DE102005052179A1 - Optimized LED bicycle lamp reflector - Google Patents

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Abstract

Herkömmliche LED-Lampen haben eine hohe Anzahl LEDs, jedoch deren Lichtausbeute der seitlichen Komponente ist nicht nach vorne optimiert. Packungsdichte und Anordnung sind nicht zweckmäßig für den Einsatz eines Fahrradsystems, speziell für Dynamos, ausgelegt und müssen auf Linsen zurückgreifen, um das Strahlprofil zu korrigieren. Einfache Aneinanderreihung von LEDs mit maximaler Packungsdichte hat immer den Verlust der seitlichen Lichtkomponente, die nach innen zeigt, zur Folge und man kann daher nicht von Optimierung sprechen. DOLLAR A Erfindung DOLLAR A Der Reflektor wird in der Anzahl und Positionierung der LEDs (L) optimiert, so dass seine seitliche Lichtkomponente optimal genutzt wird und unter minimal 75 DEG nach vorne geworfen wird. Die Positionierung der LEDs basiert auf der 7er Anordnung, deren Mittel-LED in eine Linie erweitert werden kann und links und rechts davon je eine LED hinzugefügt wird. Die seitlichen Komponenten (a) - bis nach der ersten Reflexion im LED - Plexiglaskörper werden unter 55 DEG vom Reflektorsegment (a*) (außen) und (a**) (innen) und (c*) (abgerundet). Die seitliche Komponente (c) tritt punktförmig aus der LED-Kuppe (K) unter ca. 30 DEG aus und wird durch das Reflektorsegment (c**) von 60 DEG -71 DEG nach Vorgabe nach vorne geworfen. Die LEDs sind dabei in einer abgesenkten Reflektorfassung (F) fest arretiert. DOLLAR A Mit dieser Anordnung der Sektoren lässt sich jede Erweiterung von LEDs exakt beschreiben. Die seitliche Komponente wird unter einer Anzahl von mindestens ...Conventional LED lamps have a large number of LEDs, but the light efficiency of the side component is not optimized forwards. Packing density and arrangement are not suitable for the use of a bicycle system, especially for dynamos, and have to use lenses to correct the beam profile. Simply lining up LEDs with maximum packing density always results in the loss of the side light component that points inwards, and therefore one cannot speak of optimization. DOLLAR A invention DOLLAR A The reflector is optimized in the number and positioning of the LEDs (L) so that its side light component is used optimally and thrown forward at a minimum of 75 °. The positioning of the LEDs is based on the arrangement of 7, the center LED of which can be expanded in a line and one LED is added to the left and right of it. The side components (a) - until after the first reflection in the LED plexiglass body are rounded off at 55 ° by the reflector segment (a *) (outside) and (a **) (inside) and (c *). The side component (c) emerges from the LED dome (K) at a point below 30 ° and is thrown forward by the reflector segment (c **) of 60 ° -71 °. The LEDs are firmly locked in a lowered reflector socket (F). DOLLAR A With this arrangement of the sectors, each extension of LEDs can be described exactly. The side component is under a number of at least ...

Description

Beweggrundmotive

Herkömmliche LED Fahrradlampen sind entweder mit Linsensystemen oder in schlichten hochkompakten LED-Anordnungen konzipiert. Jedoch gibt es keine, die mit einem Reflektor das Optimum zwischen maximaler LED-Dichte, bester Lichtausbeute und Richtungsbündelung findet.conventional LED bicycle lights are either with lens systems or in plain highly compact LED arrangements designed. However, there are none, with a reflector the optimum between maximum LED density, best light output and directional bundling finds.

An dieser Stelle soll meine Erfindung Abhilfe schaffen.At this point is intended to remedy my invention.

Es ist bekannt, das es LED-Lampen mit Reflektoren und/oder optischen Linsen gibt.It It is known that there are LED lamps with reflectors and / or optical Lentils are.

