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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtfeuer, das als Leuchtmittel
Leuchtdioden aufweist.
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In
der
EP 1 405 789 A1 ist
ein Antikollisions-Leuchte für Flugzeuge beschrieben, die
einen zylindrischen Haltekörper, auf dem Leuchtdioden angeordnet
sind, und ein refraktives optisches Element zur Erzeugung einer
gewünschten räumlichen Verteilung des Lichts aufweist.
Das refraktive optische Element ist Teil eines Gehäuses,
das einen zylindrischen Mantelbereich und eine oben angeordnete
Abdeckwandung besitzt. Der Mantelbereich kann als Fresnel-Linse
ausgebildet sein. Die Leuchtdioden sind jeweils mit einem als Linse wirkendem
Gehäuse versehen. Die Lichtintensitätsverteilung
soll innerhalb der Ebene der Leuchtdioden über 360° konstant
sein und eine Mindestgröße aufweisen.
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Aus
der
DE 42 06 056 C1 geht
ein Leuchtfeuer zur Montage auf einer Boje hervor, das eine im wesentlichen
zylinderförmige Linse aufweist, die das Licht von einer
im Leuchtfeuer angeordneten Lichtquelle sammelt und über
den ganzen Umfang abstrahlt. Sie enthält einen ringförmigen
Streueinssatz, der zum Einsetzen in den Hauptbereich der Linse vorgesehen
ist, welcher eine Veränderung der Abstrahlcharakteristik
bewirkt und eine Außenkontur aufweist, die sich passgenau
in das Innere der Linse einfügt. Das Licht soll hierbei in
der 0°-Ebene senkrecht zur Leuchtfeuermittelachse abgestrahlt
werden.
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In
der
DE 201 14 306
U1 ist ein Gefahrenfeuer beschrieben. Dieses weist mindestens
eine Leuchte mit einem Gehäuse auf, in dem ein Leuchtmittel
angeordnet ist, das ringförmig oder teilringförmig
ausgebildet ist und eine Ringachse definiert. Dem Leuchtmittel ist
mindestens eine erste ganz oder teilweise umlaufende Reflektorfläche
zugeordnet, die eine Rotationsachse definiert. Die Ring- und die
Rotationsachse verlaufen im wesentlichen parallel oder sogar koaxial
zueinander. Mit diesem Gefahrenfeuer ist es möglich, einen
positiven Abstrahlwinkel von 3° bis 5° gegenüber
der horizontalen der Ebene zu erzielen. Als Leuchtmittel können
ringförmige Leuchtdioden-Anordnungen und als Linse eine
Fresnel-Linse mit einer innen glatten und außen profilierten
Fläche verwendet werden.
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Aus
der
DE 202 19 037
U1 geht ein weiteres Leuchtdioden-Gefahrenfeuer hervor,
das Leuchtdioden aufweist, die auf einem zylindrischen Trägerkörper
angeordnet sind. Die Anordnung ist derart vorgesehen, dass eine
Lichtabstrahlung in vertikaler Ebene von 5°, 10°,
15° oder 20° möglich ist. Jede Leuchtdiode
ist mit einer eigenen Optik ausgestattet. Das Gefahrenfeuer „kann"
in alle gewünschten Richtungen mit verschiedenen definierten
Lichtstärken – bis 200 Candela – abstrahlen.
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In
der
US 2005/0110649
A1 ist ein Flugzeug Antikollisions-Leuchte beschrieben
mit einer kreisförmigen und bezüglich der Wärmeleitfähigkeit
günstigen Anordnung der Leuchtdioden. Jede Leuchtdiode
ist teilweise von einer wannenförmigen reflektierenden
Oberfläche (Reflektor) umgeben, die Licht das außerhalb
der Achse liegt in die horizontale Ebene umleitet. Die Lichtanordnung
wir von einer zylinderförmigen Linse umschlossen die gleichzeitig
als Gehäuse dient. Die größte Lichtintensität
kann bei einem Abstrahlwinkel von ±5° erreicht
werden.
