Die Erfindung betrifft eine Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft insbe
sondere Leuchten, die ein geschlossenes oder im wesentlichen vollständig geschlossenes
Leuchtengehäuse aufweisen, so daß der Luftaustausch mit der Umgebung eingeschränkt ist
und das Innere des Leuchtengehäuses sich im Betrieb der Leuchte erwärmt.
Die Lichtstromabgabe von Leuchtstofflampen nimmt oberhalb einer bestimmten Temperatur
mit maximaler Lichtstromabgabe mit zunehmender Temperatur ab. Wenn sich das Innere
eines geschlossenen Leuchtengehäuses zu sehr erwärmt, liegt die Betriebstemperatur der
Lampe über dem optimalen Betriebspunkt und die Lichtstromabgabe der Leuchte verringert
sich. Bislang versuchte man dieses Problem dadurch zu lösen, daß man Entlüftungsöffnungen
in dem Leuchtengehäuse in ausreichender Anzahl vorsah, so daß die Innentemperatur des
Leuchtengehäuses insgesamt abgesenkt wurde.
Herkömmliche Leuchtstofflampen, wie die gängigen T8- und T12-Lampen, haben den Nach
teil, daß sich verdampftes Metall an kühlen Stellen der Lampenwand ablagern und das Ausse
hen und den Wirkungsgrad der Lampe beeinträchtigen kann. Findet eine solche Ablagerung in
größerem Umfang statt, kann auch der stabile Betrieb der Lampe gefährdet sein. Diese Pro
bleme verschärfen sich mit abnehmendem Lampendurchmesser. Bei modernen T5-Lampen ist
daher eine Kaltfußstelle vorgesehen, welche einen definierten Punkt bildet, an dem Metall in
der Lampe, zum Beispiel Quecksilber, kondensieren kann. Dadurch wird verhindert, daß Me
tall unkontrolliert an den Lampenwänden kondensiert.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Leuchte eingangs umschriebenen Art zur Verfügung
zu stellen, welche einfach herzustellen ist und einen höheren Wirkungsgrad als die bekannten
Leuchten aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Leuchte mit einer oder mehreren
Leuchtstofflampen in einem Leuchtengehäuse, die mindestens eine Kaltfußstelle aufweisen,
wobei sich die Leuchtstofflampen unterhalb einer Oberseite des Gehäuses erstrecken, also im
wesentlichen parallel zu dieser sind oder schwach zu dieser geneigt sind, und der Wärmeaus
tausch des Inneren des Leuchtengehäuses mit der Umgebung eingeschränkt ist, so daß das
Innere des Leuchtengehäuses im Betrieb eine höhere Temperatur als die Umgebungstempe
ratur annehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Leuchtengehäuse, insbesondere
oberhalb mindestens einer Kaltfußstelle einer Lampe, mindestens eine Luftaustrittsöffnung,
durch welche Luft aus dem Leuchtengehäuse austreten kann, und mindestens eine Luftein
trittsöffnung, durch welche Umgebungsluft in das Leuchtengehäuse eintreten kann, vorgese
hen sind, wobei die Leuchte des weiteren so eingerichtet ist, daß bei einer Erwärmung des
Innenraums des Leuchtengehäuses ein Luftstrom von der bzw. den Lufteintrittsöffnungen des
Leuchtengehäuses zu der bzw. den Luftaustrittsöffnungen des Leuchtengehäuses erzeugt
wird, welcher eine oder mehrere Kaltfußstellen umströmt, so daß die betreffende Lampe nä
her an den optimalen thermischen Betriebspunkt herangeführt wird, wobei dieser Luftstrom
im Bereich der Lampe bzw. der Lampen auf den Bereich einer oder mehrerer Kaltfußstellen
beschränkt ist.
Die Erfindung kann vorsehen, daß die Oberseite des Gehäuses im wesentlichen geschlossen
ist und an der Oberseite des Leuchtengehäuses oberhalb mindestens einer Kaltfußstelle einer
Lampe mindestens eine Luftaustrittsöffnung vorgesehen ist und daß an einer weiteren Seite
des Gehäuses mindestens eine Lufteintrittsöffnung vorgesehen ist.
