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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Signalleuchte nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige
Signalleuchten sind insbesondere als Verkehrssignal- oder Anzeigeeinrichtungen
im Eisenbahnverkehr im Einsatz. Wegen der hohen Anforderungen an
die Leuchtstärke
solcher im Eisenbahnverkehr eingesetzter Leuchtsignale, die eine
Reichweite des ausgestrahlten Lichtsignales von mehreren hundert
Metern haben müssen,
werden bislang durchweg Glühlampen
als Leuchtmittel verwendet, welche eine entsprechend hohe Leuchtkraft
haben. Die bisher verwendeteten Signalleuchten mit Glühlampen
haben jedoch erhebliche Nachteile im Hinblick auf der gegenüber LEDs
weit geringeren Lebensdauer, sowie im Hinblick auf einen erheblich
größeren Aufwand
an Reparatur- oder
Austauscharbeiten. Außerdem
ist der Stromverbrauch bei herkömmlichen
Glühlampen
deutlich größer als
bei LEDs. Bislang konnten allerdings LEDs als Leuchtmittel bei Eisenbahnsignalanlagen
wegen der geringeren Strahlungsleistung einzelner LEDs nicht effektiv
zum Einsatz gelangen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Signalleuchte
insbesondere für
den Einsatz in der Eisenbahntechnik oder in der Strassenverkehrstechnik
anzugeben, bei der anstelle von herkömmlichen Glühlampen die im Hinblick auf
Lebensdauer und Zuverlässigkeit
wesentlich besseren LEDs als Leuchmittel verwendet werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Leuchtsignal gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine
Signalleuchte mit einem Grundträger
und mehrere auf dem Grundträger
angeordnetete Leuchtmittel, und mit einer als Bestandteil des Gehäuses der
Signalleuchte ausgebildeten äußeren Abdeckung
vorgesehen, die in einem vorbestimmten Abstand vor den Leuchtmitteln
angeordnet ist, und welche sich dadurch auszeichnet, dass den auf
dem Grundträger angeordneten Leuchtmitteln
eine Primäroptik
mit einer katadioptrische Abbildungseinrichtung zugeordnet ist,
die aus dem von den einzelnen Leuchtmitteln ausgehenden Lichtes
ein annähernd
paralleles Strahlenbündel formt,
wobei die katadioptrische Abbildungseinrichtung eine Sammellinse
und eine Reflexionseinrichtung aufweist.
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Mit
der Erfindung gelingt es, eine Signalleuchte für den Einsatz im Eisenbahnbereich
vorzusehen, bei der als Leuchtmittel LEDs verwendet werden können, und
bei der die Lichtintensität
des abgestrahlten Lichtsignales vergleichbar hoch ist zu der Intensität bisher
verwendeter Leuchtsignale mit Glühlampen
als Leuchtmittel.
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Die
Erfindung ermöglicht
auf einfachste Weise auch den Austausch bisheriger Leuchtsignale
mit Glühlampen
durch erfindungsgemäße Leuchtsignale mit
LEDs als Leuchtmittel, ohne das Gehäuse oder sonstige konstruktiven
Bestandteile bisheriger Leuchtsignalanlagen verändern zu müssen. Das erfindungsgemäße Leuchtsignal
ist wesentlich reparatur- und wartungsärmer als bisherige Leuchtsignale, und
besitzt eine gegenüber
herkömmlichen
Anlagen wesentlich höhere
Lebensdauer.
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Dem
Prinzip der Erfindung folgend ist vorgesehen, dass der Primäroptik der
Leuchtmittel eine katadioptrische Abbildungseinrichtung zugeordnet
ist, die dadurch definiert wird, dass der Brennpunkt der Sammellinse
der katadioptrischen Abbildungseinrichtung mit dem Brennpunkt der
Reflexionseinrichtung der Katadioptrik zusammenfällt. Hierbei ist der gemeinsame
Brennpunkt der katadioptrischen Abbildungseinrichtung wenigstens
annähernd
am Ort des jeweiligen Leuchtmittels angeordnet, so dass mit der erfindungsgemäßen Leuchte
eine sehr hohe Leuchtdichte (Lumen pro mm2)
erzeugt werden kann. Mit der katadioptrischen Abbildungseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann demnach ein annähernd
paralleles Lichtbündel
mit vergleichsweise hoher Lichtintensität erzeugt werden, welches vergleichbar
ist mit der Lichtintensität
herkömmlicher Glühbirnen.
