EP2431252B1 - LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder Scheinwerfer - Google Patents

LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder Scheinwerfer Download PDF

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EP2431252B1
EP2431252B1 EP11182073.4A EP11182073A EP2431252B1 EP 2431252 B1 EP2431252 B1 EP 2431252B1 EP 11182073 A EP11182073 A EP 11182073A EP 2431252 B1 EP2431252 B1 EP 2431252B1
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EP
European Patent Office
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color
power
led
light
leds
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EP11182073.4A
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EP2431252A2 (de
EP2431252A3 (de
Inventor
Werner Krause
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Schaltbau Refurbishment GmbH
Original Assignee
Schaltbau Refurbishment GmbH
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Publication date
Application filed by Schaltbau Refurbishment GmbH filed Critical Schaltbau Refurbishment GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/02—Head or tail indicators, e.g. light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1827—Daylight signals using light sources of different colours and a common optical system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses

Definitions

  • the invention relates to a light-emitting diode lamp (LED light), in particular for rail vehicles, in particular a lamp that can be used as a headlight, as a tail light and / or headlights.
  • LED light light-emitting diode lamp
  • the invention also relates to a rail vehicle with such a lamp.
  • signal lights and headlights In the field of the invention a variety of signal lights and headlights are known. In rail vehicles signal lights usually do not function as a headlight, so do not serve to illuminate the track, but to make the vehicle easily perceivable for third parties. Accordingly, signal lights must have the most uniform possible illumination, usually light levels of 600 - 700 cd are required. Track lights for rail vehicles typically have light intensities in the range of 12,000 - 16,000 cd.
  • a known type of signal lights for rail vehicles comprises a conventional incandescent or halogen lamp as a light source and a colored lens, which also serves as a color filter. Peak lights are usually white or yellow, while tail lights are usually red, although country-specific colors may also be provided, e.g. blue or green.
  • signal lights are also known, which are equipped with colored bulbs and can be used without color filter both as a top and as tail light.
  • Signal lights for rail vehicles are usually not only in the direction of travel requires a homogeneous and highly visible light distribution, but it is also required by customers that the emitted light when the signal light is used as a headlight, even from an angle of 45 ° transverse to the direction of travel well visible and homogeneously distributed. For use as tail light, the light must be clearly visible from the rear only in the direction of travel.
  • LEDs are increasingly used as a light source for signal lights. As you know, LEDs are characterized by a smaller installation depth, lower energy consumption and a longer service life, but they also have a smaller beam angle compared to other light sources.
  • LED signal lights In order to achieve the intensity and distribution of light bulbs, known LED signal lights use many LEDs (up to several hundred with two-color lights). Nevertheless, the beam angle of the signal light remains quite narrow and does not readily meet the customer's demands on the light distribution at an angle of 45 ° transverse to the direction of travel, so that working with partially complex optical systems of lenses and lenses.
  • an additional optical element for directing a portion of the light in the desired direction of 45 ° to the direction of travel only partially overcomes the above-mentioned disadvantages.
  • the use of an additional element increases the mounting depth, which is particularly problematic for rail vehicles, and requires a high installation and thus cost.
  • LED lights Another problem with the known LED lights is often referred to as "pixelated" and not desired by customers look, in which the individual LEDs are perceived as points of light. Such an appearance results in particular in so-called.
  • Combi lights with many LEDs in which the LEDs both in a headlight operation and - dimmed - can be operated in a signal light mode.
  • a traffic light signal beacon in which a number of high power LEDs are grouped around the optical axis of the beacon.
  • a similar optical component is from the US 2006/0056185 A1 known.
  • Out FR 2 814 219 A1 is a LED headlight known.
  • the invention has for its object to provide an LED light, in particular a deployable as a signal light and / or headlights, especially for rail vehicles lamp, which not only allows the customer's demands on the light distribution with few commonly referred to as high-power LEDs To meet LEDs and thus drastically reduce the number of LEDs required, the optical system used for light distribution to be produced inexpensively and with low installation costs, but it also makes it possible with a lamp different colored signals or a colored signal and white spotlight to create.
