WO2014090852A1 - Beleuchtungssystem für flächenbauteile wie decken oder wände - Google Patents

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WO2014090852A1
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WO
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mounting element
lighting system
housing base
lamp
ceiling
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PCT/EP2013/076176
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French (fr)
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Dieter Kompalik
Daniel Schwaab
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SGL Carbon SE
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    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/04—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V21/00—Supporting, suspending, or attaching arrangements for lighting devices; Hand grips
    • F21V21/02—Wall, ceiling, or floor bases; Fixing pendants or arms to the bases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21V21/04—Recessed bases
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    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
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    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting system for surface components such as ceilings or walls according to the preamble of patent claim 1.
  • Such lighting systems are known from the prior art in a variety of configurations and serve essentially the lighting of living and office space, but also of production facilities.
  • LED incandescent, halogen and fluorescent lamps and LEDs
  • Light emitting diodes are more efficient in terms of light output than conventional light sources, however, even with highly efficient light emitting diodes only 20% to 30% of the supplied energy is converted into visible light, the remaining energy is lost as heat energy. While conventional bulbs emit this heat energy as infrared radiation into the room, the heat inside the component is created with light emitting diodes.
  • the energy density of a light emitting diode is many times higher than the energy density of a heating plate. The resulting temperatures have a direct influence on the life, light output and light color of the LED. Consequently, there has been no lack of efforts to counteract the uncontrolled heat generation in luminaires by appropriate measures.
  • EP 2 236 912 A2 discloses a luminaire with an LED lighting module which can be used for mounting it in a ceiling opening.
  • the ceiling opening is dimensioned so large that there is an annular gap between the luminaire housing and the ceiling through which an air flow is led to cool the lamp, which dissipates heat by convection when passing the luminaire housing. If the amount of heat dissipated by free convection is insufficient, the use of fans and / or heatsinks on the luminaire is provided to increase the convection performance, but in both cases this is associated with additional expense and expense.
  • the object of the invention is to provide a lighting system for surface elements that allows the most effective and self-sufficient cooling of the lamp without significant additional design effort. This object is achieved by a lighting system having the features of patent claim 1.
  • the basic idea of the invention is to fasten a luminaire with its housing base via a thermally conductive mounting element to a surface component such as a ceiling or wall, so that to achieve a cooling effect, part of the heat energy arising during operation of the luminaire is taken up by the mounting element and over the surface is released to the ambient air. Due to the positive connection between the housing base and the mounting element, the entire outer surface of the housing base is provided for the heat conduction, which ensures an extremely high heat flow from the luminaire into the mounting element and thus ensures effective cooling.
  • the mounting element is in the context of the invention due to its thermal conductivity to a dual function, namely on the one hand holder of the lamp and on the other hand heat sink. In addition to economic advantages due to a small number of parts, this results in a compact design of the lighting system, which is therefore very adaptable to the local conditions.
  • the materials suitable for the mounting element are all materials which on the one hand have sufficient strength for permanent retention of the luminaire and on the other hand are capable of dissipating heat sufficiently from the luminaire.
  • the invention particularly prefers materials which have a graphite component or consist of graphite. In this case, the high temperature stability and flame retardant effect of graphite proves to be particularly advantageous.
  • the invention uses densified expanded graphite as the material for the mounting element obtained by thermal shock treatment of pretreated natural graphite.
  • an increase in volume of the natural graphite is first brought about by a factor of 200 to 400 with the formation of worm-like structures.
  • the worm-like structures interlock with each other, giving the material a high mechanical strength.
  • the layer planes of the graphite arrange in the compression preferably perpendicular to the direction of action of the pressure, whereby ultimately the anisotropic properties arise in terms of thermal conductivity.
  • these two properties are ideally combined with one another, by not only ensuring the heat transfer in the contact joint between the luminaire housing and the mounting element, but at the same time generating the holding force necessary for secure fastening. It has been shown that by improving the holding effect and the heat transfer is improved.
  • the full-surface bond between the mounting element and the lamp housing is ensured by a thermally conductive adhesive in the contact joint.
  • the adhesive serves not only as a means of fixing the lamp, but at the same time as compensation and filler for any existing column, which would otherwise hinder heat transfer.
  • a contrast, alternative type of attachment of the lamp in the mounting element provides to produce the recess in the mounting element with undersize relative to the light socket.
  • the elasticity of the mounting element makes it possible to insert the lamp with its housing base under elastic expansion of the recess in the recess.
  • the immanent the elastic material of the mounting restoring force causes a corresponding full-surface contact pressure on the housing base, which ensures both a safe heat transfer and tight fit of the lamp in the mounting element.
  • the graphite has a density between 0.02 g / cm 3 and 0.8 g / cm 3, most preferably between 0.1 g / cm 3 and 0.5 g / cm 3. This ensures that the anisotropy in terms of thermal conductivity is sufficiently pronounced to dissipate the heat effectively from the lamp.
  • the degree of compaction determines the elasticity and thus the restoring force of the mounting element which causes the holding force.
  • the cylinder circumference may, for example, widen conically or convexly, wherein the recess in the mounting element elastically adapts to its inner wall of this shape.
