DE102006051542B4

DE102006051542B4 - LED-Signalscheinwerfer, insbesondere für Schienenfahrzeuge, sowie LED-Halter für einen solchen Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102006051542B4
Application number: DE102006051542A
Authority: DE
Inventors: Werner Krause
Original assignee: Pintsch Bamag AG; Pintsch Bamag Antriebs und Verkehrstechnik GmbH
Current assignee: Pintsch Bamag AG; Pintsch GmbH
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2026-11-03
Also published as: DE102006051542A1

Abstract

LED-Signalscheinwerfer, umfassend
– ein erstes LED-Feld mit einer Anzahl von vorzugsweise verschiedenfarbigen LEDs zur Verwendung als Signalleuchte und
– ein zweites LED-Feld mit einer Anzahl von Hochleistungs-LEDs zur Verwendung als Scheinwerfer,
dadurch gekennzeichnet,
daß die LEDs des ersten LED-Feldes in einem oder mehreren LED-Haltern zur Halterung wenigstens einer LED auf einer Platine angeordnet sind, wobei der LED-Halter
– zwei miteinander verbindbare Halteelemente aufweist,
– wobei jedes Halteelement wenigstens eine Ausnehmung besitzt, die mit einer Ausnehmung an dem anderen Halteelement eine Aufnahme für eine LED bildet,
– wobei eines der Halteelemente eine zur Befestigung auf einer Platine vorgesehene Seite besitzt und
– wobei die Ausnehmungen so ausgebildet sind, daß im montierten Zustand eine in der Aufnahme befindliche LED in einem Winkel von im wesentlichen 45° zu der Platine ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen LED-Signalscheinwerfer, insbesondere für Schienenfahrzeuge, der ein erstes LED-Feld mit einer Anzahl von vorzugsweise verschiedenfarbigen LEDs (Leuchtdioden) zur Verwendung als Signalleuchte aufweist. Die Erfindung betrifft ferner einen LED-Halter für einen solchen Scheinwerfer.
LED-Signalscheinwerfer der hier in Frage stehenden Art sind bekannt, z. B. aus der DE 102 61 008 A1 . Daneben sind kombinierte Signalscheinwerfer bekannt, bei denen eine Signalleuchte, z. B. in Form einer LED-Signalleuchte, mit einem Halogen- oder Xenon-Scheinwerfer kombiniert ist.
Die DE 103 47 463 A1 beschreibt eine besonders vorteilhafte LED-Signalleuchte für Schienenfahrzeuge, die es erlaubt, die allgemein bekannten Vorteile der LED-Technik auch bei Signalleuchten zu nutzen. Dabei sei bemerkt, daß Schienenfahrzeuge früher lediglich Signalleuchten besaßen und besitzen mußten, wobei Signalleuchten nicht die Funktion eines Scheinwerfers haben, also nicht dazu dienen, den Fahrweg zu beleuchten, sondern lediglich das Fahrzeug für Dritte leicht wahrnehmbar zu machen. Dementsprechend müssen Signalleuchten eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung besitzen, wobei Lichtstärken von 600–700 cd ausreichend sind.
Demgegenüber müssen Scheinwerfer, insbesondere für Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeuge, eine möglichst große Leuchtweite und dementsprechend Lichtstärken im Bereich von etwa 70.000 cd besitzen, wozu bislang insbesondere Halogen- oder Xenon-Lampen eingesetzt wurden.
Bei den bekannten Scheinwerfern mit Glüh- oder Gasentladungslampen besteht das Problem, daß aufgrund der aerodynamischen Bauweise der Fahrzeuge, in die die Scheinwerfer eingebaut werden sollen, die Einbausituation oft höchst kompliziert ist und es insbesondere schwierig ist, eine Glühlampe, wie z. B. eine Halogen- oder Xenonlampe zu wechseln. Dieses Problem ist auch aus dem Automobilbereich bei Neufahrzeugen bekannt, wo ein Wechsel der Glühlampen heutzutage regelmäßig einen Werkstattbesuch erfordert.
