WO2000051403A1 - Led-niedrigenergielampen-system auf gebräuchlichem schraub- und stecksockel - Google Patents

Led-niedrigenergielampen-system auf gebräuchlichem schraub- und stecksockel Download PDF

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to the construction of a lamp which can be used for all areas of application in lighting and signaling technology.
  • a low-energy lamp and thus an extremely environmentally friendly lamp system are described, in which at least two light-emitting diodes (LED) are used as the light source, i.e. Due to their high cost-effectiveness and very long service life, glare-free and directional light and a light output equivalent to incandescent lamps, the socketed lamps should in future be able to replace the previously widespread lamps such as general service lamps, fluorescent lamps, discharge lamps, indicator and signal lamps, vehicle lamps, halogen lamps To replace studio and projection lamps.
  • LED light-emitting diodes
  • the aim of the invention is therefore to maintain the luminosity of the above-mentioned lamps, their susceptibility to interference, to significantly reduce the sensitivity to impact and shock by also taking preconditions for increasing the service life and high efficiency of such lamps.
  • the aim of this invention is to develop a low-energy lamp system based on LEDs, which is almost completely maintenance-free and which makes the replacement cycles inexpensive.
  • the object of the invention is therefore to develop an LED low-energy lamp system with customary screw or plug-in bases which, while ensuring a long burning time, enables a glare-free light of sufficient luminosity without tending to show signs of overheating.
  • the construction is to be carried out in such a way that operation can take place in the smallest of spaces, even if multicolored light emission is guaranteed.
  • the areas of application are universal in all lighting and signal technology.
  • this LED low-energy lamp system can be used in all sockets currently in use, e.g. important versions such as
  • an environmentally friendly LED low-energy lamp system with a customary screw or plug-in base is technically implemented as a replacement for the lamps described in item 1, for the first time at least two LEDs being attached to a corresponding geometric support body, which can, however, be separated at any time directly by means of the common screw or plug-in bases are fastened in the corresponding sockets and their supply voltage and current are applied by a correspondingly designed ballast.
  • the novel LED low-energy lamp system consists either of a one-piece system in which the base, the ballast and the LED carrier body are inseparably connected to one another, or of an adapter with a ballast and the base and a separately attachable LED carrier body (two-part system ).
  • Common screw or plug-in bases (item 1) are used as bases.
  • a ballast is arranged above it, which supplies the LEDs with the necessary voltage and current.
  • the ballast can also be arranged externally, i.e. before the version.
  • a transformer with a working and a similar replacement winding is used for the ballast. In this case, a failure of the work winding by the electronic unit is recognized and the replacement winding is put into operation and a corresponding signal transmitter is activated. This takes into account the long service life of the LEDs in this system.
  • the energy converted in the circuit arrangement of the ballast can hardly be prevented from it due to the direct vicinity of the ballast and the LED carrier body. This thermal side effect is not intended, but it cannot be dissipated into the contact socket without effective heat sinking on the components involved.
  • the LED carrier body is arranged on the ballast or on the base (with external ballast).
  • the shape of the LED carrier body corresponds on the one hand to the lamps listed in section 1 and on the other hand to geometrical basic bodies such as cylinders, cubes, spheres, cuboids, cones, truncated cones, pyramids.
  • the shape to be used is e.g. due to the LED's own exit angle of the light of the desired illumination. adapted to a specific room.
  • LEDs There are LEDs, but primarily high-performance LEDs with light intensities currently up to 15,000 millicandela -mcd- with a current consumption of max. 20 mA are used.
  • the LEDs used in the LED low-energy lamp system in the future correspond on the one hand to the place of use or purpose of the system, and on the other hand to the latest, technically implemented state of development of the LEDs in terms of both the luminosity, the color of the emerging light and the current consumption and thus associated heat development.
  • the LEDs can be connected in series or in parallel on a carrier material or the carrier material has the desired shape of the lamp. Furthermore, the LEDs can be applied to a carrier material corresponding to the respective geometric carrier body on the surface of the carrier body and fastened (e.g. as a development and circular area in the case of a cylinder).
  • the LEDs are then cast with a resin.
  • the shape of the carrier body corresponds to the desired shape of the lamp.
  • the LEDs are either applied individually to a carrier material and attached in series or parallel connection, or the carrier material has the desired shape of the luminaire.
  • the carrier material can be fitted very densely with appropriately designed waver (eg n- and p-type GaAsP layers with a special gate) or complete LEDs and then cast with a suitable resin. As a result, a very high brightness is achieved in a relatively very small area. 3. Mode of action
  • a desired voltage and current is applied to the base of the respective LED low-energy lamp of the system. Thanks to the specially designed ballast, the required voltage and current are applied to operate the LEDs.
  • the LED carrier body is designed for the corresponding application and application area (point 2) of the LED low-energy lamp system (e.g. basic geometric shape, light intensity, exit angle of the light, cooling behavior, one- or two-part system).
  • point 2 of the LED low-energy lamp system (e.g. basic geometric shape, light intensity, exit angle of the light, cooling behavior, one- or two-part system).
  • the protective space created by the spacing of the LEDs from a protective cap that is almost transparent to the loss of light can be filled with a medium that enables unimpeded light emission and at the same time isolates or stores heat.
  • an annular space can also be integrated in the LED carrier body or in the luminaire base body, which is filled with a medium that dissipates heat and stores it. This enables temperature compensation under extreme operating conditions, and the LED low-energy lamp system becomes less susceptible to faults under extreme conditions.
  • LED's are to realize especially advantageous where a constant light changes to shorten the burning time, which is a conventional lamp (pt. 1) may result in the conventional light sources generally the case.
  • a circuit regulates the brightness of the LEDs by regulating the power supply and thus dimmability.

