Die vorliegende Erfindung betrifft einen LED-Leuchteneinsatz mit Lichtlenkelement zum nachträglichen Einbau in Leuchten z.B. in Außenleuchten.
Die fortschreitende Entwicklung im Bereich der LED-Technologie ermöglicht eine zunehmende Verbreitung von LEDs als Leuchtmittel in verschiedenen Bereichen der Beleuchtungstechnik. Insbesondere ermöglichen lichtstarke LEDs auch einen Einsatz im Bereich der Außenbeleuchtung, wie z.B. der Verkehrswegebeleuchtung. Diese Bereiche wurden bisher von Natriumdampf-Hochdrucklampen und Quecksilberdampf Hochdrucklampen dominiert. Diese sind jedoch oft teilweise umweltschädlich und weisen nur einen geringen Wirkungsgrad bei der Umwandlung der elektrischen Energie in Licht auf. Weiterhin sind für diese Lampen häufig aufwändige zusätzliche Optiken oder Reflektoren notwendig, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen. Zudem sind derartige Lampen in der Regel nicht dimmbar, und die verwendeten elektrischen Vorschaltgeräte weisen einen niedrigen Wirkungsgrad auf.
Es ist daher wünschenswert, ein Beleuchtungseinheit bereitzustellen, welches eine effiziente Nutzung der elektrischen Energie ermöglicht und auf die Verwendung umweltschädlicher Materialien weitgehend verzichtet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die verwendeten Leuchtmittel dimmbar sind und das erzeugte Licht mit einfachen Mitteln in einfacher Weise lenkbar ist, um eine gewünschte Lichtverteilung zu erreichen. Obgleich alternative Beleuchtungseinrichtungen auf LED-Basis bereits bekannt sind, ist es auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten häufig nicht sinnvoll, bestehende Beleuchtungsanlagen, wie z.B. Straßenbeleuchtungen, vollständig zu demontieren, um sie durch neue Beleuchtungseinrichtungen zu ersetzen.
Eine weitere säulenförmige Anordnung von lichtemittierenden Elementen ist in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher mit möglichst geringem Aufwand vorhandene Leuchten, wie sie insbesondere im Bereich der Außenbeleuchtung anzutreffen sind, im Hinblick auf die effizientere Nutzung von Energie zu verbessern.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch einen Leuchteneinsatz gemäß Anspruch 1. Die natürliche Zahl n ist insbesondere 2,3,4,5 oder 6.
In einer Ausführungsform umfasst der Leuchteneinsatz ferner ein Strukturelement, das mit dem Trägerelement verbunden ist und zur Abstützung des Trägerelements in dem Leuchtengehäuse dient,
wenigstens ein elektrisches Betriebsgerät (50) zur elektrischen Versorgung von LEDs und eine Vielzahl von LEDs, die auf wenigstens einem der Schaltungsträger angeordnet sind. Auf dem wenigstens einen Schaltungsträger sind LEDs, worunter auch OLEDs zu verstehen sind, angeordnet. Ferner können auf den Schaltungsträgern ein oder mehrere weitere elektrische Bauelemente angeordnet sein. Insbesondere können in einer Ausführungsform die Schaltungsträger einen Sensor, insbesondere einen Temperatursensor, beispielsweise einen temperaturabhängigen Widerstand aufweisen. Des Weiteren kann der Schaltungsträger in einer Ausführungsform eine Schaltung zur Stromregelung aufweisen. Ferner können auf den Schaltungsträgern Leiterbahnen angeordnet sein, welche die LEDs und/oder elektrischen Bauelemente kontaktieren.
In einer Ausführungsform kann der Schaltungsträger eine zylindrische Form aufweisen, auf deren äußerer Oberfläche die LEDs angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine Anordnung erzielen, bei der die LEDs in unterschiedliche Raumrichtungen abstrahlen können. Die Anordnung der LEDs beeinflusst dabei die Gesamtlichtverteilung der Leuchte.
