DE202009003105U1

DE202009003105U1 - Elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel zum Ersatz von Glasglühkörpern

Info

Publication number: DE202009003105U1
Application number: DE202009003105U
Authority: DE
Original assignee: SEMPERLUX AG - LICHTTECHNISCHE WERKE -; Selux GmbH
Current assignee: Selux GmbH
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2019-03-10

Abstract

Elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel zum Ersatz von Gasglühkörpern in Außenleuchten für die Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Gehwegen, enthaltend einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angebrachte Leuchtdiode, gekennzeichnet durch
(a) eine geschlossene, lichtdurchlässige und glockenförmige Abdeckung, welche über der Leuchtdiode auf den Kühlkörper aufgesetzt ist,
(b) Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes, und
(c) Mittel zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel zum Ersatz von Gasglühkörpern in Außenleuchten für die Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Gehwegen, enthaltend einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angebrachte Leuchtdiode.
Stand der Technik
Unter dem Begriff „Auer-Glühstrumpf" sind Gasglühkörper bekannt, welche Cer- und Thoriumverbindungen enthalten. Durch die Verwendung der Gasglühkörper erfolgt die Verbrennung von Gas in einer Gasleuchte mit hoher Leuchtkraft. Das Licht hat andere Eigenschaften als das Licht typischer Außenleuchten. Die Spektralverteilung verläuft kontinuierlich überwiegend im roten Spektralbereich. Das Licht hat dadurch einen warmen Ton. Gasleuchten haben eine besondere historische Bedeutung im Stadtbild. In Berlin werden beispielsweise noch über 40 000 Gasleuchten mit Erdgas zur Beleuchtung von Straßen eingesetzt. Die äußere Formgebung soll möglichst erhalten bleiben.
Nachteilig bei bekannten Gasleuchten ist der hohe Wartungsaufwand. Die Bereitstellung und Instandhaltung einer Gasleitung ist mit Kosten verbunden. Schließlich ist der Energieverbrauch und die Emission von klimaschädlichem Kohlendioxid hoch. Durch die Verbrennung von Gas wird sehr viel Primärenergie zur Erzeugung von Licht eingesetzt, wobei der Wirkungsgrad im Vergleich zu elektrischen Lichtquellen gering ist. Die Abstrahlcharakteristik von Gasleuchten ist nur schwer beeinflussbar.
Die thermische Emission eines Glühstrumpfs zur Erzeugung von Licht ist deutlich geringer als diejenige eines Schwarzen Strahlers. Dafür konzentriert sich die Strahlung auf den kurzwelligen Bereich im sichtbaren Spektrum. Hierdurch nimmt der Glühstrumpf eine höhere Temperatur an, als es ein kontinuierlich strahlender Stoff täte. Der Rotanteil ist vermindert, das Licht erscheint weißer.
Aus der DE-GM 201 08 013 ist eine sogenannte Weißlicht-Leuchtdiode (LED), auch als Lumineszenz-Konversions-LED bezeichnet, bekannt. Die primäre, ultraviolette bis blaue Strahlung einer Leuchtdiode wird mittels eines Leuchtstoffs in sichtbares, längerwelliges Licht konvertiert. Der Leuchtstoff ist ein Granat bestimmter Seltene Erden. Die Anwendung verschiedener Seltene Erden gibt die Möglichkeit, die Farbe des Leuchtstoffs in gewissen Grenzen einzustellen. Allerdings sind derartige Leuchtstoffe, wenn nicht Yttrium die hauptsächliche Komponente des von Seltene Erden besetzten Gitterplatzes darstellt, wenig stabil oder sie besitzen wenig Effizienz oder nur geringe Absorptionsfähigkeit. Im Granat kann Aluminium teilweise durch Gallium ersetzt werden. Insbesondere bei diesen bekannten Leuchtstoffen im grünen Spektralbereich ist die Anregbarkeit und damit einhergehend die Effizienz der Konversion jedoch nicht zufriedenstellend. Eine weitere Beschränkung der gewünschten Farbe eines bekannten Granat-Leuchtstoffs zur Realisierung einer weißen LED liegt darin, dass des Öfteren eine relativ hohe Cer-Kenzentration erforderlich ist, die jedoch schwer herzustellen ist.
Bisher mussten zur Realisierung bestimmter Farben, die beispielsweise einer neutralweißen oder warmweißen Lichtfarbe entsprechen, die Kombination mehrerer Leuchtstoffe angewendet werden. Dieses Zweikomponenten-System hat prinzipiell mehrere Nachteile: Der langwelligere Leuchtstoff absorbiert im Allgemeinen die Emission des kürzerwelligen. Des Weiteren müssen die Partikelgrößen der Leuchtstoffe aufeinander abgestimmt sein, damit keine Agglomeration oder Sedimentation auftritt. Hinzu kommt, dass die Leuchtstoffe in einem exakten Mischungsverhältnis sehr homogen gemischt werden müssen, um Farbschwankungen zu vermeiden. Schließlich zeigen die bekannten Leuchtstoffe im Allgemeinen eine unterschiedliche Temperaturabhängigkeit, wodurch eine spektrale Drift beim Dimmen der LED oder unterschiedlichen Umgebungstemperaturen entstehen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Energieverbrauch und die Emissionen von bekannten Gasleuchten zu senken. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Außenleuchten zu schaffen, welche vergleichbare Eigenschaften haben, wie bekannte Gasleuchten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel zum Ersatz von Gasglühkörpern in Außenleuchten für die Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Gehwegen, enthaltend einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angebrachte Leuchtdiode, gekennzeichnet durch

