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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit mehreren Trägerelementen, wobei die Trägerelemente jeweils einen im Wesentlichen planen Oberflächenabschnitt aufweisen, auf dem wenigstens eine Licht emittierende Diode angeordnet ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Leuchtkörper mit einer derartigen Lichtquelle, sowie eine Anordnung von mehreren derartigen Leuchtkörpern.
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Mit „Lichtquelle” soll im Folgenden der Einfachheit halber eine „Lichtquelleneinheit” bezeichnet sein, also nicht nur die eigentliche Lichtquelle, beispielsweise eine Licht emittierende Diode, sondern eine Einheit, die mehrere Komponenten umfassen kann, die der Lichterzeugung dienen. Beispielsweise sollen auch Komponenten, die zur Ansteuerung oder Stromversorgung der „eigentlichen” Lichtquelle vorgesehen sind, als Elemente der „Lichtquelle” verstanden sein.
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Kugelleuchten weisen eine im Wesentlichen kugelförmige Oberfläche auf, durch die Licht abgestrahlt werden kann. Die Oberfläche wird durch einen lichtdurchlässigen „Lichtaustrittskörper” gebildet, der beispielsweise aus Glas oder Kunststoff gefertigt sein kann. Dabei ist bekannt, eine Lichtquelle für die Leuchte im Inneren des Lichtaustrittskörpers anzuordnen.
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Bei Kugelleuchten kann es erwünscht sein, dass der Lichtaustrittskörper von innen möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird, so dass also eine Leuchte ermöglicht wird, die nach allen Richtungen möglichst gleichstark Licht abstrahlt, also eine möglichst homogene Abstrahlung aufweist.
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Eine absolut homogene Ausleuchtung einer Kugel ist nur mit einer Punktlichtquelle zu erzielen. Eine Glühbirne kann bei genügend großem Lichtaustrittskörper in sehr guter Näherung als Punktlichtquelle dienen. Allerdings bedingt eine Lichtquelle in Form einer Glühbirne gewisse Nachteile. Beispielsweise kann damit Licht nur in einer bestimmten Farbe abgestrahlt werden.
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Aus der
DE 10 2007 042 761 A1 , die eine nachveröffentlichte Patentanmeldung mit älterem Zeitrang gemäß Patentgesetz § 3 Absatz 2 Ziffer 1 darstellt, ist eine LED-Lichtquelle mit mehreren planen LED-Trägerelementen bekannt. Die Trägerelemente sind so angeordnet, dass sie die Oberfläche eines konvexen Polyeders definieren.
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Aus der
DE 10 2004 004 947 A1 ist eine LED-Lichtquelle mit LED-Leiterplatten bekannt, die würfel- oder oktaeder-förmig angeordnet sind. Bei den LEDs handelt es sich um so genannte SMD-LEDs.
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Aus der
WO 00/17569 A1 ist eine entsprechende LED-Lichtquelle bekannt, bei der auf den LED-Leiterplatten jeweils mehrere LEDs angeordnet sind.
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Aus der
US 2006/0193130 A1 ist eine LED-Lichtquelle bekannt, bei der die LED-Trägerelemente zumindest teilweise aus einem Zuschnitt einer flexiblen Leiterplatte gebildet sind. Eine insoweit ähnliche Anordnung zeigt auch die
US 2005/0169006 A1 .
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Aus der
US 2002/0113246 A1 ist eine polyederförmige Lichtquelle mit RGB-LEDs bekannt, die von einer sphärischen lichtdurchlässigen Abdeckung umgeben ist.
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Weitere LED-Lichtquelle sind aus den Schriften
DE 102 35 699 A1 ,
US 2004/0114367 A1 ,
JP 2002-184 207 A ,
JP 06-310 763 A und
JP 59-088 879 A bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lichtquelle für eine Leuchte anzugeben, die in guter Näherung als Punktlichtquelle, insbesondere für eine Kugelleuchte, dienen kann und dabei mehr Möglichkeiten der Lichtbeeinflussung bietet. Des Weiteren soll ein entsprechender Leuchtkörper angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einer Lichtquelle gelöst, welche die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung ist eine Lichtquelle vorgesehen, die mehrere Trägerelemente aufweist, wobei die Trägerelemente jeweils einen im Wesentlichen planen Oberflächenabschnitt aufweisen, auf dem wenigstens eine Licht emittierende Diode angeordnet ist. Dabei sind die Trägerelemente relativ zueinander derart angeordnet, dass die Oberflächenabschnitte der Trägerelemente die Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche eines konvexen Polyeders, insbesondere eines regulären oder semiregulären Polyeders, definieren.