Eine Erfindung CA 2417760 A1 besitzt einen Reflektor mit LEDs, die einer optimierten Anordnung folgen, jedoch ist hier der Reflektor 2 teilig, und es wird die seitliche Komponente des LED-Lichts nicht genutzt.An invention CA 2417760 A1 has a reflector with LEDs, which follow an optimized arrangement, but here the reflector 2 is parted, and it is the lateral component of the LED light is not used.

Ein Patent GB 2348324 A hat für jede LED, einen Einzelreflektor, der ebenfalls den seitlichen Anteil nicht effektiv nutzt.A patent GB 2348324 A has for each LED, a single reflector, which also does not use the lateral portion effectively.

Eine Patent US 2004/0208019 A1 sieht die Nutzung des Seitenanteils vor, jedoch nicht optimiert und der Reflektor ist 2-Teilig wie ein „Pilz" geformt und lang.A Patent US 2004/0208019 A1 provides for the use of the page portion, however, not optimized and the reflector is 2-piece shaped like a "mushroom" and long.

In Patent CA 2206820 C handelt es sich wesentlich um ein geschütztes LED-Lampengehäuse, das auf optischen Linsen aufbaut.In patent CA 2206820 C It is essentially a protected LED lamp housing, which is based on optical lenses.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2004 007 812 A1 sind LEDs an einen Reflektor gebunden, jedoch nutzt dieses Anordnung nur den typischen Brennpunkt des Reflektors, jedoch berücksichtigt nicht die Seitenkomponente.In the published patent application DE 10 2004 007 812 A1 For example, LEDs are tied to a reflector, but this arrangement uses only the typical focus of the reflector, but does not take into account the side component.

Patent SPIS 275670 hat ein Reflektor-Linsensystem, jedoch mit nur einer LED.patent SPIS 275670 has a reflector lens system, but with only one LED.

Im DEPATISnet habe ich auch viele andere Offenlegungsschriften und Patente gefunden, die jedoch nicht meinen entsprachen, oder einfach nur verschiedene Kombinationen von Anordnungen von LEDs zeigten, jedoch keine Anzeichen einer Optimierung erkennen ließen.in the DEPATISnet I also have many other publications and Found patents that did not match my or just showed only different combinations of arrangements of LEDs, but showed no signs of optimization.

Erfindunginvention

Optimierter LED-Fahrradlampenreflektoroptimized LED bicycle lamp reflector

Besonders bei Fahrrädern mit Dynamos gibt es das allg. Problem, der beschränkten Leistung von meist nur 3 Watt (StVO) für eine ausreichende Beleuchtung. Die Standardleistungsaufnahme von ultra-weißen LEDs mit ∅O 5 mm, Höhe von etwa 8,5–9 mm (handelsüblich) und mit etwa 10000 Lumen beträgt ca. 25 mA (3V). Ein typ. Fahrraddynamo hat unter Last eine Leistungsabgabe von 3 Watt unter 6 Volt. Eine LED benötigt mind. 3 Volt bis 4,5 Volt(+1/2) (maximale Helligkeit, jedoch begrenzte Lebensdauer). Somit steht genug Strom für etwa 40 LEDs (3 V) zur Verfügung.Especially at bicycles with dynamos there is the general problem, the limited performance of mostly only 3 watts (StVO) for adequate lighting. The standard power consumption of ultra-white LEDs with ∅O 5 mm, height of about 8.5-9 mm (Commercially available) and with about 10,000 lumens approx. 25 mA (3V). A typical bicycle dynamo has a power output under load from 3 watts below 6 volts. An LED requires at least 3 volts to 4.5 volts (+1/2) (maximum Brightness but limited lifetime). Thus, there is enough power for about 40 LEDs (3V) available.

Auf der anderen Seite steht die maximale Packungsdichte von 7 kreisrunden Objekten einer z.B. LED-Anordnung gegenüber, mit einer LED in der Mitte [A].On the other side is the maximum packing density of 7 circular Objects of e.g. LED arrangement opposite, with a LED in the middle [A].