In einer weiteren Ausführungsform können Schaltungsträger verwendet werden, welche eine im Wesentlichen ebene Oberfläche besitzen. Dabei können mehrere Schaltungsträger so zusammengesetzt sein, dass jeweils benachbarte Schaltungsträger an einer Kante ausgerichtet sind. Bei Verwendung von n Schaltungsträgern kann sich insbesondere im Querschnitt der Anordnung ein n-Eck ergeben, wobei die LEDs auf der Außenseite des n-Ecks angeordnet sind. Eine solche ebene Ausführung der Schaltungsträger bietet den Vorteil, dass die LEDs mit Hilfe von Verfahren, wie sie bei der Bereitstellung von ebenen LED-Modulen bekannt sind, angebracht werden können. Gemäß einer Ausführungsform bildet die Anordnung aus Schaltungsträgern ein gleichmäßiges n-Eck, z.B. ein gleichmäßiges Sechseck. Bei einem Mehreck von wenigstens fünf Ecken kann eine verhältnismäßig gleichmäßige Lichtverteilung um 360° des Leuchteneinsatzes erzielt werden. Auch die Aufbringung von Leiterbahnen und die Bestückung mit weiteren elektrischen Bauelementen z.B. Sensoren, wird durch die Verwendung von Schaltungsträgern mit ebener Oberfläche erleichtert. Um eine Lichtverteilung bereitzustellen, wie sie insbesondere im Bereich der Verkehrswegebeleuchtung zweckdienlich ist, und um andererseits die Anzahl der Schaltungsträger in wirtschaftlichen Grenzen zu halten, bietet sich insbesondere die Verwendung von fünf oder sechs Schaltungsträgern an. Eine höhere Anzahl kann insbesondere eine feinere Winkelverteilung des abgestrahlten Lichts ermöglichen, bedingt aber andererseits einen höheren Montageaufwand.
Der Schaltungsträger kann insbesondere als Printed Circuit Board (PCB) ausgeführt sein. Ferner kann er zur Verbesserung der Wärmeableitung als Leiterplatte mit Metallkern (MCPCB) ausgeführt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schaltungsträger einen metallischen Kern aufweisen, welcher auf seiner Oberfläche mit einem Dielektrium versehen ist. Insbesondere können auf dem Dielektrikum Leiterbahnen angeordnet sein. Bevorzugt ist hierbei die Verwendung eines metallischen Kerns aus Aluminium.
Alternativ können Oberflächenabschnitte des Trägerelements selbst als Schaltungsträger ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform sind metallische Leiterbahnen auf der Oberfläche des Trägerelements oder einer elektrischen Isolierschicht der Oberfläche des Trägerelements angebracht.
Der Schaltungsträger kann eine Matrix aus Spalten und Zeilen aufweisen, in welcher die LEDs positioniert sind. Insbesondere kann die Matrix gleichmäßig sein z.B. in vertikaler und/oder horizontaler Richtung gleiche Abstände aufweisen. Um bei gegebener Matrix die Verteilungsdichte der LEDs variieren zu können, ist es in einer Ausführungsform möglich, die LED an einer Position der Matrix mit einer elektrischen Brücke zu aktivieren oder zu deaktivieren. Der Schaltungsträger kann in dieser Ausführungsform ein gleichmäßige Anordnung von Spalten und Reihen möglicher LED-Anschluss-Postionen aufweisen, während die LEDs gleichmäßig oder ungleichmäßig darauf verteilt sein können. In einer Ausführungsform können auch mögliche LED-Anschluss-Positionen, die nicht mit LEDs besetzt sind, mit einer elektrischen Brücke kurzgeschlossen werden, weil eine Reihenschaltung der ELDs bzw. der LED-Positionen vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform können die LEDs so angeordnet sein, dass sie einzeln von außen kontaktierbar sind und individuell angesteuert werden können. Ferner kann in einigen Ausführungsformen der Schaltungsträger äußere Anschlüsse aufweisen, die insbesondere zur Versorgung mit elektrischer Energie dienen. Bevorzugt können diese als Steckverbindung ausgeführt sein. Insbesondere ist bei der Verwendung mehrerer Schaltungsträger in einem Leuchteneinsatz eine Anordnung der Stecker vorteilhaft, bei welcher eine Parallel- oder Serienschaltung der einzelnen Schaltungsträger möglich ist, bei welcher sich die Mittel zur Verbindung nicht überkreuzen. Ferner kann in einer Ausführungsform der Schaltungsträger mit einer Schutzbeschichtung versehen sein, welche dem Schutz vor Feuchtigkeit dient. Die Beschichtung kann dabei als transparente Lackierung oder Beschichtung ausgeführt sein.