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Es
gibt unterschiedliche Arten von Leuchtfeuern. Eine sogenannte Flughindernisbefeuerung
soll Licht in einer Ebene in einem Winkelbereich von 90° bis
360° ausstrahlen, wobei das Licht in Vertikalrichtung auf einen
Winkelbereich von ±2° beschränkt ist.
Das Licht soll mit einer hohen Lichtintensität kontinuierlich
oder pulsförmig abgestrahlt werden. Bei rotem Licht beträgt
die geforderte Lichtintensität nach ICAO (Annex 14, Juli 1999)
2.000 cd und bei weißem Licht 20.000 cd. Es ist besonders
schwierig, mit Leuchtdioden ein weißes Leuchtfeuer zu erzeugen,
das diesen Forderungen entspricht, da die Leuchtstärke
weiß abstrahlender Leuchtdioden begrenzt ist und für
das weiße Licht eine besonders hohe Leuchtintensität
gefordert wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Leuchtfeuer zu schaffen,
das als Leuchtmittel Leuchtdioden verwendet, das einfach herstellbar
ist und mit dem es möglich ist, mit relativ wenigen Leuchtdioden
eine hohe Lichtintensität in einem auf einem schmalen Winkelbereich
von beispielsweise ±2° zu erzielen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Leuchtfeuer mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen
sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird
ein Leuchtfeuer vorgesehen, das mehrere auf einem Kreis angeordnete
radial nach außen gerichtete Leuchtdioden aufweist, wobei
eine zu den Leuchtdioden konzentrisch angeordnete ringförmige
Fresnel-Linse zum Bündeln des von den Leuchtdioden abgestrahlten
Lichts vorgesehen ist.
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Das
erfindungsgemäße Leuchtfeuer zeichnet sich dadurch
aus, dass die zylinderförmige Fresnel-Linse aus einem dünnwandigen
Kunststoffstreifen ausgebildet ist, der zu einem Ring gebogen ist.
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Durch
die Ausbildung der Fresnel-Linse aus einem dünnwandigen
Kunststoffstreifen, der zu einem Ring gebogen ist, kann die Fresnel-Linse
zum einen sehr kostengünstig hergestellt werden. Die optische
Kontur wird vorzugsweise in den dünnwandigen Kunststoffstreifen
geprägt, was das Herstellungsverfahren billig macht. Durch
das Biegen eines dünnwandigen Kunststoffstreifens zu einem
Ring kann die Fresnel-Linse aus einem breitem Kunststoffstreifen
ausgebildet werden, so dass die Fresnel-Linse mit einer Höhe
von z. B. 5 cm bis 15 cm, vorzugsweise 8 cm bis 12 cm, ausgebildet
ist. Eine hohe Fresnel-Linse erlaubt die Bündelung von Licht
aus einem relativ großen Winkelbereich des von den Leuchtdioden
abgestrahlten Lichtes, wodurch viel Licht in den gewünschten
Bereich gelenkt werden kann.
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Bei
einer spritzgegossenen Fremel-Linse, wie sie beispielsweise aus
der
EP 1 405 789 A1 hervorgeht, ist
es nicht möglich, zu vertretbaren Kosten, eine Linse mit
derartigen Dimensionen herzustellen.
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Vorzugsweise
ist die dünnwandige Fresnel-Linse innerhalb eines transparenten
Gehäuses mit einer glatten Außenfläche
angeordnet. Hierdurch ist das Problem der Verschmutzung gegenüber
einem Leuchtfeuer mit einer außen liegenden Fresnel-Linse
erheblich verringert, da sich ansonsten an der Kontur der Fresnel-Linse,
insbesondere wenn diese dünnwandig und mit dementsprechend
vielen Stufen ausgebildet ist, Schmutz ansammelt.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Leuchtfeuer
vorgesehen, das mehrere auf einem Kreis angeordnete und radial nach
außen gerichtete Leuchtdioden,
- – eine
zu Leuchtdioden konzentrisch angeordnete, ringförmige Linse
zum Bündeln des von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichtes,
- – jeweils eine benachbart zu einer jeden Leuchtdiode
in dem Bereich zwischen den Leuchtdioden und der ringförmigen
Linse angeordnete Vorsatzlinse, um das Licht der jeweiligen Leuchtdiode
zur ringförmigen Linse zu lenken, wodurch virtuelle Abbildungen
der Leuchtdioden gegenüber der ringförmigen Linse
radial nach innen versetzt sind, aufweist.
