EP2844474A1 - Leuchte mit reflektor - Google Patents

Leuchte mit reflektor

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EP2844474A1
EP2844474A1 EP13714847.4A EP13714847A EP2844474A1 EP 2844474 A1 EP2844474 A1 EP 2844474A1 EP 13714847 A EP13714847 A EP 13714847A EP 2844474 A1 EP2844474 A1 EP 2844474A1
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EP
European Patent Office
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leds
luminaire according
luminaire
light
optics
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EP13714847.4A
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Susanne Schadt
Michael Peil
Harald Maiweg
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Heraeus Noblelight GmbH
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Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

Definitions

  • the invention relates to a luminaire, comprising a first module and at least one second module, each having a plurality of distributed over a module surface LEDs, the modules are arranged to dissipate heat loss on at least one heat sink, and a reflector, wherein radiated from one of the modules Light is deflected by the reflector in an outlet opening of the lamp.
  • EP 2 375 133 A2 describes a luminaire with an air-cooled heat sink, in which two LED modules are arranged opposite one another. The light of the two LED modules is collimated by individually mounted collimators on the LEDS and deflected by two deflecting mirrors by 90 ° in a common exit direction. The light leaving the light is completely divergent.
  • a first module and at least one second module each having a plurality of LEDs distributed over a module area
  • modules are arranged to dissipate heat loss on at least one heat sink
  • a reflector wherein light emitted by one of the modules is deflected by the reflector into an outlet opening of the luminaire
  • an optic is provided by which the light of the LEDs is bundled into a defined structure in a target area.
  • a large opening angle of the individual LEDs can be bundled into the structure of the target surface.
  • a high degree of flexibility in terms of shape and size of the luminaire is achieved by the deflection of the light by means of the reflector.
  • an installation position and size of the heat sink or the heat sink can be selected so that a height of the lamp is reduced in the exit direction of the light.
  • the exit direction is understood to be the geometric main direction of the light after the deflection and when leaving the exit opening.
  • the light from a plurality of differently arranged and / or radiating in different main directions modules are deflected in the same exit direction from the lamp.
  • this can be the deflection of the light from modules located opposite one another with opposite emission directions, wherein the reflector or reflectors are arranged between the modules and redirect the light by, for example, 90 ° in the common exit direction.
  • each object located in the beam path to understand by means of which a defined change in the propagation direction of the geometric light beams is achieved.
  • these are for the beam path permeable lenses, including cylindrical lenses and Fresnel lenses.
  • it can also be defined curved reflectors.
  • the optics comprises a primary optics for focusing the radiated light, which is arranged directly on the LEDs.
  • Such a primary optic makes it possible to transport a particularly large solid angle of the light which is usually emitted by the LEDs over a large angle.
  • these may be a plurality of collecting lenses each arranged above an LED.
  • the primary optics is formed as a transparent polymer layer applied to the modules, which integrally engages over at least a plurality of LEDs.
  • a polymer layer may be formed, for example, by the type of optics described in WO 2012/031703 A1.
  • an LED module is coated by means of an open mold with a UV-resistant silicone.
  • the optics comprises a secondary optic, which is arranged spatially separated from a module in a beam path of the light.
  • secondary optics in the present case are generally understood to mean optics that are not seated directly on the LEDs. Embodiments are therefore possible which include secondary optics but no primary optics.
  • both a primary optic and a secondary optics are arranged in the beam path of the luminaire, resulting in a particularly small design with high illuminance.
  • the secondary optics is formed as a transparent polymer layer on a transparent substrate.
  • the secondary optics can be produced in the manner of the optics described in WO 2012/031703 A1, wherein, instead of an LED module, a transparent substrate, for example glass, is coated with a UV-resistant silicone by means of an open casting mold.
  • the optic comprises at least one cylindrical lens, by means of which the light of a plurality of LEDs arranged in a row is bundled.
  • a cylindrical lens may be formed, in particular, in a secondary optic arranged at a distance from the LEDs.
  • the defined structure is formed as a straight line.
  • the luminaire is parallel to the line in a longitudinal direction and has in this direction a length which is at least twice, preferably at least three times, a height of the luminaire in a vertical direction perpendicular to the longitudinal direction.
  • the reflector relative to the LED module arranged at an angle between 30 ° and 60 °.
  • the angle can be about 45 °, so that a total of a deflection of the light rays is done by about 90 °, which favors a low height of the lamp.
  • the angled arrangement of the reflector refers in the context of the invention to a deflection of a main beam of the light beam by twice the angle. In this sense, not only flat, but also curved reflectors are arranged at a certain angle.
