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Dokumentenidentifikation DE102008006249B4 28.04.2011
Titel Motorisch beweglicher, kopfbewegter Scheinwerfer
Anmelder Lanz, Rüdiger, 55618 Simmertal, DE
Erfinder Lanz, Rüdiger, 55618 Simmertal, DE
Vertreter Rheinpatent Kodron & Mackert GbR, 55118 Mainz
DE-Anmeldedatum 25.01.2008
DE-Aktenzeichen 102008006249
Offenlegungstag 30.07.2009
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F21V 7/06  (2006.01)  A,  F,  I,  20080125,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F21S 10/00  (2006.01)  A,  L,  I,  20080125,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen motorisch beweglichen, kopfbewegten Scheinwerfer zur Erzeugung einer Vielzahl von Licht und Projektionseffekten zum Einsatz insbesondere bei der Veranstaltung und Bühnentechnik sowie als Architekturscheinwerfer.

Bekannte bewegliche Bühnenscheinwerfer (so genannte Moving-Lights oder auch Moving-Heads) erzeugen unter Verwendung von Gasentladungslampen als lichtstarke Lichtquellen eine Vielzahl von Farb- und Muster-Lichteffekten, die durch Farbfilter und ausgestanzte Metallblenden (so genannte Gobos) erreicht werden, die auf motorisiert beweglichen Scheiben montiert sind und so automatisiert in den Strahlengang verschoben werden können. Es ist somit auch eine Vielzahl von Mischungen der verschiedenen Farb- und Mustereffekte möglich.

Bei den herkömmlicherweise verwendeten Lichtquellen, beispielsweise lichtstarke Entladungslampen von 250–1200 Watt, ist zwingend die Kühlung dieser Lampen erforderlich aufgrund der starken Wärmeentwicklung. Hierfür ist in der Regel ein geregeltes Lüftersystem erforderlich, was allerdings den Nachteil mit sich bringt, dass es durch die in der Lüfterluft mit angesaugten Staub- und Schmutzpartikel schnell zu einer Verschmutzung im Innern des Scheinwerfers kommt, die eine aufwendige Reinigung insbesondere der optischen Komponenten erforderlich macht.

Desweiteren ist nachteilig, dass die in der Regel eingesetzten Gasentladungslampen eine geringe Standzeit aufweisen und zudem über die Zeit deutlich an Leistung einbüßen, weshalb diese Lichtquellen bereits frühzeitig standardmäßig auszutauschen sind.

Aus der Offenlegungsschrift DE 101 17 944 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung offenbart, die der Fokussierung von Licht dient und sich hierbei eine Anordnung mehrerer LEDs bedient. Diese Einzellichtquellen werden hierbei dadurch fokussiert, dass das Licht in einem ersten Schritt in etwa 90 Grad von einem ersten Spiegel auf einen zweiten Reflektor umgelenkt wird, der wiederum die Lichtstrahlen in einem gewählten Brennpunkt fokussiert. Hierbei ist zwar offenbart, dass ihre Lichtquellen mit ihrer Lichtabstrahlung in einem fokussierten Punkt zusammengeführt werden, allerdings handelt es sich um eine baulich aufwendige und raumgreifende Anordnung, die lediglich der Fokussierung in einem Brennpunkt dienen kann, nicht aber der Zusammenführung der Lichtabstrahlung zur Bündelung als ein intensiver Lichtstrahl, wie dies in der Beleuchtungstechnik erforderlich wäre.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 044 019 A1 ist ein Reflektorstrahler bekannt, der ebenfalls eine Vielzahl von Einzellichtquellen in diesem Fall auch zu einem gebündelten Lichtstrahl bündelt, dies geschieht durch die Zuordnung von Rotationsellipsoidenabschnitten zu den Einzellichtquellen, das heisst jede Einzellichtquelle ist eine einem Rotationsellipsoidenabschnitt direkt zugeordnet. Hierbei ist nachteilig, dass mit der Anzahl der verwendeten Einzellichtquellen eine sehr aufwendige Optik erforderlich ist, um jeder Lichtquelle ein Rotationsellipsoidenabschnitt zuordnen zu können.

Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zu Grunde, einen motorisch beweglichen, kopfbewegten Scheinwerfer zur Erzeugung einer Vielzahl von Licht und Projektionseffekten zum Einsatz insbesondere bei der Veranstaltung und Bühnentechnik sowie als Architekturscheinwerfer zu schaffen, der eine wartungsarme Lichtquelle mit hoher Standzeit und langfristig konstanter Lichtleistung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen motorisch beweglichen, kopfbewegten Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Scheinwerfers zum Gegenstand.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen motorisch beweglichen, kopfbewegten Scheinwerfer zur Erzeugung einer Vielzahl von Licht- und Projektionseffekten zum Einsatz bei der Veranstaltungs- und Bühnentechnik, der als Lichtquelle im Scheinwerfer zumindest mehrere LED-Lichtquellen aufweist, wobei die Lichtabstrahlung mehrerer LED-Lichtquellen von zumindest einem ersten Spiegel gesammelt und auf einen zweiten Spiegel umgelenkt wird, und der zweite Spiegel die vom ersten Spiegel einfallende Lichtabstrahlung bündelt und abstrahlt.