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Durch diese besondere Art der Anordnung der Trägerelemente lässt sich eine Abstrahlung der Leuchte erzielen, deren Stärke besonders wenig von der Abstrahlrichtung abhängig ist. Sie eignet sich daher besonders als Lichtquelle für eine Kugelleuchte bzw. für die gleichmäßige Ausleuchtung der Innenfläche einer Kugel oder zumindest eines Kugelabschnitts, wie beispielsweise einer Halbkugel. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, dass die Oberflächenabschnitte der Trägerelemente denjenigen Teil der Oberfläche eines konvexen Polyeders definieren, dessen Flächennormalen in einen Halbraum gerichtet sind. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Oberflächenabschnitte denjenigen Teil der Oberfläche eines konvexen Polyeders definieren, dessen Flächennormalen zumindest in einen Achtelraum oder zumindest in einen Viertelraum gerichtet sind.
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Ein konvexes Polyeder ist ein von mehreren ebenen Flächen begrenzter, konvexer Körper. Falls – im Rahmen der Ungenauigkeit, die durch die technische Umsetzung bedingt ist – die planen Oberflächenabschnitte der Trägerelemente jeweils auf einer der Flächen eines konvexen Polyeders liegen, definieren sie somit die Oberfläche dieses Polyeders.
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Herstellungstechnisch einfach ist es, als Trägerelemente Platten vorzusehen.
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Besonders gut hinsichtlich der Kontaktierung der Licht emittierenden Dioden eignen sich als Trägerelemente Leiterplatten. Flexible Leiterplatten sind dabei besonders vorteilhaft, weil sie ein leichtes Zusammenfügen der Trägerelemente ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft sind die Trägerelemente zumindest teilweise aus einem Zuschnitt einer flexiblen Leiterplatte gebildet. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Trägerelemente durch entsprechende Biegungen der zugeschnittenen Leiterplatte in die vorgesehene gegenseitige Anordnung gebracht sind.
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Es kann also vorgesehen sein, dass die Lichtquelle durch eine flexible Leiterplatte geformt ist, die einen sich tragenden Körper bildet. Die flexible Leiterplatte kann also als Form bestimmendes Element der Lichtquelle vorgesehen sein. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise die Führung der Leiterbahnen realisieren, insbesondere hinsichtlich der elektrischen Verbindung der Trägerelemente untereinander.
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Die Ausleuchtung der Innenfläche einer Kugel kann im Allgemeinen umso gleichmäßiger gestaltet werden, je flacher die Winkel zwischen den Trägerelementen bzw. den betreffenden Oberflächenabschnitten der Trägerelemente sind. Allerdings ist – bedingt durch die technische Realisierung der Trägerelemente – die Lichtquelle im Allgemeinen umso größer, je flacher diese Winkel sind. Falls also die Ausleuchtung einer vergleichsweise kleinen Kugelfläche erwünscht ist, ergibt sich daher, dass die Lichtquelle auch dementsprechend klein sein muss, was eine gewisse Mindestgröße für die besagten Winkel bedingt. Bei einer erfindungsgemäßen Lichtquelle kann durch geeignete Anpassung zwischen dem Abstrahlwinkel der LEDs und dem dazu passenden Durchmesser des Polyeders in Bezug auf den Innendurchmesser einer auszuleuchtenden Kugelfläche eine sehr gute Annäherung an eine Punktlichtquelle erzielt werden.
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Beispielsweise hat sich für die Ausleuchtung einer Kugelfläche mit einem Durchmesser von ungefähr 120 mm als besonders geeignet erwiesen, als zu Grunde liegende Polyederform einen Dodekaeder zu wählen. Dies stellt also in diesem Sinne einen geeigneten Kompromiss zwischen möglichst flachen Winkeln einerseits und einem möglichst kleinen Durchmesser der Lichtquelle andererseits dar.