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Dieses
Leuchtfeuer zeichnet sich dadurch aus, dass der Fokus der ringförmigen
Linse auf einem konzentrischen Ring angeordnet ist, der versetzt
zu den virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden und vorzugsweise
innerhalb der virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden angeordnet
ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei einem Leuchtfeuer, bei dem die Leuchtdioden
ringförmig angeordnet sind, jeweils eine Vorsatzlinse vor
der jeweiligen Leuchtdiode angeordnet ist, die das Licht auf eine
ringförmige, insbesondere großflächige
Linse lenkt, so dass bei der Anordnung der virtuellen Leuchtdioden
im Fokus der ringförmigen Linse eine Bündelung
erzielt wird, die die in der Norm ICAO (Annex 14, Juli 1999) gestellten
Anforderungen von ±2° bei weitem übererfüllt.
Es ist daher möglich, die Anordnung so vorzusehen, dass
die virtuellen Leuchtdioden außerhalb des Fokus der ringförmigen
Linse angeordnet sind. Eine gezielte defokussierte Anordnung der
Leuchtdioden bringt den Vorteil, dass der gesamte Aufbau sehr große
Toleranzen von einigen Millimetern besitzt, innerhalb derer die
gewünschten Abstrahleigenschaften erzielt werden. Dies
bedeutet, dass beim Zusammenbau der einzelnen Teile zum erfindungsgemäßen
Leuchtfeuer eine Verschiebung der ringförmigen Linse gegenüber
dem Ring der Leuchtdioden um z. B. einen Millimeter einen vernachlässigbaren Einfluss
auf die Abstrahleigenschaften des gesamten Leuchtfeuers verursacht.
Weiterhin ist eine Verschiebung der virtuellen Leuchtdioden nach
Außen gegenüber dem ringförmigen Fokus
der ringförmigen Linse von Vorteil, da hierdurch sichergestellt
wird, dass der von den Leuchtdioden abgestrahlte Lichtkegel vollständig
auf die ringförmige Linse trifft und nicht ein Teil davon
am oberen und unteren Rand der ringförmigen Linse vorbeigerichtet
ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand eines in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. In den
Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch
ein erfindungsgemäßes Leuchtfeuer in perspektivischer
Darstellung ohne obere Abdeckung,
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2 das
Leuchtfeuer aus 1 im Querschnitt,
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3 einen
Bereich zwischen der Wandung eines Tragkörpers und dem äußeren
Gehäuses des Querschnitts aus 2 in vergrößerter
Darstellung,
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4a, 4b die
Lichtverteilung in den Abstrahlebenen von 0° (horizontal)
und 1°,
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5 die
Lichtverteilung in einem vertikalen Schnitt,
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6 schematisch
die Anordnung der Abstrahlfläche der Leuchtdioden auf einem
Tragkörper,
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7 schematisch
in einem Schnitt eine erfindungsgemäße Fresnel-Linse
mit unterschiedlich fokussierenden Bereichen,
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8a bis 8c schematisch
unterschiedliche Intensitätsverteilungen jeweils in einem
vertikalen Schnitt, und
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9 schematisch
die Anordnung der Leuchtdioden gegenüber der sie umgebenden
kreisförmigen Linse.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße
Leuchtfeuer 1 aus mehreren, auf einem Kreis angeordneten
und radial nach außen gerichteten Leucht dioden 2 und
einer ringförmigen Fresnel-Linse 3 ausgebildet,
die konzentrisch zu dem durch die Leuchtdioden 2 gebildeten
Kreis angeordnet ist (1, 2, 3, 9).