Bei LED-Signalscheinwerfer der hier in Frage stehenden Art besteht das Problem, daß die Montage der LEDs für die Seitenausleuchtung mit unverhältnismäßig großem Aufwand verbunden ist, da diese LEDs schräg zur Platine verlaufen müssen.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen LED-Signalscheinwerfer anzugeben, der leicht und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst von einem LED-Signalscheinwerfer gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der nebengeordnete Anspruch 15 betrifft einen LED-Halter für einen erfindungsgemäßen LED-Signalscheinwerfer, der die Montage der LEDs für die Seitenausleuchtung wesentlich erleichtert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung, in welcher
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen LED-Signalscheinwerfers, gesehen schräg von oben auf die Frontseite des Scheinwerfers, zeigt,
2 eine perspektivische Darstellung der Rückseite des Scheinwerfers gemäß 1 ist,
3 einen erfindungsgemäßen LED-Halter in montiertem, jedoch noch nicht auf einer Platine angeordnetem Zustand zeigt,
4 und 5 perspektivische Darstellungen eines ersten und eines damit zusammenwirkenden zweiten Halteelementes, die zusammen den erfindungsgemäßen LED-Halter bilden, sind.
In den 1 und 2 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter LED-Signalscheinwerfer gezeigt, bei dem jedoch das erste LED-Feld, das zur Erzeugung von Lichtsignalen dient, noch nicht montiert ist. Ebenso sind nicht gezeigt an sich bekannte Bauteile wie z. B. eine entsprechende Abschlußscheibe, die zusammen mit entsprechenden Dichtungen und, je nach Einbausituation, gegebenenfalls notwendigen weiteren Gehäuseteilen den Scheinwerfer im montierten Zustand an einem Fahrzeug nach außen abschließt.
Das erste LED-Feld wird im Bereich der Platine 12 gebildet und ist bei diesem Ausführungsbeispiel rund. Es wird mit einer Vielzahl von verschiedenfarbigen LEDs bestückt, um einerseits ein möglichst homogenes Signalbild zu geben und um andererseits durch eine an sich bekannte Ansteuerung der verschiedenfarbigen LEDs unterschiedlich farbige Lichtsignale zu erzeugen. Vorzugsweise besitzen alle LEDs den gleichen Öffnungswinkel.
Einige der LEDs des ersten LED-Feldes werden in LED-Haltern aus Kunststoff montiert, die nachfolgend im Zusammenhang mit den 3, 4 und 5 noch detailliert beschrieben werden und die die LEDs in einem Winkel von 45° zur Platine 12 halten. Diese LEDs befinden sich dann derart auf der in der Zeichnung gesehen linken und rechten Hälfte der Platine, daß die LEDs auf der rechten Hälfte nach links und die LEDs auf der linken Hälfte nach rechts leuchten. Sie dienen dazu, die vom Kunden vorgegebenen Anforderungen an die Lichtstärke und -verteilung zu realisieren.
In ebenfalls bekannter Weise sind die LEDs des ersten LED-Feldes im fertig montierten Zustand des Scheinwerfers in einer der Versorgungsspannung der Flußspannung der LEDs angemessenen Anzahl in Reihe geschaltet. Dabei können unterschiedliche Farben, z. B. weiße und gelbe LEDs, in Reihe geschaltet sein. Mehrere Leuchtdiodenketten sind parallel geschaltet. In Reihe zu jeder Leuchtdiodenkette ist ein Symmetrierwiderstand geschaltet, der die Differenzen zu den Flußspannungen der LEDs ausgleichen kann. Antiparallel zu jeder LED ist eine Zenerdiode geschaltet, die bei einer Unterbrechung im Leuchtdiodenzweig den Strom übernimmt.
Die Symmetrierwiderstände für die einzelnen Leuchtdiodenketten und die antiparallelen Zenerdioden werden vorzugsweise auf der in 2 gezeigten Rückseite des Scheinwerfers angeordnet, und zwar so, daß die Bauteile auf beiden Seiten der Platine 12 mit einem einzigen Lötvorgang verlötet werden können, was vorteilhaft die Fertigung wesentlich erleichtert.
Die Steuerelektronik für das erste LED-Feld befindet sich in einer eigenen Leiterplatte, die z. B. mit Bolzen an der Rückseite der Platine 12 angeschraubt wird. Vorteilhaft können diese Bolzen so ausgebildet sein, daß sie gleichzeitig den elektrischen Anschluß der Platine 12 darstellen, wozu sie vorzugsweise aus einem Werkstoff wie Messing bestehen. Die Bolzen können mit einem galvanischen Überzug gegen Korrosion geschützt werden, z. B. einem Überzug aus Nickel.