  • the oblique surfaces of the housing base thereby generate a vertically directed support force component exerted by the mounting element, which anchors the luminaire securely in the mounting element.
  • the lamp can be pivoted within the recess, for example, to direct the illumination in a particular direction.
  • a flange on the free end of the housing base which rests with its lateral, projecting beyond the housing base protrusion on the mounting element or in this einbindet and so unintentional release of the lamp from the Mounting element prevents.
  • the flange plate can also contribute to heat dissipation. This effect can be increased if the free top of the flange plate has a surface enlarging structure.
  • the flange plate and one or more rod-shaped or plate-shaped spreading elements can be attached to the front side of the housing base, which act similar to a tilt or spring-loaded dowel.
  • the spreading expand laterally after the end face of the housing base has been inserted to the back of the mounting member in the recess and cause by engaging behind the mounting member a position fuse the lamp.
  • the spreading can be biased by means of an elastic spring, whereby an automatic unfolding and holding done.
  • An inventive mounting element preferably has a flat plate-like shape. This initially offers the advantage that several lights can be mounted in a common mounting element. Due to the flat plate-like shape of the mounting element, it is also possible to fan out the concentrated introduced in the recesses heat flow and spread over the plate cross-section as a flow area surface. The delivery of the heat to the environment can then be particularly effective over the entire plate top and plate underside take place. If the passive cooling capacity of a mounting element described above is insufficient, the invention opens up the possibility of significantly increasing the cooling capacity by integrating a cooling system into the mounting element. For example, a mounting member may be traversed by pipes for this purpose, which lead a cooling medium and are connected to a cooling circuit.
  • the planar design of the mounting elements also allows use of the mounting elements as ceiling elements themselves. In other words, this means that the mounting elements replace the ceiling in this area, which opens up an enormous saving potential in terms of both material requirements and installation effort.
  • This advantage is especially for suspended ceilings to bear, where with a suitable choice of the size of the mounting element is a complete and completely problem-free integration in the ceiling system, which makes not least the retrofitting of existing ceilings with a lighting system according to the invention possible.
  • an inventive mounting element on its side facing the room with a functional layer.
  • the functional layer can serve to achieve optical effects that give the surface component a pleasing appearance.
  • FIG. 3 is a vertical section through a third embodiment of an inventive lighting system with a curved housing base
  • FIG. 4 shows a vertical section through a fourth embodiment of a lighting system according to the invention with a conical housing base
  • FIG. 5 shows a vertical section through a fifth embodiment of a lighting system according to the invention mounted on a suspended ceiling;
  • Fig. 6 is a vertical section through a sixth embodiment of a
  • Fig. 7 is a vertical section through a seventh embodiment of a lighting system according to the invention with hinged expansion elements for securing the position of the lamp.
  • FIG. 1 shows a first simple embodiment of a lighting system 1 according to the invention in a sectional illustration, the reference numeral 2 indicating the plane of symmetry.
  • the lighting system 1 comprises a lamp 3 and a mounting element 4 to which the lamp 3 is attached.
  • the luminaire 3 has a cylindrical, closed at its upper end side housing base 5 with, for example, circular or rectangular cross-section, which serves to receive the light source 6 and, if necessary, necessary electronic components 7.
  • Illuminants 6 can be both incandescent and halogen lamps as well as fluorescent tubes and light-emitting diodes or the like.
  • a bell-shaped reflector 8 adjoins the housing base 5, on the inside of which the light emitted by the luminous means 6 is reflected.
  • the mounting member 4 consists of a sheet of compressed expanded graphite having a thickness between 10 mm and 40 mm, preferably 25 mm and a density of 0.5 g / cm 3 .
  • the thermal conductivity of the mounting element 4 in the plane of the plate is 50 W / m * K and is thus greater than the thermal conductivity perpendicular to the plane of the plate.
  • a recess 9 is stamped into the mounting member 4, which extends from the bottom of the mounting member 4 to the top, so is continuous, but this does not preclude the recess 9 also form a blind hole.
  • the lamp 3 is positively inserted with its housing base 5 in the recess 9.
  • the holding force for fixing the lamp 3 in the mounting member 4 can be done by a heat conductive adhesive in the contact joint between the housing base 5 and recess 9 or by a sufficient contact pressure exerted by the mounting member 4 in the contact joint on the housing base 5, which is a clamping seat Luminaire 3 in the recess 9 causes.
  • the recess 9 is made undersized with respect to the housing base 5, so that when inserting the housing base 5, the recess 9 is widened elastically. The activated material-immanent restoring forces generate over the entire circumference of the housing base 5 necessary for a secure hold of the lamp 3 contact pressure and thus frictional engagement.
  • the light source 6 and possibly the electronic components 7 develop during operation of the lamp 3 an enormous heat, which must be derived from the lamp 3 and transmitted to the environment in the further. Due to the thermal conductivity of the mounting member 4 and the heat coupling between the mounting member 4 and the housing base 5, a heat transfer from the lamp 3 takes place in the mounting member 4, which is symbolized by the arrow 10. As a result of the high thermal conductivity of the mounting member 4 in the plane of the plate, a rapid distribution of heat within the entire mounting member 4, which is subsequently discharged via the top and bottom continuously to the environment.