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Die
Leuchtdioden sind auf der Mantelfläche eines rohrförmigen
Tragkörpers 4 angeordnet. Der rohrförmige
Tragkörper 4 ist vorzugsweise ein gut wärmeleitendes
Metallrohr, wie z. B. ein Aluminium-Rohr, damit die durch die Leuchtdioden 2 erzeugte
Wärme gut abgeleitet wird. Im Innenbereich des Tragkörpers 4 können Kühlrippen
(nicht dargestellt) angeordnet sein, die die Ableitung der Wärme
verbessern.
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Die
Leuchtdioden 2 sind in einer horizontalen Ebene angeordnet,
so dass sie einen am Tragkörper 4 umlaufenden
horizontalen Kreisring bilden. Geeignete Leuchtdioden für
das erfindungsgemäße Leuchtfeuer sind z. B. Lumileds
K2, Lumileds Luxeon 1, Lumileds Luxeon 3, CreeXR 7090 und Osram
OSTAR.
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Einer
jeden Leuchtdiode 2 ist eine rotationssymmetrische Vorsatzlinse 5 zugeordnet,
die das von der jeweiligen Leuchtdiode 2 abgegebene Licht
bündelt (2, 3).
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In 9 ist
schematisch eine einzelne Leuchtdiode 2 dargestellt. Eine
derartige Leuchtdiode 2 ist grundsätzlich ein
lambertscher Strahler, der Licht über einen großen
Winkelbereich abgibt, was in 9 durch den
Abstrahlkegel 6 dargestellt ist. Durch die Vorsatzlinse 5 wird
der Abstrahlkegel 6 auf einen engeren Raumwinkel gebündelt,
womit sich ein entsprechend enger Abstrahlkegel 7 ergibt.
Dies ist zweckmäßig, da bei dem weiten Abstandskegel 6 die
einzelnen Lichtstrahlen des Lichtstrahlbündels sehr unterschiedliche
Wegstrecken von der Leuchtdiode 2 zur Fresnel-Linse 3 zurücklegen
würden, wobei die Wegstrecken der Lichtstrahlen am Rand
des Lichtkegels wesentlich länger als die Wegstrecken der
im Zentrum des Lichtkegels abgestrahlten Lichtstrahlen wären,
wodurch die ringförmige Fresnel-Linse 3 sehr unterschiedlich
auf die einzelnen Bereiche des Abstrahlkegels wirken würde.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Vorsatzlinsen 5 separat
von den Leuchtdioden 2 ausgebildet. Falls geeignete Hochleistungs-Leuchtdioden
mit integrierter Vorsatzlinse am Markt erhältlich wären, könnten
auch derartige integrale Leuchtdiodeneinheiten verwendet werden.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die ringförmige
Fresnel-Linse 3 aus einem dünnwandigen Kunststoffstreifen
ausgebildet. Der dünnwandige Kunststoffstreifen ist auf
einer Seite mit der Kontur der Fresnel-Linse geprägt. Dieser
geprägte Streifen wird derart zu einem Ring gebogen, dass
seine Stirnkanten auf Stoß angeordnet sind. Durch die Ausbildung
der Fresnel-Linse aus einem dünnwandigen, gebogenen Kunststoffstreifen,
ist es möglich eine den optischen Anforderungen genügende
Fresnel-Linse herzustellen, die mit den für Leuchtfeuer
geringen Stückzahlen wirtschaftlich vernünftig
hergestellt werden kann und zudem in den für das erfindungsgemäße
Leuchtfeuer geeigneten Dimensionen herstellbar ist. So ist es zweckmäßig,
dass die Fresnel-Linse zumindest eine Höhe von 5 cm, vorzugsweise
eine Höhe im Bereich von 5 cm bis 20 cm und insbesondere
im Bereich von 8 cm bis 12 cm aufweist. Diese ringförmige
Fresnel-Linse ist mit einem Durchmesser von etwa 20 cm bis 40 cm,
vorzugsweise von 25 cm bis 35 cm ausgebildet. Eine derartig große
Linse kann aus einem großen Raumbereich das von den Leuchtdioden
abgestrahlte Licht bündeln.