In einer Ausführungsform kann das Trägerelement im Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse ein äußeres Profil aufweisen, welches dem Querschnitt der Anordnung der Schaltungsträger entspricht oder wenigstens ähnelt. Insbesondere kann das Trägerelement einen n-eckigen Querschnitt aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Trägerelement ein röhrenförmiges, hohles Element sein, auf dessen äußerer Oberfläche die Schaltungsträger angeordnet sind. In dieser Ausführungsform kann das Trägerelement insbesondere Kanäle aufweisen, um die Schaltungsträger beispielsweise mittels Schrauben zu befestigen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Trägerelement massiv ausgeführt sein. Da die Wärme, welche beim Betreiben der LEDs entsteht, im Wesentlichen von den LEDs über den Schaltungsträger zum Trägerelement fließt, und von diesem ein Wärmefluss zum Strukturelement stattfindet, ist eine Verwendung eines Materials für das Trägerelement vorteilhaft, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt. Insbesondere kann das Trägerelement Aluminium umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann das Trägerelement Eisen oder Kupfer umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann wenigstens ein Schaltungsträger mittels einer Schraub- oder Klemmeinrichtung oder mittels eines Klebeverfahrens auf dem Trägerelement befestigt sein. Zur Erzeugung eines guten thermischen Kontaktes kann ein sich bildender Hohlraum zwischen dem Schaltungsträger und dem Trägerelement mit einem thermisch leitfähigen Material (z.B. einer Wärmeleitpaste) ausgefüllt sein.
Die Erfindung sieht weiterhin ein Strukturelement vor. Dieses dient der mechanischen Stabilität und der Befestigung anderer Komponenten desLeuchteneinsatzes, insbesondere des Trägerelements, in dem Leuchtengehäuse. Bevorzugt ist hierbei die Verwendung eines metallischen Materials. In einer Ausführungsform kann dabei das Strukturelement aus Aluminium gefertigt sein. Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium wird hierdurch eine effiziente Ableitung der in den LEDs entstehenden Wärme ermöglicht. Ferner kann das Strukturelement mit Außenflächen versehen sein, über welche die Wärmeenergie an die Luft abgegeben werden kann. Weiterhin ist Aluminium ein Material mit relativ geringer Dichte, wodurch das Gesamtgewicht des Aufbaus minimiert wird. Das Strukturelement kann ferner ein Gussteil sein oder eine Konstruktion aus Blechen aufweisen.
Zum einfachen nachträglichen Einbau des Leuchteneinsatzes ist das Strukturelement ferner mit einem Befestigungsmittel versehen, um den Leuchteneinsatz an der Leuchte zu befestigen. Insbesondere kann das Strukturelement ein Gewinde aufweisen. In weiteren Ausführungsformen können andere Befestigungsmittel, wie insbesondere Mittel für eine Rastverbindung vorgesehen sein.
In einigen Ausführungsformen kann auch das Trägerelement ferner Befestigungsmittel für ein Bauteil der zu sanierenden Leuchte, z.B. für einen Leuchtenschirm oder Leuchtendeckel aufweisen. Insbesondere kann für die Verwendung in Pilzleuchten ein Befestigungsmittel, wie ein Gewindezapfen, am Trägerelement vorgesehen sein, um ein Dachelement des Leuchtengehäuses zu befestigen.
Ferner kann der Leuchteneinsatz ein oder mehrere Abdeckelemente aufweisen. Diese dienen insbesondere dazu, Teilbereiche des Leuchteneinsatzes abzudecken, welche nicht mit LEDs oder Reflektoren versehen sind. Die Abdeckelemente können aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium gefertigt sein. Neben einem dekorativen Nutzen können die Abdeckelemente auch zur Kühlung der Leuchte beitragen. Insbesondere können Öffnungen zur Belüftung vorgesehen sein. Ferner können die Abdeckelemente Oberflächenbereiche aufweisen, welche zur Abgabe von Verlustwärme an die umgebende Luft beitragen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Abdeckelement einstückig am Strukturelement gebildet sein. Ferner kann das Abdeckelement eine Öffnung oder Aussparung aufweisen, durch welche ein elektrischer Anschluss der Leuchte erfolgt. Die Öffnung bzw. Aussparung kann darüber hinaus einen Deckel aufweisen, welcher am Abdeckelement befestigt ist.
Das wenigstens eine Betriebsgerät des Leuchteneinsatzes dient zur elektrischen Versorgung der LEDs. Das Betriebsgerät kann dabei neben leistungselektronischen Komponenten auch eine Logik enthalten. Insbesondere kann das Betriebsgerät auch ein Steuermodul (z.B. einen Siteco Light Control (SLC) Baustein) aufweisen. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, alle LEDs gemeinsam oder einzelne LEDs individuell zu regeln und ein Beleuchtungsszenario bedarfsgerecht programmieren zu können. Auf diese Weise kann z.B. eine Überbeleuchtung vermieden werden und ein Energieverbrauch reduziert werden. Insbesondere ergibt sich durch die Verwendung eines Steuermoduls die Möglichkeit, das Beleuchtungsniveau den tatsächlichen Erfordernissen anzupassen. Dies bietet insbesondere im Hinblick auf die Verwendung des Leuchteneinsatzes in der Verkehrswegebeleuchtung Vorteile. Beispielsweise kann durch eine bedarfsgerechte Regelung der Straßenbeleuchtung das Beleuchtungsniveau an Unfallstellen oder bei ungünstigen Witterungsbedingungen erhöht werden, wodurch eine Unfällgefahr reduziert werden kann.
