische Ansicht eines Akkumulators mit Ladeschaltung für ein LED-Panel;
Fig. 22 bis 24 eine isometrische Ansicht, eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf ein dezentrales Steuerelement zum Anstecken an ein LED-Panel;
Fig. 25 und 26 eine isometrische Ansicht und eine Rückansicht einer Stromversor- gungs- und Andockstation einer zentralen Leistungssteuereinheit;
Fig. 27 und 28 eine isometrische Ansicht und eine Frontansicht eines mit der Strom- versorgungs- und Andockstation elektrisch und/oder mechanisch verbindbaren Steuergeräts der zentralen Leistungssteuereinheit;
Fig. 29 eine isometrische Ansicht eines elektromechanischen Querverbinders zur Bildung größerer Leuchtflächen aus zwei oder mehreren LED-
Panels;
Fig. 30 eine perspektivische Darstellung eines Anschlusskabels zur Verbindung der zentralen Leistungssteuereinheit mit den Leuchtmodulen ei- nes LED-Panels;
Fig. 31 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungskabels zwischen zwei LED-Panelen;
Fig. 32 eine Draufsicht auf ein Datenfunkmodul zum Andocken an ein LED-
Panel;
Fig. 33 eine perspektivische Ansicht eines in der Ausführungsform des modula- ren Beleuchtungssystems gemäß Fig. 2 eingesetzten Systemverteilers;
Fig.34 eine perspektivische Darstellung eines in der Ausführungsform des modularen Beleuchtungssystems gemäß Fig. 2 als „Power-Adapter" eingesetzten, an ein LED-Panel andockbaren Akkumulators;
Fig. 35 eine isometrische Ansicht eines Folienhalters zum Befestigen von Dif- fusor- und Effektfolien vor einem oder mehreren LED-Panelen;
Fig. 36 einen isometrische Ansicht eines Stativzapfens zum Befestigen von
LED-Panels an Stativen und Halterungen und
Fig. 37 eine Seitenansicht des Stativzapfens gemäß Fig. 30 mit weggesetztem
Stativzapfen.
Die in Fig. 1 dargestellte Übersicht über die einzelnen Funktionselemente des erfin- dungsgemäßen modularen Beleuchtungssystems zeigt ein einzelnes LED-Panel 1 , in dem acht Leuchtmodule 2 mit einer aus Licht unterschiedlicher Wellenlänge und damit Farbe abgebenden LEDs zusammengesetzten Lichtquelle angeordnet sind. Das LED- Panel 1 bildet einen Leuchtkörper, der zusätzlich durch eine auf die Oberseite des LED- Panels 1 aufsetzbare Soft-Optik 3 oder Spot-Optik 4 für eine zusätzlich Lichtmischung des von den Licht unterschiedlicher Wellenlänge und damit Farbe abgebenden LEDs um eine gewünschte Strahlformung erweiterbar ist. Die LED-Panels 1 weisen seitliche elektromechanische Steckverbinder 13, 14 auf, über die mehrere LED-Panels 1 elektrisch und mechanisch zu einer LED-Panelreihe verbunden werden können. Über zusätzliche Querverbinder 9 können mehrere LED-Panelreihen zu einer LED-Panel-Gruppe V mit matrixförmiger Struktur zusammengefügt werden.
An ein einzelnes LED-Panel 1 bzw. an eine LED-Panel-Gruppe V kann ein einzelnes Steuerelement 7 zur dezentralen Ansteuerung des betreffenden LED-Panels 1 bzw. eine LED-Panel-Gruppe V angesteckt werden und ermöglicht eine individuelle Ansteue- rung oder Einstellung von Lichtparametern der Leuchtmodule des betreffenden LED- Panels 1 oder der LED-Panel-Gruppe V. Das Steuerelement 7 kann nach der Eingabe von Daten bzw. Einstellung der Parameter wieder von dem LED-Panel 1 getrennt werden.
Zur autonomen Stromversorgung kann ein einzelnes LED-Panel 1 oder eine LED-Panel- Gruppe V mit einem Akkumulator 10 verbunden werden, der vorzugsweise ebenfalls unmittelbar oder über ein Verbindungselement an das LED-Panel 1 bzw. die LED-Panel- Gruppe V ansteckbar ist.
Eine zentrale Leistungssteuereinheit 5, 6 dient zur Stromversorgung eines LED-Panels 1 bzw. einer LED-Panel-Gruppe V sowie zur Eingabe von Sollwerten zur Ansteuerung der Leuchtmodule 2 der einzelnen LED-Panels 1 und besteht aus einer Stromversor- gungs- und Andockstation 5 und einem Steuergerät 6, das an die Stromversorgungsund Andockstation 5 angesteckt oder über eine Funk- oder Leitungsverbindung getrennt von der Stromversorgungs- und Andockstation 5 bedient werden kann. Die Stromver-
sorgungs- und Andockstation 5 weist mehrere Buchsen auf, die über Anschlusskabel 8 eine elektrische Verbindung zur Stromversorgung und Ansteuerung des LED-Panels 1 bzw. der LED-Panel-Gruppe V herstellt.
In dieser Ausführungsform sind vorzugsweise alle LED-Panels 1 bzw. LED-Panel- Gruppen 1 ' sternförmig mit Strom- und Datenkabeln an die Stromversorgungs- und Andockstation 5 gekoppelt.
In einer in Fig. 2 dargestellten Übersicht über die einzelnen Funktionselemente des er- findungsgemäßen modularen Beleuchtungssystems entfällt in alternativer Ausführungsform die Stromversorgungs- und Andockstation 5 und das Steuergerät 6 übernimmt alle Steuerfunktionen. In dieser Ausführungsform wird auf jedes LED-Panel 1 bzw. jede LED-Panel Gruppe V ein Datenfunkmodul 18 aufgesteckt, das direkt mit dem Steuergerät 6 kommuniziert, wobei dem jeweiligen Datenfunkmodul 18 bzw. LED-Panel 1 oder jeder LED-Panel-Gruppe 1 ' nur noch Strom aus einem Netzteil oder einem Akku 10' zugeführt wird und die Datenübertragung über Funk erfolgt.