  • the luminaire is preferably designed so that an irradiance on the structure is at least 2 W / cm 2 . This allows in particular the use for drying applications such as paint drying with UV light as part of a printing process.
  • At least 50% of the light emitted by the LEDs is present in a wavelength range of less than 470 nm.
  • the IR radiator can be installed flexibly in a technical device, for example a printing press.
  • the lacquers or inks of printing presses are dried by UV light, in which case crosslinking of the substance to be dried usually takes place, or also by heat, with IR emitters preferably being used.
  • an amount of heat emitted to the cooling body is absorbed via a liquid coolant, so that overall a particularly large amount of waste heat can be dissipated even in the case of unfavorable installation conditions of the luminaire.
  • Liquid coolants have a higher heat capacity than gaseous ones and allow high cooling capacities. The removal can be done by shifting the coolant in the liquid phase, for example by means of a circulating cooling circuit. It may alternatively or additionally also be the use of heat pipes, in which heat absorption first leads to a phase change of the liquid coolant.
  • the object of the invention is also achieved by a device for drying a coating, comprising a luminaire according to the invention.
  • the luminaire according to the invention is particularly well suited for this purpose, since it combines high irradiation intensities with a flexible and, in particular, compact design.
  • a planar substrate with the coating to be dried and the luminaire are movable relative to one another in a conveying direction, wherein the luminaire extends in a transverse direction at least partially over a width of the substrate and is arranged at a defined distance above the substrate.
  • the substrate may be a printed product that is coated in a printing press with printed paint or other substance.
  • the object of the invention is also achieved by the use of a luminaire according to the invention for drying a coating, preferably in a printing process.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the invention.
  • a luminaire according to the invention according to FIG. 1 comprises two LED modules 1, wherein each of the modules 1 is applied to a heat sink 2 in planar, thermally conductive connection.
  • the modules 1 each comprise a plurality of LEDs 3, which are distributed in a grid over a plane perpendicular to the plane of the module surface.
  • the LEDs 3 are applied together with other electronic components (not shown) on a planar support 4, whereby a total of one chip on-board module (COB) is formed in each case.
  • COB chip on-board module
  • the modules 1 extend in a direction perpendicular to the plane extending longitudinal direction and in a vertical direction, which runs in the drawing Fig. 1 from top to bottom and corresponds to an exit direction of the lamp.
  • a main emission direction of the LEDs thus corresponds to a transverse direction, which runs in the drawing Fig. 1 from left to right.
  • the reflector 5 comprises two reflector surfaces 5a, 5b, where is present in each of the reflector surfaces is flat and inclined at an angle of 45 ° to the plane of the respective opposite module.
  • a light beam emanating from an LED below 90 ° to the respective module plane (main emission direction) is deflected by the respective reflector surface 5a, 5b at an angle of 90 ° and leaves the luminaire through an exit opening 6 in an exit direction parallel to the vertical direction.
  • the design of the reflector can be arbitrary, for example, as a prism, as a glass mirror or mirror plate. In order to minimize losses, in each case a corresponding surface compensation can be present.
  • a primary optics 8 is arranged, which in the present case is designed as a full-surface coating of the modules 1.
  • the primary optics has directly on the individual LEDs 3 lenses 9, by means of which a large aperture angle of the emitted light is focused and directed over the deflection by the reflector 5 on a target surface 10 (see illustration and analogous beam paths in Fig. 2).
  • a predominant bundling of the rays into a structure takes place in the form of a straight, longitudinally extending line in the target surface 10.
  • the irradiation intensity through the luminaire is significantly more than 2 W / cm 2 .
  • the outlet opening 6 is covered by a transparent protective screen 7, which in the present case has no distracting effect on the beam path.
  • the protective screen may be formed as part of the optics.
  • the heat sink 2 each have connections 2a for the inlet and outlet of a liquid coolant, which flows through the heat sink for the removal of heat.
  • the coolant can be in a closed circuit and release the heat elsewhere through a heat exchanger. In the present luminaire dissipated heat outputs in the range of much more than 1 kW.
  • the second exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from the first example in that, in addition to the primary optics 8, a secondary optics 11 is additionally provided in front of the modules, whereby the bundling of the largest possible exit angle from the LEDs into the structure on the target surface is further improved becomes.
  • the primary optics 8 according to the combined effect with the secondary optics may have a different interpretation, for example, in terms of size and focal lengths of the lenses 9 than in the first example, but otherwise constructed on the same principle.
  • the secondary optics 11 are each spaced in front of one of the modules 1, but arranged between the module 1 and the respective reflector plane 5a, 5b to act as early as possible bundling on the beam path.