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Die Trägerelemente können in diesem Fall als Platten gestaltet sein, die im Wesentlichen die Form von (gleich großen) regelmäßigen Fünfecken haben, die unmittelbar die zwölf Flächen des entsprechenden Dodekaeders repräsentieren. Mit „im Wesentlichen” soll dabei zum Ausdruck gebracht werden, dass dabei gewisse, insbesondere technisch bedingte Formabweichungen möglich sind. Derartige Formabweichungen können beispielsweise durch Verbindungselemente bedingt sein, beispielsweise durch Ösen bzw. Laschen, die zur gegenseitigen Verbindung der Trägerelemente vorgesehen sind.
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Die Dodekaeder-Form eignet sich beispielsweise im Fall einer Lichtquelle zur Ausleuchtung einer Kugel mit einem Durchmesser von zwischen 10 und 15 cm, beispielsweise etwa 12 cm, wobei die Lichtquelle einen Durchmesser von etwa 45 bis 50 mm aufweisen kann. Diese Größe der Lichtquelle ist (bei derzeitigen technischen Rahmenbedingungen) zur Unterbringung der nötigen Bauelemente innerhalb der Lichtquelle ausreichend.
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Um eine Abstrahlung der Lichtquelle mit einer besonders geeigneten Leuchtdichte zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, auf den Trägerelementen jeweils mindestens zwei Licht emittierende Dioden anzuordnen.
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Beispielsweise können als Licht emittierende Dioden an sich bekannte RGB-LEDs verwendet werden.
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Zur Befestigung und Kontaktierung der Licht emittierenden Dioden auf den Trägerelementen kann vorteilhaft die SMD-Technik verwendet werden (SMD: surface mounted device).
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Erfindungsgemäß umfasst die Lichtquelle weiterhin eine Ansteuereinheit für die Licht emittierenden Dioden, wobei diese Ansteuereinheit auf den Trägerelementen angeordnet ist. Die Ansteuereinheit kann beispielsweise einen PWM-IC aufweisen (PWM: pulse width modulated). Vorteilhaft umfasst die Ansteuereinheit mehrere, beispielsweise im Fall von RGB-LEDs drei Konstantstromtreiber, insbesondere Konstantstromtreiber mit Pegelanpassung.
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Erfindungsgemäß umfasst die Lichtquelle eine Stromversorgungseinheit für die Licht emittierenden Dioden, wobei die Stromversorgungseinheit auf den Trägerelementen angeordnet ist. Die Stromversorgungseinheit kann einen Linearregler, Schutzdioden und Elkos (Elektrolytkondensatoren) aufweisen.
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Erfindungsgemäß weist die Lichtquelle eine Ansteuereinheit und eine Stromversorgungseinheit auf, wobei die Ansteuereinheit auf einem ersten Teil der Trägerelemente angeordnet ist und die Stromversorgungseinheit auf einem zweiten, von dem ersten Teil verschiedenen, Teil der Trägerelemente angeordnet ist. Dies ist mit Bezug auf die Kabelverbindungen günstig.
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Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Teil der Trägerelemente aus einem ersten Zuschnitt flexibler Leiterplatten gebildet ist und der zweite Teil der Trägerelemente aus einem zweiten Zuschnitt flexibler Leiterplatten.
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Zur leichten gegenseitigen Verbindung der Trägerelemente können diese Rastelemente, beispielsweise in Form von Ösen und Laschen aufweisen.
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Eine Aussparung für eine Kabelzuführung bzw. -durchführung kann vorteilhaft zwischen wenigstens zwei Trägerelementen vorgesehen sein. Im Fall eines zu Grunde liegenden Dodekaeders kann eine derartige Aussparung an einer Ecke, also an den betreffenden drei Trägerelementen, durch die die Ecke gebildet ist, in einer Umgebung der Ecke vorgesehen sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Leuchtkörper vorgesehen, der eine erfindungsgemäße Lichtquelle aufweist und einen im Wesentlichen kugelförmigen, lichtdurchlässigen Lichtaustrittskörper, wobei die Lichtquelle im Inneren des Lichtaustrittskörpers angeordnet ist.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Leuchtkörperanordnung vorgesehen, die wenigstens zwei erfindungsgemäße Leuchtkörper aufweist, die durch ein gemeinsames Versorgungskabel miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Trägerelemente mit LEDs und elektronischen Komponenten vor dem Zusammenbau,
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2 die in 1 dargestellten Trägerelemente, jedoch bei anderem Blickwinkel,
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3 eine aus den in den 1 und 2 gezeigten Trägerelementen zusammengebaute Lichtquelle,
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4 die in 3 gezeigte Lichtquelle bei eingeschalteten LEDs,
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5 einen geöffneten erfindungsgemäßen Leuchtkörper,
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6 den in 5 gezeigten Leuchtkörper in geschlossenem Zustand,
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7 den in 6 gezeigten Leuchtkörper bei eingeschalteten LEDs,
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8 den in 7 gezeigten Leuchtkörper vor einem anderen Hintergrund, und
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9 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Lichtquelle in einem Zustand während des Zusammenbaus.