Wird eine Ansteuerung über DMX 512, über einen Personal Computer oder über eine serielle Schnittstelle gewünscht, dann übernimmt das Steuergerät 6 weiterhin die Kom- munikation, wobei ein so genannter Systemverteiler 9 an das Steuergerät 6 angeschlossen wird, der die hierfür erforderlichen Steckverbinder und Signalkonverter enthält.
Die Datenfunkmodule 18 können auf verschiedene (Hardware-) Kanäle, das heißt auf verschiedene Frequenzen und (Software-)Adressen eingestellt werden, so dass entweder mehrere LED-Panels 1 bzw. LED-Panel-Gruppen 1 ' gleichzeitig auf dem gleichen Kanal angesteuert werden oder jedes LED-Panel 1 bzw. jede LED-Panel-Gruppe V auf einem eigenen Kanal betrieben wird.
Soll das LED-Panel 1 oder die LED-Panel-Gruppe 1 ' nur in einer vorprogrammierten Einstellung Licht abgeben, so kann anstelle einer Stromversorgungs- und Andockstation 5 und eines Steuergeräts auch ein so genannter „Power- Adapter" 10' an das LED-Panel 1 oder eine LED-Panel-Gruppe 1 ' angeschlossen werden, der nur eine Buchse für die Stromzufuhr zum LED-Panel bzw. der LED-Panel-Gruppe 1 ' aufweist.
Bei Ausfall und Störung der Funkverbindung zwischen dem Steuergerät 6 und einem mit einem LED-Panel 1 oder einer LED-Panel-Gruppe V verbundenen Datenfunkmodul 18 kann eine Notverbindung über Kabel aufgebaut werden. Die Datenfunkmodule 18, das Steuergerät 6, das dezentrale Steuerelement 7 und der Power-Adapter besitzen des- halb eine Klinkenbuchse, in die ein Datenkabel eingesteckt werden kann. Über diese Verbindung kann auch bei Bedarf ein Software-Update (Download) durchgeführt werden.
Im Folgenden wird der Aufbau und die Funktion der einzelnen in den Fig. 1 und 2 sche- matisch dargestellten Funktionselemente des modularen Beleuchtungssystems und deren Zusammenwirken näher erläutert.
Fig. 3 zeigt eine isometrische Ansicht und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein LED-Panel 1 , das einen rechteckförmigen Gehäuserahmen 1 1 mit geschlossener, als Kühlkörperflä- che 15 mit Kühlrippen 151 ausgebildeter Unterseite aufweist, in das eine Platine 12 einsetzbar ist und das an den Schmalseiten mit der Platine 12 verbundene Eingangs- Steckverbinder 13 sowie Ausgangs-Steckverbinder 14 aufweist. Die Platine 12 ist mit acht identisch ausgebildeten Leuchtmodule 2 mechanisch und elektrisch verbunden. Zwischen den in zwei Reihen und acht Spalten angeordneten Leuchtmodulen 2 sind drei Befestigungsmagnete 16 angeordnet, die zur Befestigung einer auf den Gehäuserahmen 1 1 aufsetzbaren optischen Einrichtung in Form der Soft-Optik 3 bzw. der Spot- Optik 4 gemäß den Fig. 1 und 2 dienen.
Der rechteckförmige Gehäuserahmen 1 1 des LED-Panels 1 ist vorzugsweise als Kunst- stoffrahmen ausgebildet, der teilweise über die Kühlkörperfläche 15 hinausragt, so dass das LED-Panel 1 nicht an der heißen Kühlkörperfläche 15 angefasste werden muss, sondern an der deutlich kühleren Kunststofffläche gegriffen werden kann.
Die Softoptik 3 bzw. die Spot- Optik 4 können ihrerseits Magnete aufweisen, auf denen weiteres optisches Zubehör wie beispielsweise Streufolien, Streuplatten, Richtgitter oder dergleichen, befestigt werden können.
In die die Unterseite des Gehäuserahmens 1 1 bildende Kühlkörperfläche 15 sind drei
Aufnahmen 152, 153, 154 integriert, in die ein Verbindungselement einsetzbar und formschlüssig mit dem LED-Panel 1 verbindbar ist. Als Verbindungselement dient insbe-
sondere ein mit einem Stativ, einem Rig oder einem anderen Trägerelement verbundener oder verbindbarer Verbindungszapfen wie er beispielsweise in den Fig. 30 und 31 dargestellt ist und beschrieben wird. Die Aufnahmen 152, 153, 154 sind nach Art eines geschlitzten Kastenprofils mit und ohne zusätzlicher Nut ausgebildet, während der Ver- bindungszapfen ein entsprechendes T-förmiges Gegenprofil aufweist, das durch Aufstecken des Verbindungszapfens von der Seite des Gehäuserahmens 1 1 in die Aufnahmen 152, 153, 154 einsetzbar und mit dem LED-Panel 1 verrastbar bzw. durch eine Klemmvorrichtung zu sichern ist.
Eine Seitenansicht des LED-Panels 1 ist in Fig. 5 dargestellt und zeigt auf der linken Seite einen Schieber 17 zum Entriegeln sowie links einen Ausgangs-Steckverbinder 14 mit Flachkontakten und rechts einen Eingangs-Steckverbinder 13 mit Federkontaktstiften, während an der Unterseite die Kühlkörperfläche 15 mit den Kühlrippen 151 und mit den kreuz- und T-förmigen Ausnehmungen 152, 153, 154 für den Einschub eines Ver- bindungszapfen, insbesondere eines Stativzapfens, und in der Mitte ein Gewinde zum Aufschrauben des LED-Panels 1 auf Stative, Klemmen und dergleichen zu erkennen ist.
Die in Fig. 6 dargestellte Unterseitenansicht des LED-Panels 1 zeigt in Draufsicht die Kühlrippen 151 der Kühlköperfläche 15, auf der linken Schmalseite den Eingangs- Steckverbinder 13 des LED-Panels 1 und auf der rechten Seiten den Ausgang des LED- Panels 1 mit dem Schieber 17 zum Entriegeln der Verbindung eines Verbindungssteckers oder eines weiteren LED-Panels. Sieben kreisförmige bzw. halbkreisförmige Vertiefungen 155, 156, 157, in denen ein in die Ausnehmungen 152, 153, 154 eingesetzter Verbindungszapfen beim Einsetzen und Einschieben formschlüssig in die Ausnehmun- gen 152, 153, 154 einrastet.