(a) eine geschlossene, lichtdurchlässige und glockenförmige Abdeckung, welche über der Leuchtdiode auf den Kühlkörper aufgesetzt ist,
(b) Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes, und
(c) Mittel zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes.

Die glockenförmige Abdeckung hat ein ähnliches Erscheinungsbild und ähnliche Abmessungen, wie ein Gasglühkörper. Der Ersatz des Glühstrumpfes durch das erfindungsgemäße Austausch-Leuchtmittel fällt dem Betrachter somit kaum auf. Vielmehr bleiben historische Erscheinungsbilder erhalten. Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Austausch-Leuchtmittels verringert den Energieverbrauch, klimaschädliche Emissionen und den Wartungsaufwand. Die von der LED-erzeugte Wärme wird über den Kühlkörper abgeführt. Die Verwendung eines Kühlkörpers ermöglicht die Verwendung besonders leistungsstarker LEDs. Die Wärme wird zuverlässig vom Chip abgeführt. Als LED kann ein Monochip oder auch ein Multichip, bei welchem sich zur Farbmischung mehrere LEDs in einer Kapselung befinden, verwendet werden.
Die glockenförmige Abdeckung ist aus transparentem Material, wie Glas oder einem Kunststoff wie PMMA. Sie kann eine aufgerauhte, satinierte Oberfläche haben. Hierzu wird die Oberfläche gesandstrahlt oder geätzt. Bei Kunststoff kann auch eine aufgerauhte Werkzeugoberfläche zur Herstellung der Satinierung dienen. Das Material kann auch eingefärbt oder pigmentiert sein. Mit der Abdeckung wird nicht nur die Abstrahlcharakteristik der Anordnung beeinflusst. Vielmehr schützt sie die LED auch vor Feuchtigkeit und Staub.
Ein elektrisches Austausch-Leuchtmittel erlaubt die Beeinflussung sowohl der spektralen, als auch der räumlichen Verteilung des abgestrahlten Lichts. Durch die Beeinflussung der räumlichen Verteilung in geeigneter Weise werden Passanten und Autofahrer nicht geblendet. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes eine um die Leuchtdiode herum angeordnete Ringblende und/oder eine zusätzliche Blende, insbesondere einen kegelförmigen Lichtlenkkörper innerhalb der glockenförmigen Abdeckung. Da die Entblendung bereits innerhalb der glockenförmigen Abdeckung erfolgt, wird sie von außen nicht bemerkt. Vielmehr lässt sich so unauffällig die Abstrahlcharakteristik beeinflussen.
Die Ringblende kann an den Kühlkörper angeformt sein. Dabei kann die glockenförmige Abdeckung über die Ringblende übergestülpt sein Mit der Ringblende wird Strahlung, die überwiegend seitlich abgestrahlt wird, etwas nach unten abgelenkt.
Vorzugsweise ist das Innere der Ringblende und/oder die Oberfläche des kegelförmigen Lichtlenkkörpers reflektierend ausgebildet. Hierzu kann eine Reflexionsbeschichtung vorgesehen sein. Die Ringblende und der kegelförmige Lichtlenkkörper können poliert, verspiegelt oder vergoldet sein. Vorzugsweise wird kurzwellige Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs mit geringerem Reflexionsgrad reflektiert als langwellige Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs. Dann verschiebt sich die spektrale Verteilung etwas in den Rotbereich und wird der spektralen Verteilung eines Glühstrumpfes angenähert.
Die Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes kann eine lumineszierende Beschichtung zum Konvertieren von kurzwelligem Licht in längerwelliges Licht umfassen. Eine derartige lumineszierende Beschichtung (Konversionsschicht) ist bereits von Weißlicht-LEDs bekannt. Die Beschichtung ermöglicht auch den Einsatz von UV-LEDs und Bluechips.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die lumineszierende Beschichtung an der glockenförmigen Abdeckung vorgesehen. Dadurch ist die Beschichtung weiter von der primären LED entfernt. Sie wird weniger warm. Das Material unterliegt geringerer Bestrahlungsdichte. Entsprechend erfolgt die materialtypische Veränderung, die mit der Bestrahlung einhergeht, langsamer. Während das Spektrum einer Weißlicht-LED sich mit der Zeit ins Blaue verschiebt, weil die Konvertierung sich verschlechtert, ist dies bei Verwendung einer Beschichtung an der glockenförmigen Abdeckung nicht bzw. in geringerem Umfang der Fall.
Als zusätzliches Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des abgestrahlten Lichts sind auch Farbfilter geeignet. Diese Farbfilter können als Scheibe eingelegt werden oder als Beschichtung der optischen Komponenten ausgebildet sein.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung eines elektrisch betriebenen Austausch-Leuchtmittels für Gasleuchten.
2 ist eine perspektivische Darstellung des Leuchtmittels aus 1 ohne Abdeckung.
3 ist ein Querschnitt durch das Leuchtmittel aus 1.
4 ist eine perspektivische Darstellung eines separaten Multichips im Detail.
5 ist eine Seitenansicht des Multichips aus 4.
6 ist eine Draufsicht auf den Multichip aus 4.