Zur Erzeugung des Luftstroms können grundsätzlich aktive Maßnahmen vorgesehen sein,
beispielsweise in der Form eines kleinen Gebläses, welches bei einer Erwärmung des Innen
raums der Leuchte aktiviert wird und optimalerweise mit einem Temperaturfühler und/oder
einem Sensor für Bedingungen an oder in der Lampe, zum Beispiel die Temperatur oder den
Gasdruck, gekoppelt ist und so angesteuert wird, daß die Lampe möglichst nahe an dem opti
malen Betriebspunkt arbeitet.
Die Erfindung kann vorsehen, daß die Leuchte so ausgebildet ist, daß sich der Luftstrom ohne
aktive Maßnahmen durch Konvektion ausbildet oder zumindest im wesentlichen durch Kon
vektion erzeugt wird.
Die Öffnung, durch welche Luft in das Leuchtengehäuse eintritt, kann grundsätzlich an einer
Seitenwand liegen, wobei dann innerhalb des Leuchtengehäuses entsprechende Maßnahmen,
wie Luftleitkanäle, Prallbleche oder dergleichen vorgesehen sind, um die einströmende Luft
nach oben zunächst zu der Kaltfußstelle und dann zu der Austrittsöffnung an der Oberseite zu
lenken.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform tritt die Umgebungsluft auf der der Oberseite ge
genüberliegenden Unterseite des Leuchtengehäuses ein. Wenn diese Unterseite offen ist, wie
dies beispielsweise bei Rasterleuchten der Fall ist, sind vorteilhafterweise Maßnahmen vorgesehen,
welche verhindern, daß der besagte Luftstrom außer dem Bereich der Kaltfußstellen
auch noch andere Teile der Lampe umströmt, zum Beispiel durch geeignete Trennwände,
Umdeckbleche oder dergleichen. Dies könnte nämlich dazu führen, daß sich verdampftes
Metall in der Lampe, zum Beispiel Quecksilber, an der Lampenwand ablagert, die dann
dunkle Stellen aufweist. Dies wird im allgemeinen nicht akzeptiert, da dies das Aussehen der
Leuchte stört, an dieser Stelle der Lampe weniger Licht abgegeben wird und unter ungünsti
gen Umständen ein Mangel des verdampften Metalls in der Lampe entstehen kann, bei dem
ein stabiler Betrieb der Lampe nicht gewährleistet ist. Insbesondere kann die Leuchte eine
Rasterleuchte sein, bei der eine Lichtaustrittsöffnung, in der das Raster vorgesehen ist, im
wesentlichen über die gesamte Längserstreckung der Lampe vorgesehen ist, so daß die Unter
seite der Leuchte unterhalb der Lampe insgesamt offen ist. Dadurch, daß jedoch nur an der
Oberseite oberhalb der Kaltfußstelle eine Luftaustrittsöffnung vorgesehen ist, wird die Luft
konvektion auf den Bereich der Kaltfußstelle konzentriert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die der Oberseite gegenüberliegende Unter
seite der Leuchte im wesentlichen geschlossen und weist eine oder mehrere Lufteintrittsöff
nungen auf, durch welche Umgebungsluft in das Leuchtengehäuse eintreten kann.
Die Erfindung kann vorsehen, daß eine oder mehrere Öffnungen an der Unterseite, vorzugs
weise alle Öffnungen an der Unterseite, jeweils einer Öffnung oberhalb einer Kaltfußstelle an
der Oberseite gegenüberliegen.
Die Erfindung kann vorsehen, daß eine Öffnung an der Oberseite des Leuchtengehäuses, vor
zugsweise alle Öffnungen an der Oberseite des Leuchtengehäuses, größer als die entspre
chende Öffnung, insbesondere die gegenüberliegende Öffnung an der Unterseite des Leuch
tengehäuses sind.
