DE102011102406A1

DE102011102406A1 - Leuchte mit LEDs

Info

Publication number: DE102011102406A1
Application number: DE102011102406A
Authority: DE
Inventors: Galip Güzel; Morteza Mobalegh Naseri; Hartwin Dr. Hobler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, insbesondere Straßenleuchte mit einem Leuchtenkopf, in oder an dem als Leuchtmittel LEDs auf einer Unterlage insbesondere Platine befestigt sind, wobei zumindest einige LEDs und/oder die LED-Anschlussstifte und/oder LED-Anschlussstifte aufnehmende Sockeln derart geformt sind, dass die LEDs jeweils eine Leuchtrichtung besitzen, bei der die zentrale Abstrahlachse mit dem Bereich der Unterlage, auf dem die LED befestigt ist, einen von 90° abweichenden Winkel bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, insbesondere Straßenleuchte mit einem Leuchtenkopf, in oder an dem als Leuchtmittel LEDs auf einer Unterlage insbesondere einer Platine befestigt sind.
Es ist bekannt, Leuchten insbesondere Straßenleuchten mit LEDs als Leuchtmittel auszurüsten. Damit die LEDs einen bestimmten Bereich breit ausleuchten, ist es hierbei bekannt, die die LEDs tragende Unterlage insbesondere die Leiterplatte(n) entsprechend gewölbt zu formen oder zwei oder mehr Leiterplatten zueinander in Winkeln anzuordnen, damit die darauf befestigten LEDs die gewünschten Leuchtrichtungen einnehmen. Solche Konstruktionen sind aufwendig und erfordern für jeden Einsatzfall eine anders geformte Unterlage/Leiterplatte. Das Muster der Anordnung und die Ausrichtung der LEDs sind durch die Anordnung der Platine vorgegeben und nur begrenzt variabel. Zur gleichmäßigen Beleuchtung der kritischen Randbereiche der Nutzerebene des erhellten Raumes wird zusätzliche Optik-/Linsentechnik ( DE 20 2008 004 486 U1 ) eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, kompakte Leuchten mit LEDs zu schaffen, die bei einfacher Technik eine variable und vorzugsweise gleichmäßige Ausleuchtung insbesondere der kritischen Randbereiche erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest einige LEDs und/oder die LED-Anschlussstifte und/oder LED-Anschlussstifte aufnehmende Sockeln derart geformt sind, dass die LEDs jeweils eine Leuchtrichtung besitzen, bei der die zentrale Abstrahlachse mit dem Bereich der Unterlage, auf dem die LED befestigt ist, einen von 90° abweichenden Winkel bildet.
Es wird eine einfache, wirtschaftliche, gezielte Lichtlenkung bei Leuchten mit LEDs erreicht für eine gleichmäßige, großräumige, raumtiefe Beleuchtung nach variablen Vorgaben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die erfindungsgemäßen Sockeln fungieren als Halterungen mit abgeschrägter Oberfläche für herkömmliche LEDs zur gezielten Ausrichtung der Zentralachse des/der Lichtkegel. Das Bauteil dient als Interface/Zwischenstück von LED und Platine. Es kommt ein Set von Bauelement-Modulen mit unterschiedlichen Oberflächenneigungen zum Einsatz, wobei die Bauelemente untereinander kombiniert werden zur bedarfsgerechten Erstellung von Beleuchtungseffekten. Zur gleichmäßigen Erhellung auch der kritischen Randbereiche der Beobachter-/Nutzerebene werden LEDs auch gezielt und kontrolliert auf diese kritischen Bereiche gerichtet.