  • the secondary optics each include a plurality of parallel cylindrical lenses 12 extended in the longitudinal direction.
  • the light of at least one row of LEDs is detected by one of the cylindrical lenses 12 and bundled into the line or structure of the target surface 10 (printed product).
  • FIG. 2 shows three different light beams of three LEDs, each with a different emission angle, all of which are bundled into the structure in the target area.
  • the primary optics are produced according to a method described in principle in WO 2012/031703 A1 by coating the COB modules with silicone in an open casting mold.
  • the present secondary optics are produced by an analogous method in which, instead of the COB modules, a transparent, flat substrate 13 is coated with UV-resistant silicone in order to produce the optically active structures 12 (cylindrical lenses).
  • a luminaire according to the embodiments described above is used for purposes of UV drying of paint or ink in a printing press, in this case offset sheet-fed press.
  • An extension of the luminaire in the longitudinal direction is typically more than 1 meter, in the present example 1, 6 meters, which corresponds to the sheet width of the printed product.
  • typically several modules 1 and optics 8 are arranged one behind the other in the longitudinal direction.
  • the components of the luminaire described above are accommodated in a housing 14 which is optimized with respect to the construction space.
  • An irradiance on the target plane with respect to the longitudinal direction is presently about 10 watts per cm.
  • the majority of the light is in the range of a wavelength of less than 470 nm.
  • LED luminaires with very high optical output powers 0.1-200 mm 2 , typically 1-2 mm 2 LEDs are built in the chip-on-board (COB) method.
  • COB chip-on-board
  • LEDs typically 4-200 chips
  • the desired lamp size is generated.
  • the heat generated during operation due to the non-100% efficiency of the LEDs (optical output power in relation to fed-in electrical power, ⁇ 100%, typ.5-60% for UV-A and blue LED chips), must by the Heatsink be discharged as a cooling system.
  • the cooling bodies 8, which are cooled with liquid, are three-dimensional bodies having a flat side to which the substrates are applied. Inside, the heat sink 8 may be completely hollow, or may have a channel or micro channel system. The finer the structure within the heat sink 8, the greater the surface area between the heat sink and the cooling liquid, via which heat can be released from the system to the cooling liquid.
  • This design which includes the COB modules 1 up to the cooling system, and which is necessary to protect the luminaire from overheating during operation, results in a technical height of the lamp between the emission level of the modules up to the termination level the heat sink 8. This leads to given requirements on the light output of the lamp to minimum heights in the direction of emission of the modules 1 of typically up to 20 cm.
  • luminaires with this overall height can not be used, since the available installation space in the machine is insufficient, e.g. because gripper systems that promote the bows limit the space.
  • the luminaire according to the invention fulfills the specifications for the realization of an LED dryer (LED luminaire) with high specific optical power (radiated overall power of> 10 W per cm length), which meets the need for efficient cooling and efficient optics for achieving a high peak Irradiation strengths (> 2 W / cm 2 , at> 40 mm distance, with target values of 4-10 W / cm 2 at intervals of 40-100 mm between luminaire and target plane), and thereby the lowest possible height in the exit direction of ⁇ 80 mm.
  • LED luminaire LED luminaire
  • high specific optical power radiated overall power of> 10 W per cm length

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, umfassend ein erstes Modul (1) und zumindest ein zweites Modul (1) mit jeweils einer Mehrzahl von über eine Modulfläche verteilten LEDs (3), wobei die Module (1) zur Abführung von Verlustwärme auf zumindest einem Kühlkörper (2) angeordnet sind, und einen Reflektor (5), wobei von einem der Module (1) abgestrahltes Licht durch den Reflektor (5, 5a, 5b) in eine Austrittsöffnung (6) der Leuchte umgelenkt wird, wobei zwischen zumindest einigen der LEDs (3) und der Austrittsöffnung (6) eine Optik (8, 9, 11, 12) vorgesehen ist, durch die das Licht der LEDs (3) in eine definierte Struktur in einer Zielfläche (10) gebündelt wird.

Description

Patentanmeldung
Leuchte mit Reflektor
Die Erfindung betrifft eine Leuchte, umfassend ein erstes Modul und zumindest ein zweites Modul mit jeweils einer Mehrzahl von über eine Modulfläche verteilten LEDs, wobei die Module zur Abführung von Verlustwärme auf zumindest einem Kühlkörper angeordnet sind, und einen Reflektor, wobei von einem der Module abgestrahltes Licht durch den Reflektor in eine Austritts- Öffnung der Leuchte umgelenkt wird.
