[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Verkehrsweges nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Vorrichtungen zur Beleuchtung eines Verkehrsweges sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen
Ausführungsformen bekannt. Eine Ausführungsform sind Vorrichtungen zur Beleuchtung
eines Verkehrsweges, welche als Leuchtmittel beispielsweise lichtemittierende Leuchtdioden
(LED's) verwenden.
[0003] Die Verwendung von lichtemittierenden Leuchtdioden (LED) stellt für den Energieverbrauch
derartiger Vorrichtungen eine bevorzugte Ausführungsform dar, da der Energieverbrauch
einer Leuchtdiode (LED) deutlich unterhalb des Energieverbrauchs eines herkömmlichen
Leuchtmittels, beispielsweise einer Gasentladungslampe liegt.
[0004] Beispielsweise zeigt die Druckschrift
DE 20 2007 002 187 U1 eine mit LED-Technik umrüstbare Straßenlampe in einer Pilzoder Kofferform, wobei
eine mit LED's bestückte Platine für den Anschluss in unterschiedlichen Fassungen,
wie zum Beispiel E27, E40, GU10, Bajonett- oder Edisonfassungen geeignet ist.
[0005] Die mit LED's bestückten Platinen bzw. die stabförmigen LED-Fassungen sind in horizontaler
oder vertikaler Richtung in der Beleuchtungsvorrichtung entsprechend herkömmlicher
Leuchtmittel verwendbar.
[0006] Nachteilig ist, dass die von den so gebildeten Leuchtmitteln ausgehenden Lichtstrahlen
in alle Richtungen abgestrahlt werden, wodurch ein erheblicher Anteil der Lichtstrahlen
in Bereiche fällt, in welchen eine Ausleuchtung nicht erforderlich bzw. erwünscht
ist. Lichtstrahlen, die beispielsweise in seitliche Bereiche strahlen, können eine
unerwünschte Blendung für Fahrer von Fahrzeugen, Anwohner und/oder nachtaktiven Tieren
darstellen. Darüber hinaus wird in dem ausgeleuchteten Bereich aufgrund der Strahlungscharakteristik
lediglich eine Kugelkappen ähnliche Lichtverteilung erreicht.
[0007] Aus diesem Grunde hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Lichtverteilung
einer LED-Beleuchtungsvorrichtung in einem auszuleuchtenden Bereich zu verbessern.
[0008] Ausgehend von dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 wird die erfindungsgemäße Aufgabe
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0009] Vorteilhafte Erweiterungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
[0010] Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Beleuchtung eines Verkehrsweges aus,
wobei die Vorrichtung ein Gehäuse zur Aufnahme mindestens einer Lichtquelle umfasst,
wobei die Lichtquelle durch einen oder mehrere Leuchtkörper gebildet ist und jeder
Leuchtkörper mindestens ein Leuchtmittel, vorzugsweise eine lichtemittierende Leuchtdiode
(LED) aufweist, wobei das Leuchtmittel auf einem Trägerelement angeordnet ist und
mittels einem Vorschaltgerät mit elektrischer Energie versorgt ist.
[0011] Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Leuchtkörper als rinnenförmiger Reflektor
ausgebildet ist.
[0012] Unter einem rinnenförmigen Reflektor ist ein rohrförmiger Körper zu verstehen, welcher
zu einer Seite in seiner gesamten Längsrichtung hin geöffnet ist, wodurch seitliche
Begrenzungen gebildet werden.
[0013] Die vom Leuchtmittel ausgehenden Lichtstrahlen werden durch die seitlichen Innenoberflächen
des rinnenförmigen Reflektors abgeschattet, oder wenn diese verspiegelt sind, reflektiert.
[0014] Dadurch wird eine Abschattung (Vignettierung) des sich bildenden Lichtprofils nach
der linearen Strahlenoptik gebildet. Beispielsweise kann ein balkenähnliches Lichtprofil
durch Abschattungen in den Randbereichen gebildet werden. Die Form und die Größe des
zu bildenden Lichtprofils wird durch die Form des Reflektors, die Position des Leuchtmittels
und dem Abstand zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und der Verkehrsfläche bestimmt.
[0015] Darüber hinaus kann eine gleichmäßige Ausleuchtung des auszuleuchtenden Bereichs
auf einem Verkehrsweg erreicht werden, da aufgrund der Reflexion der Lichtstrahlen
in einem rinnenförmigen Reflektor weniger Verluststrahlen auftreten.