  • the lighting system 1 shown in Figure 2 differs from the above by the arrangement of an existing aluminum flange 1 1 at the free end of the housing base 5. With its lateral projection 12 of the flange 1 1 is located on the top of the mounting member 4, whereby a Loosen the lamp 3 down from the recess 9 is prevented. At the same time the
  • FIG. 1 Another distinguishing feature relates to the mounting element 4, which is equipped with a cooling system 13 in the embodiment shown in FIG.
  • To the cooling system 13 include tubes 14 which extend within the cross section of the mounting member 4 and are flowed through by a cooling medium. The registered in the mounting element 4 Quantity of heat is thus supplied via the tubes 14 to the cooling medium and transported away from this.
  • FIGS. 3 and 4 each have an embodiment according to the invention with which the stop of the luminaire 3 in the mounting element 4 is improved.
  • the common basic principle of both embodiments is that the housing base 5 widens at least over a peripheral portion in the direction of the free end face of the housing base 5. As a result, a locking effect arises in the contact joint between the mounting element 4 and the housing base 5, which fixes the luminaire 3 securely in the recess 9.
  • the housing base 5 for this purpose have a convex curvature 15 which follows the inner wall of the recess 9 due to the elasticity of the material of the mounting member 4 positively.
  • a corresponding effect is achieved by a circumferential section 16 which widens conically over the height and may optionally have a chamfer 17 at its free edge in order to facilitate threading of the housing base 5 into the recess 9.
  • the embodiments according to Figures 5 and 6 show an inventive lighting system 1, the mounting element 2 is also a ceiling element, that embodies a part of the ceiling system. As shown in FIG.
  • FIG. 5 this may be the case in combination with a suspended ceiling 18, where the mounting elements 4 are suspended as plate-shaped ceiling elements at a clear distance from the massive ceiling 19 of a building with the aid of not shown holders.
  • the heat dissipation takes place in the illustrated embodiment, passively over the top and bottom of the mounting member 4, inter alia, in the clear space 20 between the ceiling 19 and suspended ceiling 18, wherein the space to increase the cooling effect may also be ventilated.
  • Figure 6 shows a variant in which the lighting system 1 is arranged over a large area directly on the underside of a solid ceiling 19.
  • the mounting elements 4 may be glued surface with its top with the ceiling 19, preferably with a thermally conductive adhesive to ensure the thermal coupling to the ceiling 19.
  • the heat is recorded over a large area and extremely effective in the ceiling 19. Since such ceilings 19 mostly consist of a mineral material such as concrete with high specific heat capacity, the heat can there get saved. If the ceiling 19 is equipped with a cooling system 13 as shown in FIG. 6, the amount of heat introduced from the lighting system 1 into the ceiling 19 can be withdrawn via the cooling system 13 of the ceiling 19, with the advantage that the ceiling component does not appreciably warm ,
  • FIG. 7 The embodiment of the invention shown in FIG. 7 largely corresponds to that described under FIG. 2, so that reference is made to the statements there to avoid repetition.
  • the lamp 3 has instead of a flange 1 1 more rod-shaped or plate-shaped spreading elements 21 which are pivotally hinged to the back of the lamp 3.
  • a pivot joint 22 is arranged centrally on the end face of the housing base 5, on which the spreading elements 21 are fastened with their one end and can be opened from a starting position folded toward the symmetry plane 2 into a holding position extending transversely to the plane of symmetry 2.
  • the energy for the folding movement can be provided for example by a biased mechanical spring, not shown, comparable to the operating principle of a spring-loaded anchor, which simultaneously holds the spreading elements 21 in their unfolded position. After unfolding, the spreading elements 22 engage with their projection over the housing base 5, the mounting member 4 and prevent so that the lamp 3 dissolves down from the mounting member 4.
  • the lamp 3 may be fixed by means of a thermally conductive adhesive in the recess 9 of the mounting member 4 or the housing base 5 may have a flange 1 1 at its free end face. It is also possible in all embodiments to integrate a cooling system 13 in the mounting element 4.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

Beleuchtungssystem für Flächenbauteile wie Decken (19) oder Wände mit mindestens einer Leuchte (3) und mindestens einem Montageelement (4) zur Befestigung der Leuchte (3) an dem Flächenbauteil, wobei die Leuchte (3) ein Gehäuse mit einem Gehäusesockel (5) aufweist und mit dem Gehäusesockel (5) an dem Montageelement (4) befestigt ist, wobei das Montageelement (4) aus einem wärmeleitfähigen Material besteht und mindestens eine Ausnehmung (9) besitzt, in welcher die Leuchte (3) mit ihrem Gehäusesockel (5) formschlüssig angeordnet ist.

