EP1783421A1 - Leuchte - Google Patents
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- EP1783421A1 EP1783421A1 EP06021682A EP06021682A EP1783421A1 EP 1783421 A1 EP1783421 A1 EP 1783421A1 EP 06021682 A EP06021682 A EP 06021682A EP 06021682 A EP06021682 A EP 06021682A EP 1783421 A1 EP1783421 A1 EP 1783421A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S6/00—Lighting devices intended to be free-standing
- F21S6/002—Table lamps, e.g. for ambient lighting
- F21S6/003—Table lamps, e.g. for ambient lighting for task lighting, e.g. for reading or desk work, e.g. angle poise lamps
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- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/51—Cooling arrangements using condensation or evaporation of a fluid, e.g. heat pipes
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- F21S6/005—Lighting devices intended to be free-standing with a lamp housing maintained at a distance from the floor or ground via a support, e.g. standing lamp for ambient lighting
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- F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
- F21S8/04—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures
- F21S8/043—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures mounted by means of a rigid support, e.g. bracket or arm
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- F21S8/06—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures by suspension
-
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- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/50—Cooling arrangements
- F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
- F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Definitions
- the invention relates to a luminaire according to the preamble of claim 1.
- high-power LEDs In luminaires equipped with high-performance LEDs (so-called high-power LEDs), it is necessary to operate the LEDs as cool as possible during operation. If the resulting heat loss is not or only insufficiently dissipated, the LED suffers from power losses and in extreme cases even completely destroyed. In addition, the light spectrum changes.
- the invention has for its object, a lamp of the aforementioned kind with an improved cooling for the LEDs to create.
- the basic idea of the cooling according to the invention for a lamp with LEDs is to decouple the location of the heat generation from the location of the heat dissipation. It is no longer glued as usual, the heat sink directly to the LED board, but the heat sink can be mounted remotely depending on the type of luminaire at a different location, this location can be up to several meters away.
- the luminaire head eg a pendant luminaire
- the heat transfer device thus serves both the heat conduction and as a holder for the lamp head.
- the advantage of the invention is that the heat generated at the light source dissipated and the cooling is performed at a remote location. The heat can be dissipated at almost any location.
- a preferred development proposes as a heat transfer device according to claim 2 at least one rod-shaped tube in which a heat transfer medium is located.
- This tube is a so-called heat pipe.
- This heat pipe can be located in an outer cladding tube.
- the heat transfer via these so-called heat pipes means that one or more tube-like structures are available, via which the heat loss to the actual heat sink can be derived.
- the heat pipes are brought at one end in contact with the heat produced by the LED's, so that then transported away from there through the heat pipe through the heat and the cooling element is supplied.
- the basic principle of these heat pipes is that at one end the heat pipe defines a heating zone to which the heat of the LEDs is supplied.
- the evaporation of a medium takes place, so that a vapor stream is formed in capillaries, this vapor stream is supplied by the capillary action to the other end, namely the cooling zone of the heat pipe.
- a condensation of the steam which is accompanied by a radiation of heat.
- the capillary action then causes a reflux of the - again - liquid condensate in corresponding capillaries, so that then a new heat exchange cycle can begin.
- the development according to claim 3 has the advantage that the heat is distributed over larger areas. This improves the heat transfer.
- the development in claim 4 has the advantage that the heat pipe is also the electric power transmission.
- electrical leads for the voltage supply of the LEDs can preferably run in a cladding tube.
- the heat pipe can also act as a live element.
- the heat pipes can be provided with flexible, bendable sections according to the embodiment in claim 5.
- the heat pipes can also be assigned additional functions at the same time.
- the heat pipe according to claim 6 can serve for suspension of a pendant lamp or according to claim 7 for attaching a lamp.
- the lamp head for example, a pendant lamp comes without strong constituent elements such as heatsinks or fans, since the heat generated in the ceiling can be dissipated.
- the heat pipe serves at the same time as a heat pipe and as a pendulum tube. Suspended ceilings can accommodate both the heat sink and a fan or liquid cooling above the ceiling.