Es wird auf einer einheitlichen, vorzugsweise planen Platine die bedarfsgerechte Anordnung der LEDs angebracht. Die gezielte Ausrichtung der Zentralachsen der Lichtkegel erfolgt mittels der erfindungsgemäßen Winkeladapter-Module. Dafür steht für die Herstellung eines Beleuchters ein Set dieser Adapter-Module mit vorzugsweise stufenweise unterschiedlichen Oberflächenneigungen zur Verfügung. Bei der Montage werden aus diesem Set die passenden Adapter-Module ausgewählt und bedarfsgerecht auf der Platine angeordnet und fixiert. Dabei können auch „aggressive” Fertigungstechniken eingesetzt werden, welche die LEDs oder die Elektronik schädigen könnten, zum Beispiel durch Hitze. Die Adapter-Module fungieren als LED-Halterung, in welche zur Fixierung die LEDs mit den Kontaktstiften gesteckt werden und dadurch die Zentralachse winkelgerecht gezielt ausgerichtet wird und das Anordnungsmuster der LEDs festgelegt wird. Bei dem gleichen Beleuchtungskörper sind somit in einfacher Weise variable LED-Anordnungen möglich. Außerdem können jederzeit selbst nach Inbetriebnahme des Beleuchters alle oder einzelne LEDs ausgetauscht und dadurch auch verschiedenartige LED-Typen ersetzt werden. Dies vereinfacht Reparaturen und erhöht die Anpassungs- und Anwendungsvielfalt.
Je kleiner und kompakter ein Beleuchter ist, umso mehr nimmt im Randbereich des erhellten Raumes auf der Beobachter-/Nutzerebene die Helligkeit ab. Dies ist hauptsächlich bedingt durch den im zentralen Bereich geringeren und zur Peripherie hin größeren Abstand zwischen Beleuchter und Nutzerebene. Werden die dadurch bedingten Helligkeitsunterschiede durch Linsenoptik ausgeglichen, so ist dies aufwendig und die Beleuchter werden voluminöser, schwerer und kostspieliger. Außerdem schluckt die Linsenoptik selbst Licht.
Die Problemlösung erfolgt über eine spezielle, abgestimmte Auswahl und Kombination von Anordnung, Ausrichtung, Anzahl, Lichtkegelcharakteristik und Lichtstärke der Einzel-LEDs. Anordnung und Ausrichtung heißt dabei auch, dass die Lichtquellen mit der Zentralachse direkt und gezielt auf die kritischen Randbereiche gerichtet sind. Es können herkömmliche LEDs verwendet werden. Die Anzahl, Anordnung und Ausrichtung der LEDs werden mit einer speziellen Software berechnet und dann bedarfsgerecht gefertigt.
Je stärker und raumtiefer die Lichtquelle, umso größer ist das Potential unerwünschter Blendeffekte. Diese können belästigen und gefährden. Durch die gezielte und unterschiedliche Ausrichtung werden Beobachter beim Blick zum Leuchtkörper nur von den Lichtquellen direkt angestrahlt, in deren Lichtsektor sie sich befinden. Optional sind an den oberen Rändern der erfindungsgemäßen Adaptermodule seitlich zur Zentralachse winkelgerecht Abschirmungen angebracht, vorzugsweise als integraler Bestandteil des Moduls.
Die Erfindung betrifft eine einfache, wirtschaftliche, gezielte Lichtlenkung bei Beleuchtern für eine großräumige und dennoch gleichmäßige Raumausleuchtung mit LED-Technik für Wohn-, Arbeitsräume, Straßenbeleuchtung, andere. Adapter-Modul mit winkelgerecht abgeschrägter Oberfläche fungiert als Halterung herkömmlicher LEDs zur gezielten Ausrichtung der Zentralachse der Lichtkegel. Mittels Kombination weniger Modul-Typen werden durch Änderung der Anzahl und Anordnung mit großer Variabilität einheitliche Beleuchter mit bedarfsgerechten Eigenschaften hergestellt. Zur gleichmäßigen Erhellung der Randbereiche der Nutzerebene werden Lichtquellen in berechneter Anordnung und Ausrichtung gezielt und kontrolliert auf diese kritischen Bereiche gerichtet.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1a bis 1c auf der Unterlage (insbesondere Leiterplatte) befestigte Sockeln mit verschieden schräger Oberseite, auf den die LEDs angesteckt sind,
1d einen Sockel mit in zwei Richtungen abfallender Oberseite,
1e bis 1h rastende Befestigungen der LED am Sockel,
2a und 2b einen Zwischensockel zwischen dem die LED tragenden Sockel und der Unterlage (insbesondere Leiterplatte),
3a und 3b LEDs mit abgebogenen Anschlussstiften,
3c und 3d LEDs mit auf den Anschlussstiften aufgesteckten Abstandshaltern,
3e bis 3i Verlängerungsstifte auf den LED-Anschlussstiften,
4a eine LED mit keilförmigem Unterkörper,
4b eine LED mit auf dem LED-Unterkörper schräg gestelltem Linsenkörper,
5a eine scheibenförmige Unterlage mit LEDs,
5b eine Leuchte insbesondere Straßenleuchte aus mehreren scheibenförmigen Unterlagen,
6 eine Leuchte insbesondere Straßenleuchte mit mehreren leistenförmigen Unterlagen (Leiterplatten).