Das in der Fig. 3 bis 6 gezeigte LED-Panel 1 kann bereits in der dargestellten Form als breit strahlende und flache Lichtquelle ohne aufgesetzte optische Einrichtung verwendet werden.
Das LED-Panel 1 kann wahlweise mit einer durchgehenden, entspiegelten Glasscheibe oder mit einer durchgehenden Kunststoffabdeckung versehen werden, bei der nur die Öffnungen für die lichtabgebenden LEDs frei bleiben. Der Vorteil der durchgehenden Kunststoffabdeckung mit Öffnungen für die LEDs besteht in der gegenüber einer gro- ßen Glasplatte, die empfindlich gegenüber Verspannungen und Stoßbelastungen ist,
größeren Festigkeit sowie in der Möglichkeit, ein Abschirmblech über den einzelnen LEDs unterhalb der Kunststoffabdeckung zu befestigen, so dass die Störempfindlichkeit und Aussendung von Störsignalen wirkungsvoll reduziert werden kann.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Leuchtmoduls 2, das aus einem viereckigen, als Leiterplatte ausgebildeten Modulträger 20, auf dem eine Modulelektronik angeordnet ist und der eine Ausnehmung 24 aufweist, durch die ein die Oberfläche des Modulträgers 20 überragender Sockel 250 eines Modul-Kühlkörpers 25 gesteckt ist, und der zur Unterseite mit einer Steckerleiste 23 verbunden ist, über die die Modulelektronik mit dem dezentralen Steuerelement 7 oder der zentralen Leistungssteuereinheit 5, 6 verbunden wird. Auf dem Sockel 250 des Modul-Kühlkörpers 25 ist eine Lichtquelle 21 mit mehreren auf einer quaderförmigen Metallkernplatine angeordneten, in diesem Ausführungsbeispiel zwölf LEDs 22, die paarweise Licht unterschiedlicher Wellenlänge und damit Farbe abgeben, einem Temperatursensor 28 und Leiterbahnen zur Verbindung der LEDs 22 und des Temperatursensor 28 zu den Rändern der Metallkernplatine angeordnet, von wo sie über eine direkte Draht- oder Bondverbindung mit der Modulelektronik verbunden werden.
Das in Fig. 7 dargestellte Leuchtmodul 2 zeichnet sich neben einer optimalen Ableitung der von den LEDs 22 abgegebenen Wärme über die Metallkernplatine und den Modul- Kühlkörper 25 zur Kühlkörperfläche 15 des LED-Panels 1 durch eine sichere und einfache mechanische Verbindung zwischen dem Leuchtmodul 2 und einem Scheinwerfergehäuse bzw. einer Kühleinrichtung aus, wobei der Modulträger 20 mechanisch nicht belastet wird und die Lichtquelle 21 so angeordnet wird, dass der Strahlengang der LEDs 22 nicht durch Befestigungselemente 26, 27 auf dem Modulträger 2 oder durch die nicht näher dargestellten elektronische Bauteile der Modulelektronik gestört wird, so dass die in Abstrahlrichtung der Lichtquelle 21 nachgeordnete Optik die von den LEDs 22 abgegebenen Lichtstrahlen auffangen und sehr effektiv gestalten kann.
Zur optimalen Ableitung der von der Lichtquelle 21 abgegebenen Wärme im Betrieb des Leuchtmoduls 2 besteht der Kühlkörpers 25 aus einem sehr gut Wärme leitenden Material wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium und weist auf seiner Unterseite eine Bohrung mit Gewinde auf, über die eine sichere und einfache mechanische Verbindung des gesamten Leuchtmoduls 2 mit dem LED-Panel 1 hergestellt werden kann.
Die Verbindung der Modulelektronik mit dem dezentralen Steuerelement 7 oder der zentralen Leistungssteuereinheit 5, 6 sowie die Stromversorgung des Leuchtmoduls erfolgt über die Steckerleiste 23 an der Unterseite des Modulträgers 20, die in einem Ausführungsbeispiel fünf Kontakte aufweist, die mit zwei Spannungsquellen, einem Massepotential und mit zwei Kontakten einer seriellen Schnittstelle zum dezentralen Steuerelement 7 oder der zentralen Leistungssteuereinheit 5, 6 verbunden sind.
Die LEDs 22 setzen sich aus mehreren LEDs zusammen, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge, d.h. unterschiedlicher Farbe abgeben, wobei mehrer LEDs auch dieselbe Wellenlänge, d.h. Licht derselben Farbe abstrahlen können. Durch enges Anordnen der LEDs 22 auf der Metallkernplatine wird bereits eine durch die Auswahl der LEDs einstellbare Lichtmischung aus den unterschiedlichen Farben erzeugt, die durch zusätzliche Maßnahmen wie optische Lichtbündelung und Lichtmischung noch optimiert und durch weitere Steuerungs- und Regelungsmaßnahmen unabhängig von beispielsweise der Temperatur konstant gehalten werden kann, um eine gewünschte Farbtemperatur, Helligkeit und dergleichen einstellen zu können.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Platine 12 des LED-Panels 1 , die als Motherboard ausgebildet ist und unter anderem einen Controller und weiter Speicher-, Steuer- und Schnittstellenelemente aufweist. In der ebenfalls rechteckigen Platine 12 sind mit jeweils unterschiedlicher Ausrichtung acht Öffnungen 121 zum Einsetzen der Modul-Kühlkörper 25 des Leuchtmoduls 2 sowie Steckbuchsen 122 zur Aufnahme der Steckerleisten 23 der Leuchtmodule 2 vorgesehen. Zum besseren Verständnis sind in der Draufsicht gemäß Fig. 8 die auf der Platine 12 beidseitig angeordneten elektronischen Bauteile der Speicher-, Steuer- und Schnittstellenelemente weggelassen. An ihren Schmalseiten weist die rechteckförmige Platine 12 den Eingangs-Steckverbinder 13 und den Ausgangs-Steckverbinder 14 auf, die senkrecht zur Ebene der Platine 12 ausgerichtet sind und Signalein- und -ausgänge sowie Stromversorgungskontakte des LED-Panels 1 bilden. Mittig auf der Platine 12 sind die beabstandet zueinander angeordneten Befesti- gungsmagnete 16 zum Befestigen der optischen Einrichtung 3 bzw. 4 gemäß den Fig. 1 und 2 angeordnet.