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Es
sind spritz-gegossene Fresnel-Linsen von dieser Dimension bekannt.
Jedoch kostet das Werkzeug zum Herstellen einer derartigen spritz-gegossenen
Fresnel-Linse mehr als einige Jahresproduktionen der gesamten erfindungsgemäß ausgebildeten
Leuchtfeuer. Diese bekannten Fresnel-Linsen haben ihren Fokus am Mittelpunkt.
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Die
erfindungsgemäße ringförmige Fresnel-Linse 3 ist
aus einem biegsamen Kunststoffmaterial, wie z. B. PVC, PMMA oder
einem Siliconmaterial ausgebildet. Sie besitzt typischerweise eine
Stärke von 1 mm bis 5 mm und vorzugsweise von 2 mm bis
4 mm. Eine derartige Fresnel-Linse weist eine ausreichende Eigensteifigkeit
auf, damit sie frei stehen kann.
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Im
Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Fresnel-Linse 3 aus
einer dünnen Folie mit einer Stärke von z. B.
0,1 mm bis 0,5 mm auszubilden. Diese Folie kann auf einen rohrförmigen,
optisch neutralen und transparenten zylinderförmigen Formkör per
aufgezogen werden, damit sie die notwendige Eigensteifigkeit aufweist.
Diese Folie wird vorzugsweise großflächig mit
dem Formkörper verklebt.
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Die
ringförmige Linse 3 ist von einem transparenten,
rohrförmigen Gehäuse 8 umgeben, das beispielsweise
aus PMMA (PlexiglasTM) ausgebildet ist.
Das transparente Gehäuse weist glatte Oberflächen
auf, so dass es für das von den Leuchtdioden abgestrahlte
Lichtstrahlbündel im wesentlichen optisch neutral ist und das
Lichtstrahlbündel weder bündelt noch aufweitet.
Eine glatte Außenfläche ist von Vorteil, da der
Schmutz wesentlich geringer als bei einer rauen bzw. profilierten
Oberfläche haftet. Dieses transparente Gehäuse
dient zum mechanischen Schutz der ringförmigen Linse 3.
Es bietet auch einen UV-Schutz und einen Schutz gegen sonstige Witterungseinflüsse.
Da die ringförmige Linse 3 durch das Gehäuse 8 geschützt
ist, kann sie dünnwandig mit einer relativ geringen Stabilität
ausgebildet sein.
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Der
rohrförmige Tragkörper 4, die ringförmige
Linse 3 und das Gehäuse 8 sind auf einer
kreisförmigen Grundplatte 9 angeordnet. Die kreisförmige
Grundplatte 9 weist entsprechende Nuten zum Aufnehmen der Randbereiche
des Tragkörpers 4, der Linse 3 und des
Gehäuses 8 auf. Auf dem Tragkörper 4 der
Fresnel-Linse 3 und dem Gehäuse 8 ist
eine kreisförmige Abdeckplatte 10 angeordnet.
Die Abdeckplatte 10 weist an ihrer Unterseite entsprechend
kreisförmige Nuten zum Aufnehmen der oberen Randbereiche
des Tragkörpers 4, der Linse 3 und des
Gehäuses 8 auf. Der Tragkörper 4,
die Linse 3 und das Gehäuse 8 werden
durch die Grundplatte 9 und die Abdeckplatte 10 in
einer zueinander konzentrischen Anordnung gehalten. Die Grundplatte 9 und
die Abdeckplatte 10 ist im Bereich innerhalb des rohrförmigen
Tragkörpers 4 mittels eines Spannmechanismuses
(nicht dargestellt) lösbar verbunden. In 2 sind
die Grundplatte 9 und die Abdeckplatte 10 als
durchgehende Platten dargestellt, die den gesamten Innenbereich
des rohrförmigen Tragkörpers 4 überdecken.