  • the object is achieved by an LED lamp with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
  • the independent claim 10 relates to a rail vehicle which is equipped with at least one LED lamp according to the invention. Further details and advantages of the invention will become apparent from the following purely exemplary and non-limiting description of an embodiment in conjunction with the drawings.
  • Fig. 1 are shown very schematically important elements of an LED lamp according to the invention, namely arranged on a common board 10 high-power LEDs 12, 12 'and 12 "of a first color, especially white, in this embodiment, two more high-power LEDs 14 and 14' another color, for example red, are provided on the circuit board 10.
  • a substantially flat, disc-shaped optical component 16 is arranged above the circuit board 10 in the drawing.
  • the optical component 16 has two substantially mutually parallel sides 18 and 20 and an optical axis indicated by the dashed line 22.
  • LEDs 12, 12 ', 12 "form an LED string and may be connected in series as well as in parallel.”
  • the LEDs used herein are so-called high power LEDs.”
  • High performance LEDs differ from ordinary LEDs in that They can be operated with higher currents (higher than 20 mA) and thus can emit light with a higher light intensity than ordinary LEDs.
  • breakoverthyristors which can be connected in parallel to each high-power LED and then take over the power in case of failure of one of the LEDs.
  • the main emission directions of the three high-power LEDs 12, 12 'and 12 extendend substantially parallel to the optical axis 22 of the optical component 16, the first high-power LED 12 being arranged on the optical axis 22.
  • the two other high-power LEDs 12' , 12 are arranged laterally next to the first high-power LED 12 arranged on the optical axis 22 such that light is emitted at an angle of approximately 45 ° to the optical axis with a light intensity which is approximately 3-10%, preferably approximately 5%.
  • the optical component 16 preferably consists of polycarbonate with a side 18 provided with a Fresnel lens structure and a side 20 provided with a scattering structure.
  • the side 18 of the optical component 16 provided with the Fresnel lens structure is preferably microstructured, since microstructured Fresnel lenses have a higher transmittance than usual Own Fresnel lenses.
  • the side 20 of the optical component 16 provided with the scattering structure can have a large number of cylindrical lens elements or micro-recesses, which are preferably arranged in strip form with one another and contribute to the generation of the desired signal image. If the cylindrical lens elements or micro-recesses are arranged in strips like one another, the arrangement is preferably made such that the strips in the intended mounting state of the luminaire are parallel to each other and substantially vertical run. In this case, the structuring is preferably so fine that it can be recognized only under magnification and in normal view, only a frosted glass effect is recognizable.
  • the optical component forms a projection lens with the Fresnel lens structure, wherein the lens preferably has a spherical area and an aspherical area surrounding the spherical area in the vicinity of the optical axis.
  • the main emission directions of the LEDs 12 'and 12 "then run through the aspherical region, while the main emission directions of the high-power LEDs 12, 14 and 14' extend through the spherical region of the optical component 16.
  • the LEDs 12, 12 'and 12 "of the first color can be operated in at least two, preferably three to four operating modes, in each of which different light intensities are emitted by the high-power LEDs.
  • Lighting fixtures that know functions such as signal light white, signal light dimmed white, headlights and headlights dimmed can take over.
  • the LEDs 14 and 14 'of the other color in at least two different operating modes are operable so that functions such as signal light red and signal light red dimmed by the lamp can be adopted.
  • the light of said LEDs can be directed so that - when installing the lamp in a rail vehicle - seen horizontally to the direction of travel, a beam angle of about 120 In the signal light function, the light intensity has a steady maximum of approximately 700 cd in an emission angle range of approximately 30 ° parallel to the direction of travel, whereby at an angle of 45 ° horizontally to the direction of travel light levels still reach between approximately 20 and 40 cd be without local maxima of light intensity occur.
  • the above-mentioned special embodiment of the lens has in addition to achieving the desired light distribution the advantageous side effect that neither the board 10 nor the LEDs are visible from the outside, neither in the off or in the switched-on state, which is desired by most customers for aesthetic reasons.
