DE20307610U1

DE20307610U1 - Scheinwerfer, insbesondere Unterwasserscheinwerfer

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Publication number: DE20307610U1
Application number: DE20307610U
Authority: DE
Original assignee: WTS KERESKEDELMI ES SZOLGALTAT
Current assignee: WTS KERESKEDELMI ES SZOLGALTAT
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2013-05-17

Description

Beschreibung
Scheinwerfer, insbesondere Unterwasserscheinwerfer

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere einen Unterwasserscheinwerfer, der mit mehreren auf einem Träger angeordneten Leuchtdioden bestückt ist und der eine lichtdurchlässige Frontscheibe aufweist.

Bereits in der DE 197 47 980 A1 wird ein Beleuchtungskörper für Schwimmbäder und ähnliches vorgeschlagen, bei dem als Leuchtmittel eine oder mehrere Leuchtdioden verwendet werden. Im Gegensatz zu einer Glühlampe ist das Emissionsspektrum einer Leuchtdiode (LED) auf einen schmalen Wellenlängenbereich begrenzt, der im wesentlichen von dem Diodenmaterial abhängt. Die spektrale Emission von LED kann materialabhängig monochrom oder bei entsprechender Emissionsbreite weiß sein. In jüngster Zeit sind LED verfügbar, die eine hohe Leuchtstärke besitzen. LED besitzen gegenüber konventionellen Glühlampen den Vorteil des deutlich geringeren Körpervolumens. Ferner ist die Lebensdauer von Leuchtdioden sehr groß, so dass ein häufiger Glühbirnenwechsel, wie er bei Scheinwerfern herkömmlicher Art notwendig ist, vollständig entfällt. LED sind in der Regel auch stoß- und vibrationsfest, schaltkreiskompatibel und in ihrer emittierten Strahlung leicht modulierbar. Aufgrund ihrer geringen Wärmeabstrahlung ist es möglich, mehrere Dioden innerhalb eines Einbaugehäuses relativ dicht nebeneinander anzuordnen, ohne die Gefahr von Leuchtmittel-Schädigungen in Kauf nehmen zu müssen. Der geringe Energieverbrauch von Leuchtdioden ermöglicht zudem einen energiesparenden Einsatz.

Nach der DE 197 47 980 A1 sollen in einem Beleuchtungskörper Dioden verwendet werden, die auf einer vorgefertigten Platine angeordnet sind, die Teil eines flachen Gehäuses mit einer transparenten Kunststoffglasabdeckung als Lichtaustrittsfläche ist. In diesem nach dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungskörper können mehrere Dioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren angeordnet sein, die einzeln oder gruppenweise ansteuerbar sind, so dass entweder monochromes Licht oder ein Farbmuster abgestrahlt wird.

Aus der JP 61-147585 ist auch eine Beleuchtungseinheit bekannt, die aus einer LED und einer rotationssymmetrischen, schalenförmigen Sammellinse besteht, die eine Ausnehmung aufweist, in der die LED angeordnet ist. Durch die Sammellinse werden die von der LED ausgesandten Strahlen zu einem Bündel paralleler Lichtstrahlen gebrochen. Der Nachteil dieser Leuchteinheit besteht darin, dass im Brennpunkt dieser Sammellinse, d.h. in deren Ausnehmung, nur eine Diode angeordnet werden kann. Um eine ausreichende Lichtstärke für Scheinwerfer zu erhalten, müssen mehrere solcher einzelner Leuchteinheiten aus Leuchtdiode mit Sammellinse nebeneinander angeordnet werden, wodurch sich ein entsprechender Platzbedarf ergibt, der häufig nicht gegeben ist oder nicht erwünscht wird, insbesondere bei kleinvolumigen Scheinwerfern bzw. Unterwasserscheinwerfern.

Darüber hinaus lassen sich durch die Nebeneinanderanordnung von den beschriebenen Leuchteinheiten zwar Farbmuster, jedoch nun unzureichend Farbmischungen aus zwei oder mehr emittierten unterschiedlichen Leuchtfarben erzeugen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Scheinwerfer zu schaffen, der kleinvolumig gebaut werden kann, kostengünstig herstellbar ist, weiterhin vorzugsweise auch in feuchten Räumen oder als Unterwasserscheinwerfer einsetzbar ist und der in verbesserter Weise Farbmischungen mit ggf. wechselnden Farben erzeugen lässt.

Diese Aufgabe wird durch den Scheinwerfer nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Frontscheibe als optischer Linsenkörper ausgebildet, der an seiner Unterseite mindestens eine ringförmige, konzentrisch um eine Längsachse angeordnete Ausnehmung aufweist, in die die Leuchtdioden hineinragen.