[0016] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der rinnenförmige
Reflektor einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der U-förmige Querschnitt umfasst
einen unteren Bereich und zwei seitliche Bereiche, wobei die Kantenlinie des Querschnitts
gewölbt, rund oder kantig ausgebildet sein kann.
[0017] Ein großer Anteil der von einer LED ausgehenden Lichtstrahlen wird an den seitlichen
Bereichen reflektiert, wodurch eine Verluststrahlung der Lichtstrahlen verringert
werden kann. Zusätzlich ist eine verbesserte Montage von Leuchtmitteln im unteren
Bereich des rinnenförmigen Reflektors möglich.
[0018] In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
rinnenförmige Reflektor im Bereich einer Grundfläche zur linearen Anordnung von mehreren,
voneinander beabstandeten LED's dimensioniert ist. Der untere Bereich eines beispielsweise
U-förmigen Querschnitts ist in dem rinnenförmigen Reflektor als ebene Grundfläche
ausreichender Breite ausgebildet. Die ebene Grundfläche ermöglicht eine gleichmäßige
Anordnung und Befestigung von Leuchtmitteln. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen
den LED's derart gewählt werden, dass sich die Lichtstrahlen in Reflektorlängsrichtung
frühzeitig überschneiden. Dadurch kann ein gleichmäßiges Lichtprofil gebildet werden.
[0019] Es ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
der rinnenförmige Reflektor eine Grundfläche aufweist, die von mindestens einer Ausnehmung
zum Durchtritt mindestens eines Leuchtmittels durchbrochen ist. Das Leuchtmittel (LED)
ist dabei auf einem separaten Trägerelement angeordnet, wobei das Trägerelement an
der nach außen gerichteten Oberfläche des Reflektors vorzugsweise lösbar befestigbar
ist. Dadurch ist gegebenenfalls ein vereinfachter Austausch von einem eventuell defekten
Leuchtmittel oder von ganzen Trägern möglich.
[0020] In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Leuchtkörper und das Trägerelement einstückig ausgebildet ist. Die Grundfläche des
rinnenförmigen Reflektors bildet dabei das Trägerelement, auf welchem das Leuchtmittel
direkt angeordnet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Leuchtkörper in der
Beleuchtungsvorrichtung einen verringerten Platzbedarf aufweist. Zusätzlich bildet
die einstückige Ausführungsform einen Modulcharakter, welcher eine Montage der Leuchtkörper
erleichtert.
[0021] Es ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
das Leuchtmittel in einem Brennpunkt einer einhüllenden Parabel eines Querschnitts
des rinnenförmigen Reflektors angeordnet ist.
[0022] Als Parabel ist eine achsensymmetrische Kurve zu verstehen, deren Scheitelpunkt und
Brennpunkt auf der Symmetrieachse der Kurve liegen. In eine Parabel eintretende, parallel
zur Symmetrieachse verlaufende Lichtstrahlen werden an den Parabelinnenflächen reflektiert
und verlaufen anschließend durch den Brennpunkt der Parabel. Dieser Effekt wird in
umgekehrter Richtung genutzt.
[0023] Die Lichtstrahlen eines Leuchtmittels, welches im Brennpunkt eines parabelförmigen,
rinnenförmigen Reflektors angeordnet ist werden an den seitlichen Innenoberflächen
des Reflektors reflektiert und treten parallel aus dem Reflektor aus. Lediglich die
unreflektierten Direktstrahlen weichen von dieser Richtung ab. Dadurch kann ein Lichtprofil
mit einer gleichmäßigen Lichtverteilung auf der Oberfläche eines Verkehrsweges gebildet
werden, welches eine hohe Lichtausbeute aufgrund geringer Verluststrahlung aufweist.
[0024] Überdies ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der
rinnenförmige Reflektor entlang einer Rinnenlängsrichtung eine Brennachse aufweist
und mindestens ein Leuchtmittel auf der Brennachse angeordnet ist. Die Brennachse
verläuft in axialer Längsrichtung durch den Brennpunkt des Reflektorquerschnitts.
Das auf dem Trägerelement angeordnete Leuchtmittel ist auf der Brennachse des Reflektors
positioniert. Die reflektierten Lichtstrahlen bilden dabei ein gleichmäßiges Lichtprofil
in Längsrichtung des Reflektors aus, während senkrecht dazu die strahlenoptische Defokussierung
erfolgt.