Description

BELEUCHTUNGSSYSTEM
FÜR FLÄCHENBAUTEILE WIE DECKEN ODER WÄNDE
Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Flächenbauteile wie Decken oder Wände gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Beleuchtungssysteme sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt und dienen im Wesentlichen der Beleuchtung von Wohn- und Büro- räumen, aber auch von Produktionsstätten. Als Leuchtmittel kommen neben konventionellen Leuchtmitteln wie Glüh-, Halogen- und Leuchtstofflampen in zunehmendem Maße auch Leuchtdioden (LED) zum Einsatz. Leuchtdioden sind im Bezug auf die Lichtausbeute effizienter als konventionelle Leuchtmittel, jedoch wird auch bei hocheffizienten Leuchtdioden nur 20 % bis 30 % der zugeführten Energie in sichtbares Licht umgewan- delt, wobei die restliche Energie geht als Wärmeenergie verloren. Während konventionelle Leuchtmittel diese Wärmeenergie als Infrarot-Strahlung in den Raum abgeben, entsteht bei Leuchtdioden die Wärme im Inneren des Bauteils. Die Energiedichte einer Leuchtdiode liegt dabei um ein Vielfaches höher als die Energiedichte einer Heizplatte. Die dadurch bedingten Temperaturen haben direkten Einfluss auf die Lebensdauer, Lichtleistung und Lichtfarbe der Leuchtdiode. Folglich hat es nicht an Bestrebungen gefehlt, der unkontrollierten Wärmeentwicklung bei Leuchten durch geeignete Maßnahmen entgegenzuwirken.
Beispielsweise ist in der EP 2 236 912 A2 eine Leuchte mit einem LED-Leuchtmodul of- fenbart, die zur ihrer Montage in eine Deckenöffnung einsetzbar ist. Die Deckenöffnung ist dabei so groß bemessen, dass sich zwischen Leuchtengehäuse und Decke ein Ringspalt ergibt, durch welchen zur Kühlung der Leuchte ein Luftstrom geführt ist, der beim Vorbeistreichen am Leuchtengehäuse Wärme durch Konvektion abführt. Falls die durch freie Konvektion abgeführte Wärmemenge nicht ausreicht, ist der Einsatz von Lüftern und/oder Kühlkörpern an der Leuchte vorgesehen, die die Konvektionsleistung erhöhen, was jedoch in beiden Fällen mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden ist. Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Beleuchtungssystem für Flächenelemente zu schaffen, das ohne nennenswerten konstruktiven Mehraufwand eine möglichst effektive und autarke Kühlung der Leuchte erlaubt. Diese Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Leuchte mit ihrem Gehäusesockel über ein wärmeleitendes Montageelement an einem Flächenbauteil wie einer Decke oder Wand zu befestigen, so dass zur Erzielung einer Kühlwirkung ein Teil der beim Betrieb der Leuchte entstehenden Wärmeenergie von dem Montageelement aufgenommen und über die Fläche an die Umgebungsluft abgegeben wird. Durch die formschlüssige Verbin- dung zwischen Gehäusesockel und Montageelement wird die gesamte Außenfläche des Gehäusesockels für die Wärmeleitung zur Verfügung gestellt, was für einen äußerst hohen Wärmestrom von der Leuchte in das Montageelement sorgt und damit eine effektive Kühlung gewährleistet. Dem Montagelement kommt im erfindungsgemäßen Zusammenhang aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit eine Doppelfunktion zu, nämlich einerseits Halterung der Leuchte und andererseits Kühlkörper. Neben wirtschaftlichen Vorteilen aufgrund einer geringen Anzahl von Teilen ergibt sich daraus ein kompakter Aufbau des Beleuchtungssystems, das folglich sehr anpassungsfähig an die Gegebenheiten vor Ort ist.
Grundsätzlich eignen sich als Material für das Montageelement alle Stoffe, die zum einen eine ausreichende Festigkeit zur dauerhaften Halterung der Leuchte aufweisen und zum anderen in der Lage sind, Wärme in ausreichendem Maß von der Leuchte abzuführen. Neben metallhaltigen Materialien wie zum Beispiel Aluminiumschaum bevorzugt die Erfin- dung insbesondere Materialien, die einen Graphitanteil aufweisen oder aus Graphit bestehen. Dabei erweist sich die hohe Temperaturstabilität und flammenhemmende Wirkung von Graphit als besonders vorteilhaft.
Vorzugsweise nutzt die Erfindung verdichteten expandierten Graphit als Material für das Montageelement, der durch thermische Schockbehandlung von vorbehandeltem Naturgraphit gewonnen wird. Dadurch wird zunächst eine Volumenvergrößerung des Naturgraphits um den Faktor 200 bis 400 unter Bildung wurmartiger Strukturen herbeigeführt. Im Zuge einer nachfolgenden Verdichtung des Graphitexpandats verhaken sich die wurmartigen Strukturen untereinander, was dem Material eine hohe mechanische Festigkeit verleiht. Gleichzeitig ordnen sich die Schichtebenen des Graphits bei der Verdichtung bevorzugt senkrecht zur Einwirkungsrichtung des Druckes an, wodurch letztlich die anisotropen Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit entstehen.
