DE60126449T2

DE60126449T2 - Festkörper Lichtquelle Anordnung

Info

Publication number: DE60126449T2
Application number: DE60126449T
Authority: DE
Inventors: Dr. Timothy George Kirkby in Furness Bushell; Michael Christopher Ulverston Worgan
Original assignee: Oxley Developments Co Ltd
Current assignee: Oxley Developments Co Ltd
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: GB0015898D0; DE60126449D1; EP1168902A3; EP1168902A2; US6568833B2; ATE353540T1; US20020071275A1; EP1168902B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Festkörperlampen.
Konventionelle Glühlampen werden zunehmend durch Festkörperlampen, insbesondere Leuchtdioden (LEDs) ersetzt, die wesentlich die Zuverlässigkeit erhöht und Wartungskosten gesenkt haben. Dies ist traditionell auf Kosten von Helligkeit und von auf rot, grün und gelb beschränkte Farben geschehen, aber die neusten Technologien ermöglichen jetzt, dass LEDs in viel mehr Anwendungen wettbewerbsfähig sind, in denen konventionell Glühlampenbirnen mit gefärbten Filtern verwendet werden.
Nichtsdestoweniger beinhaltet die Verwendung von LEDs zum Ersetzen von Glühbirnen sorgfältigen optischen Entwurf, nicht zuletzt, da das von dem Festkörperchip emittierte Licht direktional ist, und zum Ermöglichen, dass es den Chip (in dem es erzeugt wird) ohne Reflektion an der Innenfläche des Chips verlässt, muss der Chip mit einem transparenten Kunststoff mit hohem Brechungsindex überzogen werden, der vorzugsweise in Form einer Linse vorliegt und der wärmekompatibel mit dem Chip, Drahtbonden und den Verbindungsleitungen ist.
Sorgfältiger Entwurf dieser Art hat Verwendung von LEDs in Anwendungen wie zum Beispiel Autorücklichtern, Ampeln und den meisten elektronischen Geräten zugelassen.
In diesen Anwendungen wird das Licht in einem relativ schmalen Strahl emittiert und daher können Helligkeitsanforderungen mit konventionellen LEDs erfüllt werden, die durch konventionelle Mittel angebracht werden.
Bei Flugzeugbeleuchtung wird das Polarmuster des Lichts durch Behörden wie zum Beispiel die Civil Aviation Authority (GB, Zivile Luftfahrtsbehörde) oder die Federal Aviation Authority (USA, Bundesluftfahrtsbehörde) vorgeschrieben. Das Polarlichtmuster ist wichtig für die Navigations- und Formationslampen, da diese benachbarten Flugzeugen die relative Position der Flugzeuge zueinander anzeigen sollen, um Fliegen in der Nacht zu vereinfachen. Navigations- und Formationslampen sind an Flügelspitzen, Lufteinlassen und anderen markanten Teilen des Flugzeugs vorgesehen.
Nachtflug wird weiter durch die Verwendung von Nachtsichtgeräten (NVG) vereinfacht, die die niedrigen Pegel von Infrarotlicht in der Nachtszene verstärken und dem Piloten das resultierende Bild darbieten. Vorteilhaft sollte Flugzeugaußenbeleuchtung praktisch infrarotfrei sein, so dass die Sichtgeräte eines benachbarten Piloten nicht blind gestaltet werden, was verhindern würde, dass das Infrarotlicht viel niedrigerer Intensität von der Nachtszene sichtbar ist und somit das Flugzeug gefährdet wird. Dieser Beleuchtungstyp wird als nachtsichtgerätfreundlich bezeichnet.
Dies kann mit konventionellen Glühbirnen durch die Verwendung von optischen Filtern erreicht werden (siehe zum Beispiel das eigene US-Patent 6011493 des Anmelders).
Aufgrund der Art von Lichterzeugung in LEDs hat die Lichtausgabe ein relativ scharfes Spektrum und insbesondere, anders als die "Schwarzkörper-"Strahlung (gemäß dem Wienschen Gesetz) von einem heißen Glühfaden, können LEDs ausgewählt werden, die sehr wenig Infrarotstrahlung emittieren, was sie besonders geeignet für die Außenbeleuchtung von nachtsichtgerätfreundlichen Flugzeugen gestaltet. Vorausgesetzt, dass das Polarlichtmuster und die richtige Farbe und Helligkeit erreicht werden können, bietet die reduzierte Wartung und erhöhte Zuverlässigkeit von LEDs bedeutende Vorteile für ihren Gebrauch auf der Außenseite eines Flugzeugs.