Die von der Erfindung verwendeten Leuchtdioden (LEDs) werden für Leuchten insbesondere für Straßenleuchten benutzt. Leuchtenköpfe solcher Straßenleuchten sind schematisch in den 5b und 6 dargestellt.
In den Ausführungen nach den 1a bis 1h sind Leuchtdioden (LEDs) 1 mit ihren Anschlussstiften 2 nicht direkt in oder an einer Unterlage 3 befestigt, sondern die Anschlussstifte 2 sind in einem Sockel 4 gesteckt, der an der Unterlage insbesondere einer Leiterplatte 3 befestigt und insbesondere angeschlossen ist. Hierbei weist der Sockel 4 entweder selber Anschlussstifte 5 auf oder aber die Anschlussstifte 2 der Leuchtdiode 1 durchdringen den Sockel 4 vollständig, so dass sie bis in die Unterlage 3 insbesondere in die Leiterplatte hineinreichen und dort kontaktiert sind.
Mehrere oder alle Sockel 4 sind keilförmig ausgeführt, d. h. die Sockeloberseite 6 bildet mit der Sockelunterseite 7 einen spitzen Winkel α, so dass die zentrale Abstrahlachse 8 nicht rechtwinklig zur Oberseite der Unterlage (Leiterplatte) 3 steht, sondern mit der Unterlagenoberseite einen Winkel abweichend von 90 Grad bildet, wie dies 1a zeigt. In 1a sind Winkel von 61, 62 oder 79 Grad und in 1b Winkel von 60 und 80 Grad dargestellt.
Wie 1d zeigt, kann die Sockeloberseite 6 auch zu zwei Seiten hin abfallend gestaltet sein und damit die zentrale Abstrahlachse 8 der auf dem Sockel befestigten Leuchtdiode eine entsprechende schräge Stellung geben.
Bei der Verwendung der Leuchtdioden 1 in einer Leuchte insbesondere einer Straßenleuchte stehen die Leuchtdioden 1 mit ihren Sockeln 4 auf dem Kopf, so dass sie an der Unterseite der Unterlage 3 bzw. einer Leiterplatte befestigt sind, wobei die Unterlage 3 von einer Anschlussleiste 3a gebildet sein kann, wie dies 1c zeigt. Hierbei sind in der Regel mehrere Anschlussleisten 3a im Leuchtenkopf 10 befestigt, wie dies in 5a, 5b und 6 dargestellt ist. Die beiden Enden der Anschlussleiste 3a sind hierbei in seitlichen Anschlussleisten 11 kontaktierend befestigt (1c), so dass mehrere zueinander parallele Anschlussleisten 3a in den seitlichen Anschlussleisten 11 des Leuchtenkopfes nebeneinander angeschlossen sind.
Durch das Einstecken der LED-Anschlussstifte 2 in den Sockeln 4 ist in der Regel ein ausreichender Halt der LEDs am Sockel gegeben. Zusätzlich wird aber vorgeschlagen, dass die LEDs an den Sockeln 4 formschlüssig insbesondere rastend befestigt sind, insbesondere durch ein paar vorstehender seitlicher Arme mit Rastnasen an ihrem freien Ende, wie dies die 1e bis 1h zeigen. Diese Befestigung ist auch dann durchführbar, wenn die Oberseite des Sockels 4 schräggestellt ist.
