DE10302231A1

DE10302231A1 - Leuchten, insbesondere Flugsicherungs-Blinkleuchten

Info

Publication number: DE10302231A1
Application number: DE10302231A
Authority: DE
Inventors: Ralph Rohlfing; Wolfgang Serfass
Original assignee: Aqua Signal AG
Current assignee: Aqua Signal AG
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-07-29
Also published as: EP1439120A3; DE50306576D1; EP1439120B1; EP1439120A2; ATE354513T1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flugsicherungs-Blinkleuchte, in deren Gehäuse mehrere LEDs unter Bildung einer Lichtabstrahlebene und einer hierzu senkrechten Mittelachse umlaufend ringförmig angeordnet sind. Zwischen den Leuchtmitteln ist mindestens ein Kühlkörper mit einer Erstreckung im Wesentlichen parallel zur Mittelachse angeordnet, derart, dass die Wärme der Leuchtmittel aus dem Bereich derselben abführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, die insbesondere als Flugsicherungs-Leuchte verwendet werden soll.
Auf erhöhten Objekten, etwa Türmen, Masten oder Windkraftanlagen sind als Flugsicherungsmaßnahmen Blinkleuchten oder Festfeuer installiert. Diese müssen bestimmte Anforderungen an die Leuchtstärke, horizontale Abstrahlwinkel, Farbe, Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit erfüllen. Beispielsweise soll das Blinklicht in einem Bereich von etwa +/– 5° oberhalb und unterhalb einer die Leuchte schneidenden horizontalen Ebene sichtbar sein.
Grundsätzlich bekannt sind Leuchten mit LEDs als Leuchtmittel. LEDs weisen im Verhältnis zu herkömmlichen Leuchtmitteln eine außerordentlich lange Lebensdauer auf und reduzieren deshalb die Wartungskosten. Ein Problem ist stets die geringe Lichtstärke einer LED. Eine Kopplung mehrerer LEDs zur Erzielung einer höheren Lichtstärke ist mit neuen Problemen verbunden. Die einzelnen LEDs müssen relativ zueinander ausgerichtet werden. Eine LED ist relativ klein. Die anfallende Verlustwärme konzentriert sich auf einem sehr kleinen Raum und entsprechend hohem Temperaturniveau.
Die erfindungsgemäße Leuchte weist verschiedene Neuerungen auf, die die angesprochenen Problemkreise betreffen und zu deren Lösung beitragen.
Nach einem ersten Gedanken der Erfindung ist die Leuchte durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) in einem Gehäuse sind mehrere Leuchtmittel unter Bildung einer Lichtabstrahlebene und einer hierzu senkrechten Mittelachse umlaufend ringförmig angeordnet,
b) zwischen den Leuchtmitteln ist mindestens ein Kühlkörper mit einer Erstreckung im Wesentlichen parallel zur Mittelachse angeordnet, derart, dass jedes Leuchtmittel zumindest mittelbar Kontakt mit dem Kühlkörper hat und so die Wärme der Leuchtmittel aus dem Bereich derselben abführbar ist.