- cantilever or table lamps can be used as a cantilever and at the same time as current-carrying elements in the development in claim 7, the heatpipes.
- the cooling body is associated with a fan.
- a fan is used when additional active cooling is required.
- a powerful fan can be accommodated discreetly in a canopy-like enclosure below the ceiling.
- the lamp shown in Figs. 1a to 1c is a pendant lamp, which is suspended from a ceiling.
- the upper area of the pendant lamp has, in addition to a suspension device, a heat sink 1 made of radial lamellae.
- a fan 2 is integrated in this heat sink 1.
- the central lower region of the heat sink 1 has a heat chamber 3, which - as will be explained later - should distribute the heat over a larger area.
- the lower end of the lamp has a board 4 with LEDs 5 on. Again, a heat chamber 3 is provided above the board 4 for distributing the heat to a larger area.
- the heat transfer device 6 is formed by a tube 7 of a so-called heat pipe.
- the tube 7 is located in an outer cladding. 8
- the operation of the heat transfer device 6 is as follows with reference to FIG. 2:
- Heat is generated by the LEDs 5, which collects in the heat chamber 3.
- the lower end of the tube 7 of the heat pipe dives.
- This heat pipe consists of a plurality of capillaries 9, which are arranged longitudinally in the tube 7 made of copper.
- a heat transport medium located in the tube 7, a heat transport medium.
- heat 10 which acts on the lower end of the tube 7 an evaporation of the medium located in the tube 7 takes place.
- the evaporation of a liquid medium requires energy and therefore leads to a cooling effect.
- the evaporation creates a vapor stream which is transported along the capillary 9 very quickly to the other end of the tube 7 of the heat pipe.
- a heat release 11 which is discharged via the heat sink 1 and the fan 2 to the ambient air.
- the now again liquid condensate flows back through the capillary action of the capillary 9, so that a new cooling circuit can begin.
- Fig. 3 shows a lamp in the form of a cantilever lamp.
- a lamp head 12 is provided with a board 4 with LEDs 5.
- the other end of the lamp is formed by a heat sink 1.
- the tube 7 is a heat pipe, said tube 7 also serves as a boom arm of the lamp.
- this cantilever lamp is according to the pendant lamp, as has been previously described. Ie. the resulting heat in the lamp head 12 is supplied via the heat pipe to the heat sink 1.
- Fig. 4 finally shows a table lamp with a lamp head 12 and a pedestal 13. Between the lamp head 12 and the pedestal 13, two tubes 7 a heat pipe are provided. These two heatpipes are used for heat dissipation and as a boom arm. An additional function is as the current-carrying elements for the power supply of the LED's 5. At the rear end of the two tubes 7 is the heat sink. 1
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei Leuchten, welche mit leistungsstarken LED's (sogenannten High Power LED's) bestückt sind, ist es notwendig, die LED's im Betrieb so kühl wie möglich zu betreiben. Wird die entstehende Verlustwärme nicht oder nur unzureichend abgeführt, leidet die LED unter Leistungsverlusten und wird im Extremfall sogar ganz zerstört. Außerdem verändert sich das Lichtspektrum.
- In der Regel wird deshalb versucht, die entstehende Wärme so schnell wie möglich über sogenannte Heatsinks, nämlich Kühlelemente abzuführen. Diese Kühlelemente können je nach Leistung der LED's sehr groß werden. Reicht ein passives Kühlelement nicht aus, muß unter Umständen aktiv gekühlt werden (Flüssigkühlung, Ventilator).
- Diese zusätzlichen Bauelemente zum Kühlen der LED's werden oftmals als störend empfunden, da sie von der Größe die eigentlich gestaltbildenden Elemente der Leuchte ausmachen. Zudem kann ein Lüfter, wenn er relativ nahe beim Benutzer ist, als störend wahrgenommen werden. Das eigentliche filigrane Leuchtmittel, nämlich die LED, wird somit wieder zu einem recht großen, konventionell anmutenden Leuchtmittel.
- Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte der eingangs angegebenen Art mit einer verbesserten Kühlung für die LED's zu schaffen.
- Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1.
- Die Grundidee der erfindungsgemäßen Kühlung für eine Leuchte mit LED's besteht darin, den Ort der Wärmeentstehung von dem Ort der Wärmeableitung zu entkoppeln. Dabei wird nicht mehr wie bisher üblich der Kühlkörper direkt auf die LED-Platine geklebt, sondern der Kühlkörper kann je nach Leuchtentyp an einem anderen Ort entfernt angebracht werden, wobei dieser Ort bis zu mehreren Metern wegliegen kann. Somit kommt der Leuchtenkopf (z. B. einer Pendelleuchte) ohne stark aufbauende Elemente wie Kühlkörper oder Ventilatoren aus, da bei den vorerwähnten Pendelleuchten die entstehende Wärme im Bereich der Decke abgeführt werden kann. Die Wärmeübertragungseinrichtung dient somit gleichzeitig sowohl der Wärmeleitung als auch als Halterung für den Leuchtenkopf. Somit liegt der Vorteil der Erfindung darin, daß die an der Lichtquelle entstehende Wärme abgeführt und an einem entfernten Ort die Kühlung durchgeführt wird. Dabei kann die Wärme nahezu an jedem beliebigen Ort abgeführt werden.
- Eine bevorzugte Weiterbildung schlägt als Wärmeübertragungseinrichtung gemäß Anspruch 2 wenigstens ein stabförmiges Rohr vor, in welchem sich ein Wärmeübertragungsmedium befindet. Bei diesem Rohr handelt es sich um eine sogenannte Heatpipe. Diese Heatpipe kann sich in einem äußeren Hüllrohr befinden. Der Wärmetransport über diese sogenannten Heatpipes bedeutet, daß ein oder mehrere rohrähnliche Gebilde zur Verfügung stehen, über welche die Verlustwärme zum eigentlichen Kühlkörper abgeleitet werden kann. Die Heatpipes werden am einen Ende mit der durch die LED's produzierten Wärme in Kontakt gebracht, so daß dann von dort aus durch die Heatpipe hindurch die Wärme abtransportiert und dem Kühlelement zugeführt wird. Das Grundprinzip dieser Heatpipes besteht dabei darin, daß am einen Ende die Heatpipe eine Heizzone definiert, welcher die Wärme der LED's zugeführt wird. Innerhalb der Heatpipe findet die Verdampfung eines Mediums statt, so daß ein Dampfstrom in Kapillaren entsteht, wobei dieser Dampfstrom durch die Kapillarwirkung dem anderen Ende, nämlich der Kühlzone der Heatpipe zugeführt wird. Hier erfolgt eine Kondensation des Dampfes, welche mit einer Abstrahlung von Wärme einhergeht. Durch die Kapillarwirkung erfolgt dann ein Rückfluß des - wieder - flüssigen Kondensats in entsprechenden Kapillaren, so daß dann ein neuer Wärmeaustauschkreislauf beginnen kann.
- Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 hat den Vorteil, daß die Wärme auf größere Flächen verteilt wird. Dadurch wird die Wärmeübertragung verbessert.
- Die Weiterbildung in Anspruch 4 hat den Vorteil, daß die Heatpipe zugleich der elektrischen Stromübertragung dient. Hierzu können vorzugsweise in einem Hüllrohr zusätzlich zu der Heatpipe noch elektrische Leitungen für die Spannungsversorgung der LED's verlaufen. Bei niedrigen Spannungen kann die Heatpipe auch als stromführendes Element fungieren.
- Bei Leuchten mit beweglichem Kopf können gemäß der Weiterbildung in Anspruch 5 die Heatpipes mit flexiblen, biegbaren Abschnitten versehen werden.