Mit der erfindungsgemäßen Signalleuchte gelingt
es insbesondere, dass der wesentliche Lichtanteil, nämlich mehr
als 90% des von den Leuchtmitteln abgestrahlten Lichtes auf die äußere Abdeckung
der Signalleuchte abgebildet werden kann, und demzufolge in sichtbares
Lichtsignal gerichtet werden kann, und demzufolge der verlorengehende,
nicht nutzbare Verlustlichtanteil äußerst gering bleibt.
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Das
Verlustverhältnis
ist dann insbesondere sehr gering, und kann annähernd auf Null oder einige wenige
Prozent reduziert werden, wenn die Reflexionseinrichtung der katadioptrischen
Abbildungseinrichtung durch eine totalreflektierende Grenzfläche ausgebildet
ist.
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Im
Prinzip ist es auch möglich,
die Grenzfläche
der Reflexionseinrichtung durch eine Spiegelfläche auszubilden, nur wird dadurch
der Verlustanteil unter Umständen
etwas größer.
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Bei
einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausbildung der Erfindung
ist vorgesehen, dass die katadioptrischen Abbildungseinrichtungen
aller einzelnen Leuchtmittel zu einer baulichen Einheit vereinigt
ausgebildet sind, und jedem einzelnen Leuchtmittel jeweils eine
katadioptrische Abbildungseinrichtung zugeordnet ist.
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In
bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den
einzelnen Primäroptiken eine
gemeinsame Sekundäroptik
nachgeschaltet ist, die das von allen Primäroptiken erzeugte, möglichst parallele
Strahlenbündel
auf die äußere Abdeckung der
Signalleuchte abbildet. Hierbei kann die Sekundäroptik eine Zerstreuungslinseneinrichtung
oder eine optische Bündelungseinrichtung
aufweisen.
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Von
Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Primäroptik und/oder die Sekundäroptik eine
Fresnellinseneinrichtung aufweist.
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Eine
weitere Erhöhung
der abgestrahlten Lichtausbeute ist möglich, wenn die äußere Abdeckung
eine Sammellinseneinrich tung, insbesondere mit einer Fresnellinse
aufweist, und der Brennpunkt der äußeren Abdeckung wenigstens
annähernd
mit dem imaginären
Brennpunkt der Sekundäroptik
zusammenfällt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die auf dem Grundträger
angeordneten Leuchtmittel zusammen eine quasizentrale Lichtquelle
bilden, wobei die Leuchtmittel auf dem Grundträger in einer Ebene mit einem
geringen Abstand voneinander derart angeordnet sind, dass die von
den Leuchtmitteln eingenommene Fläche eine maximale Seitenfläche aufweist.
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Dem
Prinzip der Erfindung folgend ist vorgesehen, dass die Leuchtmittel
Halbleiterlichtquellen, insbesondere lichtemittierende Dioden (LED)
aufweisen. Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung sind die Leuchtmittel
somit von Vorteil Luminiszenzdioden, insbesondere Hochleistungsluminiszenzdioden.
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In
bevorzugter Weiterführung
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmeapertur der äußeren Abdeckung
etwa 40° bis
90° beträgt, und
die Abstrahlungsapertur des parallelen Strahlenverlaufes nach Austritt
aus der Sekundäroptik
bis etwa 100° beträgt.