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Eine erfindungsgemäße Lichtquelle ist in den 3 und 4 gezeigt. Die Lichtquelle weist mehrere, im hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwölf Trägerelemente für Licht emittierende Dioden (LEDs) auf.
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In den 1 und 2 sind die bereits mit LEDs 3 bestückten Trägerelemente 2 vor deren Zusammenbau dargestellt.
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Die Trägerelemente sind plattenförmig, im Wesentlichen gleich groß und haben jeweils im Wesentlichen die Form eines regulären Fünfecks. Auf diese Weise können die Trägerelemente so zusammengesetzt werden, dass ihre Oberflächen – im Rahmen der durch die technische Umsetzung bedingten Genauigkeit – einen Dodekader beschreiben.
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In 9 ist in skizzenhafter Form ein Zustand dargestellt, in dem die Trägerelemente 2 bereits teilweise zusammengefügt sind, und zwar zu zwei Gruppen 10, 11 von je sechs Trägerelementen 2, so dass zwei „Halbdodekaeder” gebildet sind, die zu der Lichtquelle zusammengefügt werden können. Jede der beiden Gruppen 10, 11 umfasst dabei ein „zentrales” Trägerelement 2', 2'', an dessen fünf Kanten jeweils ein weiteres Trägerelement 2 angeordnet ist.
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Auf Grund der Plattenform der Trägerelemente weisen diese plane Oberflächenabschnitte auf, die im zusammengefügten Zustand der Trägerelemente 2 nach außen weisen. Auf diesen Oberflächenabschnitten sind jeweils zwei Licht emittierende Dioden 3, insgesamt also 24 LEDs angeordnet. (Der Übersichtlichkeit halber sind in 9 keine LEDs oder sonstige weiteren Komponenten auf den Trägerelementen 2 eingezeichnet.)
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Die so gebildete Lichtquelle ermöglicht eine Abstrahlung, die – einen gewissen Mindestabstand vorausgesetzt – derjenigen einer Punktlichtquelle nahe kommt. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Lichtquelle hat einen Durchmesser von etwa 45 bis 50 mm und eignet sich beispielsweise zur Ausleuchtung einer Kunststoffkugel mit einem Innendurchmesser von etwa 120 mm.
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Als LEDs sind im Ausführungsbeispiel RGB-LEDs gewählt, so dass die Farbe des abgestrahlten Lichts einstellbar ist.
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Im Ausführungsbeispiel sind als Trägerelemente 2 flexible Leiterplatten bzw. eine flexible Leiterplatte gewählt. Wie in 1 dargestellt, sind die Trägerelemente 2 aus einem Zuschnitt einer flexiblen Leiterplatte gebildet. Es kann also insbesondere vorgesehen sein, dass alle Trägerelemente 2 aus nur einem Zuschnitt gebildet sind; in die vorgesehene Polyeder- bzw. Dodekaeder-Form können sie beispielsweise durch entsprechende Biegungen gebracht sein. Die in 9 skizzierte Anordnung dient insoweit lediglich der Veranschaulichung der geometrischen Verhältnisse. Bei der in den 1 und 2 gezeigten Ausführung sind – bedingt durch den Zuschnitt – alle Trägerelemente 2 einstückig miteinander verbunden.
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Die LEDs 3 sind auf den Leiterplatten mittels SMD-Technik aufgebracht. Die Flexibilität der Leiterplatten ermöglicht einen besonders leichten Zusammenbau der Trägerelemente bzw. eine besonders leichte relative Ausrichtung der Trägerelemente untereinander. In dem in den 1 und 2 gezeigten „aufgefalteten” Zustand sind die LEDs bereits als solche funktionsfähig. Dabei kann vorgesehen sein, dass lediglich die Anschlussdrähte der LEDs gelötet sind und die weiteren erforderlichen elektrischen Verbindungen mittels der Leiterplatte realisiert sind.