  • only one light is visible horizontally to the direction of travel, since the other is covered by the nose of the train
  • the lights are constructed in such a case that in addition to the high-power LED 12 only that of the high-power LEDs 12 'or 12 "available is responsible for the "outward" in the direction of travel radiating light.
  • the other high-performance LED which would be responsible for the "inward" seen in the direction of travel light radiating, can be omitted.
  • two high-power LEDs 14 and 14' of a second color, for example red are arranged, the main emission directions of which also run essentially parallel to the optical axis 22 LEDs 14 and 14 'are preferably arranged relatively close together to avoid the formation of two local maxima, typically LEDs 14 and 14' are spaced about 1-2 cm apart, and this particular arrangement of high power LEDs also will the light of the second strand radiated particularly evenly and is clearly visible from the outside.
  • the circuit board 10 is preferably formed as a metal core board and also carries a circuit, not shown, for the supply and control of the high-power LEDs.
  • the signal light may have other high-power LED strands of other colors.
  • the additional high-power LED strings each comprise two high-power LEDs 24 and 24 ', 26 and 26' and 28 and 28 ', which are arranged point-symmetrically to the main emission direction of the high-power LED 12'.
  • LEDs 24, 24 'of a third color, eg blue, but also LEDs 26 and 26' of a fourth color, eg green, and LEDs 28, 28 'of a fifth color are conceivable.
  • the LEDs 14 and 14 ' omitted when their color, eg red, of the LEDs 28 and 28' is realized, since the arrangement of the LEDs of the second and each further color above and below the defined by the LEDs of the first color line advantageously visible side maxima in avoids the horizontal light distribution.
  • the luminaire can be used in a modified form in other fields with similar problems, e.g. to solve certain lighting problems in buildings and facilities such. Ports and airports, but also seafarers and ships.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtdioden-Leuchte (LED-Leuchte) insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere eine Leuchte, die als Spitzenlicht, als Schlusslicht und/oder als Scheinwerfer eingesetzt werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Leuchte.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Auf dem Gebiet der Erfindung sind unterschiedlichste Signalleuchten und Scheinwerfer bekannt. Bei Schienenfahrzeugen haben Signalleuchten in der Regel nicht die Funktion eines Scheinwerfers, dienen also nicht dazu, den Fahrweg zu beleuchten, sondern sollen das Fahrzeug für Dritte leicht wahrnehmbar machen. Dementsprechend müssen Signalleuchten eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung besitzen, wobei üblicherweise Lichtstärken von 600 - 700 cd gefordert sind. Scheinwerfer für Schienenfahrzeuge besitzen typischerweise Lichtstärken im Bereich von 12.000 - 16.000 cd.
  • Ein bekannter Typ von Signalleuchten für Schienenfahrzeuge umfasst eine übliche Glüh- oder Halogenlampe als Leuchtmittel und eine farbige Linse, die gleichzeitig als Farbfilter dient. Spitzenlichter sind meist weiß oder gelb, während Schlusslichter meist rot sind, wobei länderspezifisch auch andere Farben vorgesehen sein können, z.B. blau oder grün. Daneben sind auch Signalleuchten bekannt, die mit farbigen Leuchtmitteln ausgestattet sind und ohne Farbfilter sowohl als Spitzen- als auch als Schlusslicht eingesetzt werden können.
  • Von Signalleuchten für Schienenfahrzeuge wird i.d.R. nicht nur in Fahrtrichtung eine homogene und gut sichtbare Lichtverteilung verlangt, sondern es wird seitens der Kunden zusätzlich gefordert, dass das abgestrahlte Licht, wenn die Signalleuchte als Spitzenlicht benutzt wird, auch aus einem Winkel von 45° quer zur Fahrtrichtung gut sichtbar und homogen verteilt ist. Für den Einsatz als Schlusslicht muss das Licht nur in Fahrtrichtung gesehen von hinten gut sichtbar sein.