EP 2 375 133 A2 beschreibt eine Leuchte mit einem luftgekühlten Kühlkörper, in dem zwei LED-Module gegenüberliegend angeordnet sind. Das Licht der beiden LED-Module wird über einzeln auf den LEDS aufgesetzte Kollimatoren kollimiert und über zwei Umlenkspiegel um je- weils 90° in eine gemeinsame Austrittsrichtung umgelenkt. Das die Leuchte verlassende Licht ist vollständig divergent.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Leuchte anzugeben, mit der eine hohe Bestrahlungsdichte bei optimierter Bauform erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leuchte, umfassend
ein erstes Modul und zumindest ein zweites Modul mit jeweils einer Mehrzahl von über eine Modulfläche verteilten LEDs,
wobei die Module zur Abführung von Verlustwärme auf zumindest einem Kühlkörper angeord- net sind, und
einen Reflektor, wobei von einem der Module abgestrahltes Licht durch den Reflektor in eine Austrittsöffnung der Leuchte umgelenkt wird,
wobei zwischen zumindest einigen der LEDs und der Austrittsöffnung eine Optik vorgesehen ist, durch die das Licht der LEDs in eine definierte Struktur in einer Zielfläche gebündelt wird. Durch die Bündelung mittels der Optik kann ein großer Öffnungswinkel der einzelnen LEDs in die Struktur der Zielfläche gebündelt werden. Zudem wird durch die Umlenkung des Lichtes mittels des Reflektors eine hohe Flexibilität bezüglich Form und Größe der Leuchte erreicht. Insbesondere kann dabei eine Einbaulage und Größe des oder der Kühlkörper so gewählt werden, dass eine Bauhöhe der Leuchte in der Austrittsrichtung des Lichtes reduziert wird. Unter der Austrittsrichtung ist vorliegend die geometrische Hauptrichtung des Lichtes nach der Umlenkung und bei Verlassen der Austrittsöffnung zu verstehen. Allgemein vorteilhaft kann mittels des Reflektors oder mehrerer Reflektoren das Licht von mehreren verschieden angeordneten und/oder in verschiedene Hauptrichtungen abstrahlenden Modulen in dieselbe Austrittsrichtung aus der Leuchte umgelenkt werden. Insbesondere kann es sich dabei um die Umlenkung des Lichtes von einander gegenüberliegenden Modulen mit gegenläufigen Abstrahlrichtungen handeln, wobei der oder die Reflektoren zwischen den Modulen angeordnet sind und das Licht um zum Beispiel jeweils 90° in die gemeinsame Austrittsrichtung umlenken.
Unter einer Optik im Sinne der Erfindung ist jedes im Strahlengang befindliche Objekt zu verstehen, mittels dessen eine definierte Änderung der Ausbreitungsrichtung der geometrischen Lichtstrahlen erzielt wird. Insbesondere sind dies für den Strahlengang durchlässige Linsen, auch Zylinderlinsen und Fresnel-Linsen. Es kann sich aber auch um definiert gekrümmte Reflektoren handeln. Auch eine definierte Krümmung des umlenkenden Reflektors, mittels der zu einer Bündelung in die definierte Struktur erzielt wird, ist eine Optik im Sinne der Erfindung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Optik eine Primäroptik zur Bündelung des abgestrahlten Lichts umfasst, die unmittelbar auf den LEDs angeordnet ist. Durch eine solche Primäroptik lässt sich ein besonders großer Raumwinkel des von den LEDs meist großwinkelig abgestrahlten Lichtes transportieren. Zum Beispiel kann es sich dabei um mehrere, jeweils über einer LED angeordnete Sammellinsen handeln.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Primäroptik als auf die Module aufgebrachte, transparente Polymerschicht ausgebildet ist, die zumindest mehrere LEDs einstückig übergreift. Eine solche Polymerschicht kann zum Beispiel nach Art der in WO 2012/031703 A1 beschriebenen Optiken ausgebildet sein. Dabei wird ein LED-Modul mittels einer offenen Gießform mit einem UV-beständigen Silikon überzogen. Bei einem alternativen oder ergänzenden Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Optik eine Sekundäroptik, die räumlich getrennt von einem Modul in einem Strahlengang des Lichts angeordnet ist. In Abgrenzung zum Begriff einer Primäroptik wird unter einer Sekundäroptik vorliegend allgemein eine Optik verstanden, die nicht unmittelbar auf den LEDs aufsitzt. Es sind daher Ausführungsformen möglich, die eine Sekundäroptik, aber keine Primäroptik umfassen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sowohl eine Primäroptik als auch eine Sekundäroptik in dem Strahlengang der Leuchte angeordnet, wodurch eine besonders kleine Bauform bei hoher Beleuchtungsstärke resultiert.