[0025] Es ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens
eine äußere Oberfläche des Gehäuses Kühlrippen zur Ableitung von Wärme aufweist und/oder
das Gehäuse aus einem gut thermisch leitfähigen Material, vorzugsweise Metall, gebildet
ist. Das Gehäuse ist auf der zur Beleuchtungsseite abgewandten Oberfläche mit einem
plattenförmigen Abdeckelement verschlossen, auf dessen Oberfläche Kühlrippen zur Ableitung
von Wärme angeordnet sind. Die Leuchtkörper stehen über die Trägerelemente mit dem
Abdeckelement des Gehäuses direkt in Kontakt, wodurch die von den Leuchtmitteln erzeugte
Wärme über die Trägerelemente auf die Kühlrippen in die Umgebung abgeleitet werden
kann. Durch eine ausreichende Ableitung der von den Leuchtmitteln erzeugten Wärme
kann die Lebensdauer der Leuchtmittel erhöht werden.
[0026] Überdies ist es in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass im Gehäuse mehrere
nebeneinander parallel angeordnete Leuchtkörper vorgesehen sind. Die parallele Anordnung
der Leuchtkörper führt zu einer Überlagerung von einzelnen Lichtprofilen in Querrichtung
des rinnenförmigen Reflektors, wodurch ein Lichtprofil mit einer gleichmäßigen Lichtverteilung
ohne diffuse Bereiche innerhalb des Lichtprofils gebildet ist.
[0027] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Gehäuse
mehrere, nebeneinander parallel angeordnete lineare Kaskaden von Leuchtmitteln vorgesehen
sind, wobei jede Kaskade auf einem Trägerelement angeordnet ist und das Licht jeder
Kaskade durch einen erfindungsgemäßen Leuchtkörper zum Verkehrsweg hin gerichtet wird.
Die kaskadenförmige Anordnung der Leuchtmittel führt zu einer Überlagerung (Superposition)
von Lichtstrahlen in Längsrichtung des rinnenförmigen Reflektors, wodurch eine gleichmäßige
Lichtverteilung ohne diffuse Bereiche erfolgt.
[0028] Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung des
Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen hervor.
[0029] Dabei zeigen:
- Figur 1
- eine Frontansicht einer Vorrichtung zur Beleuchtung eines Verkehrsweges;
- Figur 2
- eine Rückansicht einer Vorrichtung zur Beleuchtung eines Verkehrsweges;
- Figur 3
- eine perspektivische Skizze eines rinnenförmigen Reflektors;
- Figur 4
- eine perspektivische Skizze eines Trägerelementes mit darauf angeordneten Leuchtmitteln;
- Figur 5
- eine Lichtstrahlenreflexion in einem rinnenförmigen Reflektor.
[0030] Die in Figur 1 gezeigte Frontansicht einer LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst
ein rechteckförmiges Gehäuse 2, wobei die Frontoberfläche großflächig durchbrochen
und mit einem durchsichtigen Plattenmaterial, wie zum Beispiel Glas oder Kunststoff
verschlossen ist. Im Innenraum des Gehäuses 2 ist eine Lichtquelle 3 angeordnet, die
aus nebeneinander angeordneten Leuchtkörpern 4 gebildet ist.
[0031] Der Leuchtkörper 4 umfasst einen rinnenförmigen Reflektor 7, in welchem mehrere Leuchtmittel
5 linearförmig hintereinander angeordnet sind. Der rinnenförmige Reflektor ist U-förmig
ausgebildet und senkrecht zur Längserstreckung des Gehäuses 2 lösbar angeordnet. Der
Leuchtkörper 4 ist zur Anordnung in unterschiedlichen Richtungen und gegenseitigen
Abständen geeignet. Das Leuchtmittel 5 ist als lichtemittierende Leuchtdiode (LED)
ausgebildet und wird mittels eines Vorschaltgerätes (nicht dargestellt) mit elektrischer
Energie versorgt.
[0032] An den Seitenflächen des Gehäuses 2 ist ein Haltebügel 12 schwenkbar am Gehäuse 2
angeordnet, wodurch eine Ausrichtung des Gehäuses 2 zur optimalen Ausleuchtung eines
Verkehrsweges ermöglicht wird. Der Haltebügel 12 ist mittels einer Schelle 13 an einem
Laternenmast oder ähnlichem befestigbar. Die LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 ist im
gezeigten Ausführungsbeispiel über eine elektrische Zuleitung 14 mit elektrischer
Energie versorgt. Es ist auch eine Energieversorgung über Photovoltaik-Elemente denkbar.