  • Bei Signalleuchten mit klassischen Leuchtmitteln stellen diese Anforderungen kein Problem dar, da diese Leuchtmittel einen breiten Abstrahlwinkel besitzen. Mittlerweile werden jedoch vermehrt LEDs als Leuchtmittel für Signalleuchten eingesetzt. LEDs zeichnen sich bekanntlich durch eine geringere Einbautiefe, niedrigeren Energieverbrauch und eine längere Lebensdauer aus, besitzen aber auch im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln einen kleineren Abstrahlwinkel.
  • Um die Lichtstärke und -verteilung gewöhnlicher Leuchtmittel zu erreichen, werden bei bekannten LED-Signalleuchten sehr viele LEDs eingesetzt (bis zu mehreren hundert bei zweifarbigen Leuchten). Der Abstrahlwinkel der Signalleuchte bleibt aber trotzdem recht schmal und erfüllt nicht ohne weiteres die kundenseitig gestellten Anforderungen an die Lichtverteilung unter einem Winkel von 45° quer zur Fahrtrichtung, so dass mit teilweise aufwendigen optischen Systemen aus Linsen und Streuscheiben gearbeitet wird.
  • Aus der DE 10 2006 051 542 A1 ist eine LED-Signalleuchte bekannt, bei welcher jeder LED eine eigene Fresnellinse zugeordnet ist. Diese Leuchte besitzt jedoch einen relativ hohen Montageaufwand, da für jede LED eine entsprechende Linse eingebaut und justiert werden muss.
  • Die Verwendung eines zusätzlichen optischen Elements zur Lenkung eines Teils des Lichts in die gewünschte Richtung von 45° zur Fahrtrichtung überwindet die oben genannten Nachteile nur teilweise. Der Einsatz eines zusätzlichen Elements vergrößert die Einbautiefe, was insbesondere bei Schienenfahrzeugen problematisch ist, und erfordert einen hohen Montage- und damit Kostenaufwand.
  • Ein weiteres Problem bei den bekannten LED-Leuchten ist das oft als "pixelig" bezeichnete und von Kunden nicht gewünschte Aussehen, bei dem die einzelnen LEDs als Lichtpunkte wahrnehmbar sind. Ein solches Aussehen ergibt sich insbesondere bei sog. Kombileuchten mit vielen LEDs, bei denen die LEDs sowohl in einem Scheinwerferbetrieb als auch - abgedimmt - in einem Signallichtbetrieb betrieben werden können.
  • Aus der US 7,237,924 B2 ist eine Signalleuchte zum Beispiel für Verkehrsampeln bekannt, bei der eine Anzahl von Hochleistungs-LEDs um die optische Achse der Leuchte herum gruppiert sind. Ein optisches Bauelement in Form einer flachen Scheibe mit einer lichtverteilenden Struktur auf einer Seite der Scheibe und einer Fresnelschen Linsenstruktur auf der anderen Seite ist so angeordnet, dass die Fresnelschen Linsenstruktur den LEDs abgewandt ist. Ein ähnliches optisches Bauelement ist aus der US 2006/0056185 A1 bekannt. Aus FR 2 814 219 A1 ist ein LED-Scheinwerfer bekannt.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Leuchte, insbesondere eine als Signalleuchte und/oder als Scheinwerfer insbesondere für Schienenfahrzeuge einsetzbare Leuchte anzugeben, die es nicht nur erlaubt, die kundenseitig gestellten Anforderungen an die Lichtverteilung mit nur wenigen gemeinhin als Hochleistungs-LEDs bezeichneten LEDs zu erfüllen und damit die Anzahl der benötigten LEDs drastisch zu reduzieren, wobei das zur Lichtverteilung genutzte optische System kostengünstig herstellbar und mit geringem Montageaufwand einbaubar sein soll, sondern die es auch ermöglicht, mit einer Leuchte verschiedenfarbige Signale bzw. ein farbiges Signal und weißes Scheinwerferlicht zu erzeugen.
    Die Aufgabe wird von einer LED-Leuchte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der nebengeordnete Anspruch 10 betrifft ein Schienenfahrzeug, das mit wenigstens einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte ausgestattet ist.
    Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nichtbeschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • Fig. 1
    zeigt stark schematisiert auf einer Platine angeordnete Hochleistungs-LEDs und ein optisches Bauelement.