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Bei
einer weiterhin bevorzugten Ausführung der
Erfindung bilden die Leuchtmittel zusammen eine quasizentrale Lichtquelle,
wobei die Leuchtmittel auf dem Grundträger in einer Ebene mit einem
geringen Abstand voneinander derart angeordnet sind, dass die von
den Leuchtmitteln eingenommene Fläche eine maximale Seitenfläche aufweist,
wobei die mehreren Leuchtmittel auf einer Platine bestückt sind,
auf welcher Platine insbesondere auch die zur Ansteuerung und/oder
Leistungsversorgung der Leuchtmittel dienenden elektrischen Schaltung
vorgesehen ist. Hierbei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die
die Primäroptik
und die Sekundäroptik
vereinigende Kombinationslinse durch ein aus lichtdurchlässigem Material
gefertigtes Formteil vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist,
welches die Platine vollständig überdeckt.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der zeichnerischen
Darstellung eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht der Signalleuchte nach einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Schemaskizze zur Erläuterung der
optischen Eigenschaften der Primäroptik
und Sekundäroptik;
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3 eine
schematische Schnittansicht der Signalleuchte nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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4 eine
perspektivische Ansicht der katadioptrischen Abbildungseinrichtung
nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die 1 zeigt
eine beispielsweise im Eisenbahnverkehr zum Einsatz gelangende Signalleuchte 1 mit
einem Grundträger 2 und
wenigstens einem Leuchtmittel 3, vorzugsweise mindestens
zwei oder mehr elektrischen Leuchtmitteln 3, die zusammen
eine quasizentrale Lichtquelle bilden, und die auf dem Grundträger 2 in
einer Ebene mit einem geringen Abstand a voneinander angeordnet
sind. Die Signalleuchte 1 ist allseitig geschlossen und
besitzt ein (nicht näher
dargestelltes) Gehäuse,
welches unter anderem eine äußeren Abdeckung 5,
beispielsweise eine Streuscheibe umfasst, die in einem vorbestimmten
Abstand vor den Leuchtmitteln 3 angeordnet ist. Nach dem
ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2 ist
den auf dem Grundträger 2 angeordneten
Leuchtmitteln 3 eine zweiteilige Optik 4 zugeordnet,
nämlich
eine jedem einzelnen Leuchtmittel 3 zugeordnete Primäroptik 6,
die aus dem von den ein zelnen Leuchtmitteln 3 ausgehenden
Lichtes ein annähernd
paralleles Strahlenbündel
formt, und eine den einzelnen Primäroptiken nachgeschaltete gemeinsame
Sekundäroptik 7,
die das von allen Primäroptiken 6 erzeugte,
möglichst
parallele Strahlenbündel 10 auf
die äußere Abdeckung 5 der
Signalleuchte 1 abbildet. Die Primäroptik 6 ist eine
katadioptrische Abbildungseinrichtung, die aus dem von den einzelnen
Leuchtmitteln 3 ausgehenden Lichtes ein annähernd paralleles
Strahlenbündel 10 formt, wobei
die katadioptrische Abbildungseinrichtung zum einen eine Sammellinse 8 und
zum anderen eine Reflexionseinrichtung 9 aufweist. Die
katadioptrische Abbildungseinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, dass die beiden Brennpunkte 15 der Sammellinse 8 und
der Reflexionseinrichtung 9 jeder katadioptrische Abbildungseinrichtung
zusammenfallen, wobei der gemeinsame Brennpunkt 15 wenigstens
annähernd
am Ort des jeweiligen Leuchtmittels angeordnet ist. Von Vorteil
ist die Reflexionseinrichtung der katadioptrischen Abbildungseinrichtung
durch eine totalreflektierende parabolförimige Grenzfläche 12 ausgebildet.
Ebenso möglich wäre aber
auch die Ausbildung durch eine verspiegelte Grenzfläche, wobei
in diesem Fall die optischen Verluste größer ausfallen dürften gegenüber einer
totalreflektierenden Grenzfläche.
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Den
einzelnen Primäroptiken 6 ist
eine gemeinsame Sekundäroptik 7 nachgeschaltet,
die das von allen Primäroptiken 6 erzeugte,
möglichst
parallele Strahlenbündel 10 auf
die äußere Abdeckung 5 der
Signalleuchte 1 abbildet, wobei die Sekundäroptik 7 einen
imaginären
Brennpunkt 11 aufweist, welcher in Richtung des Strahlenbündels aus
betrachtet vor dem gemeinsame Brennpunkt 15 der katadioptrische
Abbildungseinrichtung 6, 7 liegt.