Mit der Erfindung werden diese beiden Eigenschaften in idealer Weise miteinander kombiniert, indem in der Kontaktfuge zwischen Leuchtengehäuse und Montageelement nicht nur der Wärmeübergang sicher gestellt, sondern gleichzeitig die für eine sichere Befesti- gung notwendige Haltekraft erzeugt wird. Dabei hat sich gezeigt, dass durch eine Verbesserung der Haltewirkung auch der Wärmeübergang verbessert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der vollflächige Verbund zwischen Montageelement und Leuchtengehäuse durch einen thermisch leitfähigen Kle- ber in der Kontaktfuge sichergestellt. Der Kleber dient dabei nicht nur als Mittel zur Fixierung der Leuchte, sondern gleichzeitig als Ausgleich und Füllstoff für eventuell vorhandene Spalte, die ansonsten einen Wärmeübergang behindern würden.
Eine demgegenüber alternative Art der Befestigung der Leuchte im Montageelement sieht vor, die Ausnehmung im Montageelement mit Untermaß gegenüber dem Leuchtensockel herzustellen. Die Elastizität des Montageelements erlaubt es, die Leuchte mit ihrem Gehäusesockel unter elastischer Weitung der Ausnehmung in die Ausnehmung einzustecken. Die dem elastischen Material des Montageelements immanente Rückstellkraft bewirkt dabei einen entsprechenden vollflächigen Anpressdruck auf den Gehäusesockel, der sowohl einen sicheren Wärmeübergang als auch festen Sitz der Leuchte im Montageelement gewährleistet.
Vorzugsweise weist das Graphitexpandat eine Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,8 g/cm3 auf, höchst vorzugsweise zwischen 0,1 g/cm3 und 0,5 g/cm3. Damit wird erreicht, dass die Anisotropie hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit genügend stark ausgeprägt ist, um die Wärme wirkungsvoll von der Leuchte abzuführen. Andererseits bestimmt das Maß der Verdichtung die Elastizität und damit die für die Haltekraft ursächliche Rückstellkraft des Montageelements. Durch eine Verdichtung des Graphitexpandats auf den vorgenannten Dichtebereich werden beide Forderungen in ausreichendem Maße erfüllt.
Für einen dauerhaft sicheren Sitz der Leuchte im Montageelement ist der Gehäusesockel so ausgebildet, dass er sich zu seiner freien Stirnseite hin zumindest über eine Teilfläche weitet. Bei einem zylindrischen Gehäusesockel kann sich der Zylinderumfang beispielsweise konisch oder konvex weiten, wobei sich die Ausnehmung im Montageelement mit seiner Innenwandung dieser Form elastisch anpasst. Die schrägen Flächen des Gehäusesockels erzeugen dabei eine vom Montageelement ausgeübte vertikal gerichtete Stütz- kraftkomponente, die die Leuchte sicher im Montageelement verankert. In Verbindung mit einer konvexen Wölbung des Gehäusesockels erweist es sich zudem als vorteilhaft, dass die Leuchte innerhalb der Ausnehmung verschwenkt werden kann, beispielsweise um die Ausleuchtung in eine bestimmte Richtung zu lenken. Alternativ oder zusätzlich sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, eine Flanschplatte an der freien Stirnseite des Gehäusesockels zu befestigen, die mit ihrem seitlichen, über den Gehäusesockel hinaus ragenden Überstand auf dem Montageelement aufliegt oder in dieses einbindet und so ein ungewolltes Lösen der Leuchte aus dem Montageelement unterbindet. Bei Verwendung eines thermisch leitenden Flanschmateri- als wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer kann die Flanschplatte zusätzlich zur Wärmeableitung beitragen. Dieser Effekt kann gesteigert werden, wenn die freie Oberseite der Flanschplatte eine die Oberfläche vergrößernde Struktur aufweist.
Anstelle der Flanschplatte können auch ein oder mehrere stab- oder plattenförmige Spreizelemente an der Stirnseite des Gehäusesockels befestigt sein, die ähnlich einem Kipp- oder Federklappdübel wirken. Dabei klappen die Spreizelemente seitlich auf, nachdem die Stirnseite des Gehäusesockels bis zur Rückseite des Montageelements in die Ausnehmung eingeschoben worden ist und bewirken durch Hintergreifen des Montageelements eine Lagesicherung der Leuchte. Die Spreizelemente können mit Hilfe einer elastischen Feder vorgespannt sein, wodurch ein selbsttätiges Aufklappen und Halten erfolgt.
Ein erfindungsgemäßes Montageelement besitzt vorzugsweise eine flächige plattenförmige Gestalt. Das bietet zunächst den Vorteil, dass mehrere Leuchten in einem gemein- samen Montageelement befestigt sein können. Durch die flächige plattenförmige Gestalt des Montageelements ist es aber auch möglich, den konzentriert im Bereich der Ausnehmungen eingeleiteten Wärmestrom aufzufächern und über den Plattenquerschnitt als Strömungsquerschnitt flächig zu verteilen. Die Abgabe der Wärme an die Umgebung kann dann besonders wirkungsvoll über die gesamte Plattenober- und Plattenunterseite erfol- gen. Reicht die passive Kühlleistung eines oben beschriebenen Montageelements nicht aus, so eröffnet die Erfindung die Möglichkeit, durch Integration eines Kühlsystems in das Montageelement die Kühlleistung signifikant zu steigern. Beispielsweise kann ein Montageelement zu diesem Zweck von Rohren durchzogen sein, die ein Kühlmedium führen und an einen Kühlkreislauf angeschlossen sind.