Der erste Spiegel ist hierfür als Parabolspiegel ausgebildet und gegenüber den in etwa in symmetrischer Verteilung um die Lichtachse des Scheinwerfers angeordneten LED-Lichtquellen angeordnet, so dass die von den LED-Lichtquellen ausgesandte Lichtabstrahlung reflektiert wird, wobei diese reflektierte Lichtabstrahlung auf den zweiten in etwa zentral in der Lichtachse angeordneten Spiegel trifft, der dieses Licht wiederum gebündelt durch eine Durchbrechung im gegenüberliegenden ersten Spiegel abstrahlt.

Durch diese Anordnung wird verwirklicht, dass die breite Lichtabstrahlung der einzelnen LED-Lichtquellen durch den ersten Spiegel in einem ersten Schritt gebündelt wird und nun die Möglichkeit gegeben ist, dieses aus mehreren Lichtquellen gebündelte Licht durch einen zweiten Spiegel so zu bündeln, dass es sich auf ideale Weise überlagert und einen lichtstarker Strahl erzeugt. So kann eine deutlich höhere Lichtleistung erzielt werden, als dies durch eine flächige Anordnung der LED-Lichtquellen mit einer Abstrahlung parallel zur Lichtachse des Scheinwerfers möglich ist.

Auf diese Weise ist eine effiziente Nutzung von LED-Lichtquellen in der Art sehr lichtstarker Scheinwerfer realisierbar, die bislang primär mit Gasentladungslampen betrieben worden sind. Diese nun mögliche Nutzung der LED-Lichtquellen eröffnet nun diesen Scheinwerfern die grundsätzlichen Vorzüge dieser Technik. Hierbei ist zum einen die derzeitig höhere Lebensdauer der LED-Lichtquellen gegenüber den Gasentladungslampen zu nennen bei gleichzeitige Energieersparnis und gleichbleibender Lichtleistung. Allein diese Vorteile machen das große Potential dieser nun möglichen Anwendung offensichtlich.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt liegt aber auch in dem so gewonnen Vorteil, die Scheinwerfer nach einem Ausfall, beispielsweise durch eine Unterbrechung in der Spannungsversorgung, direkt neu hochfahren zu können. Bislang hat es sich in der Praxis, beispielsweise bei einer Bühnenshow, als sehr problematisch erwiesen, dass diese mit Gasentladungslampen arbeitenden Scheinwerfer erst mit einer definierten Neustartverzögerung des Leuchtmittels wieder in Betrieb genommen werden konnten.

Schließlich liegt eine deutliche Verbesserung in der geringeren Wärmeentwicklung der Lichtquelleneinheit, wodurch auf die übliche die Verschmutzung begünstigende Form der Kühlung zugunsten einer externen Kühlung verzichtet werden kann.

Es ist weiterhin ein erfindungsgemäßer Vorteil, dass der erste Spiegel als ein die Lichtabstrahlung mehrerer LED-Lichtquellen bündelnder Parabolspiegel ausgebildet ist. Auf diese Weise können die LED-Lichtquellen so angeordnet sein, dass sie in etwa parallel zum Lichtstrahl des Scheinwerfers Licht abstrahlen, welches durch den Parabolspiegel als Schirm eingefangen und in einem zweiten Spiegel gebündelt wird, der wiederum das Licht in die benötigte Richtung lenkt und weiter bündelt.

Es ist hierbei zudem von Vorteil, daß die LED-Lichtquellen in etwa in symmetrischer Verteilung um die Lichtachse des Scheinwerfers angeordnet sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass alle Lichtquellen in gleicher Intensität zum späteren Lichtstrahl beitragen und ein der beispielsweise punktförmige Licht-Spot vollflächig gleichmäßig ausgeleuchtet ist.

Es ist zudem der erste Spiegel gegenüber den um die Lichtachse des Scheinwerfers angeordneten LED-Lichtquellen angeordnet und reflektiert so die von den LED-Lichtquellen ausgesandte Lichtabstrahlung, wobei diese auf den zweiten in etwa zentral in der Lichtachse angeordneten Spiegel trifft, der dieses Licht wiederum gebündelt durch eine Durchbrechung im gegenüberliegenden ersten Spiegel abstrahlt. Die symmetrische Anordnung der Lichtquellen um die Strahlachse gewährleistet eine spätere gleichmäßige Ausleuchtung. Eine bevorzugte Bauform weist beispielsweise acht LED-Lichtquellen in etwa kreisförmiger Anordnung auf.