Die genannte Steuerelektronik für das erste LED-Feld umfaßt bei diesem Ausführungsbeispiel mindestens eine Konstantstromquelle für jede Funktion, wobei die Stromquellen für weißes Signallicht zwei Stromsollwerte besitzen, nämlich einen größeren für die Realisierung der Funktion ”Signallicht weiß” und einen kleineren für die Funktion ”Signallicht weiß abgeblendet”.
Alle Funktionen besitzen einen gemeinsamen Minuspol. Eine Funktion wird aktiviert, indem die Versorgungsspannung auf den entsprechenden Anschluß gelegt wird.
Zur Funkentstörung befindet sich eine Drossel in jedem Eingang und im Minuspol. Vorteilhafterweise sind alle Drosseln auf einem einzigen Kern aufgebracht und stromkompensiert ausgeführt.
Das zweite LED-Feld besteht aus einer Anzahl von im vorliegenden Fall neun auf einer auf einem Kühlkörper 14 befestigten Platine angeordneten Hochleistungs-LEDs 16, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden und die jeweils eine Leistung z. B. von 3 W besitzen.
Jeder LED 16 ist eine Linse 18 zugeordnet, und zwar derart, daß der Mittelpunkt der LED auf der Achse der zugeordneten Linse liegt, von denen wiederum aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden und die ein gemeinsames Linsenfeld 20 bilden. Die Linsen sind vorteilhaft als mikrostrukturierte Fresnellinsen ausgeführt, die einen größeren Transmissionsgrad besitzen als grob strukturierte Linsen.
Der Kühlkörper 14 dient bei diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft auch als Halter für das Linsenfeld 20, wobei Mittel zur Verstellung der Position des zweiten LED-Feldes vorgesehen sind, von denen hier nur drei Stellschrauben 22 gezeigt sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß bei Verstellung der Position des zweiten LED-Feldes sich automatisch auch die Position des Linsenfeldes ändert und die vordefinierte Ausrichtung der LEDs relativ zu den Linsen nicht verändert wird.
Die Hochleistungs-LEDs befinden sich entweder im Brennpunkt der ihnen jeweils zugeordneten Linsen oder davor, je nachdem, welche Lichtstärke erreicht werden soll. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem Linsenfeld und den Hochleistungs-LEDs einstellbar.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Linsenfeld eine quadratische Form mit abgerundeten Ecken. Selbstverständlich sind auch andere Formen, z. B. sechseckige, je nach Anzahl der Hochleistungs-LEDs in dem zweiten LED-Feld möglich.
Das zweite LED-Feld wird über eine Steuerelektronik mit dem Fahrzeug, das den fertig montierten Scheinwerfer trägt, verbunden. Die Steuerelektronik enthält mindestens eine Konstantstromquelle zum Betrieb der Hochleistungs-LEDs. Die Stromquelle hat zwei unterschiedliche Sollwerte, nämlich einen größeren zur Erzeugung der Funktion ”Scheinwerfer” und einen kleineren zur Erzeugung der Funktion ”Scheinwerfer abgeblendet”.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Stromquelle als Schaltregler ausgeführt.
Die Steuerelektronik des zweiten LED-Feldes kann vorteilhafterweise am Kühlkörper 14 befestigt werden. Ist dies aus Platzgründen nicht möglich, so kann die Steuerelektronik z. B. in einem separaten Gehäuse in der Nähe des Signalscheinwerfers plaziert werden. Die bedrahteten Bauelemente befinden sich auf der Bauteilseite der Platine 24. Die SMD-Bauelemente befinden sich auf der Lötseite und sind so positioniert, daß die gesamte Baugruppe in einem einzigen Lötvorgang verlötet werden kann.
Um Lichtverluste zu vermeiden, können zwischen den Hochleistungs-LEDs 16 und dem Linsenfeld 20 spiegelnde Elemente und/oder Lichtleitoptiken vorgesehen werden, die das von den Hochleistungs-LEDs im Betrieb abgestrahlte Licht auf das Linsenfeld lenken.