In geheimen Militäroperationen ist es erforderlich, die sichtbaren Lampen auszuschalten und nur mit Infrarotemittern (relativ niedriger Intensität) an der Außenfläche des Flugszeugs zu arbeiten, um mit Nachtsichtgeräten ausgerüstete Piloten in die Lage zu versetzen, benachbarte Flugzeug zu "sehen". Um dies zu erreichen, können infrarotemittierende LEDs relativ einfach mit den sichtbaren LEDs eingebaut werden, da sie ähnliche Stromanforderungen verwenden und physikalisch ähnlich sind. Wiederum ist es wichtig, dass das Polarlichtmuster von den Infrarot-LEDs besonders konfiguriert ist, wobei die Anforderung darin besteht, die relativen Raumpositionen der Flugzeuge in Bezug zueinander jedoch nicht für Beobachter mit Nachtschichtgerät am Boden zu kennzeichnen. Typischerweise sind Infrarot-Polarlichtmuster derart, dass sie Infrarotemissionen unter der Ebene minimieren, in der das Flugzeug fliegt (als "unter der Wasserlinie" bezeichnet). Somit sind sowohl die Polarlichtmuster der LEDs (in Übereinstimmung mit CAA/FAA-Vorschriften) als auch der IR-LEDs (für Geheimoperationen) wichtig und unterscheiden sich im allgemeinen Sinne, und sie müssen durch sorgfältigen Entwurf der LED-Baugruppe und ihrer Anbringung optimiert werden, wobei auch festgestellt wird, dass die LEDs und die IR-LEDs allgemein verschiedene transparente Linsenabdeckungen (ihre Primäreinkapselung) aufweisen.
Ein anderes, bei Festkörperlampenentwurf anzusprechendes Problem ist das der Ableitung von Wärme von Festkörperemittern hoher Helligkeit (und folglich hoher Leistung).
Existierende Festkörperlampen sind typischerweise an Glühlampenkonfigurationen modelliert werden, die röhrenförmige Körper (wie für eine Standardbajonettarmatur erforderlich) mit einem Schaltsystem und einer gedruckten Leiterplatte aufweisen, die die innerhalb des Körpers angebrachten LEDs trägt.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Lampe geschaffen, die einen Sockel zum Anbringen der Lampe, ein von dem Sockel hochstehendes Gehäuse, eine Leiterplatte, die auf einer Außenfläche des Gehäuses angebracht ist, und mindestens einen Festkörperemitter aufweist, der auf der Leiterplatte angebracht ist.
Die Anordnung kann hinsichtlich ihrer Konstruktion einfach sein, während sie die Anforderungen für Wärmeableitung und Polarlichtmuster erfüllt.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Wärmesenke auf. Die Wärmesenke kann integriert mit dem Gehäuse ausgebildet sein. Es ist besonders bevorzugt, dass die Leiterplatte auf einer Frontfläche des Gehäuses angebracht ist und die Wärmesenke von einer Rückseite des Gehäuses vorsteht.
Noch stärker bevorzugt weist die Wärmesenke einen Satz von Rippen auf, die von der Rückseite des Gehäuses vorstehen.
Die Lampe weist vorzugsweise einen Reflektor oder eine Ablenkplatte angrenzend an den (die) Festkörperemitter auf. Dies ist vorteilhaft beim Sicherstellen, dass das benötigte Polarlichtmuster erreicht wird. Der Reflektor oder die Ablenkplatte weist vorzugsweise eine Oberfläche auf, die an den (die) Festkörperemitter angrenzt und einen Winkel, am stärksten bevorzugt einen spitzen oder rechten Winkel, mit dem Teil der den (die) Emitter tragenden Leiterplatte bildet.
Es ist besonders vorteilhaft, dass der Reflektor oder die Ablenkplatte auf der Leiterplatte angebracht ist. Zu diesem Zweck kann der Reflektor abgewinkelt sein, um einen Reflektor/Ablenkplattenteil und einen Teil zum Anbringen an der Leiterplatte bereitzustellen.