5–6 solcher Reflektoren pro Lampe sind jedoch wieder gegenüber Produktion von weniger Reflektoren mit höhere LED Anzahl effektiver und günstiger. Jedoch ist dies wieder dadurch begrenzt, da um so höher die Anzahl der Leuchtkörper in Zentrallage, um so geringer wird die Effektivität des Reflektors, einen gerichteten Strahl nach vorne zu werfen, ohne ihn unnötig nach Vorne zu strecken. Somit begrenzt sind eine eher rechteckige Form mit Zentral-LED-Linie auf 3 LEDs [C] (in der Summe 13 LEDs). Das Optimum aller Faktoren bildet die 2-Zentral-LED-Form mit 10 LEDs [B].5-6 such Reflectors per lamp, however, are again compared to production of less Reflectors with higher LED number more effective and cheaper. However, this is again limited by the higher the Number of luminous bodies in central position, the lower the effectiveness of the reflector, throw a directed beam forward, without him needlessly To stretch in front. Thus limited are a more rectangular shape with central LED line on 3 LEDs [C] (in total 13 LEDs). The optimum of all factors forms the 2-central LED shape 10 LEDs [B].

Somit wären 5 Reflektoren Typ [A],
3–4 Reflektoren Typ [B],
3 Reflektoren Typ [C] für ein Fahrrad LED Lampensystem optimal.Thus, 5 reflectors would be type [A],
3-4 reflectors type [B],
3 reflectors type [C] for a bicycle LED lamp system optimal.

Betrachtet man das Strahlprofil einer solchen Standard-LED, in der sich die Leuchtquelle [R] ca. 3,5 mm zentral vom Boden und sich die Rundung 2 mm unter dem Kopf befindet, so gibt es folgende Strahlkomponenten:

  • [a] aus dem Reflektor der Leuchtquelle [R] wird Licht unter dem minimalsten Winkel zur Horizontalen von ca. 25° abgestrahlt. Begrenzt durch den Plexiglaskörper und derem Brechungsindex tritt nach der ersten Reflexion der Strahl unter maximal 30° unterhalb der Rundungskuppe [K] aus.
  • [b] Auf Grund der Geometrie der Kuppe [K] und der inneren Reflexion tritt der Hauptstrahl unter minimal 71° nach Vorne aus.
Looking at the beam profile of such a standard LED in which the light source [R] is approximately 3.5 mm from the center and the curve 2 mm below the head, the following beam components are available:
  • [a] light is emitted from the reflector of the light source [R] at the minimum angle to the horizontal of approx. 25 °. Limited by the plexiglass body and its refractive index, after the first reflection, the beam exits at a maximum of 30 ° below the rounded crest [K].
  • [b] Due to the geometry of the dome [K] and the internal reflection, the main ray exits at a minimum of 71 ° to the front.

Fast ebenso wichtig ist eine Komponente [c], die hauptsächlich im oberen Abschnitt fast punktförmig bis unter maximal 30° am Kopf austritt.Almost equally important is a component [c], which escapes almost punctiform in the upper section up to a maximum of 30 ° at the head.

Der Bereich zwischen [a] und [c] sowie [c] und [b] ist eher beleuchtungsschwach, ebenso die Streuung nach hinten (–90°), und können vernachlässigt werden.Of the The area between [a] and [c] as well as [c] and [b] is rather poor in lighting, as well the scattering to the rear (-90 °), and can be neglected.

Auf den gerade genannten Grundlagen ist es erforderlich die Strahlkomponenten [a] und [c] so zu reflektieren, das sie den Reflektor im Winkel zwischen etwa 70° bis etwa 90°, wie die [b] Komponente verlassen.On The just mentioned bases, it is necessary the beam components Reflect [a] and [c] so that they angle the reflector between about 70 ° to about 90 °, like leaving the [b] component.

