DE19815868C2 - Lichtquelle, insbesondere für Signalleuchten für den Eisenbahnverkehr - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere für Signalleuchten für den Eisenbahnverkehr, die in der Lage ist, in einer bestimmten ausgewählten Ebene einen Lichteindruck zu erzeugen, der in seiner Wirkung dem einer Glühfadenlampe oder dergleichen entspricht. Dazu weist die Lichtquelle erste Leuchtdioden (13), deren Hauptabstrahlrichtungen (R¶a¶) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Hauptabstrahlrichtung festlegen, sowie zweite Leuchtdioden (14) auf, deren Hauptabstrahlrichtungen (R¶a¶) gegenüber der gemeinsamen Hauptabstrahlrichtung der ersten Leuchtdioden (13) geneigt sind, und zwar so, daß die Hauptabstrahlrichtungen (R¶a¶) eine Mantelfläche eines Kegels festlegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere für Signalleuchten für den Eisenbahnverkehr.

Neben Glühfadenlampen und Gasglühstrumpflampen, die heute noch im Eisenbahnbereich in Signalleuchten, die als Nachtbeleuchtung von Form­ signalen dienen, und in mobilen Warnlampen verwendet werden, ist es be­ reits bekannt, Leuchtdioden zur Verkehrsführung und -sicherung einzu­ setzen. Beispielsweise werden in der Straßenverkehrsleittechnik als selbstleuchtende Verkehrsschilder und als Straßenampeln hocheffiziente Leuchtdiodenfelder verwendet, die aufgrund ihrer Bauart bedingten Ab­ strahlcharakteristik häufig ohne zusätzliche abbildende Optik eingesetzt werden können.

Darüber hinaus ist aus DE 94 14 688 U1 eine Lichtquelle für Lichtzeichenanlagen bekannt, die aus einer Viel­ zahl von Leuchtdioden gebildet ist, die so dicht nebeneinander auf einer Kugeloberfläche angeordnet sind, daß sich nicht nur die keulenförmigen Lichtkegel unmittelbar benachbarter Leuchtdioden, sondern auch die Lichtkegel weiter entfernt angeordneter Leuchtdioden bereits nahe der Lichtquelle überschneiden. In ihrer Gesamtheit weist eine derartige Licht­ quelle eine nahezu kugelförmiger Abstrahlcharakteristik auf.

Darüber hinaus sind in diesem Gebrauchsmuster auch flächige Anord­ nungen von Leuchtdioden zur Darstellung von Piktogrammen beschrie­ ben.

Abgesehen davon, daß Lichtquellen mit einer Vielzahl von dicht an dicht auf einer Kugeloberfläche angeordneten Leuchtdioden äußerst aufwendig sind und nur unter erheblichen fertigungstechnischen Schwierigkeiten hergestellt werden können, treibt die große Anzahl von Leuchtdioden die Kosten für die Lichtquelle in eine Höhe, die bei einer Vielzahl von Anwen­ dungsfällen weder gerechtfertigt noch vertretbar ist. Flächenförmige Lichtquellen zur Darstellung von Piktogrammen sind zwar fertigungstech­ nisch einfach herzustellen und besitzen eine hohe Lichtstärke. Jedoch sind hier die Kosten wegen der vielen Leuchtdioden hoch, was nicht ge­ rechtfertigt ist, wenn die Helligkeitsanforderungen relativ gering sind.

Im DE 297 12 281 U1 ist weiterhin eine LED-Leuchteinrichtung zur Signal­ abgabe beschrieben, bei welcher sog. Cluster, das sind Gruppen aus LEDs, in bestimmter geometrischer Anordnung die Abstrahlrichtung bestim­ men und bei welcher auch Farbeffekte möglich sind.

Aus der DE-Z Elektor. 7-8/95 Seite 94, 95 ist eine als Fahrrad-Rücklicht eingesetzte Lichtquelle bekannt, bei der neben einer Leuchtdiode mit ei­ nem großen Abstrahlwinkel zwei weitere Leuchtdioden mit kleinen Ab­ strahlwinkeln angeordnet sind. Die Hauptabstrahlrichtungen aller drei Leuchtdioden sind dabei parallel zueinander. Somit wird der Öffnungs­ winkel des von dieser Lichtquelle abgestrahlten Leuchtkegels vom Ab­ strahlwinkel der Leuchtdiode mit großem Abstrahlwinkel festgelegt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Licht­ quelle als Ersatz für eine Glühfadenlampe bereitzustellen, die bei relativ geringem Energieverbrauch einen möglichst gleichmäßigen Lichteindruck liefert.