In den Fig. 9 und 10 sind in isometrischer Ansicht die Oberseite und Unterseite der bestückten Platine 12 dargestellt und zeigen die matrixförmige Anordnung der Leuchtmo- dule 2, die in die Öffnungen 121 der Platine 12 eingesetzten Modul-Kühlkörper 25 und
die in die Steckbuchsen 122 eingesteckten Steckerleisten 23 der acht Leuchtmodule 2 sowie die Anordnung der Befestigungsmagnete 16 und der elektronischen Bauteile der Speicher-, Steuer- und Schnittstellenelemente des LED-Panels 1 sowie die Zuordnung der Eingangs- und Ausgangs-Steckverbinder 13, 14.
Die Platine 12 ist mit acht Steckverbindern sowie acht Öffnungen 121 für die Modul- Kühlkörper 25 der acht Leuchtmodule 2 versehen. Auf der Platine 12 befinden sich die Spannungsversorgung und die Interface-Elektrode für die Leuchtmodule 2 sowie ein Mikroprozessor für die farbmetrischen Berechnungen und die Konvektions- Temperaturkompensation.
In Fig. 1 1 ist eine Frontansicht des LED-Panels 1 mit dem auf der Schmalseite des Gehäuserahmens 1 1 angeordneten Eingangs-Steckverbinder 13 dargestellt, der mehrere in einem Raster angeordnete Federkontaktstifte 91 aufweist, die beim Verbinden mit einem weiteren LED-Panel 1 oder einem Stecker zurückfedern und sich in der Endposition an entsprechend rasterförmig angeordnete Flachkontakte zur Signalübertragung bzw. Stromversorgung anlegen. Die Verbindung des Eingangs-Steckverbinders 13 mit dem LED-Panel 1 erfolgt über drei Schrauben 135, 136, 137, die mit dem Gehäuserahmen 1 1 verbunden werden.
Fig. 12 zeigt eine isometrische Ansicht eines Eingangs-Steckverbinders 13 mit einer Grundplatte 130 mit einer Rampe 133, auf der Flachkontakte 92, ein linksseitiger Anschlag 131 und eine teilkreisförmige Bohrung 93 angeordnet sind, in die die Kugel eines Rastbolzens, der optional mit einem LED-Panel 1 verbunden werden kann, einrasten kann. Auf der rechten Seite des Eingangs-Steckverbinders 13 ist eine Einführschräge 134 zu erkennen, an der die Federkontaktstifte eines Gegenkontakts zu den Flachkontakten 92 des Eingangs-Steckverbinders 13 eingedrückt werden, so dass sie ohne Seitendruck über die Flachkontakte 92 schleifen.
Fig. 13 zeigt eine Rückansicht des LED-Panels 1 mit dem auf der anderen Schmalseite des Gehäuserahmens 1 1 angeordneten Ausgangs-Steckverbinder 14 und dem Schieber 17 zum Entriegeln des Gegenkontakts. Der Ausgangs-Steckverbinder 14 weist mehrere Flachkontakte 92, eine teilkreisförmige Bohrung 93 auf, in die die Kugel eines Rastbolzens, der optional mit einem LED-Panel 1 verbunden werden kann, einrasten kann, sowie einen linksseitigen Anschlag 141 auf. Über drei Schrauben 145, 146, 147
wird der Ausgangs-Steckverbinder 14 mit dem Gehäuserahmen 1 1 des LED-Panels 1 verbunden.
Fig. 14 zeigt in isometrischer Darstellung eine Langversion eines Ausgangs- Steckverbinders 140 mit einem im rechten Endbereich angeordneten Kugel-Rastbolzen 94 und einer Einführschräge 148 der T-förmigen Nutverbindung sowie mehreren raster- förmig angeordneten Federkontaktstiften 91 zur Signalübertragung und Stromversorgung sowie drei Schrauben 145, 146, 147, mit denen der Ausgangs-Steckverbinder 14 mit dem Gehäuserahmen 1 1 des LED-Panels 1 , einem Verbindungsstecker oder der Stromversorgungs- und Andockstation 5 verbunden werden kann.
In den Fig. 15 bis 20 sind Ausführungsbeispiele für optische Einrichtungen dargestellt, die auf die lichtabstrahlende Oberseite des LED-Panels 1 aufsetzbar sind und je nach gewünschter Abstrahlcharakteristik als Soft-Optik 3 oder Spot-Optik 4 ausgebildet sind.
Fig. 15 zeigt ein LED-Panel 1 mit einer Spot-Optik 4 in isometrischer Ansicht. Die mit der Oberseite des LED-Panels 1 verbundene Spot-Optik 4 weist einen Rahmen 40 auf, auf dessen Oberseite Kondensorplatten 41 angeordnet sind, die das von den Lichtquellen 21 der Leuchtmodule 2 über darunter angeordnete, in der isometrischen Ansicht gemäß Fig. 15 und in einer Seitenansicht gemäß Fig. 16 dargestellte TIR-Linsen 42 abgegebene Licht mischen. Die Höhe der modularen Spot-Optik 4 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 22 mm und weist einen Halbstreuwinkel von 18° auf.
In Fig. 16 ist in einer isometrischen Ansicht die matrixförmige Anordnung der den ein- zelnen Leuchtmodulen des LED-Panels 1 zugeordneten TIR-Linsen 42 zu entnehmen, die in Fig. 17 in einer Seitenansicht ohne Gehäuse dargestellt sind. Die TIR-Linsen 42 bestehen aus mehreren sphärischen Linsen und weisen die in Fig. 18 in einem Längsschnitt dargestellte Form mit einem becherförmigen, mit einer zentralen Bohrung 423 versehenen Linsenteil 421 und einem halbkugelförmigen Linsenteil 422 auf.