Vorzugsweise weisen die Grundplatte 9 und die Abdeckplatte 10 im
Bereich innerhalb des rohrförmigen Tragkörpers
eine oder mehrere Öffnungen auf, so dass Luft durch den
Innenbereich zum rohrförmigen Tragkörper 4 zirkulieren
kann und den Tragkörper und hiermit die Leuchtdioden 2 kühlen
kann.
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Die
ringförmige Linse 3 kann eine einheitliche Brennweite
aufweisen, so dass die Brennpunkte der Linse 3 auf einem
Kreis, dem Brennkreis 11, angeordnet sind (9).
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Da
einer jeden Leuchtdiode 2 eine Vorsatzlinse 5 zugeordnet
ist, die das Licht der Leuchtdiode bündelt, wird durch
die Vorsatzlinse 5 eine virtuelle Abbildung der Leuchtdiode
erzeugt, die bezüglich der jeweiligen Leuchtdiode 2 ein
Stück radial nach Innen versetzt ist. Die Orte der virtuellen
Abbildungen der Leuchtdioden befinden sich auf einem Abbildungskreis 12 (9).
Wenn der Ort der virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden (also der
Abbildungskreis 12) mit dem Brennkreis 11 zusammenfällt,
kann das Licht der Leuchtdioden auf einen sehr engen Winkelbereich
von weniger als ±1° gebündelt werden.
Eine entsprechende Intensitätsverteilung ist schematisch
in 8a gezeigt, wobei hier die Intensität
I über den Abstrahlwinkel α gegenüber der
Horizontalen dargestellt ist.
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Sind
die virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden 2 bezüglich
des Brennkreises 11 versetzt angeordnet, so wird der vom
Leuchtfeuer 1 abgestrahlte Lichtkegel aufgeweitet. In 8b ist
schematisch eine entsprechende Lichtverteilung dargestellt. Mit
einer derartigen Anordnung außerhalb des Fokus kann der
gewünschte Lichtkegel im Bereich von ±2° erzielt
werden. Eine Anordnung außerhalb des Fokus ist von Vorteil, da
hierdurch erhebliche Toleranzen von einigen Millimetern bezüglich
der Positionierung der Leuchtdioden relativ zur ringförmigen
Linse erlaubt sind, ohne das dies wesentlich Einfluss auf die Weite
des Lichtkegels hat. Ist die Linsenanordnung hingegen so ausgelegt,
dass der gewünschte Lichtkegel bei einer Anordnung der
virtuellen Abbildung der Leuchtdioden auf dem Brennkreis 11 erzielt
wird, so kann bei einer relativ geringfügig Abweichung
der virtuellen Abbildung der Leuchtdioden vom Brennkreis bereits
eine erhebliche Veränderung des Leuchtkegels verursacht
werden.
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Vorzugsweise
sind die virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden (Abbildungskreis 12)
radial außerhalb des Brennkreises 11 angeordnet,
da hiermit sichergestellt ist, dass das von den Leuchtdioden abgestrahlte Licht
vollständig auf die Fresnel-Linse 3 auftrifft
und nicht ein Teil des Lichtstrahlbündels oberhalb der
Fresnel-Linse 3 auf der Abdeckplatte 10 bzw. Unterhalb
der Fresnel-Linse 3 auf der Grundplatte 9 auftrifft.
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Die
Anordnung der virtuellen Abbildung der Leuchtdioden außerhalb
des Fokus der ringförmigen Linse 3 stellt einen
eigenen, unabhängigen Erfindungsgedanken dar, da er eine
hohe optische Qualität des Leuchtfeuers bei geringer mechanischer
Präzision der Anordnungen der einzelnen Elemente bewirkt.
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Die
ringförmige Linse 3 ist vorzugsweise mit unterschiedlich
stark bündelnden Zonen a, b ausgebildet (7).