Ferner kann in einer Ausführungsform das Betriebsgerät einen elektrischen Wandler umfassen. Dieser dient zur Wandlung der von außen bereitgestellten elektrischen Energie in eine Spannung, welche zum Betrieb der LEDs benötigt wird. Insbesondere kann der elektrische Wandler als Abwärtswandler ausgeführt sein, welcher eine von außen bereitgestellte höhere Spannung in eine zum Betrieb der LEDs geeignete niedrigere Spannung umwandelt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchteneinsatz weiterhin Lichtlenkelemente auf, welche vor den LEDs in deren Abstrahlrichtung angeordnet sind. Die Lichtlenkelemente können ferner insbesondere einen transparenten oder opalen Kunststoff, z.B. PMMA, aufweisen. Möglich ist insbesondere die Verwendung von Kunststoffspritzgussteilen.
Ferner können die Lichtlenkelemente eine reflektierende oder teilreflektierende Oberflächenbeschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann dabei insbesondere die Materialien Aluminium, Silber oder Gold umfassen. Möglich ist hierbei insbesondere ein Aufbringen des Materials mit Hilfe eines Vakuummetallisierungsverfahrens. In einer Ausführungsform kann ein beschichteter Teilbereich der Oberfläche glatt oder mattiert ausgeführt sein. Ferner kann ein beschichteter Teilbereich der Oberfläche mit Facetten versehen sein. Zur Erzielung einer gewünschten Lichtverteilung kann das Lichtlenkelement darüber hinaus weitere eingeformte oder einsetzbare lichtbrechende oder lichtstreuende Elemente aufweisen, wie z.B. eine Fresnell-Linse, ein Prisma, einen Diffusor oder eine Kombination dieser Elemente.
In einer Ausführungsform ist das Lichtlenkelement in mehreren Segmenten ausgeführt, welche jeweils Mittel zur mechanischen Verbindung der Segmente untereinander aufweisen. Die Mittel können dabei einstückig aus dem Material der Lichtlenkeinheit gebildet sein oder als separate Elemente an diesen angebracht sein. Die Verbindungselemente können dabei so gebildet sein, dass einzelne Segmente sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung miteinander verbunden werden können. Durch eine Anordnung unterschiedlicher Segmente in vertikaler Richtung, d.h. einer Stapelung der Segmente übereinander, kann dabei insbesondere die Lichtverteilung in radialer Richtung relativ zur Leuchte beeinflusst werden. Durch eine Verbindung verschiedener Segmente in horizontaler Richtung kann ferner die Lichtverteilung in ringförmigen Bereichen, welche konzentrisch um die Leuchte herum verlaufen, beeinflusst werden. Um die Lichtverteilung für einen gewünschten Anwendungszweck zu optimieren, können die einzelnen Segmente unterschiedlich ausgeführt sein. Insbesondere können verschiedene Segmente unterschiedliche Abmessungen in horizontaler und vertikaler Richtung aufweisen.