Diese Aufgabe wird durch eine Lichtquelle mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lichtquelle wird also eine ebene Anordnung von ersten Leuchtdioden mit einer zweiten Anordnung von Leuchtdioden kombiniert, die auf mindestens einer beliebig gekrümmten Fläche ange­ ordnet sind, um eine Kegelmantelfläche festzulegen. Auf diese Weise läßt sich die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle an die jeweiligen Erforder­ nisse auf einfache Weise anpassen, um in einer definierten Fläche den ge­ wünschten gleichmäßigen Lichteindruck zu liefern.

Insbesondere hat es sich dabei herausgestellt, daß die ebene Anordnung der ersten Leuchtdioden nicht nur fertigungstechnisch gegenüber einer Anordnung auf einer Kugelfläche, sondern auch hinsichtlich der Lichtab­ strahlung von Vorteil ist, da auf diese Weise die Reichweite der Lichtquelle infolge der direkten, gebündelten Lichtausstrahlung ohne Reflexion ver­ größert wird, ohne daß ihre Leistung erhöht werden müßte.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweiten Leuchtdioden so angeordnet sind, daß ihre Hauptabstrahl­ richtungen eine Mantelfläche eines geraden Kreiskegels festlegen, wobei die Hauptachse des Kreiskegels im wesentli­ chen parallel zur Hauptabstrahlrichtung der ersten Leuchtdioden ist und wobei die ersten Leuchtdioden in Richtung der Hauptachse des Kreiske­ gels gesehen im wesentlichen symmetrisch um diese Hauptachse angeord­ net sind.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der zweiten Leuchtdioden relativ zu den ersten Leuchtdioden nehmen die Hauptabstrahlrichtungen aller Leuchtdioden näherungsweise ihren Ausgangspunkt in der von den Hauptabstrahlrichtungen der zweiten Leuchtdioden festgelegen Kegel­ spitze. Somit läßt sich die erfindungsgemäße Lichtquelle einfach anstelle von Glühfadenlampen einsetzen. Der Schnittpunkt der Hauptabstrahl­ richtungen der zweiten Leuchtdioden braucht nämlich nur dort angeord­ net zu werden, wo sonst der Glühfaden einer Glühlampe, also das Zentrum ihrer Abstrahlcharakteristik liegen würde. Dies ist insbesondere dort von Vorteil, wo die erfindungsgemäße Lichtquelle mit einer abbildenden Optik, beispielsweise mit einem Parabolreflektor, zusammenwirken muß.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die zweiten Leuchtdioden einen Ring bilden, der zumindest einen Teil der ersten Leuchtdioden einschließt. Der Einsatz einer derartigen Lichtquelle zusammen mit dem Parabolspie­ gel eines Scheinwerfers hat den Vorteil, daß die außen liegenden Leucht­ dioden den Parabolspiegel besonders gut ausleuchten während die ersten Leuchtdioden ohne die Notwendigkeit einer optischen Abbildung ihr Licht bereits in Scheinwerferrichtung abstrahlen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß alle ersten und alle zweiten Leuchtdioden untereinander jeweils die glei­ che Abstrahlcharakteristik aufweisen, wobei die ersten Leuchtdioden eine andere Abstrahlcharakteristik aufweisen als die zweiten Leuchtdioden und wobei vorzugsweise der Öffnungshalbwinkel α der Abstrahlcharakte­ ristik der ersten Leuchtdioden kleiner ist als der Öffnungshalbwinkel β der Abstrahlcharakteristik der zweiten Leuchtdioden.

Auf diese Weise läßt sich die Scheinwerferwirkung der zentral angeordne­ ten ersten Leuchtdioden im Vergleich zu den zweiten Leuchtdioden weiter erhöhen, während die zweiten Leuchtdioden zur verbesserten Ausleuch­ tung eines Randbereichs einer auszuleuchtenden Fläche dienen.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die ersten und zweiten Leuchtdioden jeweils von Leuchtdioden unter­ schiedlicher Farbe gebildet werden.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Leuchtdioden auf einem Trä­ ger angeordnet sind, der eine ebene Montagefläche für die ersten Leucht­ dioden und eine gegenüber der ebenen Montagefläche geneigte, vorzugs­ weise rotationssymmetrische Montagefläche für die zweiten Leuchtdioden aufweist, wobei die ebene Montagefläche symmetrisch zur Rotationssym­ metrieachse der geneigten Montagefläche liegt.