In der in 2a und 2b dargestellten Ausführung ist der Sockel 4 auf einem Zwischensockel 12 befestigt, der wiederum auf der Unterlage 3 insbesondere der Leiterplatte befestigt ist. Hierzu weist der Zwischensockel 12 Öffnungen bzw. Bohrungen für die LED-Anschlussstifte 2 auf, und der Zwischensockel 12 ist entweder auf der Oberseite der Unterlage 3 aufgeklebt oder aber der Zwischensockel 12 weist eigene Anschlussstifte 13 auf, die in die Unterlage 3 hineinreichen und mit den Anschlussstiften 2 des Sockels 4 kontaktieren.
Alternativ können aber auch die Anschlussstifte 2 der Leuchtdiode 1 so lange ausgeführt sein, dass sie bis in die Unterlage 3 hineinreichen.
Eine Schrägstellung der LEDs 1 gegenüber der Unterlage 3 bzw. Leiterplatte wird in dem Ausführungsbeispiel nach den 3a bis 3d dadurch erreicht, dass die LED-Anschlussstifte 2 gegenüber der LED bzw. der Abstrahlachse 8 abgebogen sind, so dass die LED gegenüber der Unterlage schräggestellt ist. Hierbei können die Anschlussstifte 2 Verdickungen als Stoppvorsprünge 14 aufweisen, die so breit ausgeführt sind, dass sie nicht in die entsprechenden Bohrungen bzw. Ausnehmungen der Unterlage gelangen können, sondern auf der Oberseite der Unterlage aufsetzen und somit die genaue Schrägstellung der jeweiligen LED definieren, wie dies in den 3a und 3b gezeigt ist.
Eine genaue Positionierung bzw. Stellung der LEDs gegenüber der Unterlage 3 wird auch dadurch erreicht, dass auf den Anschlussstiften 2 blockförmige oder ringförmige Abstandselemente 15 (Distanzelemente) sitzen, die je nach ihrer Höhe den entsprechenden Schrägwinkel der LED bestimmen, wie dies 3c zeigt. In 3c ist ein längliches, abgeschrägtes Abstandselement mit zwei Bohrungen für zwei Anschlussstifte gezeigt. Auch kann ein keilförmiges Abstandselement 16 verwendet werden, durch das einer oder beide Anschlussstifte 2 der LED verlaufen, wie in 3d gezeigt.
In bestimmten Fällen ist es von Vorteil, wenn die Anschlussstifte 2 der LED länger als üblich ausgeführt sind. Hierzu werden Verlängerungsstifte 16 vorgeschlagen, die unterschiedliche Längen besitzen können und auf einen der beiden Anschlussstifte oder auf beiden befestigt sein können, entsprechend 3e bis 3g. Hierbei kann aber auch ein Doppelstift verwendet werden, entsprechend 3a und 3i.
In einer weiteren Ausführung wird die Schrägstellung der LEDs und damit die Schrägstellung der zentralen Abstrahlachse 8 dadurch erreicht, dass der Linsenkörper 17 der LED gegenüber der Unterseite der LED schräggestellt ist. Nach 4a geschieht dies dadurch, dass der Unterkörper 18 der LED, in dem die Anode und die Kathode eingebettet sind, keilförmig ausgeformt ist oder aber der Linsenkörper 17 schräg zum Unterkörper 18 angeformt ist, entsprechend 4b.
Wie bereits oben ausgeführt, ist es von Vorteil, wenn mehrere LEDs nebeneinander in Reihen auf länglichen Anschlussleisten 3a befestigt sind. Hierbei ist die Oberseite der Anschlussleiste 3a in der Ausführung nach 5a bogenförmig ausgeführt und auf der Unterseite der Anschlussleiste 3a sind die LEDs befestigt insbesondere aufgesteckt. Hierbei sind vorzugsweise mehrere solcher Anschlussleisten 3a parallel nebeneinander, aneinander befestigt insbesondere angesteckt, wie dies bei dem Leuchtenkopf nach 5b dargestellt ist.
In einer nicht dargestellten Ausführung besteht der Sockel 4 aus zwei Teilen, wobei der der LED zugewandte Bereich keilförmig ist und damit den spitzen Winkel α bildet, der für die Schrägstellung der LED sorgt. Dieses keilförmige Teil kann aber auch von dem Bereich des Sockels 4 gebildet sein, der der Unterlage 3 nahe ist. Ferner können an einem Sockel 4 auch zwei oder mehr LEDs 1 befestigt insbesondere angesteckt sein.