Hierzu benötigt man, vom Boden [Bo] an gemessen, 3 Reflexionsfelder oberhalb der LED-Fassung [F] (ca. 4,7 mm), in der die LED perfekt arretiert wird.:
Im Sektorfeld [a*] mit einem Winkel von 55° wird der Strahl [a] unter ca. 80°–85° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [a*] ist ringförmig um jede LED mit einem Innendurchmesser der LED Dicke und Außendurchmesser von ca. ∅10 mm angeordnet. Alle LEDs haben einen minimalen Abstand, des äußeren [a*]-Sektorradius, zur nächsten LED.For this one needs, from the ground [Bo] measured, 3 reflection fields above the LED socket [F] (about 4.7 mm), in which the LED is perfectly locked .:
In the sector field [a *] with an angle of 55 ° the beam [a] is deflected at about 80 ° -85 ° to the front. The sector field [a *] is arranged in a ring around each LED with an inside diameter of the LED thickness and outside diameter of about ∅10 mm. All LEDs have a minimum distance, the outer [a *] sector radius, to the next LED.

Im Sektorfeld [c*] wird mit einem Winkel von ebenfalls ca. 55° die Strahlkomponente [c], der äußeren LEDs, unter 75°–90° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [c*] ist dabei halbkreisförmig mit dem [a*] Sektorfeld innen abschließend und hat einen Außenradius von ca. 9,4 mm.in the Sector field [c *] becomes the beam component with an angle of about 55 ° [c], the outer LEDs, below 75 ° -90 ° to the front distracting. The sector field [c *] is semicircular with closing in the [a *] sector field and has an outer radius of about 9.4 mm.

Im Sektorfeld [c**] wird mit einem Winkel zwischen ca. 601°–712° die Strahlkomponente [c] der inneren LEDs unter ca. 682°–901° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [c**] schließt dabei mit der Unterkante (Innenseite) mit dem Sektorfeld [c*] ab. Die Außenseite ist an der langen Seite geradlinig abschließend und der kurzen Seite im Halbkreis abgerundet. Der höchste Punkt des Winkelanstieges verläuft unter 60° nicht weiter als ca. 3,5 mm von der Innenkante und der tiefste Punkt unter dem Winkelanstieg von 71° ca. 2,2 mm nicht unterschreitet. Damit der Reflektor einen gleichmäßige runde Form an der kurzen Seite erhält sind alle Winkel überhalb des maximalen Abstands von ca. 3,5 mm flach zum Rand zu führen, ohne dabei den Winkel von ca. 60° zu unterschreiten.In the sector field [c **], the beam component [c] of the inner LEDs is deflected at an angle of approx. 60 1 ° -71 2 ° at approx. 68 2 ° -90 1 ° to the front. The sector field [c **] terminates with the lower edge (inner side) with the sector field [c *]. The outside is rounded off at the long side in a straight line and the short side in a semicircle. The highest point of the angle increase does not extend below 60 ° any further than approximately 3.5 mm from the inner edge and the lowest point under the angle increase of 71 ° does not fall below approximately 2.2 mm. In order for the reflector to have a uniform round shape on the short side, all angles above the maximum distance of approx. 3.5 mm must be guided flat to the edge, without falling below the angle of approx. 60 °.

Die Freiräumen [a**] zwischen den [a*]-Sektoren werden unter dem selben Winkel konkav rundspitz fortgeführt.The open spaces [a **] between the [a *] sectors will be at the same angle concave round tip continued.

Die Seitenreflektorflächen der [c*]-Segmente stoßen unter ihrem eigenen Winkel spitz aufeinander.The Side reflector surfaces of the [c *] segments pointed at each other at their own angle.

Die Seitenreflektorflächen der [c**]-Segmente gehen in ihrem Winkeln fließend ineinander über.The Side reflector surfaces of the [c **] segments flow into each other in their angles.