Der Sockel ist vorzugsweise mit Mitteln zum Anschluss an die Stromversorgung versehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sockel als eine Bajonettarmatur ausgebildet. Folglich kann diese Ausführungsform eine Glühbirne mit Bajonettarmatur ersetzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sockel eine Grundfläche auf, auf der die Lampe in Gebrauch lagert. In einer solchen Ausführungsform kann der Sockel angepasst sein, um in Position geschraubt zu werden. Dies kann durch Vorsehen von Löchern zur Aufnahme eines Paars von Anschlussstiften erfolgen, durch die die Lampe an eine Stromversorgung angeschlossen werden kann.
Durch Ermöglichen, dass die potentiell unzuverlässige Bajonettarmatur (ursprünglich zur einfachen Auswechselung der weniger zuverlässigen und schwingungsempfindlichen Glühbirnen entworfen) weggelassen wird, erlaubt diese Anordnung eine Verbesserung der Zuverlässigkeit.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Leiterplatte zu einer Einbauachse des Sockels geneigt ist. Dies kann wiederum die Bereitstellung eines benötigten Polarlichtmusters unterstützen.
Die Einbauachse ist die Achse des Bajonettarmaturkörpers (in diese Armatur aufweisenden Ausführungsformen) oder ist senkrecht zu der Grundfläche der Lampe (in dieses Merkmal aufweisenden Ausführungsformen).
Es ist besonders bevorzugt, dass die Leiterplatte entfernbar an dem Gehäuse angebracht ist. Zu diesem Zweck können das Gehäuse und die Leiterplatte mit jeweiligen Kontakten versehen sein, die zum Bilden eines Schaltkreises für die Stromversorgung nach Anbringung der Leiterplatte an dem Gehäuse angeordnet sind. Die Kontakte können einen Steckkontakt entweder auf der Leiterplatte oder dem Gehäuse und eine Buchse zum Aufnehmen des Steckkontakts auf der bzw. dem anderen der Leiterplatte und des Gehäuses aufweisen.
Das Gehäuse kann mit Mitteln versehen sein, die einen Kanal zur Aufnahme einer Kante der Leiterplatte begrenzen. Eine Kante wenigstens der Platte kann dadurch an das Gehäuse in einer Weise gekoppelt werden, die sehr schnelles Entkoppeln zulässt.
Es sollen nun bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 und 2 ein Seiten- bzw. Frontaufriss einer die vorliegende Erfindung verkörpernden ersten Flugzeuglampe sind;
3 ein Seitenaufriss ist, der 1 entspricht, jedoch in einem größeren Maßstab; und
4 ein Seitenaufriss einer die vorliegende Erfindung verkörpernden zweiten Flugzeuglampe ist.
Beide dargestellten Lampen sind zur Anbringung innerhalb einer Flugzeugaußenlampenbaugruppe bestimmt. Beide können anstelle von Glühbirnen verwendet werden.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsform weist einen Sockel in Form eines Einbaublocks 2 auf. Elektrische Stromversorgung erfolgt über ein Paar mit Gewinde versehene Anschlussstiften (von denen einer bei 4 zu sehen ist), die Schraubenmuttern 6 tragen. Der Einbaublock 2 wird typischerweise an eine vom Flugzeug getragene Lampenbaugruppe geschraubt, die Ableitung von Wärme durch die Lampenbaugruppe zum Flugzeug zulässt.
An dem Einbaublock 2 befindet sich ein Gehäuse 8, das zum Anbringen einer gedruckten Leiterplatten-(PCB)Baugruppe 10 dient. Die PCB-Baugruppe 10, die eine PCB 11 aufweist, wird auf einer Frontfläche des Gehäuses angebracht, die in der Ausführungsform der 1 bis 3 senkrecht zu einer Grundfläche 12 des Einbaublocks ist. In alternativen Ausführungsformen sind die Frontfläche des Gehäuses und folglich die PCB-Baugruppe jedoch nach hinten geneigt (d. h. das untere Ende der PCB befindet sich weiter vorne als das obere Ende), um ein benötigtes Polarlichtmuster bereitzustellen.
