DE10113526A1

DE10113526A1 - Lampe

Info

Publication number: DE10113526A1
Application number: DE10113526A
Authority: DE
Inventors: Joerg Hohbaum; Harald Kuhl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2002-10-02

Abstract

Lampe (10) mit zwei Anschlußstiften (13) zur Fixierung in einer Niedervolt-Halogenlampenfassung, insbesondere für Halogen-Kaltlichtspiegellampen kleinerer und mittlerer Leistung, und einem integrierten Standard-Reflektorgehäuse (11), mit mindestens einer in oder nahe einem Brennpunkt bzw. einer Brennlinie des Reflektorgehäuses angeordneten, über einen Gleichrichter mit den Anschlußstiften verbundenen Hochleistungs-LED (17a), insbesondere Weißlicht-LED, als Lichtquelle.

Description

Die Erfindung betrifft Lampen nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 bzw. des Anspruchs 7.

Die Beleuchtung ist einer der größten Verbraucher von Elektro energie in den Industrieländern, und ein großer Teil der für diesen Zweck eingesetzten Energie wird in Wärme umgewandelt und damit nicht für den eigentlichen Zweck nutzbar. Es gibt deshalb seit Jahrzehnten intensive Entwicklungsanstrengungen zur Redu zierung des spezifischen (auf die Lichtausbeute bezogenen) Energieverbrauchs von Lampen. Hier sind insbesondere mit den Leuchtstofflampen - zunächst in langgestreckt röhrenförmiger Bauart und seit einigen Jahren auch als Kompakt-Leuchtstofflam pen mit Norm-Schraubsockel - wesentliche Fortschritte erreicht worden. Auch moderne Leuchtstofflampen sind aber noch relativ voluminöse Leuchtkörper und haben eine große Lichtaustrittsflä che. Sie sind, daher für Spot-Beleuchtungen und designorientier te Beleuchtungslösungen nur bedingt geeignet.

Für solche Beleuchtungszwecke haben sich Halogen-Kaltlichtspie gellampen weitgehend durchgesetzt. Diese sind kompakt und rela tiv kostengünstig und aufgrund des für Menschen ungefährlichen Niedervoltbetriebes für flexible Beleuchtungslösungen auf der Basis von Seil- oder Stabsystemen besonders gut geeignet. Da es sich jedoch hierbei noch um thermische Strahler handelt, ist auch bei Halogenlampen die Lichtausbeute, bezogen auf die Auf nahmeleistung, relativ gering.

Seit Jahrzehnten sind lichtemittierende Dioden (LED) als Licht quellen bekannt und werden für Anzeigezwecke genutzt. In LEDs findet die Erzeugung von Licht im sichtbaren Bereich mit sehr hoher Effizienz statt. Nachteilig war bei den in der Vergangen heit bekannten LEDs jedoch die geringe Leuchtdichte und für die meisten Einsatzzwecke auch die Einfarbigkeit.

Durch die Nutzbarmachung neuer Verbindungshalbleiterstrukturen ist jedoch in den letzten Jahren ein wesentlicher Entwicklungs sprung auf diesem Gebiet geglückt. Heute stehen LEDs mit hoher Leuchtdichte zur Verfügung, die durchaus in den Bereich der Leuchtdichte von Glühfadenlampen kommt. Zudem ist die Entwick lung von LEDs mit einem breiten Strahlungsspektrum gelungen, die ein dem natürlichen Licht bereits relativ ähnliches Licht erzeugen und auch als Weißlicht-LED bezeichnet werden. Für Be leuchtungszwecke grundsätzlich geeignete Hochleistungs-LEDs und darunter die erwähnten Weißlicht-LEDs werden inzwischen auch zu Preisen angeboten, die einen Masseneinsatz zu Beleuchtungszwec ken als grundsätzlich möglich erscheinen lassen. Hierbei ist auch bedenken, daß bei Erschließung dieses Anwendungsgebietes der riesige Bedarf zu weiteren Kostenreduzierungen führen wür de.

Derartige LEDs könnten - zumindest in Gruppen - durchaus be reits für Beleuchtungszwecke Anwendung finden, dem stehen aber in der Praxis erhebliche Hindernisse im Wege. So sind LEDs mit einer niedrigen Gleichspannung von wenigen Volt zu betreiben, während überall in den Industrieländern die Stromnetze für Be leuchtungszwecke auf Wechselspannungen von über 100 V ausgelegt sind. Zudem gibt es eine etablierte, historisch gewachsene Beleuchtungs-Infrastruktur, die in den entwickelten Ländern Mil liarden von herkömmlichen Norm-Schraubfassungen für Glühfaden lampen sowie anderer standardisierter Fassungen - beispielswei se diejenigen für Halogen-Kaltlichtspiegellampen - umfaßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung von hochgradig energieökonomischen, für verschiedene Beleuchtungs zwecke flexibel einsetzbaren und ohne großen Kostenaufwand in der vorhandenen Beleuchtungs-Infrastruktur einsetzbaren Leucht mitteln (Lampen) zugrunde.