Die flächige Ausbildung der Montageelemente erlaubt darüber hinaus eine Verwendung der Montagelemente als Deckenelemente selbst. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Montageelemente die Decke in diesem Bereich ersetzen, was sowohl im Materialbe- darf als auch Montageaufwand ein enormes Einsparungspotential eröffnet. Dieser Vorteil kommt vor allem bei abgehängten Decken zum Tragen, wo bei geeigneter Auswahl der Größe des Montageelements eine vollständige und völlig problemlose Integration in das Deckensystem gegeben ist, was nicht zuletzt auch die Nachrüstung bestehender Decken mit einem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem möglich macht.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit ein erfindungsgemäßes Montageelement an seiner dem Raum zugewandten Seite mit einer Funktionsschicht zu versehen. Die Funktionsschicht kann zur Erzielung optischer Effekte dienen, die dem Flächenbauteil ein ansprechendes Erscheinungsbild geben. Daneben ist es möglich mit Hilfe der Funktionsschicht weitere technische oder bauphysikalische Effekte hervorzurufen, wie zum Beispiel die Schalldämmung zu verstärken, die Wärmeabstrahlung zu steigern, die mechanische Festigkeit zu verbessern und dergleichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausfüh- rungsbeispiels näher erläutert, aus dem weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen. Gleiche und funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung tragen gleichlautende Bezugszeichen, soweit dies dem besseren Verständnis der Erfindung dient. Aufgrund gegebener Achsensymmetrie ist in den Figuren jeweils nur eine Hälfte einer erfindungsgemäßen Leuchte mit zugehörigem Montageelement dar- gestellt.
Es zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit aktivem Kühlsystem,
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsge- mäßen Beleuchtungssystems mit einem gewölbten Gehäusesockel,
Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit einem konischen Gehäusesockel, Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems, montiert an einer abgehängten Decke,
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems, montiert an einer massiven Ge- schossdecke, und
Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems mit klappbaren Spreizelementen zur Lagesicherung der Leuchte.
In Figur 1 sieht man eine erste einfache Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems 1 in geschnittener Darstellung, wobei mit dem Bezugszeichen 2 die Symmetrieebene gekennzeichnet ist. Das Beleuchtungssystem 1 umfasst eine Leuchte 3 und ein Montageelement 4, an dem die Leuchte 3 befestigt ist. Die Leuchte 3 weist einen zylindrischen, an seiner oberen Stirnseite geschlossenen Gehäusesockel 5 mit beispielsweise kreis- oder rechteckförmigen Querschnitt auf, der zur Aufnahme der Leuchtmittel 6 und gegebenenfalls notwendiger elektronischer Bauteile 7 dient. Leuchtmittel 6 können sowohl Glüh- und Halogenlampen als auch Leuchtstoffröhren und Leuchtdioden oder dergleichen sein. Nach unten schließt sich an den Gehäusesockel 5 ein glockenförmiger Re- flektor 8 an, an dessen Innenseite das von dem Leuchtmittel 6 emittierte Licht reflektiert wird.
Das Montageelement 4 besteht aus einer Platte aus verdichtetem expandiertem Graphit mit einer Dicke zwischen 10 mm und 40 mm, vorzugsweise von 25 mm und einer Dichte von 0,5 g/cm3. Die Wärmeleitfähigkeit des Montageelements 4 in der Plattenebene beträgt 50 W/m*K und ist damit größer als die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Plattenebene. Zur Befestigung der Leuchte 3 am Montageelement 4 ist eine Ausnehmung 9 in das Montageelement 4 eingestanzt, die sich von der Unterseite des Montagelements 4 bis zu dessen Oberseite erstreckt, also durchgängig ist, was jedoch nicht ausschließt, die Ausnehmung 9 auch sacklochartig auszubilden. Die Leuchte 3 ist mit ihrem Gehäusesockel 5 formschlüssig in die Ausnehmung 9 eingesetzt. Die Haltekraft zur Fixierung der Leuchte 3 in dem Montageelement 4 kann durch einen wärmleitenden Kleber in der Kontaktfuge zwischen Gehäusesockel 5 und Ausnehmung 9 erfolgen oder durch einen ausreichenden Anpressdruck, der vom Montageelement 4 in der Kontaktfuge auf den Gehäusesockel 5 ausgeübt wird, was einen Spannsitz der Leuchte 3 in der Ausnehmung 9 bewirkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist zu diesem Zweck die Ausnehmung 9 mit Untermaß gegenüber dem Gehäusesockel 5 hergestellt, so dass beim Einstecken des Gehäusesockels 5 die Ausnehmung 9 elastisch geweitet wird. Die dabei aktivierten materialimmanenten Rückstellkräfte erzeugen über den gesamten Umfang des Gehäusesockels 5 den für einen sicheren Halt der Leuchte 3 notwendigen Anpressdruck und damit Reibschluss.
