DE10317999A1 - LED-Rundumkennleuchte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Lösung für die Gestaltung von LED-Rundumkennleuchten. Hierbei werden eine oder mehrere LEDs auf einen rotierenden Träger montiert und jeweils mit einer Vorsatzoptik ausgestattet, die das Signallicht in vertikaler Richtung eng bündelt und in der Horizontebene in einen größeren Winkelbereich streut, so dass die Leuchtdichte der LEDs reduziert und die Einwirkzeit des Signallichtes vergrößert wird. Die Vorsatzoptiken werden beispielsweise mit abschließenden Zylinderflächen, die eine negative Brechkraft bewirken, ausgeführt.

Description

• Die Erfindung betrifft Blinklichter, die zur Rundum-Signalisierung eingesetzt werden, und mit LEDs ausgestattet sind. Erfindungsgemäße Signale können beispielsweise auf Einsatzfahrzeugen im Straßenverkehr oder in der Schifffahrt eingesetzt werden.
• Die Vorteile von LEDs liegen im niedrigen Stromverbrauch und in der hohen Lebensdauer der LEDs. Es ist deshalb notwendig, geeignete Lösungen für den Einsatz von LEDs in Rundumkennleuchten vorzuschlagen. In den Patentschriften DE 199 44 533 und DE 19922176 sind beispielsweise Rundumkennleuchten beschrieben, die auf dem gesamten Umfang mit LEDs bestückt sind und bei welchen die rotierende Wirkung des Signallichtes vorzugsweise durch die elektronische Ansteuerung bewirkt wird. Nachteilig ist hierbei, dass die Lichtstärke in eine beliebige, ausgesuchte Richtung nicht sehr groß ist.
• Weiterhin ist bekannt, dass ein dringender Bedarf an besser sichtbaren Rundumkennleuchten besteht, damit Einsatzfahrzeuge von den Verkehrsteilnehmern schneller gesehen werden. Deshalb sind Lösungen für LED-Rundumkennleuchten, die eine sehr hohe effektive Lichtstärke und Erkennbarkeit garantieren, wichtig. Für Rundumkennleuchten sind die effektiven Lichtstärken beispielsweise in der STVZO TA 13 definiert. Hier ist weiterhin vorgeschrieben, dass die Hellzeit < 40% und die Dunkelzeit > 40% einer Periode betragen muss und dass bei 4° Neigung (für blaues Blinklicht) bzw. bei 8° Neigung (für gelbes Blinklicht) zur Horizontebene die effektive Lichtstärke noch 50% des geforderten Minimalwertes für die Horizontebene betragen muss. Weiterhin ist bekannt, dass die Einwirkzeit des Blinklichtes nicht zu kurz sein sollte. Aus den in diesen Vorschriften dargelegten Definitionen für die effektive Lichtstärke folgt weiterhin, dass ein hoher Spitzenwert für die Erzielung einer hohen effektiven Lichtstärke vorteilhaft ist.
• Auch sind für diese Signale Vorkehrungen zur Reduzierung des durch Sonneneinstrahlung hervorgerufenen Phantomlichtes sinnvoll, um die Kontrastminderung durch Sonneneinstrahlung gering zu halten.
• Weiterhin sind LEDs besonderer Bauart mit der Handelsbezeichnung Luxeon bekannt (Datenblatt DS23 der Firma Lumileds, LLC, 370 West Trimble Road, San Jose, CA 951131), die bei einem Nennstrom von 350mA einen vielfachen Lichtstrom im Vergleich zu herkömmlichen LEDs aussenden. Für diese LEDs sind auch Vorsatzoptiken bekannt (Firma Lumileds Lighting, Datenblatt DS26), die das Licht mit gaussförmiger Charakteristik in einen kleinen Kegelwinkel bündeln. Hierbei ist allerdings die Gefahr vorhanden, dass der direkte Blick mit dem Auge in die LEDs wegen der hohen Leuchtdichte zu unerwünschten Blendungen führt. Auch würden zu eng gebündelte Lichtstrahlen eine sehr kurze Hellzeit hervorrufen, was sich negativ auf die Erkennbarkeit bei der Betrachtung des Signals auswirken würde.