    Fig. 2
    zeigt ein mögliches Anordnungsschema der LEDs einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der Fig. 1 sind stark schematisiert wichtige Elemente einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte gezeigt, nämlich die auf einer gemeinsamen Platine 10 angeordneten Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" einer ersten Farbe, insbesondere weiß, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel zwei weitere Hochleistungs-LEDs 14 und 14' einer weiteren Farbe, z.B. rot, auf der Platine 10 vorgesehen sind.
    Ein im Wesentlichen flaches, scheibenförmiges optisches Bauelement 16 ist in der Zeichnung oberhalb der Platine 10 angeordnet. Das optische Bauelement 16 besitzt zwei im Wesentlichen zueinander parallele Seiten 18 und 20 sowie eine durch die strichpunktierte Linie 22 angedeutete optische Achse.
    Nicht gezeigt sind an sich bekannte Bauteile einer LED-Leuchte, wie z.B. eine entsprechende Abschlussscheibe, die zusammen mit entsprechenden Dichtungen und, je nach Einbausituation, gegebenenfalls notwendigen weiteren Gehäuseteilen, die Leuchte im montierten Zustand z.B. an einem Schienenfahrzeug nach außen abschließt.
    Die LEDs 12, 12', 12" bilden einen LED-Strang und können sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet sein. Bei den hier benutzten LEDs handelt es sich um sogenannte Hochleistungs-LEDs. Hochleistungs-LEDs unterscheiden sich von gewöhnlichen LEDs dadurch, dass sie mit höheren Strömen (höher als 20 mA) betrieben werden können und somit Licht mit einer höheren Lichtstärke als gewöhnliche LEDs abstrahlen können.
    Nicht gezeigt sind optional vorgesehene Breakoverthyristoren, die parallel zu jeder Hochleistungs-LED geschaltet sein können und dann beim Ausfall einer der LEDs den Strom übernehmen.
  • Die Hauptabstrahlrichtungen der drei Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" verlaufen im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 22 des optischen Bauelements 16, wobei die erste Hochleistungs-LED 12 auf der optischen Achse 22 angeordnet ist. Die beiden anderen Hochleistungs-LEDs 12', 12" sind derart seitlich neben der auf der optischen Achse 22 angeordneten ersten Hochleistungs-LED 12 angeordnet, dass Licht unter einem Winkel von etwa 45° zur optischen Achse mit einer Lichtstärke abgestrahlt wird, die etwa 3 - 10 %, vorzugsweise etwa 5 - 7 % der Lichtstärke des in Richtung der optischen Achse 22 abgestrahlten Lichts beträgt, wobei im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Signalleuchte an einem Fahrzeug die Hauptabstrahlrichtungen aller drei Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" und die optische Achse 22 in einer gemeinsamen, im wesentlichen horizontalen Ebene liegen. Damit werden die von den meisten Schienenfahrzeugbetreibern gestellten Anforderungen an die Erkennbarkeit eines Signallichts unter einem Winkel von etwa 45° zur Fahrtrichtung erfüllt.
  • Das optische Bauelement 16 besteht vorzugsweise aus Polycarbonat mit einer mit einer Fresnelschen Linsenstruktur versehenen Seite 18 und einer mit einer Streustruktur versehenen Seite 20. Die mit der Fresnelschen Linsenstruktur versehene Seite 18 des optischen Bauelements 16 ist vorzugsweise mikrostrukturiert, da mikrostrukturierte Fresnellinsen einen höheren Transmissionsgrad als gewöhnliche Fresnellinsen besitzen.