In bevorzugter Detailgestaltung ist die Sekundäroptik als transparente Polymerschicht auf einem transparenten Substrat ausgebildet. Die Sekundäroptik kann dabei nach Art der in WO 2012/031703 A1 beschriebenen Optiken hergestellt sein, wobei an Stelle eines LED-Moduls ein transparentes Substrat, zum Beispiel Glass, mittels einer offenen Gießform mit einem UV- beständigen Silikon überzogen wird.
Allgemein vorteilhaft umfasst die Optik zumindest eine Zylinderlinse, mittels der das Licht einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten LEDs gebündelt wird. Eine solche Zylinderlinse kann insbesondere in einer beabstandet zu den LEDs angeordneten Sekundäroptik ausgebildet sein.
In bevorzugter Detailgestaltung der Erfindung ist die definierte Struktur als gerade Linie ausgebildet ist. Bevorzugt, aber nicht notwendig ist die Leuchte dabei parallel zu der Linie in einer Längsrichtung erstreckt und hat in dieser Richtung eine Länge, die zumindest das Zweifache, bevorzugt zumindest das Dreifache, einer Bauhöhe der Leuchte in einer zu der Längsrichtung senkrechten Hochrichtung beträgt.
Weiterhin vorteilhaft ist dabei der Reflektor gegenüber dem LED-Modul in einem Winkel zwischen 30° und 60° angeordnet. Insbesondere kann der Winkel bei etwa 45° liegen, so dass insgesamt eine Umlenkung der Lichtstrahlen um rund 90° erfolgt, was eine niedrige Bauhöhe der Leuchte begünstigt. Die gewinkelte Anordnung des Reflektors bezieht sich im Sinne der Erfindung auf eine Ablenkung eines Hauptstrahls des Lichtbündels um den doppelten Winkel. In diesem Sinne sind nicht nur ebene, sondern auch gebogene Reflektoren unter einem bestimmten Winkel angeordnet. Die Leuchte ist bevorzugt so ausgelegt, dass eine Bestrahlungsstärke auf der Struktur wenigstens 2 W/cm2 beträgt. Dies erlaubt in besonderem Maße die Verwendung für Trocknungsanwendungen wie zum Beispiel die Lacktrocknung mit UV-Licht als Bestandteil eines Druckverfahrens.
Vorteilhaft liegen wenigstens 50% des von den LEDs emittierten Lichtes in einem Wellenlängenbereich von weniger als 470nm vor. Dies ermöglicht eine zumindest überwiegende Auslegung der Leuchte als UV-Strahler. Durch die weitere Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale kann der UV-Strahler flexibel in einer technischen Vorrichtung, zum Beispiel einer Druckmaschine, eingebaut werden.
Alternativ hierzu liegen wenigstens 50% des von den LEDs emittierten Lichtes in einem Wellenlängenbereich von mehr als 780nm vor. Dies ermöglicht eine zumindest überwiegende Auslegung der Leuchte als IR-Strahler. Durch die weitere Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale kann der IR-Strahler flexibel in einer technischen Vorrichtung, zum Beispiel einer Druckmaschine, eingebaut werden.
Die Trockung der Lacke bzw. Farben von Druckmaschinen erfolgt je nach Auslegung durch UV- Licht, wobei meist eine Vernetzung des zu trocknenden Stoffes stattfindet, oder auch durch Wärme, wobei bevorzugt IR-Strahler verwendet werden.