Erstes und zweites LED-Feld sind an einem gemeinsamen Trägerblech 26 befestigt, dessen genaue Ausgestaltung sich leicht an die jeweilige Einbausituation anpassen läßt. An dem Trägerblech 26 können dann auch Anschlußmittel wie z. B. ein Steckverbinder 28 vorgesehen werden.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer hat aufgrund der verwendeten LEDs nicht nur eine gegenüber bekannten Scheinwerfern deutlich erhöhte Lebensdauer, er besitzt auch einen geringeren Energiebedarf, da LEDs wesentlich effektiver arbeiten als Glühlampen. Die gute Energieausnutzung und geringe Wärmeproduktion führt allerdings dazu, daß das Abschlußglas bei kalter Witterung beschlagen kann. In vorteilhafter Weiterbildung kann der Scheinwerfer daher mit einer entsprechenden Heizvorrichtung, z. B. Heizdrähten, versehen sein, die bei Bedarf eingeschaltet werden können.
In der 3 ist ein in seiner Gesamtheit mit 40 bezeichneter erfindungsgemäßer LED-Halter im montierten, jedoch noch nicht auf einer Platine befestigten Zustand gezeigt, wobei dieser Halter zur Aufnahmen von 2 LEDs 42 und 44 ausgebildet ist, die in der 3 von dem Halter getragen werden. Die LEDs besitzen jeweils zwei Anschlußdrähte 46 und 48.
Der LED-Halter 40 besteht aus zwei Halteelementen 50 und 52, die in den 4 bzw. 5 im demontierten Zustand und ohne LEDs gezeigt sind. Jedes Halteelement 50, 52 besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Ausnehmungen 54 bzw. 56, die mit entsprechenden Ausnehmungen 56 bzw. 54 an dem jeweils anderen Halteelement 2 Aufnahmen für LEDs bilden.
Das in 5 gezeigte Halteelement 50 dient zur Befestigung auf einer Platine und besitzt an seiner im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Platine zugewandten, in 5 durch den Pfeil 60 angedeuteten und eigentlich nicht sichtbaren Seite wenigstens zwei Zentrierstifte, die mit entsprechenden Aufnahmeöffnungen auf der Platine derart zusammenwirken, daß das Halteelement nur in einer einzigen vorbestimmten Position auf die Platine aufgesetzt werden kann, so daß Fehlmontagen vorteilhaft ausgeschlossen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halteelemente derart ausgebildet, daß sie ohne zusätzliche Verbindungselemente miteinander verbunden werden können und insbesondere miteinander verrasten.
Die Ausnehmungen 54 und 56 sind so geformt, daß die von den Ausnehmungen gebildeten Aufnahmen jeweils eine LED in einem Winkel von im wesentlichen 45° zu der Platine, auf die das Halteelement mit der Seite 60 aufgesetzt wird, ausgerichtet ist. Dies vergrößert den Abstrahlwinkel der Leuchte im Betrieb, so daß das Signallicht auch schräg von der Seite noch gut wahrgenommen werden kann.
Wie in den 4 und 5 gut zu erkennen, besitzen beide Halteelemente Führungen 62 bzw. 64 für die Drähte 46 und 48 der LEDs, wobei die Führungen hier in Form von Ausnehmungen vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Führungen so ausgebildet, daß nach dem Einlegen einer LED in eine der Ausnehmungen 54 oder 56 beim Verbinden der beiden Halteelemente miteinander die Anschlußdrähte automatisch in Richtung auf die Platine umgebogen werden, also im wesentlichen in einem Winkel von 90° zu der Platine, auf der die Halteelemente montiert werden, stehen, und damit in einem Winkel von etwa 45° zu ihrer LED.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die es z. B. auf die Ausgestaltung des Trägerbleches und die Formgebung des zweiten LED-Feldes beziehen. Die Erfindung erlaubt es dem Fachmann vorteilhaft, durch einfache Variation durch das Design des mit dem Scheinwerfer zu versehenden Fahrzeugs bedingte Einbausituation optimal angepaßten Scheinwerfer zu gestalten, der die Doppelfunktion Scheinwerfer und Signalleuchte jeweils unter vorteilhafter Verwendung der LED-Technik löst.