• Es wird deshalb nach einer technischen Lösung für die Gestaltung von Rundumkennleuchten mit LEDs gesucht, die die Aussendung der Blinksignale mit sehr hoher effektiver Lichtstärke und möglichst geringer Leuchtdichte gestattet. Weiterhin soll das Signal eine möglichst lange Hellzeit und auch bei Sonneneinstrahlung einen guten Kontrast besitzen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein oder mehrere leistungsstarke LEDs auf einem Träger befestigt sind, diese in eine Hellzone einer Rundumkennleuchte strahlen und gemeinsam um eine Achse rotieren. Diese LEDs werden jeweils mit einer Vorsatzoptik ausgestattet, die das Licht senkrecht zur Horizontebene eng bündelt und in der Horizontebene in einen größeren Winkel streut. Erfindungsgemäß werden zur Erzielung der beschriebenen unsymmetrischen Lichtstärkeverteilung Linsen und gegebenenfalls auch Spiegel verwendet, die eine asymmetrische Gesamt-Brechkraft aufweisen und das Licht zunächst symmetrisch in einem kleinen Kegelwinkel sammeln und anschließend über eine asymmetrische Endfläche in der Horizontebene streuen. Auf diese Weise wird die Leuchtdichte der LEDs reduziert, ohne das Licht in alle Richtungen zu verschwenden, wie es beispielsweise durch mattierte Flächen erfolgen würde. Im einfachsten Fall geschieht dies durch eine Zylinderfläche mit negativer Brechkraft. Weiterhin kann diese Fläche auch zwei Zylinderflächen mit unterschiedlicher Krümmung besitzen, die das Licht zu einer Seite stärker streuen als zur anderen. Dies hat den Vorteil, dass der Lichtstärkeverlauf in der Horizontebene sehr variabel gestaltet werden kann. Als Extremfall ist die äußere Fläche zum Teil plan ausgebildet. Außerdem können die beschriebenen Flächen von der Zylinderform in der Weise abweichen, dass die Geometrie zur Austragung einer solchen Fläche von der Kreisform oder von zusammengesetzten Kreisformen abweicht. Weiterhin werden zur Reduzierung des Phantomlichtes Blenden eingesetzt, die das einfallende Sonnenlicht absorbieren. Diese vorzugsweise schwarz ausgeführten Blenden umgeben den austretenden Strahl auf eine gewisse Entfernung bestmöglichst und sind deshalb erfindungsgemäß entsprechend dem Strahlaustritt ebenfalls asymmetrisch geformt, so dass diese eine maximale Abschattung des Sonnenlichtes bewirken. Der Betrachter sieht somit in weiten Winkelbereichen die schwarzen Blenden, bis das Signallicht zu ihm für einen kurzen Augenblick aufleuchtet. Diese Blenden können vorteilhaft einen wärmeleitenden Kontakt zu einem Träger besitzen.
• Anschließend wird die Erfindung an Beispielen erläutert. In 1 bis 4 und 8 ist eine erfindungsgemäße Rundumkennleuchte dargestellt. 1 ist dabei die Vorderansicht und 3 die zugehörige Draufsicht, jeweils ohne Haube (1) dargestellt. 2 ist ein Vertikalschnitt und 4 (ebenfalls ohne Haube (1) dargestellt) ein Horizontalschnitt. 8 ist eine perspektivische Gesamtansicht. Aus den Darstellungen ist ersichtlich, dass sechs LEDs (2) mit zugeordneten Vorsatzoptiken (3) in eine erste Hellzone (4) und weitere sechs LEDs (2) in eine zweite, gegenüberliegende Hellzone (5) strahlen. Jeweils zwei LEDs (2) mit Vorsatzoptiken (3) sind von einer Blende (6) umgeben. Die LEDs (2) sind auf Platinen (7) montiert, welche mittels Schrauben (8) an einem Träger (9) befestigt sind. Der Unterbau (10) beinhaltet unter anderem einen Antriebsmotor für die Drehung des Aufbaus und Schleifringe zur Stromübertragung (nicht im Detail dargestellt). Der Träger (9) rotiert mit den LEDs (2), den zugeordneten Vorsatzoptiken (3) und Blenden (6) um die Achse (11). Bei einer Umdrehung des Aufbaus um die Achse (11) ergeben sich somit zwei Hellzeiten und zwei Dunkelzeiten. In 2 ist zu erkennen, dass die Lichtstrahlen (12) durch die Vorsatzoptiken (3) in einem kleinen Winkel α nahe zur Horizontebene verlaufen. 