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Die äußere Abdeckung 5 kann
eine Sammellinseneinrichtung, insbesondere mit einer Fresnellinse
aufweisen, wobei der Brennpunkt 11 der äußeren Abdeckung 5 wenigstens
annähernd
mit dem imaginären
Brennpunkt 11 der Sekundäroptik 7 zusammenfällt.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsbeispielen der
Erfindung sind die katadioptrischen Abbildungseinrichtungen aller
Leuchtmittel 3 zu einer baulichen Einheit 13 vereinigt
ausgebildet, wobei jedem einzelnen Leuchtmittel 3 jeweils
eine katadioptrische Abbildungseinrichtung zugeordnet ist. Eine
solche zu einer Einheit zusammengefasste katadioptrische Abbildungseinrichtung
ist in perspektivischer Ansicht in 4 gezeigt.
Bei diesem Formteil sind sowohl die katadioptrischen Abbildungseinrichtungen
aller Leuchtmittel als auch die Sekundäroptik zu einer baulichen Einheit
vereinigt ausgebildet, wobei in der 4 nur die
Rückseite
und damit die Primäroptiken näher gezeigt
sind, nicht jedoch die auf der verdeckten Vorderseite angeordnete
Sekundäroptik.
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Die
Primäroptik 6 und/oder
die Sekundäroptik 7 können jeweils
eine Fresnellinseneinrichtung 14 aufweisen, wie dies bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 vorgesehen
ist. Andererseits kann die Sekundäroptik 5 auch eine
Zerstreuungslinseneinrichtung oder eine optische Bündelungseinrichtung
aufweisen.
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Die
auf dem Grundträger 2 angeordneten Leuchtmittel 3 bilden
zusammen eine quasizentrale Lichtquelle, wobei die mehreren Leuchtmittel 3 auf
einer Platine bestückt
sind, auf welcher Platine insbesondere auch die zur Ansteuerung
und/oder Leistungsversorgung der Leuchtmittel dienenden elektrischen
Schaltung vorgesehen sein kann. Das eine oder die mehreren Leuchtmittel 3 und
eine zur Ansteuerung und Leistungsversorgung der Leuchtmittel 3 gehörende elektrische
Schaltung ist oder sind auf einer Platine angeordnet, wobei die
Platine über
eine Zwischenlage aus einem geeigneten Wärmeleitmaterial mit einem Kühlelement
zur Abführung
der beim Betrieb der Signalleuchte 1 entstehenden Abwärme gekoppelt
sein kann. Die die Primäroptik 6 und
die Sekundäroptik 7 vereinigende
Kombinationslinse 13 ist durch ein aus lichtdurchlässigem Material
gefertigtes Formteil vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, welches
die Platine vollständig überdeckt.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß 3 fehlt
die Sekundäroptik;
im übrigen
bezeichnen alle anderen Bezugsziffern dieselben oder analogen Merkmale
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 und 2.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist
den auf dem Grundträger 2 angeordneten
Leuchtmitteln 3 somit eine einteilige Optik 4 zugeordnet,
nämlich
eine jedem einzelnen Leuchtmittel 3 zugeordnete Primäroptik 6,
die aus dem von den einzelnen Leuchtmitteln 3 ausgehenden
Lichtes ein annähernd
paralleles Strahlenbündel 10 formt.
Die Primäroptik 6 ist
wiederum eine katadioptrische Abbildungseinrichtung, die zum einen
eine Sammellinse 8 und zum anderen eine Reflexionseinrichtung 9 aufweist.
Wiederum fallen die beiden Brennpunkte der Sammellinse 8 und der
Reflexionseinrichtung 9 jeder katadioptrische Abbildungseinrichtung
zusammen. Die Reflexionseinrichtung der katadioptrischen Abbildungseinrichtung ist
durch eine totalreflektierende parabolförimige Grenzfläche 12 ausgebildet.