7 ist ein Wellenlängenspektrum des elektrisch betriebenen Austausch-Leuchtmittels mit und ohne Kegelreflektor.
8 ist ein Wellenlängenspektrum einer Gasleuchte.
9 ist eine Lichtverteilungskurve eines Austausch-Leuchtmittels ohne Kegelreflektor.
10 ist eine Lichtverteilungskurve eines Austausch-Leuchtmittels mit Kegelreflektor.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel für Gasleuchten dargestellt. Das Leuchtmittel 10 umfasst einen Kühlkörper 12, einen LED-Multichip 14 und eine glockenförmigen Abdeckung 16. Das Austausch-Leuchtmittel 10 wird in Außenleuchten eingesetzt, welche derzeit mit Gas betrieben werden oder ein ähnliches Erscheinungsbild wie bekannte Gasleuchten haben. Es ersetzt den eingangs beschriebenen Auer-Glühstrumpf. Entsprechend ist die Außenleuchte mit einer elektrischen Versorgung ausgestattet.
Der Kühlkörper 12 ist aus Aluminium gefertigt. Er weist eine Basis 18 mit einer Vielzahl von langgestreckten, parallelen, quaderförmigen Vorsprüngen 20 auf, zwischen denen Luft zur Wärmeabfuhr zirkulieren kann. Auf der den Vorsprüngen 20 abgewandten Seite des Kühlkörpers ist mittig ein Ringvorsprung 22 angeformt. Der Ringvorsprung 22 ist aus Kostengründen auf der Innenseite 24 mit einer Messingschicht versehen und poliert, so dass sich eine gut reflektierende Oberfläche ergibt. Eine Goldschicht ist zwar besser geeignet, aber teurer. Der Ringvorsprung 22 bildet eine Ringblende, deren optische Eigenschaften nachstehend beschrieben werden.
Innerhalb des Ringvorsprungs 22 ist ein sternförmiger LED-Multichip 14 befestigt. Der Multichip 14 ist in den 4 bis 6 noch einmal im Detail dargestellt. Der Chip 14 weist einen sternförmigen Träger 26 (Alu-Kernplatine) auf. Auf dem Träger 26 sind vier leistungsfähige LEDs 28 unterschiedlicher Farbe aufgebracht. Die vier LEDs 28 sind in einer Kapsel 30 gekapselt. Die Oberfläche der LEDs ist mit einer Konversionsschicht versehen, so dass das Licht der vier LEDs 28 konvertiert als Weißlicht aus der Kapsel 30 austritt. Die Kapsel 30 dient dem Schutz der LEDs. Über Anschlüsse 32 werden die LEDs 28 mit elektrischer Energie versorgt. Der Multichip 14 sitzt mittig in dem Ringvorsprung 22. Die mit dem Multichip 14 erzeugte Strahlung entspricht in etwa einem lambertschen Strahler und tritt radial in alle Richtungen der nach unten ragenden Halbkugel aus.
Über den Ringvorsprung 22 ist eine glockenförmige Abdeckung 16 gestülpt. Die Abdeckung 16 ist über den Ring gestülpt und mit diesem wasserdicht verklebt. Die Abdeckung 16 ist aus Glas oder PMMA und satiniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 16 langgestreckt mit einem halbkugelförmigen unteren Ende. Es versteht sich, dass die Form auch asymmetrisch sein kann oder andere Krümmungsverläufe aufweisen kann.
Im gekrümmten unteren Bereich der Abdeckung 16 ist innen ein reflektierender, kegelförmiger Lichtlenkkörper 38 eingeklebt (3). Die Spitze des Kegels ist auf die LEDs gerichtet. Der Lichtlenkkörper 38 besteht aus goldbeschichtetem Aluminium und ist poliert. Der Öffnungswinkel des Kegels beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 80 Grad. Typische Werte liegen zwischen 60 bis 90 Grad.
3 zeigt den Verlauf der Strahlen. Stahlung, welche im wesentlichen horizontal oder nur mit einem kleinen Winkel zur Horizontalen vom Multichip 14 abgestrahlt wird, trifft auf die Ringblende 22. An der reflektierenden Innenseite der Ringblende 22 wird diese Strahlung weiter nach unten reflektiert. Dies ist durch repräsentative Strahlen 40 dargestellt. Der horizontale Winkelbereich wird auf diese Weise entblendet und die Strahlung in eine erwünschte Richtung gelenkt und weiter genutzt.
Strahlung, welche im wesentlichen vertikal nach unten oder nur mit einem kleinen Winkel zur Vertikalen vom Multichip 14 abgestrahlt wird, trifft auf den Kegel 38. An der reflektierenden Oberseite des Kegels 38 wird die Strahlung seitlich reflektiert. Dies ist durch repräsentative Strahlen 42 dargestellt.
Der dazwischen liegende Winkelbereich 44 wird direkt beleuchtet. Durch geeignete Dimensionierung des Kegels 38 und der Ringblende 22 kann der Winkelbereich 44 gezielt beeinflusst werden. Auf diese Weise lässt sich die Abstrahlcharakteristik so gestalten, dass Passanten und der Verkehr nicht geblendet werden und gleichzeitig eine hohe Leuchtdichte in den beleuchteten Bereichen erreicht wird. 9 und 10 illustrieren anhand einer Lichtverteilungskurve den Einfluss des Kegels.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird eine quasi monochromatische Blau-LED statt eines Multichips eingesetzt. Die Konversionsbeschichtung ist in diesem Fall weiter weg innen auf der Abdeckung 16 vorgesehen. Die Konversionsbeschichtung ist also einer geringeren Strahlungsleistung ausgesetzt und altert weniger.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 20108013 [0005]