Vorteilhafterweise sollte die Breite B der Öffnung an der Unterseite des Leuchtengehäuses,
gemessen in der Längsrichtung der Lampe, nicht wesentlich größer sein als der Abstand von
dem Ende der Lampe bis zu der Wendel. Bei T5-Lampen liegt dieser Abstand im Bereich von
ungefähr 30 mm.
Die Erfindung kann vorsehen, daß die Breite einer oder mehrerer Öffnungen auf der Unter
seite des Leuchtengehäuses, gemessen in einer Richtung parallel zu der Längsachse der ent
sprechenden Lampe, in einem Bereich von 7 mm bis 30 mm, bevorzugt in einem Bereich von
8 mm bis 25 mm, liegt.
Die Fläche einer Öffnung in der Unterseite des Leuchtengehäuses kann zwischen 100 mm2
und 1.800 mm2, bevorzugt zwischen 150 mm2 und 1.200 mm2 und besonders bevorzugt zwi
schen 150 mm2 und 1.000 mm2, liegen.
Die Erfindung kann vorsehen, daß die Breite einer oder mehrerer Öffnungen an der Unterseite
des Leuchtengehäuses, gemessen in einer Richtung parallel zu der Längsachse einer entspre
chenden Lampe, etwa halb so groß wie die Länge der Öffnung in der dazu senkrechten Rich
tung ist.
Während gemäß den derzeit bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen ist, daß die Öffnun
gen materialfrei sind, kann auch vorgesehen sein, daß die Öffnungen, insbesondere die Öff
nungen an der Oberseite, ein Gitter aufweisen, zum Beispiel um eine Verschmutzung der
Lampen zu vermeiden. Ebenso kann auch vorgesehen sein, daß im Bereich der Öffnungen die
Luftströmung lenkende Elemente vorgesehen sind. Die vorangenannten Abmessungen bezie
hen sich auf materialfreie Öffnungen. Die Abmessungen in den Fällen, in denen die Öffnung
mit einem Gitter oder anderweitig abgedeckt ist, ergeben sich entsprechend aus der Anforde
rung, daß ein äquivalenter Luftstrom zur Kühlung der Kaltfußstelle gewährleistet sein muß.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Größe der Öffnungen, durch welche Luft in das
Leuchtengehäuse eintritt bzw. aus diesem austritt, um den Luftstrom um die Kaltfußstelle zu
erzeugen, variabel.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Größe dieser Öffnungen durch eine automatische
Stelleinrichtung verändert werden kann, welche mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung ge
koppelt ist, welche als Eingangssignal eine Betriebsgröße der Lampe und/oder des Innen
raums des Leuchtengehäuses, insbesondere die Temperatur der Lampe, zum Beispiel an der
Kühlstelle, und/oder die Temperatur in dem Innenraum des Leuchtengehäuses, erhält und
diese Temperatur entsprechend einem vorgegebenen Steuer- oder Regelschieber auf eine op
timale Temperatur durch Verändern der Größe der Öffnungen und damit ein Verändern des
Luftstroms regelt.
Wenn, was der Regelfall ist, die Lampen eine Kreiszylinderform haben, ergibt sich, wenn
Öffnungen oberhalb und unterhalb der Lampe vorhanden sind, der vorteilhafte Effekt, daß
eine Laminarströmung entsteht, die sich an den runden Querschnitt des Lampenrohrs anpaßt
und damit die Oberfläche des Lampenrohrs im Bereich der Kaltfußstelle im wesentlichen
vollständig umspült. Gegebenenfalls können die Luftströmungen beeinflussende Elemente
vorgesehen sein, welche die Ausbildung einer solchen laminaren Strömung fördern bzw. die
Bildung von Wirbeln verhindern.
Erfindungsgemäß wird der Leuchtenwirkungsgrad dadurch verbessert, daß über die Kaltfuß
stelle der Lampe die Betriebsbedingungen der Lampe gezielt verändert werden und konkret
bei einer Erwärmung des Inneren des Leuchtengehäuses, wie sie insbesondere bei Leuchten
mit einem geschlossenen Gehäuse auftreten kann, die Kaltfußstelle der Lampe gekühlt wird.