Die LED-Lichtquellen strahlen hierbei bereits parallel zur Strahlachse und in Richtung des späteren Lichtstrahls des Scheinwerfers ab, wobei der erste Parabolspiegel gegenüberliegend und in etwa senkrecht zur Lichtachse ausgerichtet ist. Das reflektierte Licht wird von diesem in einen Punkt zentral zwischen den LED-Lichtquellen in etwa in die Lichtachse gebündelt, wo es auf den zweiten Spiegel trifft, der zweckmäßigerweise ebenfalls als Parabolspiegel ausgebildet ist, um eine weitere Sammellinse zu vermeiden. Dieser zweite Spiegel strahlt somit bereits den eigentlichen Scheinwerferstrahl ab, der nun durch weitere Blenden, Filter und/oder Linsen zur Erzeugung der gewünschten Lichteffekte geschickt wird.

Als LED-Lichtquellen werden vorteilhafterweise LED-Chips verwendet, wobei jeder LED-Lichtquelle eine Sammellinse zugeordnet ist, die das auf den ersten Spiegel abgestrahlte Licht bündelt oder Linsenarray verwendet werden. So trifft das abgestrahlte Licht bereits parallelisiert auf den ersten Spiegel auf, wodurch die volle Lichtleistung genutzt wird.

Zur Fokussierung des Lichtstrahls ist es zweckmäßig, dass der erste Spiegel und/oder der zweite Spiegel verstellbar im Scheinwerfer angeordnet sind. Die bzw. der Spiegel werden hierfür entlang der Lichtachse verfahren. Die gewünschte Einstellung kann hierbei manuell oder auch motorisch vorgenommen werden.

Ein weiterer Vorteil in der Anwendung des Scheinwerfers kann realisiert werden, wenn zumindest LED-Lichtquellen der 3 Grundfarben Rot, Blau und Grün (RGB) im Scheinwerfer angeordnet sind. Mit Hilfe dieser drei Grundfarben können durch additive Farbsynthese beliebige. Farbeffekte generiert werden, wobei die LED-Lichtquellen unterschiedlicher Farbe entsprechend in ihrer Lichtstärke zueinander abgestimmt werden. So kann ein Scheinwerfer mit fließend wechselnden Farbeffekten realisiert werden, ohne dass eine aufwendige Farbfilter-Mechanik vorhanden sein muß, wie dies herkömmliche Bühnenscheinwerfer aufweisen.

Vorteilhafterweise ist auch mindestens eine der LED-Lichtquellen mit dem Farbton Amber vorgesehen, um die Wärme des Lichtstrahls gut mischen zu können, insbesondere bei der Erzeugung weißen Lichts.

Zum einen wird somit im Scheinwerfer neuer Raum geschaffen, der nun zusätzlichen Effektblenden o. ä. zur Verfügung steht. Zum anderen bewirken die bislang üblichen Farbfilter einen Verlust an Lichtleistung, der nun durch die Vermeidung der Farbfilter vermieden werden kann.

Bei einer idealen Bauform werden als LED-Lichtquellen LED-Chips verwendet, die bereits auf jedem Chip die RGB-Farben enthalten, wodurch jeder LED-Chip für sich bereits eine gewünschte Farbmischung abstrahlen kann. Auf diese weise ist garantiert, dass der erzeugte Farbspot an allen Stellen einen gleichmäßigen Farbton aufweist.

Der zentrale Aspekt der Kühlung wird zweckmäßigerweise durch eine Anordnung verbessert, bei der zumindest die LED-Lichtquellen, die ersten Linsen sowie der Reflektorkörper bzw. die Reflektorflächen in einem Aluminiumblock-Gehäuse angeordnet sind, welches über einen außerhalb des Scheinwerfergehäuses angeordneten externen Kühler gekühlt wird. Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ist Aluminium der ideale Werkstoff für die angestrebte Wärmeübertragung des Gehäuses und ist gleichzeitig ein leichter Werkstoff, was ebenfalls relevant ist, da der Scheinwerferkopf aufgrund der hohen Anforderungen an dessen Beweglichkeit leicht gebaut werden sollte.

Es ist hierbei zusätzlich von Vorteil, die Rückseite des Gehäuses mit Kühl-Lamellen auszubilden, um durch die derart erreichte Oberflächenvergrößerung einen beschleunigten Temperaturausgleich realisieren zu können.