Die in Fig. 17 dargestellte Seitenansicht der Spot-Optik 4 ohne Gehäuse zeigt oberhalb der TIR-Linsen 42 die in Fig. 15 dargestellten Kondensorplatten 41 , darunter die TIR- Linsen 42 und unterhalb der TIR-Linsen 42 drei Eisenscheiben 160, die als Gegenstücke zu den Befestigungsmagneten 16 des LED-Panels 1 zur Verbindung der Spot-Optik
4 mit dem LED-Panel 1 dienen. Die TIR-Linsen 42 befinden sich ca. 5 mm oberhalb der zu einer Lichtquelle zusammengefassten LEDs der Leuchtmodule gemäß Fig. 7.
In den Fig. 19 und 20 ist in einer isometrischen Explosionsdarstellung und in einem Längsschnitt eine mit dem LED-Panel 1 verbindbare Soft-Optik 3 dargestellt und setzt sich aus einer diffus abstrahlenden Platte 30, die einen Gehäuserahmen 31 der Soft- Opitk 3 zur Oberseite abschließt, und einer Licht streuenden Platte 33 aus Polymethy- lacrylat (PMMA) oder Polycarbobat (PC) mit darin angeordneten Reflektoren 32 zusammen, die in Öffnungen 36 der Licht streuenden Platte 33 eingesetzt sind, in die das von den LEDs 22 der Lichtquelle 21 der Leuchtmodule 2 abgestrahlte Licht eingekoppelt wird. Die Licht streuende Platte 33 ist an den Seiten und an der Unterseite zur optimalen Reflektion des von den LEDs 22 abgegebenen Lichts verspiegelt, wozu eine an der Unterseite der Licht streuenden Platte 33 angeordnete Spiegelplatte 34 mit Öffnungen 35 an den Stellen der Öffnungen 36 der Licht streuende Platte 33 vorgesehen ist. Zur Op- timierung der Lichtstreuung kann die Licht streuenden Platte 33 aus PMMA oder PC zusätzlich an der Ober- und Unterseite strukturiert sein, beispielsweise in Form von abwechselnden Rillen und Erhebungen.
Bei gleichartiger Lichtabstrahlung der einzelnen LEDs des LED-Panels 1 kann bei der Soft-Optik 3 auf die lichtstreuende Platte 33 mit den darin vorgesehenen Öffnungen 36 und den darin eingesetzten Reflektoren 32 verzichtet werden, da in diesem Falle eine Mischung des von den LEDs abgegebenen Lichts in der Soft-Optik 3 nicht mehr erforderlich ist. Die Soft- Optik 3 besteht in diesem Falle vorzugsweise nur noch aus einem hochverspiegelten Blechgehäuse und der diffus abstrahlenden Platte 30, die insbeson- dere mittels innen auf den Boden des Blechgehäuses aufgeklebter Magnete am LED- Panel 1 befestigt wird.
Zur netzunabhängigen Stromversorgung eines oder mehrerer LED-Panels 1 dient ein in Fig. 21 in isometrischer Ansicht dargestellter Akkumulator 10 mit integrierter Ladeelekt- ronik, der über einen Kabelschwanz 100 mit einem Ausgangs-Steckverbinder 101 an ein LED-Panel 1 oder zum Aufladen über einen Eingangs-Steckverbinder 102 an die Stromversorgungs- und Andockstation 5 angedockt werden kann. Auf der Unterseite des Akkumulators 10 ist eine Tasche 103 für die Aufnahme eines Verbindungselements aufweist, mit dem der Akkumulator 10 an den Kühlkörper eines LED-Panels 1 in gleicher Weise wie ein Verbindungszapfen aufgesteckt und eingerastet werden kann.
Das in den Fig. 22 bis 24 dargestellte dezentrale Steuerelement 7 zum Anstecken an ein LED-Panel 1 dient dazu, feste oder durch den Benutzer vorprogrammierte Lichtfarben (Presets) und die Helligkeit des von den LED-Panels 1 abgegebenen Lichts einzu- stellen. Das dezentrale Steuerelement 7 wird in der Regel nach dem Einstellen wieder von dem betreffenden LED-Panel 1 abgesteckt, während das LED-Panel 1 mit der eingestellten Farbe und Helligkeit weiter leuchtet. Bei der Verbindung mehrerer LED- Panels zu einer LED-Panel-Gruppe steuert das dezentrale Steuerelement 7 alles LED- Panels, die elektrisch hinter ihm angeordnet sind.
Das dezentrale Steuerelement 7 weist entsprechend der in Fig. 22 dargestellten isometrischen Ansicht links einen Preset-Wahlschalter 71 mit vier Festeinstellungen für unterschiedliche Lichtfarben (3200 K, 4300, 5600 K und 6300 K) sowie zwei von einem Benutzer zu programmierende Einstellungen (User I und II) und rechts einen Helligkeitsreg- ler 72 mit einem Dimmbereich von 0 bis 100% sowie darunter einen Ein- und Ausschalter 73 auf. Der Seitenansicht und Draufsicht auf das dezentrale Steuerelement 7 gemäß den Fig. 23 und 24 ist ein Ausgangs-Steckverbinder 74 mit einem Riegel 75 zum Entriegeln des Gegenkontaks sowie ein Eingangs-Steckverbinder 76 mit Federkontaktstiften 91 zu entnehmen, der an dieser Stelle untergebracht wurde, damit ausreichend Platz für die großen, frontseitigen Bedienungselemente 71 bis 73 bleibt. Auf diese Weise kann die Einstellung aus allen Positionen des Benutzers verändert werden.
Das anstelle eines Funkmoduls auf ein LED-Panel 1 bzw. eine LED-Panel-Gruppe V aufsteckbare dezentrale Steuerelement 7 kann anstelle der in den Fig. 22 bis 24 darge- stellten, über die Oberfläche des Steuerelements 7 abstehenden Preset-Wahlschalter 71 und Helligkeitsregler 72 versenkt eingebaute Drehknöpfe aufweisen, die ein versehentliches Verstellen verhindern.
Die zentrale Leistungssteuereinheit 5, 6 setzt sich in konsequenter Fortführung des mo- dularen Aufbaus des Beleuchtungssystems aus der in Fig. 25 in einer isometrischen Ansicht und in Fig. 26 in einer Rückseitenansicht dargestellten Stromversorgungs- und Andockstation 5 und dem in Fig. 27 in einer isometrischen Ansicht und in Fig. 28 in einer Frontansicht dargestellten Steuergerät 6 zusammen.