Das Leuchtmittel 6 und gegebenenfalls die elektronischen Bauteile 7 entwickeln im Betrieb der Leuchte 3 eine enorme Wärme, die im Weiteren von der Leuchte 3 abgeleitet und an die Umgebung übertragen werden muss. Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Montageelements 4 und der Wärmekopplung zwischen Montageelement 4 und Gehäuse- sockel 5 findet ein Wärmeübergang von der Leuchte 3 in das Montageelement 4 statt, der durch den Pfeil 10 versinnbildlicht ist. Infolge der hohen Wärmeleitfähigkeit des Montageelements 4 in Plattenebene erfolgt eine rasche Verteilung der Wärme innerhalb des gesamten Montageelements 4, die im Weiteren über dessen Oberseite und Unterseite kontinuierlich an die Umgebung abgegeben wird.
Das in Figur 2 dargestellte Beleuchtungssystem 1 unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen durch die Anordnung eines aus Aluminium bestehenden Flansches 1 1 an der freien Stirnseite des Gehäusesockels 5. Mit seinem seitlichen Überstand 12 liegt der Flansch 1 1 auf der Oberseite des Montageelements 4 auf, womit einem Lösen der Leuchte 3 nach unten aus der Ausnehmung 9 vorgebeugt wird. Gleichzeitig wird die
Wärme aus dem Gehäusesockel 5 in den Flansch 1 1 eingeleitet, von wo sie zum einen an die Umgebung abgegeben und im Übrigen dem Montageelement 4 zugeführt wird.
Ein weiteres unterscheidendes Merkmal betrifft das Montageelement 4, das in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform mit einem Kühlsystem 13 ausgerüstet ist. Zum Kühlsystem 13 gehören Rohre 14, die innerhalb des Querschnitts des Montageelements 4 verlaufen und von einem Kühlmedium durchströmt sind. Die in das Montageelement 4 eingetragene Wärmemenge wird somit über die Rohre 14 dem Kühlmedium zugeführt und von diesem abtransportiert.
Die Figuren 3 und 4 haben jeweils eine erfindungsgemäße Ausführungsform zum Ge- genstand, mit der der Halt der Leuchte 3 im Montageelement 4 verbessert wird. Das gemeinsame Grundprinzip beider Ausführungsformen besteht darin, dass sich der Gehäusesockel 5 zumindest über einen Umfangsabschnitt in Richtung des freien stirnseitigen Endes des Gehäusesockels 5 weitet. Dadurch stellt sich in der Kontaktfuge zwischen Montageelement 4 und Gehäusesockel 5 eine Verriegelungswirkung ein, die die Leuchte 3 sicher in der Ausnehmung 9 fixiert.
Gemäß Figur 3 kann der Gehäusesockel 5 zu diesem Zweck eine konvexe Wölbung 15 besitzen, der die Innenwandung der Ausnehmung 9 aufgrund der Elastizität des Materials des Montageelements 4 formschlüssig folgt. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausfüh- rungsform wird ein entsprechender Effekt durch einen sich über die Höhe konisch weitenden Umfangsabschnitt 16 erzielt, der gegebenenfalls an seinem freien Rand eine Fase 17 aufweisen kann, um das Einfädeln des Gehäusesockels 5 in die Ausnehmung 9 zu erleichtern. Die Ausführungsformen gemäß der Figuren 5 und 6 zeigen ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystem 1 , dessen Montageelement 2 gleichzeitig Deckenelement ist, also einen Teil des Deckensystems verkörpert. Wie Figur 5 zeigt kann dies in Kombination mit einer abgehängten Decke 18 der Fall sein, wo die Montageelemente 4 als plattenförmige Deckenelemente im lichten Abstand zur massiven Decke 19 eines Gebäudes mit Hilfe nicht dargestellter Halter aufgehängt sind. Die Wärmedissipation erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel passiv über die Ober- und Unterseite des Montageelements 4 unter anderem in den lichten Raum 20 zwischen Decke 19 und abgehängter Decke 18, wobei der Raum zur Steigerung der Kühlwirkung gegebenenfalls auch hinterlüftet sein kann. Im Unterschied dazu zeigt Figur 6 eine Variante, bei der das Beleuchtungssystem 1 großflächig unmittelbar an der Unterseite einer massiven Decke 19 angeordnet ist. Dazu können die Montageelemente 4 mit ihrer Oberseite mit der Decke 19 flächig verklebt sein, vorzugsweise mit einem thermisch leitfähigen Kleber, um die Wärmekopplung zur Decke 19 sicherzustellen. Bedingt durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Montageelements 4 in der Plattenebene wird die Wärme großflächig und äußerst wirkungsvoll in die Decke 19 eingetragen. Da solche Decken 19 zumeist aus einem mineralischen Material wie zum Beispiel Beton mit hoher spezifischer Wärmekapazität bestehen, kann die Wärme dort gespeichert werden. Ist die Decke 19 wie in Figur 6 dargestellt mit einem Kühlsystem 13 ausgerüstet, so kann die aus dem Beleuchtungssystem 1 in die Decke 19 eingetragene Wärmemenge über das Kühlsystem 13 der Decke 19 wieder entzogen werden, mit dem Vorteil, dass sich das Deckenbauteil nicht nennenswert erwärmt.
Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht weitestgehend der unter Figur 2 beschriebenen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied dazu besitzt die Leuchte 3 jedoch anstelle eines Flansches 1 1 mehrere stab- oder plattenförmige Spreizelemente 21 , die schwenkbar an der Rückseite der Leuchte 3 angelenkt sind. Dazu ist mittig an der Stirnseite des Gehäusesockels 5 ein Schwenkgelenk 22 angeordnet, an dem die Spreizelemente 21 mit ihrem einen Ende befestigt sind und aus einer zur Symmetrieebene 2 hin zusammengeklappten Ausgangsstellung in eine quer zur Symmetrieebene 2 verlaufende Haltestellung aufklappbar sind. Der Energie für die Klappbewegung kann beispielsweise von einer nicht dargestellten vorgespannten mechanischen Feder bereitgestellt werden, vergleichbar dem Funktionsprinzip eines Federklappdübels, die gleichzeitig die Spreizelemente 21 in ihrer aufgeklappten Lage hält. Nach ihrem Aufklappen hintergreifen die Spreizelemente 22 mit ihrem Überstand über den Gehäusesockel 5 das Montageelement 4 und verhindern so, dass sich die Leuchte 3 nach unten aus dem Montageelement 4 löst.
Die Erfindung ist nicht allein auf die beschriebenen Merkmalskombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst ebenso Merkmalskombinationen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele, soweit diese an den Sinn und Zweck der Erfindung anknüpfen. Beispielsweise kann bei allen Ausführungsformen die Leuchte 3 mittels eines thermisch leitfähigen Klebers in der Ausnehmung 9 des Montageelements 4 fixiert sein oder der Gehäusesockel 5 kann an seinem freien stirnseitigen Ende einen Flansch 1 1 aufweisen. Auch ist es bei allen Ausführungsformen möglich, ein Kühlsystem 13 in das Montageelement 4 zu integrieren.
Bezugszeichenliste:
1 Beleuchtungssystem
2 Symmetrieebene
3 Leuchte
4 Montageelement
5 Gehäusesockel LED
Elektronisches Bauteil Reflektor
Ausnehmung
Pfeil Wärmeübergang Flansch
Überstand
Kühlsystem
Rohr
Konvexe Wölbung
Konischer Umfangsabschnitt Fase
Abgehängte Decke
Massivdecke
Raum

Claims

Patentansprüche:
1 . Beleuchtungssystem für Flächenbauteile wie Decken (19) oder Wände mit mindestens einer Leuchte (3) und mindestens einem Montageelement (4) zur Befestigung der Leuchte (3) an dem Flächenbauteil, wobei die Leuchte (3) ein Gehäuse mit einem Gehäusesockel (5) aufweist und mit dem Gehäusesockel (5) an dem Montageelement (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (4) aus einem wärmeleitfähigen Material besteht und mindestens eine Ausnehmung (9) besitzt, in welcher die Leuchte (3) mit ihrem Gehäusesockel (5) formschlüssig angeordnet ist.
2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Montageelement (4) aus einem graphithaltigen Material besteht, insbesondere aus expandiertem Graphit.
3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (4) eine Dichte zwischen 0,02 g/cm3 und 0,8 g/cm3 aufweist, vorzugsweise zwischen 0,1 g/cm3 und 0,5 g/cm3.
4. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (4) plattenförmige Gestalt besitzt und eine Wärmeleitfähigkeit in der Ebene des Montageelements (4) zwischen 4 W/m*K und 80 W/m*K aufweist, vorzugsweise zwischen 20 W/m*K und 50 W/m*K.
5. Beleuchtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wärmeleitfähigkeit in der Ebene des Montageelements (4) größer ist als senkrecht dazu.
6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) im Montageelement (4) mit Untermaß im Vergleich zum Gehäusesockel (5) ausgebildet ist und die Leuchte (3) im Spannsitz in der Ausnehmung (9) angeordnet ist.
7. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte (3) in die Ausnehmung (9) eingeklebt ist.
8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gehäusesockel (5) zu seinem freien stirnseitigen Ende hin zumindest über eine Teilumfangsfläche weitet.
9. Beleuchtungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gehäusesockel (5) konisch oder konvex weitet.
10. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesockel (5) an seinem freien stirnseitigen Ende eine flanschartige Erweiterung (1 1 ) aufweist.
1 1 . Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusesockel (5) an seinem freien stirnseitigen Ende ein oder mehrere Spreizelemente (21 ) aufweist, die nach dem Einsetzen des Gehäusesockels (5) in das Montageelement (4) aufklappen und das Montageelement (4) zur Lagesicherung der Leuchte (3) hintergreifen.
12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil eine abgehängte Decke (18) ist und das Montageelement (4) ein Deckenelement der abgehängten Decke (18).
13. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenbauteil eine massive Decke (19) ist und das Montageelement (4) direkt an der Unterseite der Decke (19) befestigt ist.
14. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (4) ein Kühlsystem (13) aufweist, vorzugsweise Rohre (14), die von einem Kühlmedium durchströmt sind.
15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (4) an seiner Oberseite und/oder Unterseite mit einer Funktionsschicht versehen ist.
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