In einer Ausführungsformumfasst das Lichtlenkelement Reflektorflächen, um das von den LEDs ausgesandte Licht reflektieren. Durch eine optimierte Anordnung bzw. Ausrichtung der Reflektoren lässt sich hierbei die gewünschte Lichtverteilung einstellen. Insbesondere können Teilbereiche der Reflektoren Licht von einer LED-Gruppe, die z.B. in einer Reihe angeordnet, in einem leuchtennahen Bereich (in einem Umkreis von 10 m zur Leuchte) lenken, während andere Teilbereiche der Reflektoren das Licht der gleichen LED oder LED-Gruppe in einem leuchtenentfernteren Bereich lenken. Insbesondere können jeweils zwei Teilbereiche der Reflektoren, die Licht in den Nah- bzw. Fernbereich der Leuchte lenken, übereinander liegen, z.B. innerhalb eines Segmentes des Lichtlenkelements.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Lichtlenkelement mehrere Fächer, die jeweils zwei gegenüberliegende oder vier etwa kastenförmig angeordnete Reflektorflächen umfasst. Vorzugsweise sind die Reflektorflächen, welche quer zur Längsachse des Trägerelements angeordnet sind, gegenüber der Längsachse des Trägerelements geneigt. Dadurch lässt sich mit einer nach unten weisenden Reflektorfläche die Lichtstrahlung der LED in den leuchtennahen Bereich umlenken, während die nach oben weisende Reflektorfläche das Licht der LED in den leuchtenentfernten Bereich umlenkt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Fächer aus den Segmenten des Lichtlenkelements aufgebaut. Jeweils ein Segment kann dabei die obere Hälfte und die untere Hälfte zweier benachbarter Fächer umfassen. Es ist auch vorgesehen, dass ein Segment des Lichtlenkelements ein oder mehrere vollständige Fächer, die jeweils aus zwei oder vier Reflektorflächen gebildet sind, umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Segmente jeweils wenigstens zwei Reflektorflächen. Wenigstens einige der Segmente des Lichtlenkelements können eine identische Form aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform können Teile des Lichtlenkelements mit Hilfe einer Tragstruktur miteinander verbunden sein. Die Verwendung einer separaten Tragstruktur kann insbesondere die mechanische Stabilität des Aufbaus erhöhen. Ferner wird hierdurch die Verwendung verschiedener Teile des Lichtlenkelements erleichtert, beispielsweise für eine Kombination von Segmenten mit verschiedenen Abmessungen. Die Tragstruktur selbst kann dabei aus einem transparenten, opalen Material ausgeführt sein. Insbesondere kann die Tragstruktur aus Kunststoff gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Tragstruktur auch metallische Elemente aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsfrom kann die Tragstruktur von außen sichtbar sein. Insbesondere kann in einer Ausführungsform ein Teilbereich der Tragstruktur als Lichtleiter ausgebildet sein, wodurch sich das Erscheinungsbild der Leuchte gezielt beeinflussen lässt. Insbesondere kann die Tragstruktur weiterhin mit fluoreszierenden oder lichtstreuenden Partikeln versehen sein, welche Teilbereiche der Tragstruktur als leuchtendes Rahmenwerk erscheinen lassen.
Die Lichtverteilung der Leuchte wird in einer Ausführungsform insbesondere durch die Anordnung der einzelnen LEDs auf dem Schaltungsträger, der Anordnung der Schaltungsträger in der Leuchte, sowie die Anordnung und Gestaltung der Lichtlenkelemente beeinflusst. Beispielsweise lässt sich durch eine erhöhte Bestückungsdichte mit LEDs in einem Winkelbereich des LED-Moduls eine Beleuchtungsstärke intensivieren. Eine solche Ausgestaltung kann vorteilhaft sein, um in einer Anwendung zur Straßenbeleuchtung Teilbereiche der Straße gezielt stärker zu beleuchten, und andererseits Teilbereiche, welche abseits der Straße gelegen sind, weniger stark zu beleuchten.
Der erfindungsgemäße Leuchteneinsatz kann im Bereich der Innenraum- und Außenbeleuchtung verwendet werden. Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung im Bereich der Außenbeleuchtung, z.B. im Bereich der Verkehrswegebeleuchtung oder zur Beleuchtung von Parkanlagen oder Plätzen. Durch die Austauschbarkeit des Leuchteneinsatzes kann dieser in verschiedenen Leuchtenfamilien eingesetzt werden. Möglich ist eine Verwendung z.B. in Pilzleuchten, Mastleuchten, Laternen oder Glockenleuchten. Der Leuchteneinsatz kann dabei so gestaltet sein, dass er den mechanischen Anforderungen der einzelnen Leuchtenfamilien gerecht wird. Beispielsweise kann der Leuchteneinsatz für die Verwendung in einer Glockenleuchte so gestaltet sein, dass er in einer hängenden Position montiert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform können die LEDs auf den Schaltungsträgern so angeordnet sein, dass die Lichtverteilung im Wesentlichen in zwei Richtungen konzentriert ist. Hierzu sind die LEDs so ausgerichtet, dass ihre Abstrahlrichtung eine horizontale Projektion aufweist, welche einen Winkel von etwa 90° bis etwa 180°, insbesondere etwa 100° bis etwa 160°, z.B. etwa 120° einschließt. Eine solche Lichtverteilung ist insbesondere vorteilhaft für die Anwendung als Anliegerstraßenbeleuchtung, weil das Licht der Leuchte, die am Rand der Straße angeordnet ist, entlang der Straße oder des Gehweges neben der Straße abgegeben wird, jedoch nicht in Richtung zur Häuserfassade.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Lichtverteilung in einer horizontalen Ebene annähernd isotrop sein. Dies kann insbesondere durch eine Anordnung der LEDs und der Lichtlenkelemente erfolgen, welche in einer horizontalen Schnittebene annähernd radialsymmetrisch ist. Insbesondere können die in einer Ausführungsform verwendeten Schaltungsträger gleiche Abmessungen und gleiche LED-Verteilungen aufweisen, und zueinander auf eine Weise angeordnet sein, so dass sie in einem horizontalen Querschnitt ein regelmäßiges n-Eck bilden. Vorteilhaft ist eine derartige Lichtverteilung insbesondere für eine Platzbeleuchtung.