Allgemein bevorzugt wird eine an den Kühlkörper abgegebene Wärmemenge über ein flüssiges Kühlmittel aufgenommen, so dass insgesamt eine besonders große Abwärme auch bei ungünstigen Einbauverhältnissen der Leuchte abgeführt werden kann. Flüssige Kühlmittel haben eine höhere Wärmekapazität als gasförmige und erlauben hohe Kühlleistungen. Die Abfuhr kann durch Verlagerung des Kühlmittels in flüssiger Phase erfolgen, zum Beispiel mittels eines umgewälzten Kühlkreislaufes. Es kann sich alternativ oder ergänzend auch um die Verwendung von Heatpipes handeln, in denen eine Wärmeaufnahme zunächst zu einem Phasenwechsel des flüssigen Kühlmittels führt.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch eine Vorrichtung zum Trocknen einer Beschich- tung gelöst, umfassend eine erfindungsgemäße Leuchte. Die erfindungsgemäße Leuchte ist hierzu besonders gut geeignet, da sie hohe Bestrahlungsstärken mit flexibler und insbesondere kompakter Bauform kombiniert. In bevorzugter Weiterbildung sind dabei ein flächiges Substrat mit der zu trocknenden Be- schichtung und die Leuchte in einer Förderrichtung zueinander bewegbar, wobei die Leuchte in einer Querrichtung zumindest teilweise über eine Breite des Substrats erstreckt und in definiertem Abstand über dem Substrat angeordnet ist. Hierunter ist auch auch ein rasterndes Abfah- ren der Substratfläche in mehreren Bahnen zu verstehen. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat um ein Druckerzeugnis handeln, das in einer Druckmaschine mit aufgedrucktem Lack oder einer anderen Substanz beschichtet wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Leuch- te zum Trocknen einer Beschichtung gelöst, bevorzugt in einem Druckverfahren.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Leuchte gemäß Fig. 1 umfasst zwei LED-Module 1 , wobei jedes der Module 1 auf einem Kühlkörper 2 in flächiger, thermisch leitender Verbindung aufgebracht ist. Die Module 1 umfassen jeweils mehrere LEDs 3, die in einem Raster über eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Modulfläche verteilt sind. Die LEDs 3 sind zusammen mit weiteren elektronischen Komponenten (nicht dargestellt) auf einem ebenen Träger 4 aufgebracht, wodurch insgesamt jeweils ein Chip-On-Board-Modul (COB) ausgebildet ist. Die Module 1 erstrecken sich in einer senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufenden Längsrichtung und in einer Hochrichtung, die in der Zeichnung Fig. 1 von oben nach unten verläuft und einer Austrittsrichtung aus der Leuchte entspricht. Eine Hauptabstrahlrichtung der LEDs entspricht somit einer Querrichtung, die in der Zeichnung Fig. 1 von links nach rechts verläuft.
Die mit LEDs bestückten Seiten der Module 1 liegen sich gegenüber, wobei zwischen den Mo- dulen ein Reflektor 5 angeordnet ist. Der Reflektor 5 umfasst zwei Reflektorflächen 5a, 5b, wo- bei jeder der Reflektorflächen vorliegend eben ist und in einem Winkel von 45° zu der Ebene des jeweils gegenüberliegenden Moduls geneigt ist. Somit wird ein von einer LED unter 90° zur jeweiligen Modulebene ausgehender Lichtstrahl (Hauptabstrahlrichtung) von der jeweiligen Reflektorfläche 5a, 5b unter einem Winkel von 90° abgelenkt und verlässt die Leuchte durch eine Austrittsöffnung 6 in einer Austrittsrichtung parallel zur Hochrichtung. Die Ausgestaltung des Reflektors kann beliebig erfolgen, zum Beispiel als Prisma, als Glasspiegel oder als Spiegelblech. Zur Minimierung von Verlusten kann dabei jeweils eine entsprechende Oberflächenvergütung vorliegen. Auf den Modulen 1 ist eine Primäroptik 8 angeordnet, die vorliegend als vollflächige Beschich- tung der Module 1 ausgebildet ist. Die Primäroptik weist unmittelbar auf den einzelnen LEDs 3 jeweils Linsen 9 auf, mittels derer ein großer Öffnungswinkel des abgestrahlten Lichts gebündelt und über die Umlenkung durch den Reflektor 5 auf eine Zielfläche 10 (siehe Darstellung und analog verlaufende Strahlengänge in Fig. 2) gerichtet wird. Dabei erfolgt eine überwiegen- de Bündelung der Strahlen in eine Struktur in Form einer geraden, in der Längsrichtung verlaufenden Linie in der Zielfläche 10. Auf dieser Struktur beträgt die Bestrahlungsstärke durch die Leuchte deutlich mehr als 2 W/cm2.
Die Austrittsöffnung 6 ist durch eine transparente Schutzscheibe 7 überdeckt, die vorliegend keine ablenkende Wirkung auf den Strahlengang hat. Grundsätzlich kann aber auch die Schutzscheibe als Bestandteil der Optik ausgebildet sein.
