DE102014202855A1

DE102014202855A1 - Leuchteinrichtung für ein Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102014202855A1
Application number: DE102014202855.8A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Ricken
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015121013A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für ein Schienenfahrzeug, mit einem Gehäuse (3; 10), in dem ein Leuchtdiodenfeld (4; 12) angeordnet ist und das an einer seiner Seiten eine für die Lichtstrahlung des Leuchtdiodenfeldes (4; 12) transparente Abdeckung oder transluzente (6; 14) aufweist, wobei das Leuchtdiodenfeld (4; 12) und die Abdeckung (6; 14) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass von dem Leuchtdiodenfeld (4; 12) erzeugtes Licht zu der Abdeckung (6; 14) gelangt und eine optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes (4; 12) austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung (6; 14) die Bedingung erfüllt: L ≥ 1,7 × a × W, mit einem mittleren Abstand W zwischen benachbarten Leuchtdioden und einem Materialfaktor a, der wenigstens 1 beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchteinrichtung für ein Schienenfahrzeug, mit einem Gehäuse, in dem ein Leuchtdiodenfeld angeordnet ist und das an einer seiner Seiten eine für die Lichtstrahlung des Leuchtdiodenfeldes transparente oder transluzente Abdeckung aufweist.
Solche, auch für einen Einsatz bei Schienenfahrzeugen geeignete Leuchteinrichtungen mit Leuchtdiodenfeldern, sind bisher derart ausgebildet, dass das Leuchtdiodenfeld in einem eher geringen Abstand hinter einer vorgesehenen Abdeckung angeordnet ist, wobei das Leuchtdiodenfeld und die Abdeckung im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
Leuchtdiodenfelder sind an sich sehr zuverlässig, wobei hier für eine gesamte Lebensdauer eines Schienenfahrzeugs eine Ausfallrate von 0,5% angenommen werden kann. Werden Schienenfahrzeuge mit solchen Leuchteinrichtungen, die typischer Weise langgestreckt im Deckenbereich des Schienenfahrzeuginnenraums angeordnet sind, zum Einsatz gebracht, kann als grober Richtwert von 30.000 bis 40.000 Leuchtdioden pro Zug ausgegangen werden. Dies bedeutet, dass bei einem solchen Beispielfahrzeug ca. 200 Leuchtdioden bis zum Ende der Lebensdauer des Schienenfahrzeugs ausfallen.
Bekannter Weise werden Leuchteinrichtungen mit Leuchtdiodenfeldern so gestaltet, dass einzelne Lichtpunkte nach bestimmten Mustern angeordnet sind. Wenn nun einzelne Leuchtdioden über die Lebensdauer des Schienenfahrzeugs ausfallen, ergeben sich immer mehr fehlende Lichtpunkte im Zug, die ausgefallenen Lichtdioden entsprechend. Dies wird allgemein als störend empfunden, so dass auch eine Qualitätsanmutung des Schienenfahrzeugs sinkt. Folge ist es, dass vollständige Module von Leuchtdiodenfeldern ausgetauscht werden müssen, selbst wenn nur eine einzelne Leuchtdiode defekt ist.
Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand für die Instandhaltung der Fahrzeugbeleuchtung. Hinzu kommt, dass die Leuchtdioden auf ihren Platinen in Gruppen zusammengeschaltet sind, so dass beispielsweise eine Gruppe von zehn Leuchtdioden, von denen lediglich eine ausgefallen ist, ersetzt werden muss. In diesem Beispiel wäre eine Tauschrate der Leuchtdioden 10 Mal so hoch wie die Ausfallrate.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Leuchteinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Ausfall einzelner Leuchtdioden den optischen Eindruck der Leuchteinrichtung und beim Beispiel eines Schienenfahrzeugs den optischen Eindruck dessen Innenraums weniger stark beeinträchtigt.
Die Aufgabe wird für die Leuchteinrichtung dadurch gelöst, dass das Leuchtdiodenfeld und die Abdeckung relativ zueinander derart angeordnet sind, dass von dem Leuchtdiodenfeld erzeugtes Licht zu der Abdeckung gelangt und eine optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung die Bedingung erfüllt:
L ≥ 1,7·a·W, mit einem mittleren Abstand W zwischen benachbarten Leuchtdioden und einem Materialfaktor a, der wenigstens 1 beträgt.
Für den mittleren Abstand W zwischen den Mitten benachbarter Leuchtdioden können Beispielswerte von 3 bis 50 mm angenommen werden. Aufgrund dessen können geeignete optische Weglängen L berechnet werden. Im Ergebnis ist die optische Weglänge L derart groß bemessen, dass der Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode weniger auffällig ist, so dass ggf. auf einen Modulaustausch verzichtet werden kann. Die Einhaltung der vorstehenden Bedingung bewirkt, dass jeder Punkt auf der Abdeckung von einer Mehrzahl von Leuchtdioden mit Licht beaufschlagt wird, so dass der Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode weniger stark zu Tage tritt.