Dabei kann die geneigte Montagefläche kegelstumpfförmig oder sphärisch sein. In beiden Fällen ist es jedoch von Vorteil, wenn die geneigte Montage­ fläche die ebene Montagefläche ringförmig umgibt.

Um die erfindungsgemäße Lichtquelle auf einfache Weise anstelle von Glühlampen einsetzen zu können, ist vorgesehen, daß der Träger mit ei­ nem Glühlampensockel für den elektrischen Anschluß der Leuchtdioden versehen ist.

Es ist jedoch auch möglich, daß der Träger entgegen der Hauptabstrahl­ richtung der ersten Leuchtdioden derart verlängert ist, daß er unmittelbar zur Halterung geeignet ist.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn zur Anpassung der Versorgungsspannung an die Betriebsspannung der Leuchtdioden ein Vorschaltgerät im Glüh­ lampensockel und/oder im Träger untergebracht ist. Die Integration eines Vorschaltgeräts in den Glühlampensockel und/oder Träger der erfin­ dungsgemäßen Lichtquelle hat insbesondere den Vorteil, daß dort wo Glühlampen durch die erfindungsgemäße Lichtquelle ersetzt werden sol­ len, dies nicht mit der aufwendigen Montage eines zusätzlichen Geräts einhergeht, sondern daß der Austausch bedarfsweise während der norma­ len Wartung vorgenommen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lichtquelle,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Lichtquelle,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Lichtquelle in einem Reflektor mit einge­ zeichnetem Strahlengang für einige Leuchtdioden,

Fig. 4 der mit einer Lichtquelle nach einer ersten Ausführungsform der Er­ findung erzeugte Lichteindruck in der Austrittsebene des Reflektors nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine Darstellung des Lichteindrucks gemäß Fig. 4 für eine andere Ausgestaltung der Erfindung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist die erfindungsgemäße Lichtquelle ei­ nen Träger 10 mit ersten und zweiten Montageflächen 11, 12 auf, auf de­ nen erste bzw. zweite Leuchtdioden 13, 14 so befestigt sind, daß die Haupt­ abstrahlrichtung R_a jeder Leuchtdiode 13, 14 am Ort der Leuchtdiode im wesentlichen senkrecht auf der entsprechenden Montagefläche 11, 12 steht.

Um die Lichtquelle mit einer Spannungsversorgung, beispielsweise mit ei­ nem Stromnetz zu verbinden, sind am Träger 10 in nicht näher dargestell­ ter Weise entsprechende Kontakt- und Halteelemente für die elektrische und mechanische Verbindung der Lichtquelle mit dem Netz bzw. einem Lampengehäuse angebracht. Beispielsweise ist es möglich, den Träger 10 entgegen der Hauptabstrahlrichtung der Leuchtdioden 13 stabförmig zu verlängern, so daß der verlängerte Träger selbst zur Halterung der Licht­ quelle geeignet ist, und daran entsprechende Kontaktelemente vorzuse­ hen.

Die Kontakt- und Halteelemente können aber auch als Glühlampensockel ausgebildet sein, so daß die erfindungsgemäße Lichtquelle auf einfache Weise eine Glühfadenlampe ersetzen kann, ohne daß irgendwelche Ände­ rungen an dem Lampengehäuse, an dem die Lichtquelle angebracht wer­ den soll, vorgenommen werden müßten. Im Träger 10 und/oder im Glüh­ lampensockel ist dabei ein Vorschaltgerät untergebracht, das einen Schaltkreis zur Anpassung der Versorgungsspannung an die von den Leuchtdioden benötigten Spannung umfaßt.

Bei entsprechender Versorgungsspannung kann gegebenenfalls auf ein Vorschaltgerät oder dergleichen verzichtet werden.

Die zweite Montagefläche 12 kann entweder von der umfangsmäßigen Mantelfläche einer Kugelschicht oder eines Kegelstumpfs gebildet sein, so daß die Hauptabstrahlrichtungen R_a der zweiten Leuchtdioden 14 sich al­ le in einem Punkt schneiden und damit einen Kegelmantel, vorzugsweise den Mantel eines geraden Kreiskegels festlegen. Innerhalb dieses von den ringförmig angeordneten zweiten Leuchtdioden 14 erzeugten Kegelman­ tels sind die ersten Leuchtdioden so angeordnet, daß ihre Hauptabstrahl­ richtung R_a in Richtung der Kegelachse liegen. Vorzugsweise liegen die er­ sten Leuchtdioden symmetrisch zur Kegelachse, die im dargestellten Aus­ führungsbeispiel mit der Hauptabstrahlrichtung R_a der mittleren ersten Leuchtdiode 13 zusammenfällt.