Die Stromversorgungs- und Andockstation 5 weist auf einem abgewinkelten Abschnitt der Oberseite 51 des Gehäuses der Stromversorgungs- und Andockstation 5 vier Aus- gangs-Steckbuchsen 501 bis 504 für vier Linien von Leuchtmodulen bzw. LED-Panels und einen Ein- und Ausschalter 510 auf. Mittig der Oberseite 51 neben einem Handgriff 54 ist eine Funkantenne 53 angeordnet und auf einer frontseitigen Schrägfläche 50 der Stromversorgungs- und Andockstation 5 ein Ausgangs-Steckverbinder 55 mit Flachkontakten zum Steuergerät 6 vorgesehen, so dass das Steuergerät 6 mit einem entsprechenden Eingangs-Steckverbinder in den auf der schrägen Frontseite der Stromversorgungs- und Andockstation 5 angeordneten Ausgangs-Steckverbinder 55 eingerastet werden kann. Dadurch wird ein Tisch-Bedienungsgerät gebildet, während bei getrennter Anordnung des Steuergeräts 6 und der Stromversorgungs- und Andockstation 5 eine Funksteuerung zur Stromversorgungs- und Andockstation 5 oder alternativ über eine Kabelverbindung eine Kabelsteuerung zur Stromversorgungs- und Andockstation 5 erfolgen kann.
Die Stromversorgungs- und Andockstation 5 stellt das zentrale Stromversorgungs- und Kommunikationsgerät für das gesamte Beleuchtungssystem dar.
Die in Fig. 26 dargestellte Rückseite 52 der Stromversorgungs- und Andockstation 5 zeigt in der oberen Reihe die vier Steckbuchsen 501 bis 504 zu den Leuchtmodulen der LED-Panels, in der mittleren Reihe eine DMX-Ein- und Ausgangsbuchse 520 zur Fernsteuerung, Ladebuchsen 521 , 522 zum Aufladen von Akkumulatoren und eine Netzwerkbuchse 530, während in der unteren Reihe eine RS232-Programmierschnittstelle 540, eine Sicherung 550 sowie eine Netzeingangsbuchse 560 angeordnet sind. Links unten befindet sich eine Abdeckung, unterhalb der weitere Service-Schnittstellen wie USB-Schnittstellen, serielle Schnittstellen und Ethernet-Schnittstellen liegen.
Das wahlweise über eine Funkverbindung oder über eine Kabelverbindung mit der Stromversorgungs- und Andockstation 5 verbindbare Steuergerät 6 zeigt in der isometri- sehen Ansicht gemäß Fig. 27 eine Funkantenne 60 für die Funkverbindung zur Stromversorgungs- und Andockstation 5, eine Grifffläche 61 , eine Buchse 62 für eine Kabelverbindung sowie mehrere nachstehend erläuterte Tasten und Drehknöpfe zur Einstellung verschiedener Sollwerte und Parameter sowie ein Display 67.
Das Steuergerät 6 dient zur umfassenden Einstellung und Programmierung der Leuchtmodule der LED-Panels, wobei das Steuergerät 6 selbst vergleichsweise wenig Intelligenz besitzt und im Wesentlichen dazu dient, Tastaturkommandos, Drehknopf- Positionen und die am Display 67 anzuzeigenden Daten mit der Stromversorgungs- und Andockstation 5 auszutauschen. Die eigentliche Rechenleistung für die Farbmetrik und die Bedienung der Kommunikationsschnittstellen ist der Stromversorgungs- und Andockstation 5 sowie den Mikrocontrollern und Mikroprozessoren der Leuchtmodule 2 zugeordnet. Das Steuergerät 6 weist eine autonome Stromversorgung mittels Akkumulatoren und eine integrierte Ladeschaltung auf.
Die isometrische Ansicht gemäß Fig. 27 zeigt vier Benutzer-Speicherplätze 601 für Farbeinstellungen, vier Ausgangs-Auswahltasten 620 für die Verbindung zu verschiedenen LED-Panels, das mittig angeordnete LCD-Display 67, einen Menü-Drehknopf 63 mit Push-Funktion, eine Betriebsmodus-Auswahltaste 610 (WHITE) für Filmbeleuchtung, eine Betriebsmodus-Auswahltaste 61 1 (COLOR) für farbige Effektbeleuchtung und eine Betriebsmodus-Auswahltaste 612 (FILTER) für digital gespeicherte, branchenübliche Farbfilter. Weiterhin ist ein Helligkeitsregler (DIM) 64 und Regler 65, 66 für die Farbtemperatur (CT) und den Grünwert (GREEN) im WHITE-Modus bzw. für den Farbton (HUE) und die Sättigung (SAT) im COLOR-Modus vorgesehen.
Die in Fig. 28 dargestellte Frontansicht zeigt eine RJ45-Buchse 68 für den Anschluss eines handelsüblichen Netzwerkkabels als Notverbindung zur Stromversorgungs- und Andockstation 5, wenn eine Funkverbindung nicht möglich ist oder die Funkverbindung ausfällt. Mittig ist eine Federkontakt-Verbindung 69 mit Federkontaktstiften 91 zur Stromversorgungs- und Andockstation 5 dargestellt, über die das Steuergerät 6 an die Stromversorgungs- und Andockstation 5 angedockt wird.
Für eine Querverbindung mehrer in Reihen über Steckverbinder miteinander verbundener LED-Panels entsprechend der Verbindung der LED-Panel-Gruppe V gemäß Fig. 1 dient ein in Fig. 29 in isometrischer Ansicht dargestellter elektromechanischer Querverbinder 9, mit dessen Hilfe größere Leuchtflächen aus zwei oder mehreren LED-Panels gebildet werden können. Der elektromechanische Querverbinder 9 enthält Panelkompatible Eingangs- und Ausgangssteckverbinder 130, 140 mit einer Verriegelung 90. Durch die Größe der einzelnen LED-Panels 1 von beispielsweise 160 x 80 mm können mit dem Querverbinder 9 sinnvolle Kombinationen von Leuchtflächen aus vier und mehr
LED-Panels erzeugt werden. So kann ohne einen in Fig. 28 dargestellten Querverbinder 9 ein Streifen bzw. eine Reihe von zwei bis vier LED-Panels mit den Abmessungen 80 x 230/ 480/ 640 gebildet werden, während mit einem Querverbinder 9 eine quadratische Leuchtfläche von 160 x 160 mm oder eine rechteckige Leuchtfläche von 16O x 320 mm gebildet werden kann.