Die Kühlkörper 2 haben jeweils Anschlüsse 2a für Eintritt und Austritt eines flüssigen Kühlmittels, das die Kühlkörper zum Abtransport der Wärme durchströmt. Das Kühlmittel kann in einem geschlossenen Kreislauf vorliegen und die Wärme an anderer Stelle über einen Wärmetauscher wieder abgeben. Bei der vorliegenden Leuchte treten abzuführende Wärmeleistungen im Bereich von wesentlich mehr als 1 kW auf.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von dem ersten Beispiel dadurch, dass zusätzlich zu der Primäroptik 8 zudem jeweils eine Sekundäroptik 11 vor den Modulen vorgesehen ist, wodurch die Bündelung eines möglichst großen Austrittswinkels aus den LEDs in die Struktur auf der Zielfläche weiter verbessert wird. Dabei versteht sich, dass die Primäroptik 8 entsprechend der kombinierten Wirkung mit der Sekundäroptik eine andere Auslegung z.B. bezüglich Größe und Brennweiten der Linsen 9 haben kann als im ersten Beispiel, aber sonst nach demselben Prinzip aufgebaut ist. Die Sekundäroptiken 11 sind jeweils beabstandet vor einem der Module 1 , aber zwischen dem Modul 1 und jeweiliger Reflektorebene 5a, 5b angeordnet, um möglichst früh bündelnd auf den Strahlengang einzuwirken.
Die Sekundäroptiken umfassen jeweils mehrere parallele Zylinderlinsen 12, die in der Längsrichtung erstreckt sind. Somit wird das Licht zumindest jeweils einer Reihe von LEDs von einer der Zylinderlinsen 12 erfasst und in die Linie bzw. Struktur der Zielfläche 10 (Druckerzeugnis) gebündelt. Exemplarisch sind in Fig. 2 Drei verschiedene Lichtstrahlen von drei LEDs unter je- weils unterschiedlichem Abstrahlwinkel eingezeichnet, die sämtlich in die Struktur in der Zielfläche gebündelt werden.
Vorliegend werden die Primäroptiken nach einem in der WO 2012/031703 A1 im Prinzip beschriebenen Verfahren hergestellt, indem die COB-Module durch Silikon in einer offenen Gieß- form beschichtet werden. Die vorliegenden Sekundäroptiken werden nach einem analogen Verfahren hergestellt, bei dem an Stelle der COB-Module ein transparentes, flaches Substrat 13 mit UV-beständigem Silikon beschichtet wird, um die optisch wirksamen Strukturen 12 (Zylinderlinsen) zu erzeugen. Eine Leuchte gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wird zu Zwecken der UV-Trocknung von Lack bzw. Farbe in einer Druckmaschine, vorliegend Offset- Bogendruckmaschine, eingesetzt. Eine Erstreckung der Leuchte in der Längsrichtung beträgt typisch mehr als 1 Meter, im vorliegenden Beispiel 1 ,6 Meter, was der Bogenbreite des Druckerzeugnisses entspricht. Zur Realisierung solcher Längen werden typisch jeweils mehrere Mo- dule 1 und Optiken 8 in der Längsrichtung hintereinander angeordnet.
Die vorstehend beschriebenen Komponenten der Leuchte sind in einem bezüglich des Bauraums optimierten Gehäuse 14 aufgenommen. Eine Bestrahlungsstärke auf der Zielebene bezogen auf die Längsrichtung beträgt vorliegend rund 10 Watt pro cm. Dabei liegt der überwiegende Teil des Lichtes im Bereich einer Wellenlänge von weniger als 470 nm.
Um LED-Leuchten mit sehr hohen optischen Ausgangsleistungen herzustellen, werden 0,1-200 mm2, typisch 1-2 mm2 große LEDs im Chip-on-Board-Verfahren (COB) aufgebaut. Dabei wer- den mehrere LEDs, typisch 4-200 Chips, auf einem gemeinsamen Substrat mit einer Fläche in der Größenordnung von 5 bis 50 cm2 zu einem Modul assembliert. Durch Aneinanderreihung von mit LEDs bestückten Modulen wird die gewünschte Lampengröße generiert. Die beim Betrieb entstehende Verlustwärme, bedingt durch den nicht 100 %-igen Wirkungsgrad der LEDs (optische Ausgangsleistung im Verhältnis zu eingespeister elektrischer Leistung; <100%, typ.5-60 % für UV-A und blaue LED Chips), muss durch die Kühlkörper als Kühlsystem abgeführt werden. Bei den Kühlkörpern 8, die mit Flüssigkeit gekühlt werden, handelt es sich um dreidimensionale Körper, die eine flache Seite besitzen, auf die die Substrate aufgebracht werden. Im Inneren kann der Kühlkörper 8 komplett hohl sein, oder ein Kanal-, bzw. Mikrokanalsystem besitzen. Je feiner die Struktur innerhalb des Kühlkörpers 8 ist, desto größer ist die Oberfläche zwischen Kühlkörper und Kühlflüssigkeit, über die Wärme aus dem System an die Kühlflüssigkeit abge- geben werden kann.