3 und 4 stellen dar, dass die Vorsatzoptiken (3) das Licht in der Horizontebene in einen relativ großen Winkel β lenken. Durch diese Wirkung der Vorsatzoptiken (3) in der Horizontebene erfährt das Signallicht die erfindungsgemäße Leuchtdichtereduzierung und eine Vergrößerung der Hellzeit der LED-Rundumkennleuchte. Die dargestellte Anordnung garantiert weiterhin, dass die Dunkelzonen (Winkelbereiche γ) entsprechend den oben genannten Vorschriften > 40% einer Gesamtperiode aus Hell- und Dunkelzeit einnehmen. In 5, 6 und 7 ist die Lichtlenkung in einer Einheit, bestehend aus LED (2) und Vorsatzoptik (3), vergrößert dargestellt, wobei in 5 die Abstrahlung in der Horizontebene und in 7 die Abstrahlung senkrecht zur Horizontebene veranschaulicht wird. Die Lichtstrahlen werden von der LED (2) kommend, zunächst entsprechend den Darstellungen durch Brechung und Spiegelung symmetrisch gebündelt und dann der zylindrischen Austrittsfläche (13) zugeführt. Diese bewirkt durch ihre einseitige Brechkraft die gewünschte unsymmetrische Verteilung mit den Lichtaustrittswinkeln α und β. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Haube (1) aus klarem Kunststoff ohne Einfärbung ausgeführt werden kann, da die LEDs bereits die Signalfarbe ausstrahlen. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Signals mit aufgeschnittener Haube (1) um zu demonstrieren, dass durch die Blenden (6) bei seitlichem Schein der Sonne auf die LED-Anordnung das Sonnenlicht zu einem hohen Anteil durch die Blenden (6) absorbiert wird und das Signal auch bei Sonneneinstrahlung einen hohen Kontrast aufweist. Die Blenden (6) sind in ihrer Form den Lichtkegeln angepasst. Zweckmäßigerweise können jeweils drei Blenden für sechs LEDs auch zu einem Teil vereinigt und am Träger (9) angeschraubt werden. Die Lichtstärkeverteilungen einer einzelnen LED mit Vorsatzoptiken ist aus 9, 10 und 11 ersichtlich, wobei in 9 zunächst die Lichtstärkeverteilung mit einer bekannten Vorsatzoptik entsprechend dem oben beschriebenen Stand der Technik dargestellt ist. Der Spitzenwert beträgt 570 cd. In 10 ist die Lichtstärkeverteilung der erfindungsgemäßen, im Beispiel verwendeten Vorsatzoptik im Vertikalschnitt dargestellt. Der Spitzenwert ist auf 260 cd gesunken, die relative Lichtstärkeverteilung ist gegenüber 9 in diesem Schnitt erhalten geblieben. In 11 ist die erfindungsgemäße Aufweitung der Lichtstärkeverteilung auf +/–30° im Horizontalschnitt erkennbar.
• In 12 ist eine erfindungsgemäße Vorsatzoptik (14) dargestellt, die zwei zylindrische Flächen mit den Radien R1 und R2 besitzt (R2 > R1). Dadurch wird das Licht in der Horizontebene zur linken und rechten Seite in unterschiedlicher Weise im Winkel δ und ε abgelenkt. Die entstandene ungleichförmige Lichtstärkeverteilung im Horizontalschnitt ist in 13 dargestellt.

Claims (7)

1. Rundumkennleuchte, mit einer oder mehreren um eine Achse rotierenden LEDs versehen, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs jeweils mit einer Vorsatzoptik ausgestattet sind, die das Signallicht senkrecht zur Horizontebene in einen engen Winkel bündelt und in der Horizontebene in einen größeren Winkel streut.
2. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzoptiken jeweils eine asymmetrische Gesamtbrechkraft aufweisen.
3. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von einer LED austretende Signallicht zuerst symmetrisch in einen engen Kegelwinkel gesammelt und dann über eine asymmetrische Endfläche in der Horizontebene gestreut wird.
4. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche eine Zylinderfläche ist, die eine negative Brechkraft bewirkt.
5. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endfläche aus zwei Zylinderflächen mit unterschiedlichem Radius zusammengesetzt ist.
6. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie zur Austragung der Endfläche von der Kreisform oder von einer zusammengesetzten Kreisform abweicht.
7. Rundumkennleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs von Blenden zur Absorption des Sonnenlichtes umgeben sind und diese asymmetrisch geformt sind, um die austretenden Lichtstrahlen bestmöglichst zu umschließen.