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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
eine 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 eine 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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Aus
der
DE 691 06 757
T2 geht eine Fresnel-Trommellinse für ein Signalfeuer hervor, bei
der die Linse aus einer transparenten Folie ausgebildet ist, an
deren Oberfläche
ein feines, prismenförmiges,
lineares Fresnel-Linsenmuster geformt ist. Diese lineare Linse ist
zu einer zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Form gebogen. Die Dicke
der Folie beträgt
z. B. 0,5 mm. Die Folie ist beispielsweise aus Acryl ausgebildet.
Als Leuchtmittel werden Leuchtdioden vorgesehen, die ringförmig innerhalb
der Fresnel-Linse auf dem Fokalkreis der Fresnel-Linse angeordnet
sind.
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In
der
EP 1 098 134 A2 ist
eine Beleuchtungseinrichtung beschrieben, die Leuchtdioden als Leuchtmittel
aufweist, welche von einer zylinderförmigen Linse umgeben sind,
so dass von den Leuchtdioden Licht radial in einer Ebene abgestrahlt
wird und von der Linse gebildet wird. Vorzugsweise werden Leuchtdioden
verwendet, die eine elliptische Abstrahlcharakteristik besitzen,
wobei der vertikale Abstrahlwinkel kleiner als der horizontale Abstrahlwinkel
sein soll. Durch diese elliptische Abstrahlcharakteristik soll die
horizontale, konzentrische Lichtabstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinrichtung
derart verbessert werden, dass weniger Leuchtdioden benötigt werden.
Mit den elliptisch abstrahlenden Leuchtdioden soll es nicht nötig sein,
bei der Anordnung der Leuchtdioden die Fokalpunkte der Linsen zu
berücksichtigen.
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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
schmalen Winkelbereich von beispielsweise ±2° zu erzielen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Leuchtfeuer mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den jeweiligen
Unteransprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein
Leuchtfeuer vorgesehen, das mehrere auf einem Kreis angeordnete
und radial nach außen
gerichtete Leuchtdioden umfasst,
- – eine zu
den Leuchtdioden konzentrisch angeordnete ringförmige Linse zum Bündeln des
von den Leuchtdioden abgestrahlten Lichtes, wobei die Linse eine
Höhe von
zumindest 5 cm aufweist,
- – jeweils
eine benachbart zu einer jeden Leuchtdiode und im Bereich zwischen
den Leuchtdioden und der ringförmigen
Linse angeordnete Vorsatzlinse, um das Licht der jeweiligen Leuchtdiode
zur ringförmigen
Linse zu lenken, wodurch die Leuchtdioden gegenüber der ringförmigen Linse
einen radial nach innen versetzte virtuelle Abbildung einnehmen,
und
- – der
Fokus der ringförmigen
Linse auf einem zu den Leuchtdioden konzentrischen Kreis angeordnet
ist, der versetzt zu den virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden
angeordnet ist.
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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
Abstrahleigenschten 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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Das
erfindungsgemäße Leuchtfeuer
zeichnet sich ferner 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 Fresnel-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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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 1° 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
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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 beabstandeten 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