Nachfolgend soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen hierbei die 1 und 2 jeweils eine seitliche Ansicht mit einem geschnittenen ersten Spiegel 2, der als Parabolspiegel ausgebildet ist.

Als LED-Lichtquellen 1 sind LED-Chips in etwa auf der Rückwand des Scheinwerfers angeordnet, die bereits in Richtung der späteren Lichtachse des Scheinwerfers abstrahlen. Die Lichtabstrahlung wird hierbei durch Linsen parallelisiert, die als Einzellinsen 6 oder Linsenarrays 5 den LED-Lichtquellen 1 zugeordnet sind.

Das so parallelisierte Licht trifft auf den ersten Spiegel 2 und wird von diesem zu einem zentralen Punkt zwischen den LED-Lichtquellen 1 zurückgeworfen und gebündelt. In diesem Punkt ist der zweite Spiegel 3 ebenfalls als Parabolspiegel ausgebildet angeordnet und erzeugt wiederum einen parallelen Lichtstrahl, der in der Lichtachse des Scheinwerfers verläuft.

Dieser Lichtstrahl durchläuft den ersten Spiegel 2 an einer zentralen Durchbrechung 4 und wird ggf. durch nachgeschaltete effekterzeugende Mittel, wie Blenden und Filter, geführt.

3 zeigt eine zweckmäßige ringförmige Anordnung der LED-Lichtquellen um die zentrale Durchbrechung 4 im ersten Spiegel 2. Unterhalb der Durchbrechung 4 ist der zweite Spiegel 3 angeordnet.

Die dargestellte vorteilhafte Bauform zeigt hierbei eine Anordnung von LED-Lichtquellen verschiedener Farbgebung, wobei als 1.1 eine LED-Lichtquelle mit der RGB-Farbe Rot, als 1.2 eine LED-Lichtquelle mit der RGB-Farbe Grün, als 1.3 eine LED-Lichtquellen mit der RGB-Farbe Blau, als 1.4 eine LED-Lichtquelle in der Farbe Amber und als 1.5 eine LED-Lichtquelle mit der Farbe Weiß angeordnet ist.

Eine alternative Bauform sieht LED-Lichtquellen vor, auf denen bereits die zuvor genannten Farben in einem LED-Chip vorhanden sind, so dass jeder Chip für sich die gerade benötigte Farbmischung erzeugen kann und diese nicht durch die Mischung von LED-Lichtquellen unterschiedlicher Farbe erzeugt wird.


Anspruch[de]
Scheinwerfer zur Erzeugung einer Vielzahl von Licht- und Projektionseffekten, wobei als Lichtquelle im Scheinwerfer zumindest mehrere LED-Lichtquellen (1) angeordnet sind, wobei die Lichtabstrahlung der in etwa in symmetrischer Verteilung um die Lichtachse des Scheinwerfers angeordneten LED-Lichtquellen (1) von zumindest einem diesen gegenüberliegend angeordneten, ersten parabolischen Spiegel (2) gesammelt und auf einen zweiten Spiegel (3) umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vom ersten Spiegel (2) reflektierte Lichtabstrahlung auf den zweiten in etwa zentral in der Lichtachse angeordneten Spiegel (3) trifft, der dieses Licht wiederum gebündelt durch eine Durchbrechung (4) im gegenüberliegenden ersten Spiegel (2) abstrahlt. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquellen (1) so angeordnet sind, dass sie in etwa parallel zum Lichtstrahl des Scheinwerfers Licht abstrahlen. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spiegel (2) als ein die Lichtabstrahlung mehrerer LED-Lichtquellen (1) bündelnder Parabolspiegel ausgebildet ist. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als LED-Lichtquellen (1) LED-Chips verwendet werden, wobei jeder LED-Lichtquelle (1) eine Sammellinse (6) zugeordnet ist, die das auf den ersten Spiegel (2) abgestrahlte Licht bündelt. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als LED-Lichtquellen (1) LED-Chips verwendet werden, wobei Linsenarrays (5) das auf den ersten Spiegel (2) abgestrahlte Licht bündeln. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spiegel (2) und/oder der zweite Spiegel (3) verstellbar im Scheinwerfer angeordnet sind. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass LED-Lichtquellen zumindest in den RGB-Farben verwendet werden, um beliebige Farbmischungen mit dem Scheinwerfer erzeugen zu können. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der LED-Lichtquellen den Farbton Amber erzeugt. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als LED-Lichtquellen LED-Chips verwendet werden, die bereits auf jedem Chip die RGB-Farben enthalten, wodurch jeder LED-Chip für sich bereits eine gewünschte Farbmischung abstrahlen kann. Scheinwerfer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Strahlachse des Scheinwerfers acht LED-Lichtquellen symmetrisch angeordnet sind.






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