Damit wird der Gasdruck in der Lampe verringert, so daß die Lampe im Bereich ihres opti
malen Arbeitspunktes gehalten wird. Da diese Kühlung durch einen Luftstrom erfolgt, der auf
den Bereich der Kaltfußstellen beschränkt wirkt, kann der Betriebszustand der Lampe in kon
trollierter Weise verändert werden. Wenn dagegen der Lampenkörper an einer beliebigen
Stelle gekühlt wird, kann dies dazu führen, daß sich Metall an den Wänden der Lampe, in der
Regel in unkontrollierter Weise, ablagert, was das Aussehen der Lampe verschlechtert, die
Lichtabgabe beeinträchtigt und den Betrieb der Lampe instabil machen kann. Durch die Er
findung wird nur auf das Sammeldepot der Kaltfußstelle Einfluß genommen. Dabei wird die
Luftströmung, gemäß den bevorzugten Ausführungsformen durch entsprechendes Bemessen
der Öffnungen, durch welche Luft eintritt, so eingestellt, daß die Lampe für die zu erwarten
den oder bestimmungsgemäßen Betriebsbedingungen im Bereich des optimalen Ar
beitspunktes gehalten wird und andererseits aber auch nicht unterkühlt wird.
Das entsprechende Bemessen der Öffnungen ist eine Sache von Routineversuchen, wobei
bevorzugte Abmessungen, die insbesondere für T5-Lampen vorgesehen sind, vorangehend
angegeben wurden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beige
fügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchte.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, welches die Effizienzsteigerung gegenüber dem Stand der Technik
zeigt.
Fig. 1 zeigt eine im wesentlichen geschlossene Leuchte, beispielsweise eine ballwurfsichere
Leuchte, wie sie in Sportstätten oder dergleichen eingesetzt wird. Diese Leuchte weist ein
Leuchtengehäuse 1 auf, welches eine Dachwand 3 auf der Oberseite und eine transparente
Kunststoffscheibe 5 auf der Unterseite sowie Seitenwände 7 aufweist. In dem Gehäuse ist
eine Lampe 9 zusammen mit einem zweiteiligen Reflektor 11 und Rasterlamellen 13 aufge
nommen, wobei die Lampe 9 über die transparente Kunststoffscheibe 5 Licht nach unten ab
strahlt und der Bereich, in den Licht abgestrahlt wird, durch die Seitenkanten des Reflektors
11 bzw. das Raster 13 festgelegt wird, die somit insbesondere für die Entblendung in Längs-
und Querrichtung sorgen. Die Rasterlamellen 13 können einstückig mit dem Reflektor 11
ausgebildet sein. An einer Seitenwand 7 ist ein Bügel 14 mit einem Scharnier 15 vorgesehen,
mit welchem sich die transparente Kunststoffscheibe 5 nach unten wegklappen läßt, so daß
man Zugriff auf das Raster 13 und die Lampe 9 sowie den Reflektor 11 hat. Die Lampe 9 ist
eine Leuchtstofflampe mit einer Kaltfußstelle, wie z. B. eine T5-Lampe.
Das Leuchtengehäuse ist bis auf eine Lufteintrittsöffnung 20 in der Kunststoffscheibe 5 und
eine Luftaustrittsöffnung 22 in der Dachwand 3 vollständig geschlossen. Die Öffnungen 20
und 22 befinden sich oberhalb und unterhalb der Kaltfußstelle der Lampe 9 und sind im we
sentlichen auf deren Bereich beschränkt. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Öff
nung 20 eine Länge L1 in der Richtung quer zu der Lampenachse von 20 mm, während die
Breite, in der Richtung der Längsachse der Lampe 9 gemessen, 10 mm beträgt. Die Länge L2
der oberen Öffnung 20 beträgt 40 mm, während die Breite, parallel zu der Längsachse der
Lampe 9 gemessen, 20 mm beträgt.