Diese Aufgabe wird in zwei relativ selbständigen Ausprägungen des Erfindungsgedankens durch Lampen mit den Merkmalen des An spruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst.

Die Erfindung schließt den grundlegenden, übergreifenden Gedan ken der Einbindung von hochleistungsfähigen LEDs in vorhandene Beleuchtungssysteme durch Verbindung mit Normanschlüssen zu grunde. Die Erfindung schließt weiter den Gedanken ein, eine mit diesen Normanschlüssen verbundene Halterungs- bzw. Gehäuse komponente einerseits zur Fixierung der LED bzw. LEDs und zu gleich zur Unterbringung des für die Speisung aus den herkömm lichen Systemen benötigten Gleichrichters bzw. Netzgerätes zu nutzen.

Hierdurch läßt sich für die vorgeschlagenen LED-Lampen von An beginn an ein riesiges Marktpotential öffnen, ohne daß irgend welche Änderungen der Infrastruktur erforderlich wären. Zudem lassen sich etablierte und hochproduktive Technologien der Lam penherstellung teilweise für die Herstellung der neuen Lampen nutzen.

Gemäß der ersten Ausprägung des Erfindungsgedankens ist die LED-Lampe in Anlehnung an bekannte Halogenlampen ausgeführt und weist insbesondere die für diese standardisierten Anschlüsse auf. Weiterhin nutzt sie ein von diesen Halogenlampen bekanntes Reflektorgehäuse als Träger der LED bzw. LED-Gruppe. Speziell die Realisierung mit dem Reflektorgehäuse einer Halogen-Kalt lichtspiegellampe kleiner bzw. mittlerer Leistung (wie sie im Alltag mit Leistungen zwischen 20 W und 50 W in Halogen-Sell systemen oder Halogenleuchten verschiedenster Bauart eingesetzt werden) erschließt der neuen Lampe zahlreiche Anwendungsgebie te: Diese reichen vom Heimbereich bis in den Büro- bzw. profes sionellen Bereich.

Gegenüber den bekannten Halogenlampen zeichnen sich die erfin dungsgemäßen Lampen durch einen wesentlich (bis über 90%) redu zierten Energieverbrauch aus. Der reduzierte Energieverbrauch ermöglicht grundsätzlich auch einen Verzicht auf die bei Halo gen-Lichtsystemen bekannten - und vielfach sehr störenden - re lativ großen Trafos. Jedoch sind die vorgeschlagenen Lampen ge mäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchaus ohne Veränderung auch in vorhandenen Halogen-Beleuchtungssystemen einsetzbar, die derartige Transformatoren umfassen. In jedem Falle weist eine solche Lampe eine Gleichrichterschaltung zur Gleichrich tung der für Halogensysteme bereitstehenden Niedervolt-Wechsel spannung (speziell 12 V oder 24 V) auf.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Verbindung zwischen LEDs als der eigentlichen Lichtquelle und den tradi tionellen, noch immer im Heimbereich im größten Teil aller Be leuchtungseinrichtungen vorzufindenden Schraubfassungen für Norm-Glühlampen vorgeschlagen. Da diese Fassungen zum direkten Anschluß an das 220 V- oder 110 V-Wechselspannungsnetz vorgesehen sind, ist hierbei in den Träger bzw. das Gehäuse ein eigenes Netzteil - d. h. eine Einheit aus Spannungswandler und Gleich richter - zu integrieren. Zudem wird vorgeschlagen, die LED- Gruppe so auszuführen, daß sie innerhalb der üblichen Außenkon turen der zum jeweiligen Norm-Schraubsockel gehörenden Lampenkörper liegt. Hierdurch werden Platzprobleme bei speziellen An wendungen vermieden.

In bevorzugten Ausführungen beider Aspekte befindet sich in den vorgeschlagenen Lampen jeweils eine Gruppe von Hochleistungs- LEDs, so daß auf Basis relativ kostengünstiger LEDs, die nicht mit hohem Aufwand auf äußerste Lichtleistung ausgelegt sind, insgesamt eine dem Anwendungszweck angemessene Leuchtdichte er zielt werden kann.

Für normale Beleuchtungszwecke, also den Großteil der möglichen Anwendungen, ist der Einsatz von Weißlicht-LEDs bevorzugt. Für Beleuchtungen mit Werbe- oder Warnfunktionen, im Unterhaltungs bereich etc. sind aber auch Lampen mit einer Bestückung aus einfarbigen LEDs - sämtlich in einer Farbe oder in mehreren Farben gemischt - realisierbar.