Im einfachsten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in der je nach gewähltem Ringdurchmesser drei, vier oder mehr Leuchtdioden in vorzugsweise äquidistantem Bogenmaß-Abstand angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass in einem solchen Scheinwerfer deutlich mehr Leuchtdioden nebeneinander angeordnet werden können.

Die Breite der ringförmigen Ausnehmung ist durch die Breite der verwendeten Leuchtdioden, die hierin Platz finden müssen, bestimmt. Die nebeneinander angeordneten Leuchtdioden können ein im wesentlichen identisches Emissionsspektrum aufweisen, vorzugsweise werden jedoch Leuchtdioden mit unterschiedlichen Emissionsspektren verwendet, beispielsweise Leuchtdioden, die grünes, rotes und blaues Licht abstrahlen, also Farben, durch deren Mischung beliebige Farbkombinationen erzeugt werden können.

Wie im folgenden noch näher ausgeführt wird, besteht über eine entsprechende Steuerschaltung die Möglichkeit, die Intensität der abgestrahlten Lichtmenge jeder einzelnen Diode zwischen 0 und der maximalen Strahlungsleistung zu variieren.

Die Dioden können zudem in periodischen oder nichtperiodischen Intervallen, ggf. durch Anlegen variierender Spannungen, angesteuert werden, so dass sich für den Betrachter ein allmählich änderndes Farbspektrum oder, falls gewünscht, eine intermittierende Abstrahlung als Blinkfunktion ergibt.

Mittels einer geeigneten Steuerung besteht auch die Möglichkeit, die Lichtemissionen bzw. die spektrale momentane Strahlungsleistung von akustischen Signalen, die in elektrische Signale umgewandelt werden, abhängig zu machen, d.h. die jeweils vorliegende akustische Frequenz als Stellgröße für die Steuerung zu verwenden. Das akustische Niederfrequenzspektrum kann hierzu in mehrere Kanäle unterteilt werden. Jeder Kanal steuert eine eigene und andersfarbige Leuchtdiode bzw. Leuchtdiodengruppen an. Die Aufteilung kann z.B. derart ausgestaltet sein, dass niederfrequente Bässe rote LED, Mitteltöne grüne LED und hohe Töne blaue LED ansteuern. Je nach Tonfolge und Tonmischungen werden somit im Laufe der Zeit unterschiedliche optische Frequenzspektren durchlaufen.

Die Frontscheibe als optischer Linsenkörper wird vorzugsweise so gewählt, dass die neben der Kollimator-Wirkung eine Teilstreuung (Diffusion) der von den einzelnen Leuchtdioden ausgesandten Strahlung bewirkt wird, was die Homogenität der abgestrahlten Farbe über die gesamte Abstrahlungsfläche des Scheinwerfers erhöht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Zunächst ist zur Erhöhung der gesamten AbStrahlungsleistung des Scheinwerfers die Anordnung mehrerer konzentrischer ringförmiger Ausnehmungen möglich, die in unterschiedlichen Abständen vom Zentrum angeordnet sind. Ggf. kann im Zentrum des Scheinwerfers, d.h. im Bereich der Längsachse, eine einzelne Diode in einer dortigen kreisförmigen Ausnehmung angeordnet sein, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der verwendeten Diode ist. Mit größer werdendem Abstand vom Zentrum wächst zwangsläufig das Umfangs- bzw. Bogenmaß der ringförmigen Ausnehmung, so dass in weiter vom Zentrum entfernt liegenden Ausnehmungen entsprechend mehr Leuchtdioden angeordnet sein können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Frontscheibe in einer ringförmigen Blende als einstückiges Teil integriert, das über eine Steck-, Schraub-, Rast- und/oder Klebeverbindung mit einem Scheinwerfergehäuse verbunden ist. Hierbei werden auf einer Platine auf Kreisbahnen die jeweiligen Dioden der gewünschten Abstrahlung angeordnet. Die Platine ist in einem Gehäuse, vorzugsweise auf einem Kühlkörper, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet. An der Oberkante dieses Gehäuses wird die aus der Frontscheibe und der Blende bestehende einstückige Einheit befestigt.

Um einen solchen Scheinwerfer als Unterwasserscheinwerfer verwenden zu können, sind entsprechende Dichtungen vorzusehen, vorzugsweise wird die Einheit aus Frontscheibe und Blende mit dem Gehäuse verklebt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Frontscheibe sowie die ringförmige Blende ein rotationssymmetrisches Teil, das auf den Scheinwerfergehäusekörper aufgeschraubt und anschließend verklebt ist.

