DE102007009896B4

DE102007009896B4 - Leuchtfeuer

Info

Publication number: DE102007009896B4
Application number: DE102007009896A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Timinger; Bernd Ballaschk
Original assignee: Individual
Current assignee: BALLASCHK, BERND, 03096 BURG, DE
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: DE102007009896A1

Abstract

Leuchtfeuer umfassend
mehrere auf einem Kreis angeordnete und radial nach außen gerichtete Leuchtdioden (2),
eine zu den Leuchtdioden (2) konzentrisch angeordnete ringförmige Linse (3) zum Bündeln des von den Leuchtdioden (2) abgestrahlten Lichtes, wobei die Linse eine Höhe von zumindest 5 cm aufweist,
jeweils eine benachbart zu einer jeden Leuchtdiode (2) und im Bereich zwischen den Leuchtdioden (2) und der ringförmigen Linse (3) angeordnete Vorsatzlinse (5), um das Licht der jeweiligen Leuchtdiode (2) zur ringförmigen Linse (3) zu lenken, wodurch die Leuchtdioden (2) gegenüber der ringförmigen Linse (3) eine radial nach innen versetzte virtuelle Abbildung einnehmen, und
der Fokus (11) der ringförmigen Linse (3) auf einem zu den Leuchtdioden (2) konzentrischen Kreis (12) angeordnet ist, der versetzt zu den virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden (2) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtfeuer, das als Leuchtmittel Leuchtdioden aufweist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Leuchtfeuer in perspektivischer Darstellung ohne obere Abdeckung,
2 das Leuchtfeuer aus 1 im Querschnitt,
3 einen Bereich zwischen der Wandung eines Tragkörpers und dem äußeren Gehäuses des Querschnitts aus 2 in vergrößerter Darstellung,
4a, 4b die Lichtverteilung in den Abstrahlebenen von 0° (horizontal) und 1°,
5 die Lichtverteilung in einem vertikalen Schnitt,
6 schematisch die Anordnung der Abstrahlfläche der Leuchtdioden auf einem Tragkörper,
7 schematisch in einem Schnitt eine erfindungsgemäße Fresnel-Linse mit unterschiedlich fokussierenden Bereichen,
8a bis 8c schematisch unterschiedliche Intensitätsverteilungen jeweils in einem vertikalen Schnitt, und
9 schematisch die Anordnung der Leuchtdioden gegenüber der sie umgebenden kreisförmigen Linse.
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).
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.
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.
Einer jeden Leuchtdiode 2 ist eine rotationssymmetrische Vorsatzlinse 5 zugeordnet, die das von der jeweiligen Leuchtdiode 2 abgegebene Licht bündelt (2, 3).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die ringförmige Linse 3 ist von einem transparenten, rohrförmigen Gehäuse 8 umgeben, das beispielsweise aus PMMA (Plexiglas^TM) 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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Leuchtdioden außerhalb des Fokus einer ringförmigen Linse angeordnet.
Nach einem dritten Aspekt sind die Leuchtdioden mit ihren Abstrahlflächen rautenförmig angeordnet.
Die einzelnen Aspekte können einzelnen oder in Kombination an einem erfindungsgemäßen Leuchtfeuer realisiert sein.

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

Claims

Leuchtfeuer umfassend mehrere auf einem Kreis angeordnete und radial nach außen gerichtete Leuchtdioden (2), eine zu den Leuchtdioden (2) konzentrisch angeordnete ringförmige Linse (3) zum Bündeln des von den Leuchtdioden (2) abgestrahlten Lichtes, wobei die Linse eine Höhe von zumindest 5 cm aufweist, jeweils eine benachbart zu einer jeden Leuchtdiode (2) und im Bereich zwischen den Leuchtdioden (2) und der ringförmigen Linse (3) angeordnete Vorsatzlinse (5), um das Licht der jeweiligen Leuchtdiode (2) zur ringförmigen Linse (3) zu lenken, wodurch die Leuchtdioden (2) gegenüber der ringförmigen Linse (3) eine radial nach innen versetzte virtuelle Abbildung einnehmen, und der Fokus (11) der ringförmigen Linse (3) auf einem zu den Leuchtdioden (2) konzentrischen Kreis (12) angeordnet ist, der versetzt zu den virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden (2) angeordnet ist.
Leuchtfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuellen Abbildungen der Leuchtdioden radial nach außen verschoben gegenüber dem ringförmigen Fokus der ringförmigen Linse angeordnet sind.
Leuchtfeuer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Linse als Fresnel-Linse (3) aus einem dünnwandigen Kunststoffstreifen ausgebildet ist, der zu einem Ring gebogen ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse (3) eine Höhe von zumindest 8 cm aufweist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb der Fresnel-Linse (3) ein transparentes Gehäuse (8) angeordnet ist.
Leuchtfeuer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) eine glatte Außenfläche besitzt.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu jeder Leuchtdiode (2) radial außen eine Vorsatzlinse (5) angeordnet ist, um das Licht der jeweiligen Leuchtdiode (2) zur Fresnel-Linse (3) zu lenken.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse (3) aus einem geprägten Kunststoffstreifen ausgebildet ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse (3) aus einem eigensteifen Kunststoffstreifen mit einer Stärke von bis zu 3 mm ausgebildet ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse (3) aus einer Kunststofffolie mit einer Stärke von bis zu 0,3 mm ausgebildet ist, wobei die Kunststofffolie auf einem ringförmigen Stützkörper angeordnet ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fresnel-Linse (3) aus PVC, Silikon oder Polycarbonat ausgebildet ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittig ein rohrförmiger Tragkörper (4) angeordnet ist, auf dessen Außenfläche die Leuchtdioden (2) angeordnet sind.
Leuchtfeuer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (4) aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, ausgebildet und vorzugsweise mit nach innen weisenden Kühlrippen versehen ist.
Leuchtfeuer nach einen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Leuchtfeuer (1) einen Durchmesser von maximal 35 cm und vorzugsweise von maximal 30 cm aufweist.
Leuchtfeuer umfassend mehrere auf einem horizontalen Kreis angeordnete und radial nach außen gerichtete Leuchtdioden (2), eine zu den Leuchtdioden (2) konzentrisch angeordnete ringförmige Linse zum Bündeln des von den Leuchtdioden (2) abgestrahlten Lichtes, wobei die Linse eine Höhe von zumindest 5 cm aufweist und die Leuchtdioden (2) mit ihren etwa quadratischen Abstrahlflächen (15) rautenförmig mit einer nach oben und einer nach unten weisenden Ecke angeordnet sind.
Leuchtfeuer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Linse (3) zumindest zwei umlaufende Bereiche (a, b) mit unterschiedlicher Brennweite aufweist.
Leuchtfeuer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Linse (3) in ihrem umlaufenden mittigen Bereich (b) eine kleinere Brennweite als in ihren umlaufenden Randbereichen (a) aufweist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Brennweite der ringförmigen Linse (3) graduell in vertikaler Richtung ändert.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtfeuer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtfeuer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, wobei die ringförmige Linse (3) als die Fresnel-Linse nach einem der Ansprüche 3 bis 14 ausgebildet ist.
Leuchtfeuer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (2) auf einem einzigen Kreis angeordnet sind.
Leuchtfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokus der ringförmigen Linse in einem Ringbereich liegt, der vom Mit telpunkt mindestens 10%, vorzugsweise 20% bzw. 30% des Radius der ringförmigen Linse entfernt ist.