Bei der Ausführung in Art einer Halogenlampe gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist der benötigte Gleichrichter bevorzugt im Inneren des Reflektorgehäuses, unterhalb des Trägers der LED-Gruppe, plaziert. Der Träger selbst ist bevorzugt in das Reflektorgehäuse (dessen eigentlicher Reflektor üblicherweise aus Glas besteht) eingeklebt. Er wird zur Erzielung einer im wesentlichen symmetrischen Leuchtdichteverteilung bei den weit verbreiteten rotationssymmetrischen Reflektoren insbesondere eine zu deren Symmetrieachse konzentrische LED-Gruppe aufwei sen.

Die seit einiger Zeit bei Halogen-Kaltlichtspiegellampen übli che Glasabdeckung der Austrittsfläche, mit der der Austritt schädlicher UV-Strahlung verhindert werden soll, kann bei der vorgeschlagenen Lampe entfallen. In einer speziellen Ausführung ist stattdessen eine Streuscheibe vorgesehen, mit der die Leuchtdichteverteilung zusätzlich homogenisiert wird.

In bevorzugten Ausführungen gemäß dem zweiten Aspekt der Erfin dung ist der Träger der LED bzw. LED-Gruppe mit dem Schraubsoc kel vergossen oder verklebt, wobei das Netzteil in den Träger- Schraubsockel-Verbund mit eingeschlossen ist. Auch hier sind der Träger und die LED-Gruppe selbst bevorzugt rotationssymme trisch zur Längsachse der Schraubfassung ausgeführt, um eine weitgehend symmetrische Leuchtdichteverteilung zu erzielen.

Eine zusätzliche Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung wird bei dieser Lampe mit dem Vorsehen einer lichtstreuenden Umhüllung möglich. Diese kann insbesondere in Form eines her kömmlichen Mattglaskolbens ausgeführt sein, wobei der andersar tige Innenaufbau gegenüber einer herkömmlichen Glühlampe auch eine andere Montagetechnik erfordert. Anstelle von Mattglas kann auch - da die LED-Gruppe keine starke Wärmeentwicklung zeigt - eine transparente, aber lichtstreuende Kunststoffhülle vorgesehen sein. Für spezielle Effekte ist auch eine klare Um hüllung sinnvoll, beispielsweise für Effektbeleuchtungen mit mehreren LEDs unterschiedlicher Farben.

Der zum Betrieb der vorgeschlagenen Lampen erforderliche Gleichrichter ist bevorzugt eine Halbleiter-Gleichrichterschal tung mit geringsten Abmessungen, die in die Zuleitung der LED von den Anschlußstiften eingefügt oder auf der eine LED-Gruppe tragenden Platine fixiert ist. Die Lampe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung umfaßt neben einer Gleichrichterschaltung dieser Art bevorzugt einen ebenfalls aus Halbleiterbauelementen aufgebauten miniaturisierten Spannungswandler, der ohne weite res im Bereich des Schraubsockels Platz findet.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im üb rigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschrei bung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figu ren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 eine skizzenartige Seitenansicht (Explosionsdarstel lung) einer Lampe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine skizzenartige Seitenansicht einer Lampe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine LED-Reflektorlampe 10 in der äußeren Gestalt einer Halogen-Kaltlichtspiegellampe zum Anschluß an eine Nie dervolt-Beleuchtungsanlage, etwa ein Halogen-Sellsystem, bzw. zum Einbau in eine Halogenleuchte. Die LED-Reflektorlampe 10 hat ein Standard-Reflektorgehäuse 11 aus einem Kunststoff-Glas- Verbund mit einem innenliegenden Reflektor 11a und zwei genorm ten Anschlußstiften 13.

In den Reflektor 11a eingeklebt wird eine Platine 15 zum An schluß einer LED-Gruppe 17 von Hochleistungs-LEDs 17a über eine auf der Unterseite der Platine 15 fixierte Gleichrichterschal tung 15a und Anschlußdrähte 19 zur Verbindung mit den Anschluß stiften 13. Die Platine 15 und die LED-Gruppe 17 sind konzen trisch zu einer Symmetrieachse A1 des Reflektors 11a aufgebaut und so weit in diesen einsetzbar, daß die LEDs nicht über die (offene) Lichtaustrittsfläche des Reflektors hinausragen.