Diese können beispielsweise auf der Rückseite des Gehäuses 2 angeordnet werden.
[0033] In Figur 2 ist eine Rückansicht einer LED-Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß Figur 1
gezeigt, wobei das Gehäuse 2 auf der zur Beleuchtungsseite abgewandten Oberfläche
mit einem Abdeckelement 2a verschlossen ist. Das Abdeckelement 2a weist auf seiner
nach außen gerichteten Oberfläche Kühlrippen 11 auf, über welche die von den Leuchtmitteln
5 entstehende Wärme an die Umgebung abgeleitet wird. Die Kühlrippen 11 sind einstückig
mit der Oberfläche des Abdeckelementes 2a gebildet, wobei das Abdeckelement 2a auf
der Rückseite des Gehäuses 2 und mittels einer Dichtung lösbar angeordnet ist. Das
Material des Gehäuses 2 und des Abdeckelementes 2a mit den daran angeordneten Kühlrippen
11 ist aus einem metallischem Material, welches eine gute thermische Leitfähigkeit
und Korrosionsbeständigkeit aufweist, beispielsweise Aluminiumlegierungen.
[0034] In Figur 3 ist eine perspektivische Skizze eines rinnenförmigen Reflektors 7 als
Bestandteil eines Leuchtkörpers 4 gezeigt, welcher einen U-förmigen Querschnitt aufweist,
wobei der U-förmige Querschnitt dem Verlauf einer Parabel angepasst ist. Der Reflektor
umfasst zwei zueinander gegenüberliegend angeordnete Schenkel 10, die über eine Grundfläche
8 miteinander verbunden sind. Die Innenoberflächen der Schenkel 10 weisen eine Verspiegelung
auf, die gute Reflexionseigenschaften für auftreffende Lichtstrahlen bildet. Die Grundfläche
8 ist von rechteckförmigen und gleichmäßig beabstandeten Ausnehmungen 9 durchbrochen,
wobei auf der nach außen gerichteten Oberfläche der Grundfläche 8 des Reflektors 7
die Trägerelemente 6 mit den darauf angeordneten Leuchtmitteln 5 angeordnet werden
können. Der Abstand und die Krümmung der beiden in Gegenüberstellung stehenden Schenkel
10 des Reflektors 7 ist dem zu bildenden Lichtprofil angepasst. Die Höhe der Schenkel
10 des rinnenförmigen Reflektors 7 beträgt ein Vielfaches der Höhe des Leuchtmittels
5. Im Einzelfall sind Verhältnisse von 1:5 oder mehr denkbar, wobei das Verhältnis
stets an die zu erzielenden Leuchtprofileigenschaften anzupassen ist. Von der Richtung
der Symmetrieachse des Rinnenquerschnitts abweichende, aus der Rinne austretende Lichtstrahlen
werden dadurch minimiert. Der Reflektor ist somit auf eine maximale Anzahl von parallel
aus dem Reflektor 7 austretenden Lichtstrahlen ausgelegt, um eine hohe Lichtausbeute
innerhalb eines zu bildenden Lichtprofils und eine weitestgehend scharfe Grenze auf
der Oberfläche eines In Figur 4 ist eine perspektivische Skizze eines Trägerelementes
6 gezeigt, welche eine lineare Anordnung von Leuchtmitteln 5 zeigt. Die Leuchtmittel
5 sind in einer hintereinander liegenden und voneinander beabstandeten Anordnung auf
der Oberfläche des Trägerelementes 6 angeordnet, wobei die Leuchtmittel 5 mittels
elektrischer Leiterbahnen 17 mit Energie versorgt sind. Das Trägerelement 6 wird auf
der außen gerichteten Oberfläche der Grundfläche 8 an dem rinnenförmigen Reflektor
7 derart angeordnet, dass die Leuchtmittel 5 die in der Grundfläche 8 angeordneten
Ausnehmungen 9 durchgreifen. Die Länge eines Trägerelementes 6 ist der Anzahl der
anzuordnenden Leuchtmittel 5 angepasst, wobei das Trägerelement 6 für ein Hintereinanderschalten
von mehreren Trägerelementen 6 am rinnenförmigen Reflektor 7 geeignet ist.