Landscapes

  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

Das LED-Niedrigenergielampen-System ist dadurch gekennzeichnet, dass es als Leuchtelement mindestens zwei LED's aufweist und die aufgrund der Verwendung der derzeit gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel sowie der hohen Wirtschaftlichkeit, der sehr langen Lebensdauer der LED's, der nahezu völligen Wartungsfreiheit, der Erzeugung eines blendfreien und richtbaren Lichtes mit einer, der Glühlampe äquivalenten Lichtausbeute zukünftig die weit verbreiteten Lampen, wie Allgebrauchslampen, Leuchtstofflampen, Entladungslampen, Anzeige- und Signallampen, Fahrzeuglampen, Halogenlampen, Studio- und Projektionslampen ersetzt. Das LED-Niedrigenergielampen-System kann sowohl als einteiliges wie auch zweiteiliges System ausgeführt sein, wobei das einteilige System untrennbar aus einem gebräuchlichen Schraub- bzw, Stecksockel, dem Vorschaltgerät und dem jeweilig verwendeten LED-Trägerkörper und das zweiteilige System aus Adapter mit integriertem Vorschaltgerät und gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel sowie separat aufsteckbaren LED-Trägerkörper bestehen kann, wobei das Vorschaltgerät jeweils extern angebracht sein kann. Hierbei können als LED's auch Hochleistungs-LED's verwendet werden. Die Form des LED-Trägerkörpers kann einerseits den herkömmlich bekannten Lampen und andererseits den geometrischen Körpern wie z.B. Zylinder, Würfel, Kugel, Quader, Kegel, Kegelstumpf, Pyramide usw. entsprechen. Hierbei entspricht die Form des LED-Trägerkörpers der gewünschten Form der Leuchte. Das elektronische Vorschaltgerät kann aus bekannten Bauelementen der Mikroelektronik, wie z.B. SMD-Bauteilen, Mikrocomputern mit Höchstintegrationstechnik realisiert werden.