Fig. 2 zeigt als weitere Ausführungsform eine LED-Schraubsoc kellampe 20 mit einem genormten Schraubsockel 21, etwa vom Typ E27. Mit dem Schraubsockel 21 ist ein säulenförmiger zur Soc kel-Mittenachse A2 konzentrischer LED-Träger 23 mit inneren Zu leitungen für eine LED-Gruppe 25 aus siebzehn Hochleistungs- LEDs 25a vergossen oder verklebt.

Im Inneren des Schraubsockel-Träger-Verbunden 21/23 ist ein (in der Figur nur symbolisch als gestrichelter Kasten dargestell tes) Netzteil 27 zur Spannungswandlung und Gleichrichtung des über den Schraubsockel 21 zugeführten Netzstromes für den Niedervolt-Gleichspannungsbetrieb der LEDs 25a eingebettet. Die LED-Gruppe 25 ist optional von einem in etwa der Gestalt eines herkömmlichen Lampenkolbens entsprechenden Streuhülle 29 umge ben. (Die Streuhülle 29 kann im übrigen zusätzliche Pigmente bzw. Fluoreszenzfarbstoffe enthalten, die das Emissionsspektrum der LEDs 25a modifizieren und gegebenenfalls eine "Lichtver stärkung" in bestimmten Spektralbereichen bewirken.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die beiden oben skizzierten Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Viel zahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Han delns liegen.

Bezugszeichenliste

10

LED-Reflektorlampe

11

Reflektorgehäuse

11

a Reflektor

13

Anschlußstift

15

Platine

15

a Gleichrichterschaltung

17

LED-Gruppe

17

a Hochleistungs-LED

19

Anschlußdraht

20

LED-Schraubsockellampe

21

Schraubsockel

23

LED-Träger

25

LED-Gruppe

25

a Hochleistungs-LED

27

Netzteil

29

Streuhülle (optional)
A1; A2 Symmetrieachse

Claims

1. Lampe (10) mit zwei Anschlußstiften (13) zur Fixierung in einer Niedervolt-Halogenlampenfassung, insbesondere für Halogen-Kaltlichtspiegellampen kleinerer und mittlerer Leistung, und einem integrierten Standard-Reflektorgehäuse (11), gekennzeichnet durch mindestens eine, in oder nahe einem Brennpunkt bzw. einer Brennlinie des Reflektorgehäuses angeordnete, über einen Gleichrichter mit den Anschlußstiften verbundene Hochleis tungs-LED (17a), insbesondere Weißlicht-LED, als Licht quelle.

2. Lampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gruppe (17) von auf einem Träger mit Verdrahtung in oder nahe dem Brennpunkt der Brennlinie angeordneten, über die Verdrahtung und einen Gleichrichter (15a) mit den An schlußstiften (13) verbundenen Hochleistungs-LED (17a).

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (15a) im Inneren des Reflektorgehäuses (11) unterhalb des Trägers (15) der LED-Gruppe (17) pla ziert ist.

4. Lampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (15) in das Reflektorgehäuse (11) eingeklebt ist.

5. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorgehäuse (11) im wesentlichen rotationssymme trisch und die LED-Gruppe (17) konzentrisch zur Symmetrie achse (A1) des Reflektorgehäuses (11) aufgebaut ist.

6. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektorgehäuse auf seiner Austrittsfläche eine Streuscheibe trägt.

7. Lampe (20) mit einem Norm-Schraubsockel (21) zur Fixierung in einer Norm-Glühlampenfassung, gekennzeichnet durch mindestens eine innerhalb der imaginären Außenkontur der entsprechenden Norm-Glühlampe angeordnete, über ein Netz teil (27) mit dem Norm-Schraubsockel verbundene Hochleis tungs-LED (25a), insbesondere Weißlicht-LED, als Licht quelle.

8. Lampe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Gruppe (25) von auf einem Träger (23) mit Verdrahtung innerhalb der Außenkontur angeordneten, über die Verdrah tung und das Netzteil (27) mit dem Norm-Schraubsockel (21) verbundenen Hochleistungs-LEDs (25a).

9. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Gruppe (17; 25) mehrere Weißlicht-LEDs (17a; 25a) umfaßt.

10. Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Gruppe (17; 25) mehrere farbige LEDs (17a; 25a) umfaßt.

11. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (23) mit dem Schraubsockel (21) vergossen oder verklebt ist, wobei das Netzteil (27) insbesondere in den Träger-Schraubsockel-Verbund eingeschlossen ist.

12. Lampe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LED (25a) bzw. LED-Gruppe (25) von einer gekrümmten Lichtstreufläche (29) umgeben ist.

13. Lampe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Gruppe (25) im wesentlichen rotationssymmetrisch zur Symmetrieachse (A2) der Schraubfassung (21) ausgebil det ist.

14. Lampe nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzteil (27) einen miniaturisierten Halbleiter-Span nungswandler aufweist.