Hierdurch wird ein Teil des Lichtstrahlbündels stärker
und der andere Teil weniger stark fokussiert, wodurch sich eine
Intensitätsverteilung ergibt, wie sie in 8c gezeigt
ist. Bei dieser Intensitätsverteilung wird das meiste Licht
in einem schmalen Winkelbereich um die horizontale Ebene abgestrahlt,
wobei ein gewisser Anteil durch die weniger stark bündelnden
Zonen der Linse über einen etwas weiteren Winkelbereich
abgestrahlt wird. Diese Intensitätsverteilung ergibt sich
somit aus einer Überlagerung der beiden in 8a und 8b gezeigten
Intensitätsverteilungen. Bei der Richtlinie gemäß ICAO
(Annex 14, Juli 1999) wird gefordert, dass die Intensitätsverteilung
bei 10 unterhalb des Wertes 11.250 cd liegt (Pfeil 13) und bei einem
Abstrahlwinkel von 1,5° über 7.500 cd für
ein Leuchtfeuer von insgesamt 20.000 cd liegt (Pfeil 14). Dadurch,
dass die Intensitätsverteilung bei einer Linse mit Zonen
unterschiedlicher Bündelungen mittig eine steile Spitze
aufweist, die im unteren Bereich etwas flacher nach außen
verläuft, können diese Grenzwerte einfach eingehalten werden.
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Da
die Intensitätsverteilung des Leuchtfeuers in großer
Entfernung zum Leuchtfeuer gemessen wird, ist es grundsätzlich
egal, ob die innere Zone b oder die äußeren Zonen
a stärker bündelnd bzw. stärker fokussierend
ausgebildet sind. Es ist jedoch aus fertigungstechnischen Gründen
zweckmäßig, die innere Zone b stärker
fokussierend auszubilden. Die Zonen mit unterschiedlicher Fokussierung
sind über den gesamten Umfang der ringförmigen
Linse 3 konstant ausgebildet. Sie bilden somit ringförmige
Zonen mit konstanter Höhe. Im Rahmen der Erfindung ist
es selbstverständlich auch möglich, mehrere derartige
Zonen unterschiedlicher Fokussierung vorzusehen, oder die ringförmige
Linse mit einer sich graduell verändernden Fokussierung
auszubilden. Es ist auch möglich, die Zonen bzw. die Bereiche
unterschiedlicher Fokussierung an den Vorsatzlinsen 5 auszubilden.
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Zur
Erzielung einer etwa dreiecksförmigen Intensitätsverteilung,
wie sie in den 8a bis 8c gezeigt
ist, sind die Leuchtdioden mit ihren etwa quadratischen Abstrahlflächen 15 rautenförmig
mit einer nach oben und einer nach unten weisenden Ecke angeordnet.
Die Leuchtdioden 2 sind alle auf gleicher Höhe
umlaufend auf den Tragkörper 4 angeordnet. Durch
diese rautenförmige Anordnung der Abstrahlfläche
wird in einer durch die Mittelpunkte der Leuchtdiode verlaufenden
Horizontalebene 16 von den Leuchtdioden mehr Licht abgestrahlt,
als an den von der Horizontalebene beanstandeten Ecken. Dies bewirkt
eine etwa dreiecksförmige Intensitätsverteilung.
Würde man die Leuchtdioden mit Ihrer Abstrahlfläche
derart anordnen, dass die Kanten der Abstrahlfläche horizontal
und vertikal verlaufen, so würde sich eine Intensitätsverteilung
ergeben, die ein stumpfes Plateau besitzen würde. Diese
rautenförmige Anordnung der Abstrahlflächen 15 in
einem Leuchtfeuer stellt einen eigenständigen Erfindungsgedanken
dar, der auch bei Leuchtfeuern verwendet werden kann, die anstelle
einer Fresnel-Linse eine andersartige ringförmige Linse
aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Leuchtfeuer wird vorzugsweise
in drei Typen gemäß der Richtlinie ICAO (Annex
14, Tabelle 6-3) mit unterschiedlicher Farbe und unterschiedlicher
Helligkeit ausgebildet, die in folgender Tabelle angeben sind:
Typ | Farbe | Nennlichtstärke | Betriebsmodus |
A | weiß | 20.000
cd | blinkend |
B | rot | 2.000
cd | blinkend |
C | rot | < 2.000 cd | kontinuierlich |
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Es
gibt bisher kein am Markt erhältliches Leuchtfeuer mit
Leuchtdioden, das dem Typ A entspricht und lediglich eine einzelne
Reihe kreisförmig umlaufender Leuchtdioden aufweist. Es
war bisher nicht möglich, mit herkömmlichen ringförmigen
Linsen Licht derart effizient in den geforderten engen Winkelbereich
von ±2° zu lenken, dass die notwendige Lichtintensität
erzielt werden konnte. Eine gemessene Lichtverteilung des erfindungsgemäßen
Leuchtfeuers nach Typ A ist in 4a in
der Horizontalen und in 4b in
einer gegenüber der Horizontalen um 1° geneigten
Abstrahlebene gezeigt.