Claims

LED-Signalscheinwerfer, umfassend – ein erstes LED-Feld mit einer Anzahl von vorzugsweise verschiedenfarbigen LEDs zur Verwendung als Signalleuchte und – ein zweites LED-Feld mit einer Anzahl von Hochleistungs-LEDs zur Verwendung als Scheinwerfer, dadurch gekennzeichnet, daß die LEDs des ersten LED-Feldes in einem oder mehreren LED-Haltern zur Halterung wenigstens einer LED auf einer Platine angeordnet sind, wobei der LED-Halter – zwei miteinander verbindbare Halteelemente aufweist, – wobei jedes Halteelement wenigstens eine Ausnehmung besitzt, die mit einer Ausnehmung an dem anderen Halteelement eine Aufnahme für eine LED bildet, – wobei eines der Halteelemente eine zur Befestigung auf einer Platine vorgesehene Seite besitzt und – wobei die Ausnehmungen so ausgebildet sind, daß im montierten Zustand eine in der Aufnahme befindliche LED in einem Winkel von im wesentlichen 45° zu der Platine ausgerichtet ist.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LEDs eine Leistung von mehr als 2,5 W, vorzugsweise 3 W und mehr besitzen.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens sechs, vorzugsweise neun Hochleistungs-LEDs in dem zweiten LED-Feld angeordnet sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest vor dem zweiten LED-Feld ein Linsenfeld mit einer Anzahl von Linsen angeordnet ist, wobei jede Linse einer LED derart zugeordnet ist, daß der Mittelpunkt der LED auf der Achse der zugeordneten Linse liegt.
Scheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen des Linsenfeldes als Fresnellinsen ausgeführt sind.
Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellinsen mikrostrukturierte Fresnellinsen sind, wobei zumindest die den LEDs abgewandte Seite des Linsenfeldes eine Struktur besitzt und wobei die den LEDs zugewandte Seite glatt sein kann.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LEDs so in Bezug auf die ihnen zugeordneten Linsen angeordnet sind, daß sich eine LED jeweils im Brennpunkt oder davor relativ zu der ihr zugeordneten Linse befindet.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer Hochleistungs-LED und der ihr zugeordneten Linse einstellbar ist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hochleistungs-LEDs und dem Linsenfeld spiegelnde Elemente und/oder Lichtleitoptiken derart vorgesehen sind, daß das von den Hochleistungs-LEDs abgestrahlte Licht auf das Linsenfeld geleitet wird.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LEDs auf einem Kühlkörper befestigt sind, der vorzugsweise als Halter für das Linsenfeld ausgebildet ist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Linsenfeld in der Draufsicht eine rechteckige, insbesondere quadratische Form mit abgerundeten Ecken besitzt.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite LED-Feld mit einer Steuerelektronik verbunden ist, die wenigstens eine Konstantstromquelle zum Betrieb der Hochleistungs-LEDs umfaßt, wobei die Stromquelle vorzugsweise zwei unterschiedliche Sollwerte entsprechend den Funktionen ”Scheinwerfer” und ”Scheinwerfer abgeblendet” besitzt.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verstellung der Position des zweiten LED-Feldes vorgesehen sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend eine Abschluß- oder Streuscheibe, die den Scheinwerfer nach außen abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beheizen dieser Scheibe vorgesehen sind.
LED-Halter für einen Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Halterung wenigstens einer LED auf einer Platine, dadurch gekennzeichnet, – daß der LED-Halter zwei miteinander verbindbare Halteelemente aufweist, – wobei jedes Halteelement wenigstens eine Ausnehmung besitzt, die mit einer Ausnehmung an dem anderen Halteelement eine Aufnahme für eine LED bildet, – wobei eines der Halteelemente eine zur Befestigung auf einer Platine vorgesehene Seite besitzt und – wobei die Ausnehmungen so ausgebildet sind, daß im montierten Zustand eine in der Aufnahme befindliche LED in einem Winkel von im wesentlichen 45° zu der Platine ausgerichtet ist.
LED-Halter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Führungen für zwei aus einer zu haltenden LED geführte Anschlußdrähte derart zwischen den Halteelementen vorgesehen sind, daß nach Einlegen einer LED in eine Ausnehmung in einem Halteelement und nach Verbinden der beiden Halteelemente miteinander die Anschlußdrähte in Richtung auf die Platine, auf der das Halteelement montiert werden soll, umgebogen sind.
LED-Halter nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zur Befestigung an der Platine vorgesehenen Seite des entsprechenden Halteelementes wenigstens zwei Zentrierstifte vorgesehen sind.
LED-Halter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierstifte so ausgebildet sind, daß sie nur in einer einzigen Position in entsprechende Aufnahmeöffnungen in der Platine eingesetzt werden können.
LED-Halter nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente derart ausgebildet sind, daß sie ohne zusätzliche Verbindungselemente miteinander verbunden werden können und insbesondere miteinander verrasten.