Gemäß einer Ausführungsform können zur Bestückung der Schaltungsträger LEDs mit unterschiedlicher Lichtfarbe verwendet werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Verwendung eines Steuermoduls können bei dieser Ausführungsform auch LEDs mit unterschiedlicher Lichtfarbe gezielt angesteuert werden. Auf diese Weise kann die Lichtfarbe der Leuchte eingestellt werden. Insbesondere können bei der Verwendung mehrerer Schaltungsträger in einem Leuchteneinsatz die Schaltungsträger unterschiedliche Verteilungen der LEDs aufweisen, so dass beispielsweise auf einem der verwendeten Schaltungsträger LEDs einer bestimmten Farbe dominieren, während ein anderer Schaltungsträger mehr LEDs einer anderen Farbe aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Beleuchtungsniveau, welches durch die Leuchte bereitgestellt wird, durch ein Dimmen einzelner LEDs bzw. LED-Gruppen erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Beleuchtungsniveau über ein Zu- oder Abschalten einzelner LEDs oder LED-Gruppen gezielt beeinflusst werden.
Zur gezielten Einstellung einer bestimmten Lichtverteilung kann in einer Ausführungsform die Anzahl der LEDs, welche in einen bestimmten Raumwinkelbereich abstrahlen, variieren. Hierbei ist die Gesamtanzahl der LEDs sowie ihre maximale Leistungsabgabe maßgeblich für die Dimensionierung des Betriebsgerätes. Vorteilhaft ist hierbei insbesondere die Verwendung von etwa 5 bis etwa 200 LEDs, insbesondere 10 bis 100 LEDs, insbesondere 20 bis 50 LEDs. Die Verteilung der LEDs auf dem Schaltungsträger bzw. den Schaltungsträgern kann dabei insbesondere inhomogen sein. Hieraus ergibt sich eine Lichtverteilung der Leuchte, welche in unterschiedlichen Raumbereichen unterschiedliche Intensität zeigt.
Gemäß einer Ausführungsform können die LEDs auf dem Schaltungsträger in Reihen angeordnet sein. Diese Reihen können z.B. vertikal oder horizontal verlaufen. In einer horizontalen Reihe können beispielsweise 1 bis 5 LEDs nebeneinander angeordnet sein. Eine ähnliche Dimensionierung ist auch für vertikale Reihen möglich. Zur Erzielung einer besonderen Lichtverteilung ist auch eine inhomogene Verteilung möglich.
Die einzelnen LEDs auf einem Schaltungsträger können gemäß einer Ausführungsfrom mit Hilfe von Leiterbahnen kontaktiert sein. Auch eine Kontaktierung mittels einer separaten Verkabelung ist möglich.
Gemäß einer Ausführungsform sind die LEDs auf dem Schaltungsträger aufgelötet. Möglich ist auch eine Befestigung mit Hilfe eines Bondingverfahrens. Diese Verfahren gewährleisten auch einen effizienten Wärmeabfluss von den LEDs in den Schaltungsträger. Ferner ist auch eine Befestigung mit Hilfe eines Klebeverfahrens möglich.
Um eine effiziente Kühlung der LEDs zu ermöglichen, ist es in einer Ausführungsform vorteilhaft, wenn, für den Wärmefluss wichtige Komponenten des LED-Moduls, wie das Strukturelement, das Trägerelement und das Abdeckelement ein thermisch gut leitfähiges Material, wie z.B. Aluminium aufweisen. Ferner können das Trägerelement und/oder das Strukturelement so gefertigt sein, dass im Inneren des LED-Moduls ein Hohlraum ausgebildet ist, durch welchen Luft strömen kann. Insbesondere ist in einer Ausführungsform im Inneren des LED-Moduls ein Hohlraum ausgebildet.
Ferner kann in einer Ausführungsform der Leuchteneinsatz weiterhin einen Ventilator aufweisen, welcher zur Kühlung beiträgt. Die durch den Ventilator erzeugte Luftströmung erleichtert eine thermische Konvektion, durch welche Wärme von den Komponenten der Leuchte an die Luft abgegeben werden kann. In einer Ausführungsform kann das LED-Modul ferner eine steuerbare Wärmequelle im oberen Bereich aufweisen, durch welche eine Konvektion zusätzlich stimuliert wird. Möglich ist insbesondere auch die Verwendung einer VenturiDüse.