Durch diesen Aufbau, der die COB-Module 1 bis hin zu dem Kühlsystem umfasst, und der notwendig ist, um die Leuchte bei Betrieb vor Überhitzung zu schützen, ergibt sich eine technisch bedingte Bauhöhe der Lampe zwischen der Emissionsebene der Module bis zur Abschlussebe- ne der Kühlkörper 8. Dies führt bei gegebenen Anforderungen an die Lichtleistung der Leuchte zu Mindestbauhöhen in Abstrahlrichtung der Module 1 von typisch bis zu 20 cm. Bei vielen Anwendungen, wie z.B. im Bogendruck mittels UV-härtender Farben und Tinten, sind Leuchten mit dieser Bauhöhe nicht einsetzbar, da der zur Verfügung stehende Bauraum in der Maschine nicht ausreicht, z.B. weil Greifersysteme, die die Bögen fördern, den Bauraum begrenzen.
Durch die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Anordnung von Modulen 1 und Reflektor 5 kann die Bauhöhe für eine Lampe der geforderten Leistungsdichte erheblich herabgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Leuchte erfüllt die Vorgaben zur Realisierung eines LED- Trockners (LED-Leuchte) mit hoher spezifischen optischer Leistung (abgestrahlte Gesamtleis- tung von > 10 W pro cm Länge), der den Bedarf einer effizienten Kühlung und einer effizienten Optik zur Erreichung hoher Peak-Bestrahlungsstärken (>2 W/cm2, bei >40 mm Abstand, mit Zielwerten von 4-10 W/cm2 in Abständen von 40-100 mm zwischen Leuchte und Zielebene) vereint, und dabei eine möglichst geringe Bauhöhe in der Austrittsrichtung von <80 mm aufweist.

Claims

Patentansprüche
Leuchte, umfassend
ein erstes Modul (1) und zumindest ein zweites Modul (1) mit jeweils einer Mehrzahl von über eine Modulfläche verteilten LEDs (3),
wobei die Module (1) zur Abführung von Verlustwärme auf zumindest einem Kühlkörper (2) angeordnet sind, und
einen Reflektor (5), wobei von einem der Module (1) abgestrahltes Licht durch den Reflektor (5, 5a, 5b) in eine Austrittsöffnung (6) der Leuchte umgelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen zumindest einigen der LEDs (3) und der Austrittsöffnung (6) eine Optik (8, 9, 11 , 12) vorgesehen ist, durch die das Licht der LEDs (3) in eine definierte Struktur in einer Zielfläche (10) gebündelt wird.
Leuchte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Optik eine Primäroptik (8, 9) zur Bündelung des abgestrahlten Lichts umfasst, die unmittelbar auf den LEDs (3) angeordnet ist.
Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (8, 9) als auf die Module aufgebrachte, transparente Polymerschicht ausgebildet ist, die zumindest mehrere LEDs (3) einstückig übergreift.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik eine Sekundäroptik (1 1 , 12) umfasst, die räumlich getrennt von einem Modul (1) in einem Strahlengang des Lichts angeordnet ist.
Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (11 , 12) als transparente Polymerschicht auf einem transparenten Substrat (13) ausgebildet ist.
Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik zumindest eine Zylinderlinse (12) umfasst, mittels der das Licht einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten LEDs (3) gebündelt wird.
7. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Struktur als gerade Linie ausgebildet ist.
8. Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchte parallel zu der Linie in einer Längsrichtung erstreckt ist und in dieser Richtung eine Länge aufweist, die zumindest das Zweifache einer Bauhöhe der Leuchte in einer zu der Längsrichtung senkrechten Hochrichtung beträgt.
9. Leuchte nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (5a, 5b) gegenüber dem Modul (1) in einem Winkel zwischen 30° und 60° angeordnet ist.
10. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestrahlungsstärke auf der Struktur wenigstens 2 W/cm2 beträgt.
11. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 50% des von den LEDs (3) emittierten Lichtes in einem Wellenlängenbereich von weniger als 470nm liegt.
12. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 50% des von den LEDs (3) emittierten Lichtes in einem Wellenlängenbereich von mehr als 780 nm liegt.
13. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, däss eine an den Kühlkörper (2) abgegebene Wärmemenge über ein flüssiges Kühlmittel aufgenommen wird.
14. Vorrichtung zum Trocknen einer Beschichtung, umfassend eine Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiges Substrat mit der zu trocknenden Beschichtung und die Leuchte in einer Förderrichtung zueinander bewegbar sind, wobei die Leuchte in einer Querrichtung über eine Breite des Substrats erstreckt und in definiertem Abstand über dem Substrat angeordnet ist.
16. Verwendung einer Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Trocknen einer Be- schichtung, insbesondere in einem Druckverfahren.
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