  • Die mit der Streustruktur versehene Seite 20 des optischen Bauelements 16 kann eine Vielzahl von Zylinderlinsenelementen oder Mikrovertiefungen aufweisen, die vorzugsweise streifenförmig untereinander angeordnet sind und zur Erzeugung des gewünschten Signalbildes beitragen. Sind die Zylinderlinsenelemente oder Mikrovertiefungen streifenartig untereinander angeordnet, wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass die Streifen im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Leuchte parallel zueinander und im Wesentlichen vertikal verlaufen. Dabei ist die Strukturierung vorzugsweise so fein, dass sie nur unter Vergrößerung erkannt werden kann und bei normaler Betrachtung lediglich ein Milchglaseffekt erkennbar ist.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass sich ein besonders gleichmäßiges Signalbild dann ergibt, wenn die mit der Streustruktur versehene Seite 20 des optischen Bauelements 16 den Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" zugewandt und die mit der Fresnelschen Linsenstruktur versehene Seite 18 des optischen Bauelements 16 den Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" abgewandt ist. Es ist auch möglich, das optische Bauelement gerade andersherum, also mit der Streustruktur auf der den LEDs abgewandten Seite zu verbauen, jedoch zeigt das Signalbild dann Nebenmaxima, was nicht gewünscht ist.
  • Das optische Bauelement bildet mit der Fresnelschen Linsenstruktur eine Projektionslinse, wobei die Linse vorzugsweise in der Umgebung der optischen Achse einen sphärischen Bereich und einen den sphärischen Bereich umgebenden asphärischen Bereich besitzt. Die Hauptabstrahlrichtungen der LEDs 12' und 12" verlaufen dann durch den asphärischen Bereich, während die Hauptabstrahlrichtungen der Hochleistungs-LEDs 12, 14 und 14' durch den sphärischen Bereich des optischen Bauelements 16 verlaufen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Projektionslinse eine Brennweite im Bereich von 80 - 120 mm und die Platine 10, die alle Hochleistungs-LEDs trägt, befindet sich in einem Abstand von etwa 20 - 120 mm zu dem optischen Bauelement 16. Wird die LED-Leuchte als Scheinwerfer oder als Kombi-Leuchte, die sowohl als Scheinwerfer als auch als Signalleuchte betrieben werden kann, ausgelegt, sollte sich die erste Hochleistungs-LED 12 im Bereich des Brennpunkts auf der optischen Achse 22 befinden. Bei Signalleuchten kann der Abstand der Platine 10 zum optischen Bauelement 16 deutlich geringer sein, womit sich Leuchten mit kleiner Bautiefe realisieren lassen. Für bestimmte Einsatzzwecke, aber auch, um vorteilhaft für verschiedene Schienenfahrzeugtypen lediglich einen Typ von LED-Leuchte vorhalten zu müssen, kann der Abstand der Platine und damit der LEDs zu dem optischen Bauelement 16 einstellbar sein, wozu optisches Bauelement 16 und Platine z.B. über Gewindebolzen oder Mikrometerschrauben miteinander verbunden sein können, was auch eine Feinjustierung der Leuchte erlaubt.
    Bei typischen Ausführungsformen:
    • sind die LEDs 12' und 12" jeweils etwa zwischen 2 und 8 cm von der auf der optischen Achse 22 angeordneten LED 12 beabstandet,
    • besitzt das optische Bauelement einen Durchmesser von etwa 120 und 200 mm und
    • besitzt das optische Bauelement eine Dicke von etwa 1 - 2 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die LEDs 12, 12' und 12" der ersten Farbe in wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier Betriebsmodi, in denen jeweils unterschiedliche Lichtstärken von den Hochleistungs-LEDs abgestrahlt werden, betreibbar. Damit lässt sich eine universell einsetzbare Kombi-Leuchte schaffen, die Funktionen wie Signallicht weiß, Signallicht weiß abgeblendet, Scheinwerfer und Scheinwerfer abgeblendet übernehmen kann. Vorteilhaft sind auch die LEDs 14 und 14' der weiteren Farbe in zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, so dass Funktionen wie Signallicht rot und Signallicht rot abgeblendet von der Leuchte übernommen werden können.