Der errechneten Beschreibung folgend, werde die entwickelten Reflektoren für Gruppierungen von mindestens 7, 10, 13,... LEDs vollständig beschrieben und aufgebaut.Of the Following the calculated description, the developed reflectors will become for groupings of at least 7, 10, 13, ... LEDs completely described and constructed.

Die Anordnung von mehreren Reflektoren der oben genannten Typen [A, B, C] zu einer Lampe erfüllt, wird den Anforderung der maximalen Leistungsaufnahme, beliefert von einem Seiten-, oder Nabendynamo gerecht. Alle Anordnungen oder Erweiterung nach den genannten Regeln, auch wenn sie nicht der zusätzlichen Optimierung dienen sind möglich sowie auch mit anderen Stromquellen zu betreiben.
siehe Anlage:
Skizze 1,2,3 gesonderte Blätter [A][B][C][a*][a**][c*][c**][a][b][c][K][Bo][F][L], 1–6 The arrangement of multiple reflectors of the above types [A, B, C] into one lamp satisfies the requirement for maximum power supplied by a side or hub dynamo. All arrangements or extension according to the mentioned rules, even if they do not serve the additional optimization are possible as well as to operate with other current sources.
see Attachment:
Sketch 1,2,3 separate sheets [A] [B] [C] [a *] [a **] [c *] [c **] [a] [b] [c] [K] [Bo] [F] [L], 1 - 6

Vermarktungmarketing

Aufgrund der empirisch-mathematischen Optimierung, des Reflektors, als auch die Anordnung und Anzahl der LEDs sowie der Verzicht auf eine Linse, lassen kostengünstigere LED Lampen herstellen. Eine geringe Last an LEDs gegenüber herkömmlichen LEDLampen bringt bis etwa 30% mehr Lichtausbeute, mit ebensoviel LEDs im Reflektor und somit auch mehr Sicht auf der Fahrbahn.by virtue of the empirical-mathematical optimization, the reflector, as well the arrangement and number of LEDs and the absence of a lens, let cheaper Produce LED lamps. A low load on LEDs over conventional ones LED lamps brings about 30% more light output, with just as much LEDs in the reflector and thus also more visibility on the road.

Claims (5)