Entlang einer unteren Kante des Gehäuses 8 verläuft eine Halteklammer 14 mit einer nach oben vorstehenden Lippe 16, die einen Kanal zum Aufnehmen der unteren Kante der PCB 11 bildet. Der obere Bereich der PCB wird an dem Gehäuse durch Befestigungsschrauben 18 befestigt.
Auf diese Weise wird die PCB-Baugruppe 10 entfernbar an dem Gehäuse angebracht.
1 zeigt die PCB-Baugruppe sowohl an richtiger Stelle als auch, bei 13, von dem Gehäuse entfernt.
Elektrische Verbindungen werden von den beiden Anschlussstiften 4 entlang dem Gehäuse 8 zu jeweiligen am Gehäuse angebrachten elektrischen Buchseneinrichtungen ausgebildet, von denen eine bei 20 zu sehen ist. Diese sind zum Aufnehmen von an der PCB angebrachten elektrischen Kontaktstiften positioniert, von denen einer bei 22 zu sehen ist, der von der Rückfläche der PCB vorsteht. Die Stifte/Buchsen können äußerst zuverlässige Gegenstände sein, die zur gelegentlichen Verwendung für Militärstandards konfiguriert sind. Die Stifte 22 werden durch PCB-Spuren an die LEDs 24, 26 angeschlossen.
In 2 ist zu sehen, dass die Frontfläche der PCB 11 eine Gruppe von LEDs trägt. In der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform schließen diese sowohl Infrarot-LEDs 26 als auch LEDs 24 mit sichtbarem Licht ein. In anderen Ausführungsformen kann ein Typ oder der andere Typ vorliegen. Die LEDs 26, 24 des Infrarot- und sichtbaren Bereichs werden getrennt angeschlossen, was Umschalten zwischen den beiden zulässt, und können in Reihe oder parallel oder eine Kombination daraus abhängig von Faktoren angeschlossen sein, die die in dem Flugzeug verfügbare Spannung einschließen (z. B. 28 V DC oder 115 V AC bei 400 Hz). Eine geeignete Anordnung kann die Fähigkeit bereitstellen, einfach zu prüfen, ob eine LED ausgefallen ist, wenn sich diese in einer Reihenkette befindet, die für das Auge sichtbar gestaltet, was ansonsten durch andere LEDs in der Gruppe maskiert werden könnte.
Regelung von Strom zu den LEDs und Umschalten zwischen sichtbaren und Infrarotquellen können durch ein an der PCB angebrachtes Schaltsystem erreicht werden. In der dargestellten Ausführungsform enthält ein Block 28 einen Mikroprozessor für beide dieser Funktionen.
An der Frontfläche der PCB 11 ist ein Reflektor 30 befestigt. In der dargestellten exemplarischen Ausführungsform nimmt dieser die Form einer Winkelplatte an, deren erster Teil 32 auf der PCB 11 lagert und an diese gekoppelt ist, und deren zweiter, Reflektorteil 34 von der PCB vorsteht und die benötigte reflektierende Oberfläche 36 bereitstellt, die in der dargestellten exemplarischen Ausführungsform einen spitzen Winkel mit dem die LEDs 24, 26 tragenden Teil der PCB 11 bildet.
Die Ausrichtung der PCB 11, die Form des Reflektors 30 und die Positionierung und Eigenschaften der LEDs selbst tragen alle zur Lieferung des benötigten Polarlichtmusters bei.
Eine Wärmesenke 38 ist auf der Rückseite des Gehäuses 8 vorgesehen. In dem dargestellten Beispiel nimmt die Wärmesenke die Form eines Satzes von Rippen an, die integriert mit dem Gehäuse 8 ausgebildet sind und nach hinten von diesem vorstehen. Die PCB 11 weist eine wärmeleitfähige gedruckte Leiterplatte auf, um eine Route für Wärmeleitung von den LEDs bereitzustellen.
Während die 1 bis 3 eine Lampe betreffen, die an richtige Stelle geschraubt wird, stellt 4 eine Lampe 100 mit einem Sockel in Form einer Bajonettarmatur 102 mit einem untersten Kontakt 103 und einem Paar von Ausrichtansätzen 105 dar, die auch als Kontakte dienen. Die Armatur ist in einer Standardlampenfassung aufzunehmen, die Austauschen der Lampe 100 gegen eine existierende Glühbirne ohne Ersetzung oder Entfernung der Fassung zulässt.