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Die (in 9 nicht gezeigten) LEDs 3 auf den beiden Gruppen 10, 11 bzw. „Halbdodekaedern” sind in Serie geschaltet und als Versorgungsspannung ergibt sich 48 V.
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Komponenten, die zur Ansteuerung der LEDs 3 dienen, sind auf einem ersten Teil der Trägerelemente 2, und zwar auf der ersten 10 der beiden Gruppen von Trägerelementen 2 angeordnet. Die Ansteuereinheit weist dabei einen PWM-IC, sowie drei Konstantstromtreiber samt Pegelanpassung auf. Der PWM-IC ist dabei auf dem zentralen Trägerelement 2' der ersten Gruppe 10 angeordnet, und zwar auf der nach außen weisenden Oberfläche dieses Trägerelements 2'. Die drei Komponenten, die für die drei Farben benötigt werden, sind ebenfalls auf nach außen weisenden Oberflächen der Trägerelemente 2 dieser ersten Gruppe 10 angeordnet, und zwar jede Komponente auf jeweils einem anderen Trägerelement 2.
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Auf einem zweiten Teil der Trägerelemente 2, und zwar auf der zweiten Gruppe 11 sind Komponenten angeordnet, die zur Stromversorgung der LEDs dienen. Diese Komponenten umfassen Linearregler, Schutzdioden und Elkos.
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Bei der hier dargestellten Aufteilung der Komponenten für die Ansteuerung und die Stromversorgung sind nur sechs Leiterbahnen erforderlich, welche die beiden Gruppen 10, 11 im Inneren der Lichtquelle miteinander verbinden, und zwar für die 48 V-Versorgungsspannung, 5 V für den PWM-IC, Ground, sowie für die drei Farben rot, grün und blau. Verbindungen zwischen den äußeren Flächen der Trägerelemente 2 führen nur die Ströme der drei Farben, so dass an dieser Stelle nur jeweils drei Leiterbahnen erforderlich sind.
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Die Trägerelemente weisen Vorrichtungen auf, die zur mechanischen Verbindung der Trägerelemente untereinander dienen. Dabei kann es sich um Verrastungsmittel handeln, beispielsweise um Ösen und Laschen, welche rastend ineinandergefügt werden können. Zur Fixierung der Verbindungen sind Pads vorgesehen, die miteinander verlötet werden können.
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Zur Zuführung eines Hauptkabels in das Innere der Lichtquelle sind beim Ausführungsbeispiel an einer Ecke einer Gruppe 10, 11 oder an jeweils einer Ecke der beiden Gruppen 10, 11 an den drei betreffenden Flächen Aussparungen 15, 16 vorgesehen. Vorteilhaft ist als Ort der Aussparung jeweils eine Ecke des zentralen Trägerelements 2', 2'' vorgesehen, so dass die beiden Gruppen 10, 11 zwei Konstrukte nach Art einer „Halbschale” bilden, und diese beiden Halbschalen um ein Hauptkabel geklappt werden können.
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Die elektrische Verbindung zwischen dem Hauptkabel und den Trägerelementen 2 ist im Inneren der Lichtquelle vorgesehen. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Schattenbildung durch Kabel vermieden werden.
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Die Datenübertragung erfolgt seriell über drei Leitungen, wobei eine Lichtquelle einzeln oder mit einer oder mehreren weiteren derartigen Lichtquellen in Reihe auf einem Hauptkabel angeordnet betrieben werden kann. Das Hauptkabel kann dabei zwei Leitungen für die Stromversorgung und drei Datenleitungen führen.
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In den 5 bis 8 ist jeweils ein erfindungsgemäßer Leuchtkörper gezeigt. In 5 ist dabei der kugelförmige Lichtaustrittskörper eröffnet, so dass die im Inneren angeordnete Lichtquelle erkennbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Trägerelemente
- 2'
- zentrales Trägerelement der ersten Gruppe von Trägerelementen
- 2''
- zentrales Trägerelement der zweiten Gruppe von Trägerelementen
- 3
- Licht emittierende Dioden
- 10
- erste Gruppe von Trägerelementen
- 11
- zweite Gruppe von Trägerelementen
- 15
- Aussparung für eine Kabelzuführung in der ersten Gruppe
- 16
- Aussparung für eine Kabelzuführung in der zweiten Gruppe