- Außer dem vorbeschriebenen Wärmetransport durch die Heatpipes können diesen Heatpipes gleichzeitig auch zusätzliche Funktionen zugewiesen werden. Neben der Ableitung der Wärme von der LED-Platine zum Kühlkörper kann die Heatpipe gemäß Anspruch 6 zur Abpendelung einer Pendelleuchte oder gemäß Anspruch 7 zur Befestigung einer Leuchte dienen. Somit kommt der Leuchtenkopf beispielsweise einer Pendelleuchte ohne stark aufbauende Elemente wie Kühlkörper oder Ventilatoren aus, da die entstehende Wärme im Bereich der Decke abgeführt werden kann. Wie ausgeführt, dient die Heatpipe dabei gleichzeitig als Wärmeleitung sowie als Pendelrohr. Bei abgehängten Decken kann sowohl der Kühlkörper wie auch ein Ventilator oder eine Flüssigkühlung oberhalb der Decke untergebracht werden.
- Bei Ausleger- oder Tischleuchten können bei der Weiterbildung in Anspruch 7 die Heatpipes als Kragarm und gleichzeitig als stromführende Elemente genutzt werden.
- Schließlich schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 vor, daß dem Kühlkörper ein Ventilator zugeordnet ist. Ein Ventilator wird dann eingesetzt, wenn zusätzlich aktiv gekühlt werden muß. Ein leistungsstarker Ventilator kann diskret in einem baldachinählichen Gehäuse unterhalb der Decke untergebracht werden.
- Drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Leuchte werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
- Fig. 1a
- eine perspektivische Ansicht einer Pendelleuchte;
- Fig. 1b
- einen Längsschnitt durch die Pendelleuchte in Fig. 1a;
- Fig. 1c
- eine Draufsicht auf den Kühlkörper der Pendelleuchte in Fig. 1a und 1b;
- Fig. 2
- eine Prinzipskizze der sogenannten Heatpipe, wie sie bei der Pendelleuchte in Fig. 1a bis 1c verwendet wird;
- Fig. 3
- eine perspektivische Ansicht einer Auslegerleuchte;
- Fig. 4
- eine perspektivische Ansicht einer Tischleuchte.
- Die in den Fig. 1a bis 1c dargestellte Leuchte ist eine Pendelleuchte, welche an einer Decke aufgehängt wird.
- Der obere Bereich der Pendelleuchte weist neben einer Aufhängeeinrichtung einen Kühlkörper 1 aus radialen Lamellen auf. In diesem Kühlkörper 1 ist ein Ventilator 2 integriert. Der mittige untere Bereich des Kühlkörpers 1 weist einen Wärmeraum 3 auf, welcher - wie noch auszuführen sein wird - die Wärme auf eine größere Fläche verteilen soll.
- Das untere Ende der Leuchte weist eine Platine 4 mit LED's 5 auf. Auch hier ist ein Wärmeraum 3 oberhalb der Platine 4 zur Verteilung der Wärme auf eine größere Fläche vorgesehen.
- Zwischen dem oberen Kühlkörper 1 und der unteren Platine 4 mit den LED's 5 befindet sich eine Wärmeübertragungseinrichtung 6, welche die Wärme, die durch die LED's 5 entsteht, zu dem Kühlkörper 1 transportieren soll. Die Wärmeübertragungseinrichtung 6 ist durch ein Rohr 7 einer sogenannten Heatpipe gebildet. Das Rohr 7 befindet sich dabei in einem äußeren Hüllrohr 8.
- Die Funktionsweise der Wärmeübertragungseinrichtung 6 ist dabei unter Bezugnahme auf Fig. 2 wie folgt:
- Durch die LED's 5 entsteht Wärme, welche sich in dem Wärmeraum 3 sammelt. In diesen Wärmeraum 3 taucht das untere Ende des Rohrs 7 der Heatpipe ein. Diese Heatpipe besteht aus einer Vielzahl von Kapillaren 9, welche in dem Rohr 7 aus Kupfer längsverlaufend angeordnet sind. Zusätzlich befindet sich in dem Rohr 7 ein Wärmetransportmedium.