Die Lampe weist eine PCB-Baugruppe 110 auf, die in ähnlicher Weise wie die der ersten beschriebenen Ausführungsform ausgebildet wird und wiederum LEDs 124, 126 angrenzend an einen Reflektor 130 aufweist.
In der Ausführungsform von 4 ist die PCB-Baugruppe 110 in Bezug zu der Achse der Bajonettarmatur geneigt, um ein benötigtes Polarlichtmuster bereitzustellen.
Die PCB-Baugruppe 110 wird an einem Gehäuse 108 angebracht, das eine integriert ausgebildete, nach hinten vorstehende Wärmesenke 138 aufweist.
Die Anbringung der PCB verwendet keine Klemme wie in der Ausführungsform der 1 bis 3.

Claims

Lampe, die einen Sockel (2, 102) zum Anbringen der Lampe, ein von dem Sockel hochstehendes Gehäuse (8, 108), eine Leiterplatte (11, 110), die auf einer Außenfläche des Gehäuses angebracht ist, und mindestens einen Festkörperemitter (24, 26, 124, 126) aufweist, der auf der Leiterplatte angebracht ist.
Lampe nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse eine Wärmesenke (38, 138) aufweist.
Lampe nach Anspruch 2, bei der die Wärmesenke integriert mit dem Gehäuse ausgebildet ist.
Lampe nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der die Leiterplatte auf einer Frontfläche des Gehäuses angebracht ist und die Wärmesenke von einer Rückfläche des Gehäuses vorsteht.
Lampe nach Anspruch 4, bei der die Wärmesenke einen Satz von Rippen aufweist, die von der Rückseite des Gehäuses vorstehen.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, die weiter einen Reflektor oder eine Ablenkplatte (34, 130) angrenzend an den Festkörperlichtemitter aufweist.
Lampe nach Anspruch 6, bei der der Reflektor oder die Ablenkplatte eine Oberfläche aufweist, die an den Festkörperlichtemitter angrenzt und einen spitzen oder rechten Winkel mit dem Teil der den Emitter tragenden Leiterplatte bildet.
Lampe nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei der der Reflektor oder die Ablenkplatte auf der Leiterplatte angebracht ist.
Lampe nach Anspruch 8, bei der der Reflektor oder die Ablenkplatte abgewinkelt ist, um einen Reflektor/Ablenkplattenteil (34) und einen Teil (32) zum Anbringen an der Leiterplatte bereitzustellen.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, die mit Mitteln (4, 103, 105) zum Anschluss an eine Stromversorgung versehen ist.
Lampe nach Anspruch 10, bei der der Sockel eine Bajonettarmatur (102) aufweist.
Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Sockel eine Grundfläche, auf der die Lampe nach Anbringung lagert, und Löcher für Anschlussstifte aufweist, durch die die Lampe an eine Stromversorgung angeschlossen wird.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Leiterplatte zu einer Einbauachse des Sockels geneigt ist.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die Leiterplatte entfernbar an dem Gehäuse angebracht ist.
Lampe nach Anspruch 14, bei der die Leiterplatte mit Kontakten (22) versehen ist, die zur Bildung eines Schaltkreises für die Stromversorgung nach Anbringung der Leiterplatte an dem Sockel angeordnet sind.
Lampe nach Anspruch 15, die einen Steckkontakt (22) entweder auf der Leiterplatte oder dem Gehäuse und eine Buchse (20) zum Aufnehmen des Steckkontakts auf der bzw. dem anderen der Leiterplatte und des Gehäuses aufweist.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Gehäuse mit Mitteln (14, 16) versehen ist, die einen Kanal zur Aufnahme einer Kante der Leiterplatte begrenzen.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, die eine Flugzeuglampe darstellt.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, die nachtsichtgerätfreundlich ist.
Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der Festkörperemitter (24, 26, 124, 126) sowohl des IR- als auch des sichtbaren Bereichs auf der Leiterplatte angebracht und getrennt angeschlossen sind, was Umschalten zwischen den beiden zulässt.