Die Frontscheibe oder die Frontscheibe mit integrierter Blende besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einem lichttransparenten Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat (PC) oder Acrylglas (PMMA). Kunststoffe dieser Art oder vergleichbare Kunststoffe haben den Vorteil einer hohen Schlag- und Druckfestigkeit.

Um Abstrahlungsverluste zu vermeiden, kann die Frontscheibe mit Ausnahme der Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung als Reflektor ausgebildet sein. Dies kann durch entsprechende Verspiegelung der Flächen oder durch eine geometrische Formgestaltung, bei der das Licht total reflektiert wird, realisiert werden.

Je nach Größe des Scheinwerfers werden mehrere Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsspektren oder jeweilige Gruppen von Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsspektren verwendet. Will man drei Grundfarben Rot, Blau und Gelb abstrahlen, so liegt die minimale Anzahl der vorhandenen Leuchtdioden bei drei. Es können jedoch auch bei gegebenem Platz mehrere Leuchtdioden verwendet werden, die z.B. ein rotes Emissionsspektrum aufweisen. Je nach Strahlungsleistung der Dioden kann auch die Anzahl der ein rotes Emissionsspektrum abstrahlenden Dioden geringer oder größer sein als die Anzahl von Dioden, die z.B. ein blaues Emissionsspektrum aussenden. Selbstverständlich können auch Leuchtdioden verwendet werden, die ein im wesentlichen weiß erscheinendes Emissionsspektrum aufweisen.

Die einzelnen Leuchtdioden oder die einzelnen Gruppen von Leuchtdioden sind vorzugsweise mittels einer Steuerschaltung getrennt, zusammen oder alternierend ansteuerbar, um ein konstantes Dauerlicht, ggf. mit einheitlichem oder wechselndem Emissionsspektrum oder auch Blinkfunktionen erzeugen zu können.

Der Linsenkörper kann auch fluoreszierende und/oder eine Lichtdiffusion bewirkende Stoffe (Pigmente) enthalten.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die ringförmigen Ausnehmungen im Querschnitt - zur Frontscheibenaußenseite hin betrachtet - konisch verjüngt ausgebildet sind, vorzugsweise unter einem Konuswinkel, der kleiner als 10° ist. Zusätzlich können die den Leuchtdioden zugewandten Basisflächen der Ausnehmungen im Querschnitt parabelförmig bzw. konvex ausgebildet sein und/oder vorzugsweise einen Krümmungsradius zwischen 2 mm und 4 mm aufweisen.

Ebenso liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise konvex gewölbte Frontscheibenaußenseiten.

Um die gewünschte Sammellinsenfunktion optimal erfüllen zu können, ist der Frontscheibenmantel im Umgebungsbereich der ringförmigen Ausnehmung im Querschnitt parabelförmig ausgebildet.

Der erfindungsgemäße Scheinwerfer kann zur Beleuchtung von Whirlpools, Schwimmbecken, Teichen, als Gartenbeleuchtung, Sauna und Dampfkabinenbeleuchtung, Duschkabinenbeleuchtung ebenso verwendet werden wie bei anderen &ldquor;Wasserattraktionen", d.h. Beleuchtung von Wasserfällen, Wasserpilzen oder Wasserkanonen.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im nachfolgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers,

Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4

eine Draufsicht auf eine Platine mit sechs Leuchtdioden, eine Draufsicht auf die Frontscheibe,

eine Querschnittsansicht eines Scheinwerfers mit einer Frontscheibe sowie einem Blendenring, die als einstückiges Teil ausgebildet sind, und

Fig. 5

eine Querschnittsansicht des einstückigen, aus Frontscheibe und Blendenring bestehenden Teils,

Fig. 6

eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausbildungsform des Scheinwerfers.

Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Scheinwerfer besitzt ein Gehäuse 5, in dem eine Platine 3 auf einem Aluminium-Kühlkörper 4 gehaltert ist. Auf der Platine 3 sind in kreisförmiger Anordnung sechs Leuchtdioden 9 (siehe Fig. 2) angeordnet, die rotes, gelben oder blaues Licht abstrahlen, was durch die Buchstaben R, G und B in Fig. 2 deutlich gemacht ist. Die Leuchtdioden sind in einer ringförmigen Ausnehmung 11 einer Frontscheibe 10 angeordnet, die in den oberen Teil des Gehäuses eingesetzt ist. Eine mit dem Gehäuseaußenmantel verschraubte Blende 1 übergreift randseitig die Frontscheibe, wobei jeweilige O-Ringe 2 zur Abdichtung dienen. Zur Stromversorgung ist ferner ein Kabel 6 vorgesehen, das aus einer bodenseitigen Öffnung aus dem Gehäuse 5 herausgeführt wird, wobei die Druckschraube 8 in Verbindung mit der Gummidichtung 7 das Gehäuse gegen einen Feuchtigkeits- oder Wassereintritt abdichtet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Frontscheibe 10 in einer Draufsicht betrachtet rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Innenflächen 12,13 der Ausnehmung 11 sind im Querschnitt betrachtet gegeneinander geneigt, wobei der Neigungswinkel, bezogen auf die Längsachse 14 kleiner als 10° ist (siehe auch Fig. 5). Die den Dioden 9 zugewandte Basisfläche 15 der ringförmigen Ausnehmung ist konvex ausgebildet. Ebenso konvex ausgebildet sind die Außenflächen 16 der Frontscheibe, die insbesondere im Querschnitt eine Parabelform aufweisen können. Ggf. sind diese Teilbereiche verspiegelt, um an dortigen Grenzflächen Lichtverluste zu vermeiden. Das Frontglas 10 ist vorzugsweise ein durch Spritzguss hergestelltes Kunststoffteil, bei dem zur Materialersparnis in der Umgebung der Längsachse 14 der dargestellte Einschnitt vorgesehen sein kann.

Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorbeschriebenen Ausführungsform lediglich darin, dass die Blende 2 und die Frontscheibe 10 als einstückiges Teil 17 ausgeführt sind, das über eine Gewindeverbindung mit dem Gehäuse 5 befestigt wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der die Frontscheibe, die Blende sowie ein rohrförmiges Anschlussstück 19 einstückig als Teil 18 ausgebildet sind. Dieses Teil 18 wird entweder auf das Gehäuse 5 aufgeschoben oder über eine Gewindeverbindung hieran befestigt.

Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Scheinwerfers unter Wasser wird die Dichtigkeit zwischen dem Teil 17 bzw. Teil 18 zu dem Gehäuse 5 durch eine Klebeverbindung hergestellt.

Claims

1. Scheinwerfer, insbesondere Unterwasserscheinwerfer, der mit mehreren auf einem Träger (3) angeordneten Leuchtdioden (9) bestückt ist und der eine lichtdurchlässige Frontscheibe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe als optischer Linsenkörper (10, 17, 18) ausgebildet ist, der an seiner Unterseite mindestens eine ringförmige, konzentrisch um eine Längsachse (14) angeordnete Ausnehmung (11) aufweist, in die die Leuchtdioden (9) hineinragen.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige Ausnehmungen.

3. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe in einer ringförmigen Blende als einstückiges Teil (17, 18) integriert ist, das über eine Steck-, Schraub-, Rast- und/oder Klebeverbindung mit einem Scheinwerfergehäuse (5) verbunden ist.

4. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe, vorzugsweise mit integrierter Blende, ein rotationssymmetrisches Teil ist, das weiterhin vorzugsweise auf den Scheinwerfergehäusekörper (5) aufgeschraubt und anschließend verklebt ist.

5. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (10) oder die Frontscheibe mit integrierter Blende (17, 18) aus einem lichttransparenten Kunststoff besteht, vorzugsweise aus Polycarbonat (PC) oder Acrylglas (PMMA).

6. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (10, 17, 18) mit Ausnahme der Lichteintrittsöffnung und der Lichtaustrittsöffnung als Reflektor ausgebildet ist.

7. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere Leuchtdioden (9) oder Gruppen von Leuchtdioden (9) mit unterschiedlichen Emissionsspektren.

8. Scheinwerfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (9) oder einzelne Gruppen von Leuchtdioden (9) mittels einer Steuerschaltung getrennt, zusammen oder alternierend ansteuerbar sind.

9. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (10, 17, 18) fluoreszierende und/oder eine Lichtdiffusion bewirkende Stoffe enthält.

10. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Ausnehmungen (11) im Querschnitt zur Frontscheibenaußenseite hin konisch verjüngt ausgebildet sind, vorzugsweise unter einem Konuswinkel (α) 10.

11. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Leuchtdioden (9) zugewandten Basisflächen (15) der Ausnehmungen (11) konvex ausgebildet sind, vorzugsweise einen Krümmungsradius zwischen 2 mm und 4 mm aufweisen.

12. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibenaußenseite wenigsten teilweise konvex gewölbt ist.

13. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontscheibe (10, 17, 18) im Umgebungsbereich (16) der ringförmigen Ausnehmung im Querschnitt parabelförmig ausgebildet ist.