Claims

Elektrisch betriebenes Austausch-Leuchtmittel zum Ersatz von Gasglühkörpern in Außenleuchten für die Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Gehwegen, enthaltend einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angebrachte Leuchtdiode, gekennzeichnet durch (a) eine geschlossene, lichtdurchlässige und glockenförmige Abdeckung, welche über der Leuchtdiode auf den Kühlkörper aufgesetzt ist, (b) Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes, und (c) Mittel zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes.
Austausch-Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes eine um die Leuchtdiode herum angeordnete Ringblende und/oder eine zusätzliche Blende, insbesondere einen kegelförmigen Lichtlenkkörper innerhalb der glockenförmigen Abdeckung umfassen.
Austausch-Leuchtmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringblende an den Kühlkörper angeformt ist.
Austausch-Leuchtmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die glockenförmige Abdeckung über die Ringblende übergestülpt ist.
Austausch-Leuchtmittel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere der Ringblende und/oder die Oberfläche des kegelförmigen Lichtlenkkörpers reflektierend ausgebildet sind.
Austausch-Leuchtmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass kurzwellige Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs mit geringerem Reflexionsgrad reflektiert wird als langwellige Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs.
Austausch-Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beeinflussung der spektralen Verteilung des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtes eine lumineszierende Beschichtung zum Konvertieren von kurzwelligem Licht in längerwelliges Licht umfassen.
Austausch-Leuchtmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lumineszierende Beschichtung an der glockenförmigen Abdeckung vorgesehen ist.
Außenleuchte zur Beleuchtung von Straßen, Plätzen und Gehwegen gekennzeichnet durch eine oder mehrere Austausch-Leuchtmittel nach einem der vorgehenden Ansprüche.