Gemäß Fig. 3, die eine besonders bevorzugte Anwendung der erfindungs­ gemäßen Lichtquelle zusammen mit einer Abbildeoptik zeigt, ist die Licht­ quelle so in einem Parabolspiegel 15 angeordnet, daß die Spitze des von den Hauptabstrahlrichtungen R_a festgelegten Kegels im wesentlichen im Brennpunkt des Parabolspiegels 15 liegt. Dementsprechend wird das von den zweiten Leuchtdioden 14 keulenförmig abgestrahlte Licht so vom Pa­ rabolspiegel 15 reflektiert, daß die Hauptabstrahlrichtung R_a der keulen­ förmigen Abstrahlcharakteristik, also die zentrale Achse der Abstrahlkeu­ le parallel zur optischen Achse OA des Parabolspiegels 15 umgelenkt wird. Die ersten Leuchtdioden 13 strahlen ihr Licht ohne Beeinflussung durch den Parabolspiegel 15 parallel zu dessen optischer Achse OA aus.

Der Parabolspiegel 15 bildet also zusammen mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle einen Scheinwerfer, wobei vorzugsweise die ersten Leuchtdio­ den 13 eine stark gebündelte Abstrahlcharakteristik aufweisen, deren Öffnungshalbwinkel α im Bereich von 1° bis 5° liegt und insbesondere 2° beträgt. Im Gegensatz dazu weisen die zweiten Leuchtdioden 14 eine Ab­ strahlcharakteristik mit relativ großem Öffnungshalbwinkel β auf, der zweckmäßigerweise größer als 10° ist. Bei dem anhand von Fig. 3 darge­ stellten Ausführungsbeispiel beträgt der Öffnungshalbwinkel β der Ab­ strahlcharakteristiken der zweiten Leuchtdioden 14 ca. 20°.

In der Austrittsfläche E des Parabolspiegels 15 ergibt sich damit der in Fig. 4 dargestellte Lichteindruck. Die außenliegenden Kreise veranschau­ lichen die von den zweiten Leuchtdioden 14 erzeugten Lichtflecken 14' in­ nerhalb des Randes 15' des Parabolspiegels 15. Die Lichtflecken 14', also die Querschnitte der Abstrahlkeulen der zweiten Leuchtdioden 14 im Be­ reich der Austrittsfläche E des Parabolspiegels 15 überlappen sich dabei so, daß der Lichtfleck 14' einer Leuchtdiode 14 von den Lichtflecken 14' der rechts und links benachbarten Leuchtdioden 14 nahezu vollständig überlappt wird. Das von den Lichtflecken 14' nicht abgedeckte Zentrum der Austrittsfläche E wird von den in Richtung der optischen Achse OA des Parabolspiegels 15 abstrahlenden ersten Leuchtdioden 13 ausgeleuchtet, die Lichtflecken 13' erzeugen.

Die Fig. 4 zeigt dabei einen Anwendungsfall bei dem der Lichteindruck in der Austrittsebene E des Parabolspiegels 15 sehr gleichmäßig ist. Dabei wird jedoch die Scheinwerferwirkung geringfügig beeinträchtigt. Steht ge­ genüber der Gleichmäßigkeit des Lichteindrucks in der Fläche E des Para­ bolspiegels 15 die Scheinwerferwirkung im Vordergrund, so ist es zweck­ mäßig, für die zweiten Leuchtdioden 14 Abstrahlcharakteristiken zu wäh­ len, deren Öffnungshalbwinkel β zwar deutlich größer als der Öffnungs­ halbwinkel α der ersten Leuchtdioden 13 ist, der aber trotzdem noch ver­ hältnismäßig klein ist und beispielsweise zwischen 10° und 15° beträgt. Es ergibt sich dann z. B. ein Lichteindruck, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.