[0035] In Figur 5 ist eine Lichtstrahlenreflexion von Lichtstrahlen 15 in einem rinnenförmigen
Reflektor 7 schematisch dargestellt, wobei die Lichtstrahlen 15 von einem Leuchtmittel
5 abgestrahlt werden. Der Querschnitt des rinnenförmigen Reflektors 7 ist der Form
einer Parabel angepasst, wobei das Leuchtmittel 5 im Brennpunkt 16 einer den Reflektor
7 virtuell einhüllenden Parabel angeordnet ist. Ein hoher Anteil der vom Leuchtmittel
5 ausgehenden Lichtstrahlen 15 wird an den Oberflächen der Schenkel 10 reflektiert
und als parallele Lichtstrahlen 15 von dem rinnenförmigen Reflektor 7 abgestrahlt.
Die parallel verlaufenden Lichtstrahlen 15 bilden ein balkenförmiges Lichtprofil,
wobei die nicht parallel verlaufenden, die Rinne unreflektiert direkt verlassenden
Lichtstrahlen des Leuchtmittels 5 einen schwachen, optimaler Weise nicht mehr wahrzunehmenden,
diffusen Helligkeitsbereich am Rand des Lichtprofils ausbilden. Der diffuse Randbereich
der Intensität des Lichtprofils kann durch eine nebeneinander liegende Anordnung weiterer
Reflektoren 7 minimiert werden, da sich die Lichtstrahlen 15 von zwei nebeneinander
liegenden Reflektoren 7 in den angrenzenden Randbereichen überlagern. Eine durch den
Brennpunkt 16 der virtuell einhüllenden Parabel in Richtung des Rinnenverlaufs verlaufende
Gerade bildet eine Brennachse, auf welcher Leuchtmittel 5 linear hintereinander angeordnet
sind. Bei einer linearen Anordnung von mehreren Leuchtmitteln 5 in einem rinnenförmigen
Reflektor 7 wird ein Lichtprofil erzeugt, welches eine balkenförmige Fläche auf einem
Verkehrsweg nahezu homogen ausleuchtet.
Bezugszeichenliste:
[0036]
- 1
- LED-Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 2a
- Abdeckelement
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Leuchtkörper
- 5
- Leuchtmittel (LED)
- 6
- Trägerelement
- 7
- Reflektor
- 8
- Grundfläche
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Schenkel
- 11
- Kühlrippe
- 12
- Haltebügel
- 13
- Schelle
- 14
- Zuleitung
- 15
- Lichtstrahl
- 16
- Brennpunkt
- 17
- Leiterbahn
1. Vorrichtung zur Beleuchtung eines Verkehrsweges, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse
(2) zur Aufnahme mindestens einer Lichtquelle (3) umfasst, wobei die Lichtquelle (3)
durch einen oder mehrere Leuchtkörper (4) gebildet ist und jeder Leuchtkörper (4)
mindestens ein Leuchtmittel (5), vorzugsweise eine lichtemittierende Leuchtdiode (LED)
aufweist, wobei das Leuchtmittel (5) auf einem Trägerelement (6) angeordnet ist und
mittels einem Vorschaltgerät mit elektrischer Energie versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper (4) als rinnenförmiger Reflektor (7) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Reflektor (7) einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Reflektor (7) im Bereich einer Grundfläche (8) zur linearen Anordnung
von mehreren, voneinander beabstandeten LED dimensioniert ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Reflektor (7) eine Grundfläche (8) aufweist, die von mindestens
einer Ausnehmung (9) zum Durchtritt mindestens eines Leuchtmittels (5) durchbrochen
ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper und das Trägerelement einstückig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel (5) in einem Brennpunkt (16) einer einhüllenden Parabel eines Querschnitts
des rinnenförmigen Reflektors (7) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Reflektor(7) entlang einer Rinnenlängsrichtung eine Brennachse
aufweist und mindestens ein Leuchtmittel (5) auf der Brennachse angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine äußere Oberfläche des Gehäuses (2) Kühlrippen (11) zur Ableitung
von Wärme aufweist und/oder das Gehäuse (2) aus einem gut thermisch leitfähigen Material,
vorzugsweise Metall gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) mehrere, nebeneinander parallel angeordnete Leuchtkörper (4) vorgesehen
sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) mehrere, nebeneinander parallel angeordnete lineare Kaskaden von Leuchtmitteln
(5) vorgesehen sind, wobei jede Kaskade auf einem Trägerelement (6) angeordnet ist
und das Licht jeder Kaskade durch einen Leuchtkörper (4) zum Verkehrsweg hin gerichtet
wird.