- Durch die in Fig. 2 angedeutete Wärme 10, welche auf das untere Ende des Rohres 7 wirkt, erfolgt eine Verdampfung des im Rohr 7 befindlichen Mediums. Vom physikalischen Standpunkt her benötigt die Verdampfung eines flüssigen Mediums Energie und führt daher zu einem Kühleffekt. Durch die Verdampfung entsteht ein Dampfstrom, der längs der Kapillare 9 sehr schnell zum anderen Ende des Rohres 7 der Heatpipe transportiert wird. Dort erfolgt durch Kondensation eine Wärmeabgabe 11, welche über den Kühlkörper 1 und den Ventilator 2 an die Umgebungsluft abgegeben wird. Das nunmehr wieder flüssige Kondensat fließt durch die Kapillarwirkung der Kapillare 9 zurück, so daß ein neuer Kühlungskreislauf beginnen kann.
- Fig. 3 zeigt eine Leuchte in Form einer Auslegerleuchte. Auch hier ist ein Leuchtenkopf 12 mit einer Platine 4 mit LED's 5 vorgesehen. Das andere Ende der Leuchte wird durch einen Kühlkörper 1 gebildet. Zwischen dem Leuchtenkopf 2 und dem Kühlkörper 1 befindet sich das Rohr 7 einer Heatpipe, wobei dieses Rohr 7 gleichzeitig als Auslegerarm der Leuchte dient.
- Die Funktionsweise dieser Auslegerleuchte ist entsprechend der Pendelleuchte, wie sie zuvor beschrieben worden ist. D. h. die im Leuchtenkopf 12 entstehende Wärme wird über die Heatpipe dem Kühlkörper 1 zugeführt.
- Fig. 4 schließlich zeigt eine Tischleuchte mit einem Leuchtenkopf 12 und einem Fußgestell 13. Zwischen dem Leuchtenkopf 12 und dem Fußgestell 13 sind zwei Rohre 7 einer Heatpipe vorgesehen. Diese beiden Heatpipes dienen zum einen dem Wärmeabtransport und zum anderen als Auslegerarm. Eine zusätzliche Funktion ist die als stromführende Elemente für die Spannungsversorgung der LED's 5. Am hinteren Ende der beiden Rohre 7 befindet sich der Kühlkörper 1.
-
- 1
- Kühlkörper
- 2
- Ventilator
- 3
- Wärmeraum
- 4
- Platine
- 5
- LED's
- 6
- Wärmeübertragungseinrichtung
- 7
- Rohr
- 8
- Hüllrohr
- 9
- Kapillare
- 10
- Wärmezuführung
- 11
- Wärmeabgabe
- 12
- Leuchtenkopf
- 13
- Fußgestell
Claims (8)
- Leuchte
mit einer Mehrzahl von auf einer Platine (4) angeordneten LED's (5) als Lichtquelle sowie
mit einem den LED's (5) zugeordneten Kühlkörper (1) zum Kühlen der LED's (5),
dadurch gekennzeichnet,
daß die LED's (5) und der Kühlkörper (1) örtlich voneinander getrennt sind und
daß zwischen den LED's (5) und dem Kühlkörper (1) eine Wärmeübertragungseinrichtung (6) angeordnet ist. - Leuchte nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Wärmeübertragungseinrichtung (6) wenigstens ein stabförmiges Rohr (7) vorgesehen ist, in welchem sich ein längszirkulierendes Wärmeübertragungsmedium befindet. - Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß entweder das eine Ende oder beide Enden des Rohres (7) jeweils in einen zugeordneten Wärmeraum (3) eintauchen, welcher den LED's (5) und/oder dem Kühlkörper (1) zugeordnet ist. - Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Rohr (7) elektrische Leitungen angeordnet sind oder
daß das Rohr (7) als elektrischer Leiter dient. - Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) biegbar ist. - Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) als Aufhängeeinrichtung für eine Pendelleuchte dient. - Leuchte nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (7) als Auslegerarm für eine Auslegerleuchte dient. - Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Kühlkörper (1) ein Ventilator (2) zugeordnet ist.
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