Darüber hinaus können in einigen Ausführungsformen des Leuchteneinsatzes einige Komponenten, wie z.B. das Strukturelement oder das Trägerelement, sowie das Abdeckelement zusätzliche, oberflächenvergrößernde Merkmale aufweisen. Insbesondere können in einigen Ausführungsformen die oberflächenvergrößernden Merkmale als rippenförmig oder linsenförmig ausgebildete Oberflächenprofile vorhanden sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen erläutert, die Folgendes darstellen:
In
Die Oberflächenabschnitte 21 des Trägerelements 20 sind jeweils etwa eben ausgebildet und definieren in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Trägerelements ein regelmäßiges Sechseck.
In jedem Oberflächenabschnitt 21 ist ferner eine Nut 22 in Längsrichtung des Trägerelements 20 vorgesehen, welche dazu geeignet ist, dass Schrauben und Führungselemente in beliebiger Höhe längs der Nut 22 eingreifen können. Auf jedem Oberflächenabschnitt 21 des Trägerelements 20 ist jeweils ein Schaltungsträger 30 mittels Schrauben 31durch Löcher 32 angebracht (siehe
Das Trägerelement 20 ist aus Aluminium ausgebildet, um für eine gute Wärmeleitung zu sorgen. Es schließt nach unten ein Strukturelement 10 an, welches in dem vorliegenden Beispiel aus mehreren abgewinkelten Elementen, ebenfalls aus Aluminium, gebildet ist. Auf der dem Trägerelement 20 abgewandten Seite des Strukturelements 10 sind Abwinklungen 11 vorgesehen, mit deren Hilfe der Leuchteneinsatz in einem Gehäuse einer Leuchte in aufrechter Position befestigt werden kann. Das Strukturelement 10 ist ferner auf der Außenseite mit Abdeckungen 60 verkleidet. Diese Abdeckungen 60 sind ebenfalls aus Aluminium gebildet und Unterstützen die Kühlung des Leuchteneinsatzes durch Umgebungsluft. Innerhalb des Strukturelements 10 ist ein Betriebsgerät 50 angeordnet. Das Betriebsgerät 50 ist mittels einer elektrische Anschlussldemme 51 auf dem Strukturelement 10 an die vorhandenen elektrischen Zuleitungen in der Leuchte angeschlossen werden kann. Das Betriebsgerät 50 verfügt über einen Spannungswandler, um die Spannung der Netzversorgung auf die erforderlichen Spannungen zum Betrieb der LEDs umzuwandeln. Das Betriebsgerät 50 versorgt über Kabel (in den Figuren nicht gezeigt) die Schaltungsträger 30 mit der notwendigen Versorgungsspannung der LEDs 35, die auf dem Schaltungsträger 30 angeordnet sind.
Optional ist noch ein Steuermodul 55 mit dem Betriebsgerät 50 verbunden. Das Steuermodul 55 ermöglicht es, die LEDs 35 auf den Schaltungsträger 30 aufgrund von vorgegebenen Steuerungsparametem, wie z.B. der Tageszeit oder aufgrund von Messsensoren an dem Leuchteneinsatz, zu schalten und zu dimmen. Insbesondere können auch einzelne Gruppen von LEDs 35 auf den Schaltungsträgern 30 unterschiedlich geschaltet oder gedimmt werden.
In
Auf der Oberseite des Trägerelements 20 ist ferner ein Gewindezapfen 27 vorgesehen. Dieser dient dazu, wie in
Um den Umfang des Trägerelements 20 bzw. der Schaltungsträger 30 ist ferner ein Lichtlenkelement 40 angeordnet, welches in dem gezeigten Beispiel aus mehreren übereinander gestapelten Segmenten 41 gebildet ist. Die
Wie in der
Bezug nehmend auf
Die lichttechnische Funktion der einzelnen Segmente 41 des Lichtlenkelements 40 ist in den
Die Segmente 41 weisen in horizontaler Richtung übereinander unterschiedlich geneigte Reflexionsflächen 401 und 402 auf. Die Reflektorfläche 402 sorgt aufgrund ihrer Anordnung oberhalb der LED 35, dass Licht gemäß dem Strahlengang 1001 nach unten reflektiert wird. Diese Strahlung trägt zur Beleuchtung im leuchtennahen Bereich (z.B. im Umfang von etwa 10 m um die Leuchte) bei. Die Strahlung 1002, welche die LED 35 ohne Reflexion an dem Lichtlenkelement 40 verlässt sowie die Strahlung 1003 und 1004, welche an der nach oben weisenden Reflexionsflächen 401 reflektiert werden, verlassen demgegenüber die Leuchte um eine horizontale Richtung. Die Lichtstrahlung trägt dadurch zur Beleuchtung der leuchtenentfemteren Bereiche bei.