Fig. 30 zeigt ein Anschlusskabel 81 zur Verbindung der Stromversorgungs- und Andockstation 5 mit den LED-Panels 1 , das an seinem einen Ende mit einem Stecker 83 für die Verbindung mit den Steckbuchsen der Stromversorgungs- und Andockstation 5 und an ihrem anderen Ende mit einem Steckverbinder 82 entsprechend dem in Fig. 12 dargestellten Steckverbinder mit Anschlag versehen ist.
Fig. 31 zeigt ein Verbindungskabel 80 zum elektrischen Verbinden von zwei LED-Panels 1 mit einem Kabel 85 mit endseitigen Steckverbindern 82, 84, die als Eingangs- und Ausgangs-Steckverbinder 130, 140 mit Federkontaktstiften bzw. mit Flachkontakten und einer Bohrung bzw. einem kugelförmigen Rastbolzen ausgestattet sind.
In dieser ersten, in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsform eines modularen Beleuchtungssystems sind vorzugsweise alle LED-Panels 1 bzw. LED-Panel-Gruppen V sternförmig mit Strom- und Datenkabeln an die Stromversorgungs- und Andockstation 5 gekoppelt.
In alternativer Ausführungsform des modularen Beleuchtungssystems gemäß Fig. 2 entfällt die Stromversorgungs- und Andockstation 5 und das Steuergerät 6 übernimmt alle Steuerfunktionen. In dieser Ausführungsform wird auf jedes LED-Panel 1 bzw. jede LED-Panel Gruppe V ein Datenfunkmodul 18 aufgesteckt, das direkt mit dem Steuergerät 6 kommuniziert, wobei dem jeweiligen Datenfunkmodul 18 bzw. LED-Panel 1 oder jeder LED-Panel-Gruppe V nur noch Strom aus einem Netzteil oder einem Akku zugeführt wird und die Datenübertragung über Funk erfolgt.
Fig. 32 zeigt in einer Draufsicht ein Datenfunkmodul 18 zum Andocken an ein LED- Panel 1 bzw. eine LED-Panel-Gruppe V, das mit dem Steuergerät 6 über eine durch eine Kunststoffabdeckung 180 abgedeckte Funkantenne drahtlos kommuniziert. Das Datenfunkmodul 18 enthält auf der nicht dargestellten Rückseite einen Steckkontakt zum Andocken an ein LED-Panel 101 bzw. eine LED-Panel-Gruppe 1 ', einen Stromver-
sorgungsanschluss 181 , einen Ein- und Ausschalter 182 sowie Kontrollleuchten 183, 184 und einen Drehschalter 185 zum Einstellen des Übertragungskanals sowie zur Eingabe einer anzusteuernden LED eines LED-Panels.
Fig. 33 zeigt einen in der Ausführungsform des modularen Beleuchtungssystems gemäß Fig. 2 eingesetzten Systemverteiler 9, der über eine Kontaktleiste 910 mit dem Steuergerät 6 verbindbar ist. Der Systemverteiler 9 weist einen Stromversorgungsanschluss 900, vier Line-Verbindungen 901 bis 904, einen DMX-Eingang 905 und DMX-Ausgang 906, PC- und Programmieranschlüsse 907, 908 und einen CAN-Anschluss 909 auf.
Soll das LED-Panel nur in einer vorprogrammierten Einstellung Licht abgeben, so kann anstelle einer Stromversorgungs- und Andockstation 5 und eines Steuergeräts 6 auch ein „Power- Adapter" an das LED-Panel 1 oder eine LED-Panel-Gruppe V angeschlossen werden, der nur eine Buchse für die Stromzufuhr zum LED-Panel bzw. der LED- Panel-Gruppe V aufweist.
Fig. 34 zeigt einen derartigen, in der Ausführungsform des modularen Beleuchtungssystems gemäß Fig. 2 eingesetzten Power Adapter 10', der über eine Andockverbindung 104 an ein LED-Panel 1 bzw. eine LED-Panel-Gruppe V andockbar und über Federkon- takte 105 mit entsprechenden Gegenkontakten des LED-Panels 1 bzw. der LED-Panel- Gruppe V kontaktierbar ist.
Wird eine Ansteuerung über DMX 512, über einen Personal Computer oder über eine serielle Schnittstelle gewünscht, dann übernimmt das Steuergerät 6 weiterhin die Kom- munikation, wobei ein so genannter Systemverteiler an das Steuergerät 6 angeschlossen wird, der die hierfür erforderlichen Steckverbinder und Signalkonverter enthält.
Die Funkmodule können auf verschiedene (Hardware-) Kanäle, das heißt auf verschiedene Frequenzen und (Software-) Adresse eingestellt werden, so dass entweder mehre- re LED-Panels 1 bzw. LED-Panel-Gruppen 1 ' gleichzeitig auf dem gleichen Kanal angesteuert werden oder jedes LED-Panel 1 bzw. jede LED-Panel-Gruppe V auf einem eigenen Kanal betrieben wird.
In den Fig. 35 bis 37 sind verschiedene Zubehörteile zum erfindungsgemäßen LED- Beleuchtungssystem dargestellt, die bedarfsweise mit weiterem Zubehör zur Funktionserweiterung des LED-Beleuchtungssystem ergänzt werden können.
Fig. 35 zeigt in einer isometrischen Ansicht einen Folienhalter 86 zum Befestigen von Diffusor- und Effektfolien vor den LED-Panels 1 , der mit einer durch eine Klaue 863 eines Folienhalterfußes 862 gesteckten Rändelschraube an einem Gewinde der LED- Panels 1 befestigt wird, so dass der als Drahtbügel 861 ausgebildete Folienhalter 86 vor der Soft- oder Spot-Optik zu liegen kommt. Die Folien können dann mit dem Drahtbügel 861 vor die optische Einrichtung geklemmt werden.