Description

LED-Niedrigenergielampen-System auf gebräuchlichem Schraub- und Stecksockel
Beschreibung
1. Zweck
Die Erfindung betrifft die Konstruktion einer Lampe, welche für sämtliche Einsatzgebiete in der Beleuchtungs- und Signaltechnik verwendbar ist. Beschrieben ist hierbei erfindungsgemäß eine Niedπgenergielampe und damit ein außerordentlich umweltfreundliches Lampensystem, bei dem als Leuchtquelle mindestens zwei Light-Ermittend-Dioden (LED) zum Einsatz kommen, d.h. die gesockelten Lampen sollen aufgrund der hohen Wirtschaftlichkeit und sehr langen Lebensdauer, eines blendfreien und richtbaren Lichtes sowie einer, den Glühlampen äquivalenten Lichtausbeute zukünftig in der Lage sein, die bislang weitverbreiteten Lampen wie Allgebrauchslampen, Leuchtstofflampen, Entladungslampen, Anzeige- und Signallampen, Fahrzeuglampen, Halogenlampen, Studio- und Projektionslampen zu ersetzen.
Der Stand der Technik ist, daß im heutigen Zeitalter moderner Elektronik größtenteils immer noch die o.e. Lampen herkömmlicher Art für diverse Beleuchtungs- und Signalzwecke eingesetzt werden.
Die Erfindung bezweckt deshalb bei der Beibehaltung der Leuchtstärke von den oben erwähnten Lampen deren Störanfälligkeit, die Stoß- und Schlagempfindlichkeit entscheidend zu verringern, indem auch Voraussetzungen zur Erhöhung der Lebensdauer und hoher Wirtschaftlichkeit derartiger Lampen ergriffen werden. Ziel dieser Erfindung ist es, ein Niedrigenergielampen- System auf LED-Basis zu entwickeln, welches nahezu völlig wartungsfrei ist sowie die Austauschzyklen kostengünstig gestaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein LED-Niedrigenergielampen-System mit gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockeln zu entwickeln, das bei Gewährleistung einer langen Brenndauer ein blendfreies Licht hinreichender Leuchtstärke ermöglicht, ohne zu Überhitzungserscheinungen zu neigen. Gleichzeitig ist die Konstruktion so auszuführen, daß ein Betrieb auf kleinstem Raum auch bei Gewährleistung mehrfarbigen Lichtaustritts erfolgen kann. Die Anwendungsgebiete sind universell in der gesamten Beleuchtungs- und Signaltechnik.
Dieses LED-Niedrigenergielampen-System kann aufgrund der spezifischen Sockelung in allen zur Zeit verwendeten Fassungen eingesetzt werden, z.B. wichtige Fassungen wie z.B.
E 14; E 27; GX 16d; S 14s; S 14d; E 40; B 15d; G2 10; R 75; G 4/GY 6; 35 l/GY 6; 10 l/G 53/ GU 5; 3/GU 4; GX 24d-1 ; GX 24d-2; GX 24-d3; E 10; BA 15d; BA 20s. 2. Aufbau
Es wird erfindungsgemäß ein umweltfreundliches LED-Niedrigenergielampen- System mit gebräuchlichem Schraub- bzw. Stecksockel als Ersatz für die unter Pkt. 1 beschriebenen Lampen technisch realisiert, wobei erstmalig mindestens zwei LED's auf einem entsprechenden geometrischen Trägerkörper angebracht werden, die direkt jedoch jederzeit trennbar mittels der gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel in den entsprechenden Fassungen befestigt werden und deren Versorgungs-Spannung und -Strom durch ein entsprechend konzipiertes Vorschaltgerät angelegt wird.
Das neuartige LED-Niedrigenergielampen-System besteht erfindungsgemäß entweder aus einem einteiligen System, bei dem der Sockel, das Vorschaltgerät und der LED-Trägerkörper untrennbar miteinander verbunden sind oder aus einem Adapter mit Vorschaltgerät sowie dem Sockel und einem separat aufsteckbaren LED-Trägerkörper (zweiteiliges System). Als Sockel werden gebräuchliche Schraub- oder Stecksockel (Pkt.1 ) verwendet. Darüber ist ein Vorschaltgerät angeordnet, welches die LED's mit der notwendigen Spannung und dem jeweils benötigten Strom versorgt. Das Vorschaltgerät kann auch extern angeordnet sein, d.h. vor der Fassung. Bei dem einteiligen System wird beim Vorschaltgerät ein Transformator mit einer Arbeits- und einer gleichartigen Ersatzwicklung verwendet. Hierbei wird ein Ausfall der Arbeitswicklung durch die elektronische Einheit erkannt und die Ersatzwicklung in Betrieb genommen sowie ein entsprechender Signalgeber aktiviert. Damit wird bei diesem System der hohen Lebensdauer der LED's Rechnung getragen.
Im Anwendungsfall müssen alle Schaltungen, die als Prinzipschaltungen ausgeführt sind, speziell dimensioniert werden. Das richtet sich insbesondere danach, welche Bauelemente die verschiedenen Hersteller für ihre Produkte sowohl qualitätsmäßig als auch kostenoptimiert typisiert und zugelassen haben. Eine Variante mit integriertem Schaltkreis ermöglicht eine zusätzliche Helligkeitsregelung aller angeschlossenen LED's, wobei generell die Ansteuerung der LED's durch ein Widerstandsnetzwerk oder einen Schaltkreis erfolgt. Dies ermöglicht auch eine Staffelung von LED-Gruppen über verschiedene Netzwerke bzw. Beschaltung der Schaltkreise. Für den Gebrauchswert des LED-Niedrigenergielampen-Systems ist neben der Betriebsdauer vor allem die Beziehung zwischen Lichtstrom und Temperatur von Interesse.