Die Lichtlenkung innerhalb einer horizontalen Ebene ist in
In Ergänzung zu den vorher genannten Reflektorflächen 401, 402 und 404 des Lichtlenkelements 40 weist dieses noch optische Entblendungselemente 420 in Form von lichtstreuenden transparenten Platten 420 auf, die sich jeweils zwischen zwei Segmenten 41 etwa parallel und in geringem Abstand zu den Schaltungsträgern 30 erstrecken. Das Entblendungselement 420 wird mittels Positionierungslöchem 403 zwischen jeweils zwei Segmenten 41 gehalten.
Die
Gemäß der alternativen Ausführungsform nach
Die
Alternativ kann an der Stelle des Entblendungselements 420 auch eine lichtbrechende Einrichtung, wie z.B. eine Linse, vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform sind bevorzugt jeweils zwei gegenüberstehende Reflektorflächen 401 und 402 und die zwei dazwischenliegenden seitlichen Reflektorflächen 404 einstückig in einem Segment des Lichtlenkelements vorgesehen.
Die übereinander gestapelten Segmente 41 des Lichtlenkelements 40 bilden daher durch ihre Reflexionsflächen 401, 402 und 404 jeweils ein Fach, welches eine LED oder eine Reihe von LEDs auf dem Schaltungsträger zugeordnet ist. Die Lichtlenkung kann durch Wahl der Winkel der Reflektorflächen 401, 402 und 404 präzise den Erfordernissen angepasst werden, weil die LED 35 als nahezu punktförmiger Strahler mit einem definierten Streuwinkel Licht abgibt. Im Unterschied zu einer flächig strahlenden Lichtquelle, wie beispielsweise einer Leuchtstoffröhre, die über den gesamten Umfang Licht abgibt, kann daher das Lichtlenkelement 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sehr viel präziser auf die Anordnung der Lichtquellen abgestimmt werden.
Die Anordnung von LEDs auf den Schaltungsträgern 30 ist in für verschiedene Ausführungsformen in den
Die prinzipielle Struktur der Anordnung der LEDs auf einem Schaltungsträger 30 ist in
Die
Wie vorhergehend mit Bezug auf die Beschreibung des Lichtlenkelements 40 beschrieben, ist jeweils ein Segment 41 bzw. ein Fach, welches sich aus der Oberseite und der Unterseite zweier aufeinanderfolgender Segmente 41 ergibt, einer LED-Reihe zugeordnet. Es ist auch möglich, dass die Segmente 41 des Lichtlenkelements nicht identisch zueinander ausgeführt sind. Dann lässt sich durch die entsprechende Anordnung oder Beschaltung von LEDs auf dem Schaltungsträger eine unterschiedliche Lichtverteilung des Leuchteneinsatzes erzeugen.
Die Bestückung der Schaltungsträger 30 mit LEDs in verschiedenen Positionen der regelmäßigen Matrix kann tatsächlich physikalisch durch Besetzung nur bestimmte Positionen erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass LEDs an jeder Position der Matrix angeordnet sind, jedoch nur in unterschiedlichen Gruppen geschaltet werden, wobei die Schaltung vorzugsweise durch das Steuermodul 55 erfolgt. So lassen sich zu unterschiedlichen Tageszeiten verschiedene Lichteffekte erzeugen. Ferner können die Lichteffekte nicht nur durch das Ein- und Ausschalten von LEDs hervorgebracht werden, sondern auch durch kontinuierliche Dimmen von LEDs oder Gruppen von LEDs an ausgewählten Positionen innerhalb der Schaltungsträger 30.
Weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Leuchteneinsätzen sind in den
Zahlreiche Abwandlungen der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf ebene Schaltungsträger 30, wie in den Figuren dargestellt, beschränkt. Es können auch zylindrische oder halbzylindrische oder teilzylindrische Schaltungsträger Anwendung finden. Ebenso können flexible Schaltungsträger auf entsprechend zylindrisch oder teilzylindrische Flächen des Trägerelements aufgebracht werden. Ferner ist zu berücksichtigen dass anstelle separater Schaltungsträger 30 der Schaltungsträger, d.h. die Leiterbahnen mit entsprechender Isolierung, auch direkt auf den Oberflächen des Trägerelements 20 ausgebildet sein kann.
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