Ein in den Fig. 36 und 37 dargestellter Verbindungszapfen 87 zum Befestigen eines oder mehrer LED-Panels 1 an einem Stativ, Rig oder einer sonstigen Halterung setzt sich aus einem Hohlzapfen 870, der mit dem Zapfen bzw. Bolzen eines Stativs, eines Rigs oder einer sonstigen Halterung durch Aufstecken verbindbar ist, und einem T- förmigen Schieber 871 , 872 mit einem T-förmigen Querschnitt 873 und einer mittig vorgespannten Rastscheibe 874 zusammen. Der T-förmige Schieber 871 , 872, der in die Aufnahmen 152, 153, 154 (Fig. 6) einsetzbar ist, die in die Kühlkörperfläche 15 der LED-Panels 1 integriert sind, ist mittig mit der gegenüber dem Hohlzapfen 870 mittels einer Feder 876 vorgespannten Rastscheibe 874 seitlich vorgespannt, so dass in der Ausgangs- oder Ruhestellung die seitlichen Schieber 871 , 872 die in Fig. 36 dargestellte Position einnehmen.
Durch Zusammendrücken der seitlichen Schieber 871 , 872 mittels Daumen und Zeige- finger und Einsetzen des Schiebers 871 , 872 in die T-förmigen Nuten auf der in die Kühlkörperfläche 15 integrierten Aufnahmen 152, 153, 154 und Loslassen des Schiebers 871 , 872, so dass der Verbindungszapfen 87 formschlüssig mit der Unterseite der LED-Panels 1 verbunden ist, kann der Verbindungszapfen 87 so lange verschoben werden, bis er hörbar in eine der kreisförmigen Vertiefungen 155, 156, 157 (Fig. 6) an der Unterseite der LED-Panels 1 einrastet.
Fig. 37 zeigt in einer Seitenansicht mit weggesetztem Hohlzapfen 870 den Verbindungszapfen 87 mit der in der Mitte des Schiebers 871 angeordneten Rastscheibe 874, die in die Aufnahmen der Kühlkörperfläche an der Unterseite der LED-Panels einrastet. Durch das Zusammendrücken der seitlichen Schieber 871 , 872 wird die Rastscheibe
874 infolge der mit der Rastscheibe 874 verbundenen Schrägfläche 875 angehoben und durch die mit der Schrägfläche 875 verbundene Feder 876 nach unten gedrückt. Die Verbindung zwischen dem Verbindungszapfen 87 und dem LED-Panel 1 wird somit dadurch hergestellt, dass die seitlichen Schieber 871 , 872 formschlüssig mit dem Aus- nehmungsprofil der Kühlkörperfläche verbunden sind und die Rastscheibe 874 durch den Federdruck in die in der Kühlkörperfläche an der Unterseite des LED-Panels angeordnete Vertiefungen eingreift.
l CN
Bezugszeichenliste
1 LED-Panel r LED-Panel-Gruppe
Leuchtmodul
3 Soft-Optik
4 Spot-Optik
5 Stromversorgungs- und Andockstation
6 Steuergerät
7 Steuerelement
8 Anschlusskabel
9 Systemverteiler
10 Akkumulator
10' Power Adapter
1 1 Gehäuserahmen
12 Platine
13 Eingangs-Steckverbinder
14 Ausgangs-Steckverbinder
15 Kühlkörperfläche
16 Befestigungsmagnete
17 Schieber
18 Datenfunkmodul
20 Modulträger
21 Lichtquelle
22 LEDs
23 Steckerleiste
24 Ausnehmung
25 Modul-Kühlkörper
26, 27 Befestigungselemente
30 diffus abstrahlende Platte
31 Gehäuserahmen
32 Reflektoren
33 Licht streuenden Platte
34 Spiegelplatte
35, 36 Öffnungen
Rahmen
Kondensorplatten
TIR-Linsen frontseitige Schrägfläche
Oberseite
Rückseite
Funkantenne
Handgriff
Ausgangs-Steckverbinder
Funkantenne
Grifffläche
Buchse
Menü-Drehknopf
Helligkeitsregler (DIM)
Regler für die Farbtemperatur (CT)
Regler für den Farbton (HUE)
LCD-Display
Preset-Wahlschalter
Helligkeitsregler
Ein- und Ausschalter
Ausgangs-Steckverbinder
Riegel
Eingangs-Steckverbinder
Verbindungskabel
Anschlusskabel
Steckverbinder
Stecker
Kabel
Folienhalter
Verbindungszapfen
Querverbinder
Verriegelung
Federkontaktstifte
Flachkontakte teilkreisförmige Bohrung
94 Kugel-Rastbolzen
100 Kabelschwanz
101 Ausgangs-Steckverbinder
102 Eingangs-Steckverbinder
103 Tasche
121 Öffnungen
122 Steckbuchsen
130 Grundplatte
131 Anschlag
133 Rampe
134 Einführschräge
135-137 Schrauben
141 Anschlag
145-147 Schrauben
148 Einführschräge
151 Kühlrippen
152-154 Aufnahmen
155-157 Vertiefungen
180 Kunststoffabdeckung für Funkantenne
181 Stromversorgungsanschluss
182 Ein- und Ausschalter
183, 184 Kontrollleuchten
185 Drehschalter
250 Sockel
421 becherförmiges Linsenteil
422 halbkugelförmiges Linsenteil
423 zentrale Bohrung
501-504 Ausgangs-Steckbuchsen
510 Ein- und Ausschalter
520 DMX-Ein- und Ausgangsbuchse
521 , 522 Ladebuchsen
530 Netzwerkbuchse
540 RS232-Programmierschnittstelle
550 Sicherung
560 Netzeingangsbuchs
601 Benutzer-Speicherplätze
610-612 Betriebsmodus-Auswahltasten
620 Ausgangs-Auswahltasten
861 Drahtbügel
862 Folienhalterfuß
863 Klaue
870 Hohlzapfen
871 , 872 Schieber
873 T-förmiger Querschnitt
874 Rastscheibe
875 Schrägfläche
876 Feder
900 Stromversorgungsanschluss des Systemverteilers
901 - 904 Line-Verbindungen des Systemverteilers
905 DMX-Eingang des Systemverteilers
906 DMX-Ausgang des Systemverteilers
907, 908 PC- und Programmieranschlüsse des Systemverteilers
909 CAN-Anschluss des Systemverteilers