  • Durch die spezielle Anordnung der LEDs 12, 12' und 12" und der speziellen Ausbildung des optischen Elements 16 kann das Licht der genannten LEDs so gelenkt werden, dass - bei Einbau der Leuchte in ein Schienenfahrzeug - horizontal zur Fahrtrichtung gesehen ein Abstrahlwinkel von etwa 120° erreicht wird. In der Funktion Signallicht besitzt die Lichtstärke dabei ein stetiges Maximum von etwa 700 cd in einem Abstrahlwinkelbereich von etwa 30° parallel zur Fahrtrichtung, wobei unter einem Winkel von 45° horizontal zur Fahrtrichtung immer noch Lichtstärken zwischen etwa 20 und 40 cd erreicht werden, ohne dass lokale Maxima der Lichtstärke auftreten.
  • Die o.g. besondere Ausgestaltung der Linse hat zusätzlich zur Erzielung der gewünschten Lichtverteilung den vorteilhaften Nebeneffekt, dass weder die Platine 10 noch die LEDs von außen sichtbar sind, und zwar weder im ausgeschalteten noch im eingeschalteten Zustand, was von den meisten Kunden aus ästhetischen Gründen gewünscht wird.
    Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, die LED-Leuchte auch nur mit einer der Hochleistungs-LEDs 12' oder 12" zu versehen, z.B. bei Hochgeschwindigkeitszügen, wo aufgrund des aerodynamischen Aufbaus des Zuges in der Regel bei Betrachtung unter einem Winkel von 45° horizontal zur Fahrtrichtung ohnehin nur eine Leuchte sichtbar ist, da die andere von der Nase des Zuges abgedeckt wird. Die Leuchten werden in einem solchen Fall so aufgebaut, dass neben der Hochleistungs-LED 12 nur diejenige der Hochleistungs-LEDs 12' oder 12" vorhanden ist, die für das in Fahrtrichtung gesehen "nach außen" abstrahlende Licht verantwortlich ist. Die andere Hochleistungs-LED, die für das in Fahrtrichtung gesehen "nach innen" abstrahlende Licht verantwortlich wäre, kann entfallen.
    Wie bereits erwähnt, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel neben den LEDs 12, 12' und 12" zwei Hochleistungs-LEDs 14 und 14' einer zweiten Farbe, z.B. rot, angeordnet, deren Hauptabstrahlrichtungen ebenfalls im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 22 verlaufen. Die Hochleistungs-LEDs 14 und 14' sind vorzugsweise relativ dicht beieinander angeordnet, um die Bildung von zwei lokalen Maxima zu vermeiden. Typischerweise sind die LEDs 14 und 14' etwa 1 - 2 cm voneinander beabstandet angeordnet. Durch diese besondere Anordnung der Hochleistungs-LEDs wird auch das Licht des zweiten Stranges besonders gleichmäßig ausgestrahlt und ist von außen gut sichtbar.
    Die Platine 10 ist vorzugsweise als Metallkernplatine ausgebildet und trägt auch einen nicht gezeigten Schaltkreis zur Versorgung und Steuerung der Hochleistungs-LEDs. Wie in der Fig. 2 angedeutet, kann die Signalleuchte weitere Hochleistungs-LED-Stränge anderer Farben aufweisen. Erfindungsgemäß umfassen die zusätzlichen Hochleistungs-LED-Stränge aus jeweils zwei Hochleistungs-LEDs 24 und 24', 26 und 26' sowie 28 und 28', die punktsymmetrisch zur Hauptabstrahlrichtung der Hochleistungs-LED 12' angeordnet werden. Denkbar sind z.B. LEDs 24, 24' einer dritten Farbe, z.B. blau, aber auch LEDs 26 und 26' einer vierten Farbe, z.B. grün, und LEDs 28, 28' einer fünften Farbe. Auch können bei dieser Anordnung die LEDs 14 und 14' entfallen, wenn deren Farbe, z.B. rot, von z.B. den LEDs 28 und 28' realisiert wird, da die Anordnung der LEDs der zweiten und jeder weiteren Farbe ober- und unterhalb der durch die LEDs der ersten Farbe definierten Linie vorteilhaft sichtbare Nebenmaxima in der horizontalen Lichtverteilung vermeidet.
  • Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die für den Fachmann durch Anwendung seiner Kenntnisse realisierbar sind, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Auch kann die Leuchte in abgewandelter Form auf anderen Gebieten mit ähnlichen Problemen eingesetzt werden, z.B. zur Lösung bestimmter Ausleuchtungsproblematiken bei Gebäuden und Anlagen wie z.B. Häfen und Flughäfen, aber auch Seezeichen und Schiffen.

Claims (10)

  1. LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder als Scheinwerfer, umfassend:
    - ein optisches System mit einer Projektionsfunktion und einer Streufunktion und
    - eine erste Hochleistungs-LED (12) einer ersten Farbe,
    wobei das optische System ein scheibenförmiges optisches Bauelement (16) mit einer optischen Achse (22) und zwei im wesentlichen zueinander parallelen Seiten (18, 20) umfasst,
    - wobei eine Seite (18) des optischen Bauelements (16) mit einer Fresnelschen Linsenstruktur versehen ist,
    - wobei die andere Seite (20) des optischen Bauelements (16) mit einer Streustruktur versehen ist,
    - wobei wenigstens eine weitere Hochleistungs-LED (12', 12") der ersten Farbe in einem Abstand derart seitlich neben der ersten Hochleistungs-LED (12) angeordnet ist, dass im Betrieb der genannten Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") Licht unter einem Winkel von etwa 45° zur optischen Achse (22) mit einer Lichtstärke abgestrahlt wird, die etwa 3 bis 10 %, vorzugsweise etwa 5 - 7 % der Lichtstärke des in Richtung der optische Achse (22) abgestrahlten Lichts beträgt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die erste Hochleistungs-LED (12) auf der optischen Achse (22) des optischen Bauelements (16) der Linse angeordnet ist und
    - dass zwei Hochleistungs-LEDs (24, 24'; 26, 26'; 28, 28') wenigstens einer weiteren Farbe und drei auf einer im bestimmungsgemäßen Einbauzustand im wesentlichen horizontalen Linie angeordnete Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe vorgesehen sind,
    - wobei jeweils eine Hochleistungs-LED (24; 26; 28) jeder weiteren Farbe oberhalb und die andere Hochleistungs-LED (24', 26', 28') der jeweiligen weiteren Farbe unterhalb der im wesentlichen horizontalen Linie und relativ zu der im wesentlichen horizontalen Linie symmetrisch zueinander angeordnet sind.
  2. LED-Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Streustruktur versehene Seite (20) des optischen Bauelements (16) den Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") zugewandt und die mit der Fresnelschen Linsenstruktur versehene Seite (18) des optischen Bauelements (16) den Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") abgewandt ist.
  3. LED-Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streustruktur auf dem optischen Bauelement (16) von streifenartig untereinander angeordneten Mikrovertiefungen, insbesondere geprägten Mikrovertiefungen gebildet wird.
  4. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnelsche Linsenstruktur eine Projektionslinse mit einem in der Umgebung der optischen Achse sphärischen Bereich und einem den sphärischen Bereich umgebenden asphärischen Bereich bildet, wobei die zwei weiteren Hochleistungs-LEDs (12', 12") der ersten Farbe parallel zur optischen Achse gesehen hinter dem asphärischen Bereich des optischen Bauelements (16) angeordnet sind.
  5. LED-Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse eine Brennweite im Bereich von 80 - 120 mm besitzt und die Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe in einer Ebene angeordnet sind, die sich in einem Abstand von etwa 20 - 120 mm zu dem optischen Bauelement (16) befindet.
  6. LED-Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") zu dem optischen Bauelement (16) einstellbar ist.
  7. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei weiteren Hochleistungs-LEDs (12', 12") der ersten Farbe zwischen etwa 2 und 8 cm von der ersten Hochleistungs-LED (12) der ersten Farbe beabstandet sind.
  8. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe in wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier Betriebsmodi, in denen jeweils unterschiedliche Lichtstärken von den Hochleistungs-LEDs abgestrahlt werden, betrieben werden können.
  9. LED-Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungs-LEDs (24, 24'; 26, 26'; 28, 28') jeder weiteren Farbe in der Nähe der ersten Hochleistungs-LED (12) der ersten Farbe angeordnet sind.
  10. Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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