Für den Einsatz in Signalleuchten, bei denen die Farbumschaltung mit Hilfe von einem vor dem Parabolspiegel 15 angeordneten Farbfilter (nicht dargestellt) erfolgt, werden sowohl die ersten als auch die zweiten Leucht­ dioden von Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe gebildet. Wobei die Leuchtdioden 13, 14 jeweils farblich abwechselnd angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, sowohl für die ersten als auch für die zweiten Leucht­ dioden 13, 14 Leuchtdioden einzusetzen, die nahezu weißes Licht abstrah­ len, solange die spektrale Zusammensetzung des Lichts mit den verwende­ ten Filterscheiben korrespondiert.

Um die erfindungsgemäße Lichtquelle noch besser für den Einsatz in ei­ nem Scheinwerfer mit hoher Lichtwirkung auszugestalten, kann in nicht näher dargestellter Weise vorgesehen sein, daß eine zweite Gruppe von er­ sten Leuchtdioden vorgesehen ist, die ringförmig außerhalb des Rings der zweiten Leuchtdioden 14 vorgesehen ist. Auf diese Weise läßt sich der in Fig. 5 zu erkennende Zwischenraum zwischen den Lichtflecken 13' der ersten inneren Leuchtdioden 13 und den Lichtflecken 14' der zweiten Leuchtdioden 14 mit weiteren Lichtflecken ausfüllen.

Claims (16)

1. Lichtquelle, insbesondere für Signalleuchten für den Eisenbahnver­ kehr, mit

• 1. ersten Leuchtdioden (13), deren Hauptabstrahlrichtungen (R_a) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Hauptabstrahlrichtung festlegen, sowie
• 2. zweiten Leuchtdioden (14), deren Hauptabstrahlrichtungen (R_a) gegenüber der gemeinsamen Hauptabstrahlrichtung der ersten Leucht­ dioden (13) so geneigt sind, daß ihre Hauptabstrahlrichtungen (R_a) eine Mantelfläche eines Kegels festlegen.

2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei­ ten Leuchtdioden (14) so angeordnet sind, daß ihre Hauptabstrahlrich­ tungen (R_a) eine Mantelfläche eines geraden Kreiskegels festlegen.

3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse des Kreiskegels im wesentlichen parallel zur Hauptab­ strahlrichtung (R_a) der ersten Leuchtdioden (13) ist und daß die ersten Leuchtdioden (13) in Richtung der Hauptachse des Kreiskegels gesehen im wesentlichen symmetrisch um diese Hauptachse angeordnet sind.

4. Lichtquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Leuchtdioden (14) einen Ring bilden, der zumindest einen Teil der ersten Leuchtdioden (13) einschließt.

5. Lichtquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß alle ersten und alle zweiten Leuchtdioden (13, 14) un­ tereinander die gleiche Abstrahlcharakteristik aufweisen.

6. Lichtquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten Leuchtdioden (13) eine andere Abstrahlcha­ rakteristik aufweisen als die zweiten Leuchtdioden (14).

7. Lichtquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungshalbwinkel (α) der Abstrahlcharakteristik der ersten Leuchtdio­ den (13) kleiner ist als der Öffnungshalbwinkel (β) der Abstrahlcharakteri­ stik der zweiten Leuchtdioden (14).

8. Lichtquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ersten und zweiten Leuchtdioden (13, 14) jeweils von Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe gebildet werden.

9. Lichtquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leuchtdioden (13, 14) auf einem Träger (10) ange­ ordnet sind, der eine ebene Montagefläche (11) für die ersten Leuchtdioden (13) und eine gegenüber der ebenen Montagefläche (11) geneigte, vorzugs­ weise rotationssymmetrische Montagefläche (12) für die zweiten Leucht­ dioden (14) aufweist.

10. Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Montagefläche (11) symmetrisch zur Rotationssymmetrieachse der geneigten Montagefläche (12) liegt.

11. Lichtquelle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Montagefläche (12) eine Kegelstumpfmantelfläche ist.

12. Lichtquelle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Montagefläche (12) sphärisch ist.

13. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Montagefläche (12) die ebene Montagefläche (11) ringförmig umgibt.

14. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) mit einem Glühlampensockel für den elektrischen An­ schluß der Leuchtdioden (13, 14) versehen ist.

15. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) entgegen der Hauptabstrahlrichtung der ersten Leuchtdio­ den (13) derart verlängert ist, daß er unmittelbar zur Halterung geeignet ist.

16. Lichtquelle nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung der Netzspannung an die Betriebsspannung der Leuchtdioden (13, 14) ein Vorschaltgerät im Glühlampensockel und/oder im Träger (10) untergebracht ist.