Bevorzugt gelangt das von dem Leuchtdiodenfeld erzeugte Licht über einen Reflektor zu der Abdeckung. Dies hat den Vorteil, dass die Leuchteinrichtung, die im Anwendungsfall für ein Schienenfahrzeug langgestreckt ausgebildet ist, weniger Bauraum benötigt. Insofern können das Leuchtdiodenfeld und der Reflektor in einem spitzen Winkel und das Leuchtdiodenfeld und die Abdeckung in einem stumpfen Winkel zueinander stehen, wobei die Abdeckung auf einer Lichtaustrittsseite des Reflektors angeordnet ist. Die Winkel sind grundsätzlich abhängig von der Geometrie und stark von der Abstrahlcharakteristik (Abstrahlwinkel) der LEDs.
Diese Anordnung gewährleistet eine platzsparende Bauweise für die Leuchteinrichtung.
Der Winkel zwischen dem Leuchtdiodenfeld und dem Reflektor kann weniger als 45° betragen. Dies unterstützt die Einsparung von Bauraum für die Leuchteinrichtung.
Das Leuchtdiodenfeld kann relativ zu der Abdeckung derart angeordnet sein, dass weniger als 10% der von dem Leuchtdiodenfeld erzeugten Lichtstrahlung direkt auf die Abdeckung fällt. Dies hat den Vorteil, dass der weit überwiegende Anteil der Lichtstrahlung die gewünschte optische Weglänge von dem Leuchtdiodenfeld über den Reflektor zu der Abdeckung zurückgelegt hat, so dass sich die daraus ergebenden optischen Vorteile erzielen lassen.
Das Leuchtdiodenfeld kann in Richtung auf die Abdeckung abgeschattet sein, um einen Anteil von Lichtstrahlung mit direktem Einfall auf die Abdeckung gering zu halten.
Die optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung kann die Bedingung erfüllen: 1,8·a·W ≤ L ≤ 3,0·a·W.
Die Einhaltung dieser Bedingung hat zur Folge, dass für den Lichteinfall für jeden Punkt auf der Abdeckung wenigstens drei Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes beitragen.
Der Materialfaktor a liegt beispielsweise zwischen 1 und 1,5. Er gibt eine Streuwirkung des für die Abdeckung eingesetzten Materials wider.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer Leuchteinrichtung in einer ersten Ausführungsform und
2 eine Querschnittsansicht einer Leuchteinrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine Leuchteinrichtung zum Einsatz beispielsweise in einer Gepäckablage eines Schienenfahrzeugs.
Insofern ist die dargestellte Leuchteinrichtung 1 langgestreckt ausgebildet, wobei ein Teil eines Profils 2 der Gepäckablage ein Gehäuse 3 für die Leuchteinrichtung 1 bildet. Im Inneren des Gehäuses 3 ist ein Leuchtdiodenfeld 4 angeordnet, das in herkömmlicher Weise mit Strom versorgt ist und wenigstens eine Reihe an Leuchtdioden aufweist. Typischerweise ist eine einzelne LED-Reihe vorgesehen. Dies variiert jedoch stark nach Funktionsumfang der Leuchte, wie Einsatz verschiedener LEDs, um z.B. die Farbtemperatur zu variieren, Farbbeimischung etc.
Das Leuchtdiodenfeld 4 ist im oberen Teil des Innenraums des Gehäuses 3 angeordnet. Dem Leuchtdiodenfeld 4 gegenüberliegend ist ein Reflektor 5 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel im Querschnitt der Leuchteinrichtung 1 bogenförmig verläuft. Der Reflektor 5 liegt zu dem Leuchtdiodenfeld 4 in einem spitzen Winkel, der weniger als 45° betragen kann. Dabei ist das Leuchtdiodenfeld 4 eben und die Lage des Reflektors 5 im Hinblick auf den Winkel durch eine Ebene definiert, zu der die Punkte des gegenüberliegenden Teils des Reflektors 5 in Summe den geringsten Abstand aufweisen.
Von dem Leuchtdiodenfeld 4 ausgestrahltes Licht gelangt über den Reflektor 5 zu einer für die Lichtstrahlung des Leuchtdiodenfeldes 4 transparenten oder transluzenten Abdeckung 6, die beispielsweise aus Polykarbonat bestehen kann. Die Abdeckung 6 befindet sich auf einer Lichtausfallseite des Reflektors 5. Dabei bildet die ebene Abdeckung 6 mit dem Leuchtdiodenfeld einen stumpfen Winkel, der zwischen 90° und 135° liegen kann.
Die Anordnung des Leuchtdiodenfeldes 4, des Reflektors 5 und der Abdeckung 6 ist dabei so gewählt, dass eine optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes 4 austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung 6 die Bedingung erfüllt:
L ≥ 1,7·a·W, mit einem mittleren Abstand W zwischen Mitten benachbarter Leuchtdioden und einem Materialfaktor a, der wenigstens 1 beträgt. Typische Werte für den mittleren Abstand W zwischen benachbarten Leuchtdioden sind 3 bis 50 mm. Abhängig von der Streuwirkung des für die Abdeckung 6 verwendeten Materials, kann der Materialfaktor a auch 1,5 oder mehr betragen.