Die in der Schaltungsanordnung des Vorschaltgerätes umgesetzte Energie kann aufgrund der direkten Nachbarschaft von Vorschaltgerät und LED-Trägerkörper kaum von diesem abgehalten werden. Diese thermische Nebenwirkung ist nicht beabsichtigt, aber ohne wirkungsvolles Wärmesenken an den beteiligten Bauelementen kann sie nicht in den Kontaktsockei abgeführt werden.
Im Wege stehen derartigen Zielsetzungen nach einem effektiven Wärmesenken jedoch die Grenzen einer Verkleinerung der Sockel- und Anschlußgeometrie. Bei der technischen Umsetzung der Lösung wird ein Vorschaltgerät mit minimalen Abmessungen und hohem Wirkungsgrad realisiert, bei dem neben Platz- auch Kostenersparnisse im Vordergrund stehen. Auf dem Vorschaltgerät bzw. auf dem Sockel (bei externen Vorschaltgerät) ist der LED-Trägerkörper angeordnet. Die Form des LED-Trägerkörpers (z.B. Polyacryl) entspricht einerseits den in Pkt. 1 aufgeführten Lampen und andererseits geometrischen Grundkörpern wie z.B. Zylinder, Würfel, Kugel, Quader, Kegel, Kegelstumpf, Pyramide.
Die zu verwendende Form ist aufgrund des, der LED eigenen Austrittswinkels des Lichtes der gewünschten Ausleuchtung z.B. eines bestimmten Raumes angepaßt.
Es werden LED's, vorrangig aber Hochleistungs-LED's mit Lichtstärken zur Zeit bis 15.000 Millicandela -mcd- bei einer Stromaufnahme von max. 20 mA zum Einsatz kommen.
Die bei dem LED-Niedrigenergielampen-System zukünftig zum Einsatz kommenden LED's entsprechen einerseits dem Einsatzort bzw. Verwendungszweck des Systems, andererseits dem neuesten, technisch realisiertem Entwicklungsstand der LED's in Bezug sowohl auf die Leuchtstärke, die Farblichkeit des austretenden Lichtes wie auch die Stromaufnahme und damit verbundene Wärmeentwicklung. Die LED's können in Reihen- oder Parallelschaltung auf einem Trägermaterial angebracht sein oder das Trägermaterial hat die gewünschte Form der Lampe. Desweiteren können die LED's auf ein, dem jeweiligen geometrischen Trägerkörper entsprechendes Trägermaterial auf der Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht und befestigt werden (z.B. als Abwicklung und Kreisfläche bei einem Zylinder).
Die LED's sind auch aufgrund der besseren Handhabung mit einem Harz anschließend zu vergießen.
Es ist auch möglich eine Leuchte zu gestalten, die dem erläuterten Aufbau entspricht. Hierbei entspricht die Form des Trägerkörpers der gewünschten Form der Leuchte.
Auch hier werden die LED's entweder einzeln auf ein Trägermaterial aufgebracht und in Reihen- oder Parallelschaltung angebracht oder das Trägermaterial hat die gewünschte Form der Leuchte. Desweiteren kann das Trägermaterial sehr dicht mit entsprechend gestalteten Wavern (z.B. n- und p-leitende GaAsP-Schichten mit speziellem Anschnitt) bzw. kompletten LED's bestückt werden und anschließend mit einem entsprechenden Harz vergossen werden. Dadurch wird eine sehr hohe Helligkeit auf einer relativ sehr kleinen Fläche erzielt. 3. Wirkungsweise
Am Sockel der jeweiligen LED-Niedrigenergielampe des System ist eine gewünschte Spannung und Strom angelegt. Durch das speziell konzipierte Vorschaltgerät wird zum Betreiben der LED's die erforderliche Spannung und der jeweils benötigte Strom angelegt.
Der LED-Trägerkörper wird dem entsprechenden Anwendungs- und Einsatzgebiet (Pkt. 2) des LED-Niedrigenergieiampen-Systems konzipiert (z.B. geometrische Grundform, Lichtstärke, Austrittswinkel des Lichtes, Kühlverhalten, ein- bzw. zweiteiliges System).
Für einen Einsatz unter einer höheren Umgebungstemperatur kann der, durch die Beabstandung der LED's zu einer diese nahezu verlustfrei lichtdurchlässige umgebende Schutzkappe entstehende Schutzraum mit einem, einen ungehinderten Lichtaustritt ermöglichenden und gleichzeitig isolierenden oder einem Wärme speichernden Medium ausgefüllt sein. Zweckmäßigerweise kann in den LED-Trägerkörper bzw. in den Leuchten- grundkörper ebenfalls ein Ringraum integriert sein, der mit einem Wärme abbauenden und diese speicherndem Medium gefüllt ist. Damit wird ein Temperaturausgleich unter extremen Einsatzbedingungen ermöglicht, und das LED-Niedrigenergielampen-System wird unter Extrembedingungen störunanfälliger.
Die Verwendung von LED's ist insbesondere dort vorteilhaft zu verwirklichen, wo ein ständiger Lichtwechsel zur Verkürzung der Brenndauer einer herkömmlichen Lampe (Pkt. 1) führen kann, was bei üblichen Lichtquellen regelmäßig der Fall ist.
Durch einen Schaltkreis wird eine Helligkeitsregelung der LED's durch die Regelung der Stromzufuhr und damit eine Dimmbarkeit realisiert.