In Fig. 1 ist nur ein einziges Paar von Öffnungen 20 und 22 gezeigt. Tatsächlich sind an dem
in der Zeichnung nicht dargestellten gegenüberliegenden Ende der Lampe 9 entsprechende
Öffnungen vorgesehen, welche ober- und unterhalb der Wendel der Lampe 9 liegen. Eine
Kühlung der Lampe 9 im Bereich der Wendel ist unkritisch. Diese Öffnungen können so an
geordnet und bemessen sein, daß die Kaltfußstelle der Lampe 9 durch einen Luftstrom unab
hängig davon gekühlt wird, in welcher Orientierung (Kaltfußstelle rechts oder links) die Lam
pe 9 eingesetzt wird. Dies ist für den Benutzer vorteilhaft, da die Lage der Kaltfußstelle nicht
ohne weiteres ersichtlich ist.
Wird die Lampe 9 in Betrieb genommen, erwärmt sich der Bereich um die Lampe 9 innerhalb
des Reflektors 11. Die erwärmte Luft strömt im Bereich der Kaltfußstelle der Lampe 9 nach
oben durch die Öffnung 22 ab und dementsprechend wird über die Lufteintrittsöffnung 20 in
der Kunststoffplatte 5 kühlere Umgebungsluft angesaugt. Da sich die Öffnungen 20 und 22,
in einer Ebene senkrecht zur Lampenachse gesehen, unmittelbar oberhalb und unterhalb der
Kaltfußstelle der Lampe 9 befinden, steigt die durch die Öffnung 20 eintretende Luft direkt zu
der Kaltfußstelle der Lampe 9 auf und umströmt wegen der Kreiszylinderform der Lampe 9
die Lampe und ihre Kaltfußstelle im wesentlichen in einer laminaren Strömung, so daß diese
gekühlt wird. Diese Kühlung führt dazu, daß die Temperatur der Kaltfußstelle verringert und
damit der Gasdruck in der Lampe verringert wird, so daß der Betriebspunkt der Lampe näher
an den optimalen Betriebspunkt heranrückt.
Dieser Effekt ist in Fig. 2 beispielhaft dargestellt. In Fig. 2 ist die relative Temperatur der
Kaltfußstelle, bezogen auf die Temperatur mit der maximalen Lichtstromabgabe, als Abszisse
und der relative Lichtstrom der Lampe, bezogen auf den maximal abgegebenen Lichtstrom,
als Ordinate aufgetragen. S bezeichnet den Betriebspunkt bei einer Leuchte, die wie in Fig. 1
aufgebaut ist, aber die Öffnungen 20 und 22 nicht aufweist. Der Punkt E zeigt den Be
triebspunkt bei einer erfindungsgemäßen Leuchte mit den Öffnungen 20 und 22, die anson
sten baugleich ist. Man erkennt die deutliche Erhöhung der Lichtstromabgabe aufgrund der
Öffnungen. In Versuchen hat sich gezeigt, daß durch das Vorsehen von Öffnungen oberhalb
und unterhalb der Kaltfußstelle, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, eine Effizienzsteigerung von
20% möglich ist.
Die dargestellte Leuchtenkonstruktion ist weitgehend tolerant gegenüber Neigungen der
Leuchte, wie sie z. B. bei der Beleuchtung von Sportstätten erforderlich sind. In Versuchen
hat sich gezeigt, daß die Leuchte gegenüber der in Fig. 1 gezeigten horizontalen Lage um bis
zu 50° geneigt werden kann, ohne daß dadurch eine wesentliche Einbuße im Betriebswir
kungsgrad entsteht.
Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der
Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1
Leuchtengehäuse
3
Dachwand
5
Kunststoffscheibe
7
Seitenwand
9
Lampe
11
Reflektor
13
Raster
14
Bügel
15
Scharnier
20
Lufteintrittsöffnung
22
Luftaustrittsöffnung