Fahrradlampenreflektor für die optimierte Gruppierung von mindestens 7, 10, 13,... LEDs, unter Berücksichtigung der Optimierung des Platzverbrauchs, der maximalen Lichtausbeute von den Seiten des LED-Körpers, sowie die Optimierung der Gesamtanordnung der LEDs unter der Maßgabe eines durch einen Standard Fahrrad Seitenläufer- oder Nabendynamos, mit den dazu notwendigen besonderen Merkmalen: – Mindestens 7, 10, 13,... Standard-LEDs mit einer LED in der Mitte, 2, 3,...LEDs in der Mittelreihe. Alle LEDs sind in gleicher Höhe von ca. 4,4 mm von Hinten in den Reflektorfassung [F] gesteckt. – Ringförmiges Reflektorsegment [a*] mit ca. 55° Steigung auf die Reflektor-LED-Fassung folgend. Der Innendurchmesser ist gleich der LED Dicke. Der nach oben abschließende Außendurchmesser beträgt ca. ca. ∅10 mm. Jedes dieser Segmente schließt versetzt mit dem gleichen Segment der Nachbar-LEDs an. Die Flächen in den Zwischenräumen zwischen den ringförmigen Segmenten, [a**] werden unter selben Winkel konkav rundspitz weitergeführt. – An die äußeren LEDs halbkreisförmig anschließendes Segment [c*] mit ebenfalls 55° Steigung hat einen Außenradius von ca. 9,4 mm. Die Kanten der Einzelsegmente [c*] stoßen spitz aufeinander, sind jedoch fließend an der Stoßkante bis auf 0° auf die Höhe von Segment [a*]-Oberkante gezogen. – Das halbkreisförmige Segment [c*] wird in Längsrichtung im Halbkreis durch ein Randsegment [c**] abgeschlossen sowie an den Seiten gerade, so das eine Rechtrund-Form mit folgenden Merkmalen abschließt.: 1) Das Randsegment [c**] ist überall gleichhoch. 2) Wo der Abstand minimal zwischen Außenkante und [c*] Sektorkante ist, beträgt die Steigung ca. 71°. 3) Wo der Abstand maximal zwischen Außenkante und [c*] Sektorkante ist, beträgt die Steigung ca. 60°. 4) Die Kante wird in der Höhe nicht überschritten, sondern unter 0° zum Rand geführt. 5) Die Winkel dieses Segments gehen fließend ineinander über.Bicycle lamp reflector for the optimized grouping of at least 7, 10, 13, ... LEDs, taking into account the optimization of the space consumption, the maximum light output from the sides of the LED body, as well as the optimization of the overall arrangement of the LEDs under the conditions of a standard Bicycle side rotor or hub dynamos, with the necessary special features: - At least 7, 10, 13, ... Standard LEDs with one LED in the middle, 2, 3, ... LEDs in the middle row. All LEDs are in the same height of about 4.4 mm from the back in the reflector socket [F] plugged. - Following the ring-shaped reflector segment [a *] with a gradient of approx. 55 ° to the reflector LED socket. The inner diameter is equal to the LED thickness. The upper outer diameter is approx. ∅10 mm. Each of these segments is offset with the same segment of neighboring LEDs. The surfaces in the interstices between the annular segments, [a **], are continued concavely round at the same angle. - Semi-circular segment [c *], also 55 ° pitch, connected to the outer LEDs has an outer radius of approx. 9.4 mm. The edges of the individual segments [c *] abut one another pointedly, but are fluently pulled up to 0 ° on the abutting edge to the height of the segment [a *] upper edge. - The semicircular segment [c *] is completed in the longitudinal direction in a semicircle by an edge segment [c **] and at the sides straight, so that completes a right circular shape with the following features: 1) The edge segment [c **] is everywhere the same height. 2) Where the distance is minimal between outer edge and [c *] sector edge, the slope is about 71 °. 3) Where the maximum distance between outer edge and [c *] sector edge is, the slope is about 60 °. 4) The edge is not exceeded in height, but guided at 0 ° to the edge. 5) The angles of this segment flow smoothly into each other. Um die LEDs in Höhe und Ausrichtung exakt zu positionieren, besitzt die Reflektorfassung [F] um das ca. ∅5 mm Loch für die LED ein 1 mm tiefe, zentriert ∅6 mm kreisrunde Senke, so das der Plexiglaskörper glatt verschwindet.To the LEDs in height and to accurately position the alignment has the reflector [F] around the ∅5 mm hole for the LED a 1 mm deep, centered ∅6 mm circular depression, so that the plexiglas body disappears smoothly. Prinzipiell unter Einhaltung der Proportionen und Winkel läßt sich dieser Reflektor auch auf andere LED-Größen übertragen.In principle, respecting the proportions and Angle lets itself this reflector is also transferred to other LED sizes. Prinzipell läßt sich dieser Reflektor auch auf Kraftfahrzeuge, Motorräder, Rollstühle, Boote, Schienenfahrzeuge sowie Hand- und Kopflampen verwenden.In principle, it is possible this reflector also on motor vehicles, motorcycles, wheelchairs, boats, rail vehicles as well as hand and head lamps. Für den Fahrraddynamo mit 3 Watt als Stromquelle, können einfach Kombinationen aus Reflektoren mit je 7[A], 10[B], 13[C] oder mehr LEDs so zusammengestellt werden, um mit einer Gesamtanzahl von 30–40 LEDs eine ausgelastete LED-Fahrradlampe, mit optimierter Lichtausbeute, zu konstruieren.For the bicycle dynamo with 3 watts as power source, can easily combinations made up of reflectors with 7 [A], 10 [B], 13 [C] or more LEDs each be busy with a total of 30-40 LEDs LED bicycle lamp, with optimized light output, to construct.
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