Claims

LED-Niedrigenergielampen-SystemPatentansprüche
1. Das LED-Niedrigenergielampen-System ist dadurch gekennzeichnet, daß es als Leuchtelement mindestens zwei LED's aufweist und die aufgrund der Verwendung der derzeit gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel sowie der hohen Wirtschaftlichkeit, der sehr langen Lebensdauer der LED's, der nahezu völligen Wartungsfreiheit, der Erzeugung eines blendfreien und richtbaren Lichtes mit einer, der Glühlampe äquivalenten Lichtausbeute zukünftig die weit verbreiteten Lampen, wie Allgebrauchslampen, Leuchtstofflampen, Entladungslampen, Anzeige- und Signallampen, Fahrzeuglampen, Halogenlampen, Studio- und Projektionslampen ersetzt.
2. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach dem Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß es sowohl als einteiliges wie auch zweiteiliges System ausgeführt ist, wobei das einteilige System untrennbar aus einem gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel, dem Vorschaltgerät und dem jeweilig verwendeten LED-Trägerkörper und das zweiteilige System aus Adapter mit integriertem Vorschaltgerät und gebräuchlichen Schraub- bzw. Stecksockel sowie separat aufsteckbaren LED-Trägerkörper bestehen, sowie das Vorschaltgerät jeweils extern angebracht sein kann.
3. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 und 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß als LED's auch Hochleistungs-LED's verwendet werden.
4. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Form des LED-Trägerkörpers einerseits den herkömmlich bekannten Lampen und andererseits den geometrischen Körpern wie z.B. Zylinder, Würfel, Kugel, Quader, Kegel, Kegelstumpf, Pyramide usw. entspricht.
5. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß es als Leuchte gestaltet wird, die dem erläuterten Aufbau des Anspruches 4 entspricht. Hierbei entspricht die Form des LED-Trägerkörpers der gewünschten Form der Leuchte.
6. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 5 ist dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Vorschaltgerät aus bekannten Bauelementen der Mikroelektronik wie z.B. SMD-Bauteilen, Mikrocomputern mit Höchstintegrationstechnik realisiert wird.
7. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 6 ist dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Transformator über eine Arbeits- und eine gleichartige Ersatzwicklung und eine elektronische Überwachungseinheit mit Überwachungs-, Umschalt- und Signalgeber- Funktion verfügt.
8. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 7 ist dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Schaltkreises eine Helligkeitsregelung der LED's über die Regelung der Stromzufuhr erzeugt wird und damit eine Dimmbarkeit gegeben ist.
9. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 8 ist dadurch gekennzeichnet, daß die LED's in Reihen- oder Parallelschaltung geschaltet sind, wobei desweiteren auch die Möglichkeit der Staffelung einzelner LED-Gruppen über verschiedene Widerstandsnetzwerke bzw. Beschaltung der Schaltkreise besteht.
10. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß die LED's in einem speziellen Harz vergossen sind.
11. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach den Ansprüchen 1 bis 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß es über Temperaturunterschiede mildernde Einrichtungen verfügt.
12. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach dem Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß in den LED-Trägerkörper bzw. Leuchtenkörper ein Kühlraum integriert ist, der mit einem Wärme aufnehmenden Mittel gefüllt ist.
13. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach dem Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem Wärme aufnehmenden Mittel gefüllte Kühlraum als kreisförmiger Ringraum ausgebildet, in unmittelbarer Nähe der LED's befindlich angeordnet ist.
14. Das LED-Niedrigenergielampen-System nach dem Anspruchl 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei den LED's den jeweiligen inneren Konturen einer dieser LED's abdeckenden nahezu verlustfrei lichtdurchlässigen Schutzkappe folgend und zu diesen beabstandet angeordnet ist und sich zwischen LED's und Schutzkappe ein durch die Beabstandung ergebender Schutzraum, der mit einem Wärme isolierenden oder aufnehmenden lichtdurchlässigen Medium gefüllt ist, befindet.
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