Die Einhaltung vorstehender Bedingungen gewährleistet, dass der Ausfall einzelner Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 4 wenig auffällig ist, so dass auf frühzeitigen Austausch von Leuchtmodulen verzichtet werden kann.
Dabei ist es von Bedeutung, dass weniger als 10 % der von dem Leuchtdiodenfeld 4 erzeugten Lichtstrahlung direkt auf die Abdeckung 6 fällt. Dies wird unterstützt durch eine Abschattung 8, die auf der der Abdeckung 6 zugewandten Seite des Leuchtdiodenfeldes 4 angeordnet ist. Die Abschattung 8 ist zwischen dem Leuchtdiodenfeld 4 und einem benachbarten Abschnitt der Abdeckung 6 angeordnet, so dass kein direkter Lichteinfall möglich ist.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Leuchteinrichtung 9, die als nach unten gerichtete Hauptbeleuchtung im Sitzbereich, hier in die Gepäckablage integriert, vorgesehen ist.
Ein Gehäuse 10 für die Leuchteinrichtung 9 wird von inneren Flächen eines Profils 11 gebildet. Von einem Leuchtdiodenfeld 12 erzeugte Lichtstrahlung gelangt über einen Reflektor 13 zu einer Abdeckung 14. Der Reflektor 13 liegt mit seinem Hauptabschnitt dem Leuchtdiodenfeld 12 gegenüber, wobei der Hauptabschnitt etwa an der Stelle, auf die ein in Normalrichtung das Leuchtdiodenfeld 12 verlassender Lichtstrahl trifft, nach innen abgewinkelt ist. In Richtung auf die Abdeckung 14 zeigt der Reflektor 13 zwei weitere, nach außen gerichtete Abwinkelungen 16. Auf seiner der Abdeckung 14 gegenüberliegenden Seite verläuft der Reflektor 13 im Wesentlichen parallel zu der Abdeckung 14, und zwar bis zu einem Ort, der in der Ebene des Leuchtdiodenfeldes 12 liegt. Wiederum bilden das Leuchtdiodenfeld 12 und der Hauptteil des Reflektors 13, der dem Leuchtdiodenfeld 12 gegenüberliegt, einen spitzen Winkel von 45° aus. Dabei wird für die Bemessung des Winkels als Ebene des Hauptteils des Reflektors 13 diejenige Ebene herangezogen, zu der die Punkte des Hauptteils des Reflektors in Summe den geringsten Abstand aufweisen. Die Abdeckung 14 liegt in einem stumpfen Winkel zum Leuchtdiodenfeld 12.
Auch bei der Leuchteinrichtung 9 ist die Bedingung erfüllt, dass die optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung 14 die Bedingung erfüllt: L ≥ 1,7·a·W.
Infolgedessen wird auch bei der Leuchteinrichtung 9 der Vorteil erzielt, dass der Ausfall einzelner Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 12 vom Innenraum des Schienenfahrzeugs aus betrachtet wenig auffällt.

Claims

Leuchteinrichtung für ein Schienenfahrzeug, mit einem Gehäuse (3; 10), in dem ein Leuchtdiodenfeld (4; 12) angeordnet ist und das an einer seiner Seiten eine für die Lichtstrahlung des Leuchtdiodenfeldes (4; 12) transparente oder transluzente Abdeckung (6; 14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (4; 12) und die Abdeckung (6; 14) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass von dem Leuchtdiodenfeld (4; 12) erzeugtes Licht zu der Abdeckung (6; 14) gelangt und eine optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes (4; 12) austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung (6; 14) die Bedingung erfüllt: L ≥ 1,7·a·W, mit einem mittleren Abstand W zwischen benachbarten Leuchtdioden und einem Materialfaktor a, der wenigstens 1 beträgt.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Leuchtdiodenfeld (4; 12) erzeugtes Licht über einen Reflektor (5; 13) zu der Abdeckung (6; 14) gelangt.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (4; 12) und der Reflektor (5; 13) in einem spitzen Winkel und das Leuchtdiodenfeld (4; 12) und die Abdeckung (6; 14) in einem stumpfen Winkel zueinander stehen, wobei die Abdeckung (6; 14) auf einer Lichtaustrittsseite des Reflektors (5; 13) angeordnet ist.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen dem Leuchtdiodenfeld (4; 12) und dem Reflektor (5; 13) ≤ 45° beträgt.
Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (4; 12) relativ zu der Abdeckung (6; 14) derart angeordnet ist, dass weniger als 10% der von dem Leuchtdiodenfeld (4; 12) erzeugten Lichtstrahlung direkt auf die Abdeckung (6; 14) fällt.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (4; 12) in Richtung auf die Abdeckung (6; 14) abgeschattet ist.
Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglänge L für ein in Normalrichtung des Leuchtdiodenfeldes (4; 12) austretendes Lichtbündel zu der Abdeckung (6; 14) die Bedingung erfüllt: 1,8·a·W ≤ L ≤ 3,0·a·W.