Die die LED tragenden Leisten 3a sind gerade oder bogenförmig ausgeführt. Ferner können sie geteilt sein und an den Teilungsstellen Gelenke bilden, so dass die Abstrahlrichtungen der einzelnen Leistenbereiche leicht veränderbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008004486 U1 [0002]

Claims

Leuchte, insbesondere Strallenleuchte mit einem Leuchtenkopf (10), in oder an dem als Leuchtmittel LEDs (1) auf einer Unterlage (3) insbesondere Platine befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige LEDs (1) und/oder die LED-Anschlussstifte (2) und/oder LED-Anschlussstifte aufnehmende Sockeln (4) derart geformt sind, dass die LEDs jeweils eine Leuchtrichtung besitzen, bei der die zentrale Abstrahlachse (8) mit dem Bereich der Unterlage (3), auf dem die LED befestigt ist, einen von 90° abweichenden Winkel bildet.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlage (3) von einer Leiterplatte gebildet ist.
Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstifte (2) der LEDs (1) durch Bohrungen des Sockels (4) hindurch verlaufen und mit Kontakten der Unterlage (3) verbunden sind.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Sockeln (4) die Sockeloberseite (6) mit der Sockelunterseite (7) einen spitzen Winkel (α) bildet.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Sockeln (4) die Sockelunterseite (7) oder -oberseite (6) von einem keilförmigen Bereich oder Teil gebildet ist, das die Schrägstellung der LEDs (1) erzeugt.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Sockel (4) zwei oder mehr LEDs (1) befestigt sind.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED oder die LEDs (1) an dem Sockel (4) formschlüssig insbesondere rastend befestigt ist/sind.
Leuchte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rastende Verbindung mindestens ein Paar von vorstehenden Rastnasen (16) aufweist.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem die LED (1) tragenden Sockel (4) und der Unterlage (3) ein Zwischensockel (12) angeordnet ist, der selber Anschlussstifte (13) besitzt oder durch den die Anschlussstifte (2) der LED hindurch verlaufen.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlussstift (2) einer LED (1) einen Stoppvorsprung (9) aufweist und der Stoppvorsprung eines Stiftes (2) einen größeren Abstand zum LED-Körper aufweist, als beim anderen Stift.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstifte (2) einer LED (1) unterschiedliche Längen aufweisen.
Leuchte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einem Anschlussstift (2) ein stiftförmiges insbesondere rohrförmiges Verlängerungsteil (16) aufgesteckt ist.
Leuchte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem längeren Anschlussstift (2) ein insbesondere ringförmiges Abstandelement (15) aufgesteckt ist.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs (1) nebeneinander in Reihen auf länglichen Anschlussleisten (3a) befestigt sind, die als Leiterplatten die elektrischen Anschlüsse für die LED's insbesondere deren Sockel bilden, und dass die Leuchte zwei zueinander parallele, elektrisch leitende Anschlussleisten (11) aufweist, an denen die elektrischen Anschlüsse auf beiden Seiten der Leisten (3a) angeschlossen insbesondere eingesteckt sind.
Leuchte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die die LEDs tragenden Leisten (3a) derart gewölbt geformt sind, dass der mittlere Bereich der Leisten höher oder niedriger liegt als die Leistenenden.
Leuchte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die LEDs tragende Leiste (3a) mindestens ein Gelenk aufweist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Anschlussleisten (11) angeschlossenen Leisten (3a) nebeneinander parallel liegen.
Leuchte nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleisten (11) mit den die LEDs (1) tragenden Leisten (3a) insbesondere zusammen mit dem Leuchtengehäuse einzelne scheibenförmige Module bilden, die aneinander befestigt und elektrisch angeschlossen sind.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einer LED, die einen Linsenkörper (17) und einen daran anschließenden Unterkörper (18) aufweist, in dem die Anode und die Kathode eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterkörper (18) keilförmig ausgebildet ist.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche mit mindestens einer LED, die einen Linsenkörper (17) und einen daran anschließenden Unterkörper (18) aufweist, in dem die Anode und die Kathode eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (17) mit seiner zentralen Abstrahlachse (8) schräg zur Achse des Unterkörpers (18) gestellt ist.