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Die
Erfindung ist vor allem für Leuchtfeuer der Typen A und
B vorgesehen. Mit der Erfindung kann ein Leuchtfeuer nach dem Typ
C mit einem maximalen Gesamtdurchmesser von etwa 20 cm realisiert
werden.
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Da
gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
eine Fresnel-Linse aus einem dünnwandigen Kunststoffstreifen
ausgebildet ist, der zu einem Ring gebogen ist, kann die Fresnel-Linse
mit an sich beliebiger Höhe einfach und kostengünstig
hergestellt werden. Hierdurch kann aus einem großem Raumwinkel Licht
sehr effizient gebündelt werden. Vor allem in Verbindung
mit den ringförmigen Fokus ist dies von Vorteil, da Licht
von mehreren auf einem größeren Kreis angeordneten
Leuchtdioden scher effizient gebündelt werden kann.
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Die
erfindungsgemäßen Leuchtfeuer werden vor allem
kontinuierlich betrieben. Es ist jedoch auch möglich, eine
Steuereinrichtung vorzusehen, die die Leuchtdioden intermittierend
ansteuert, so dass sie in vorbestimmten Abständen blinken.
Das erfindungsgemäße Leuchtfeuer kann derart angesteuert
werden, dass es in einer Ebene Licht über einen Winkelbereich
von 90° bis 360° abstrahlt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich,
mehrere erfindungsgemäße Leuchtfeuer zu kombinieren,
wobei die Leuchtfeuer konzentrisch übereinander angeordnet
sind. Hierbei bildet die Abdeckplatte des jeweils unteren Leuchtfeuers
die Grundplatte des darüber angeordneten Leuchtfeuers.
Der Bereich innerhalb der Tragkörper 4 ist nach
oben und unten offen, so dass die von den Leuchtdioden erzeugt Wärme durch
den Kamineffekt wirksam nach außen abgeleitet werden.
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Die
Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fresnel-Linse
aus einem dünnwandigen Kunststoffstreifen vorgesehen, der
zu einem Ring gebogen ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Leuchtdioden
außerhalb des Fokus einer ringförmigen Linse angeordnet.
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Nach
einem dritten Aspekt sind die Leuchtdioden mit ihren Abstrahlflächen
rautenförmig angeordnet.
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Die
einzelnen Aspekte können einzelnen oder in Kombination
an einem erfindungsgemäßen Leuchtfeuer realisiert
sein.
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- 1
- Leuchtfeuer
- 2
- Leuchtdiode
- 3
- Fresnel-Linse
- 4
- Tragkörper
(rohrförmige)
- 5
- Vorsatzlinse
- 6
- Abstrahlkegel
- 7
- Abstrahlkegel
- 8
- Gehäuse
- 9
- Grundplatte
- 10
- Abdeckplatte
- 11
- Brennkreis
- 12
- Abbildungskreis
- 13
- Pfeil
- 14
- Pfeil
- 15
- Abstrahlfläche
- 16
- Horizontalebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1405789
A1 [0002, 0013]
- - DE 4206056 C1 [0003]
- - DE 20114306 U1 [0004]
- - DE 20219037 U1 [0005]
- - US 2005/0110649 A1 [0006]