Elektrische Leuchtmittel werden entlang eines Kreises oder einen ähnlichen Formation und in einer horizontalen Ebene angeordnet zur Erzielung eines rundum sichtbaren Lichts. Dadurch können auch Leuchtmittel mit jeweils geringer Lichtstärke verwendet werden, z.B. LEDs. Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind Flugsicherungs-Blinkleuchten, etwa auf Masten von Windkraftanlagen. Gefordert ist insbesondere rotes Blinklicht. Entsprechend können beispielsweise rote LEDs als Leuchtmittel vorgesehen sein.
Die Lichtstärke und/oder der Farbort des von einer LED abgestrahlten Lichts ist stark abhängig von der Betriebstemperatur. Eine zunehmende Betriebstemperatur soll möglichst vermieden werden. Dementsprechend ist hier mindestens ein Kühlkörper vorgesehen. Auf Grund dessen Anordnung parallel zur Mittelachse wird die Wärme aus der Ebene der Leuchtmittel abgeführt. Vorzugsweise ist ein gemeinsamer Kühlkörper für alle Leuchtmittel vorgesehen. Zwischen dem Kühlkörper und den LEDs können Bauteile angeordnet sein, die gut wärmeleitend sind.
In Fortbildung der Erfindung kann der Kühlkörper mit mindestens einer Außenwandung des Gehäuses verbunden sein, derart, dass Wärmeenergie des Kühlkörpers in die Außenwandung überführbar ist. Angestrebt ist ein vollflächiger Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der Außenwandung des Gehäuses. Die Außenwandung kann nach außen gerichtete Kühlrippen aufweisen. Besonders zweckmäßig ist die Abfuhr der Wärme in den Bereich eines Gehäusedeckels. Dieser ist gerade auf Windkraftanlagen für auftretende Luftströmungen frei zugänglich und kann die anfallende Wärme gut abgeben.
Vorzugsweise ist der Kühlkörper ein Hohlprofil, insbesondere aus einem gut wärmeleitenden Metall wie Aluminium, Kupfer oder dergleichen. Das Hohlprofil kann nach Art eines Rohres ausgebildet sein und weist an seinem Außenumfang Anlageflächen für die einzelnen Leuchtmittel auf. Das Hohlprofil kann aus extrudiertem Aluminium hergestellt sein. Die Wandstärke wird in Abhängigkeit von der abzuführenden Wärme bestimmt. Ein Ende des Hohlprofils liegt zur Abgabe der Wärme an der Außenwandung des Gehäuses an.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) in einem Gehäuse ist mindestens ein Leuchtmittel angeordnet,
b) dem Leuchtmittel ist ein Kühlkörper zur Wärmeabfuhr zugeordnet,
c) der Kühlkörper liegt unter Federdruck an einem weiteren wärmeleitenden Bauteil an.

Wichtig ist die Sicherstellung der Wärmeabfuhr vom Kühlkörper an weitere Bauteile. Durch Toleranzen bei der Herstellung und beim Zusammenbau der Leuchte können ungewollte Abstände auftreten, die eine wirksame Wärmeleitung verhindern. Erfindungsgemäß ist deshalb eine unter Federdruck stehende Verbindung zwischen Kühlkörper und weiterem Bauteil vorgesehen. Letzteres ist vorteilhafterweise die oben bereits genannte Außenwandung des Gehäuses. Der Kühlkörper kann Teil eines Einsatzes sein, welcher zwischen Boden und Deckel des Gehäuses gehalten ist. Der Einsatz nimmt die Leuchtmittel und gegebenenfalls erforderliche elektronische Bauteile auf. Der Einsatz mit Kühlkörper ist federnd zwischen Boden und Deckel gehalten. Alternativ ist der Einsatz fest zwischen Boden und Deckel angeordnet, wobei der Kühlkörper im Einsatz federnd gehalten ist und unter Federdruck am Deckel oder einer anderen Außenwandung des Gehäuses anliegt. Um den Einsatz herum – ebenfalls zwischen Boden und Deckel des Gehäuses – ist eine lichtdurchlässige Abdeckung in der Form einer Hülse vorgesehen. Durch diese kann ein Abstand zwischen Boden und Deckel definiert sein.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) als Leuchtmittel sind mehrere LED vorgesehen,
b) jede LED ist elektrisch mit einer eigenen, kleinen Platine verbunden, auf welcher Schaltungen zur Ansteuerung der LED angeordnet sind,
c) die LEDs sitzen auf den kleinen Platinen.

Die kleinen Platinen können vollflächig auf dem Kühlkörper aufliegen. Vorzugsweise sind die kleinen Platinen länglich, mit einer Haupterstreckungsrichtung parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Kühlkörpers. Die Wärme der LEDs wird optimal abgeführt. Zugleich ist eine Ausrichtung der LEDs in einer gemeinsamen, insbesondere horizontalen Ebene möglich. Die für die Ansteuerung der LEDs erforderlichen elektronischen Bauteile liegen nicht im Bereich der Lichtabstrahlung. Die LEDs liegen mit ihrer Rückseite an der Platine an, sodass eine definierte Ausrichtung gewährleistet ist. Alternativ können die Platinen eine Bohrung aufweisen, in die eine LED eingesetzt ist und dabei mit ihrer Rückseite am Kühlkörper anliegt.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) als Leuchtmittel sind mehrere LEDs vorgesehen, die ringförmig um einen Träger herum angeordnet sind, wobei der Träger sich entlang einer Mittelachse erstreckt,
b) zur Ansteuerung sind elektronische Bauteile und Schaltungen vorgesehen, die auf mindestens einer (großen) Platine angeordnet sind,
c) die (große) Platine erstreckt sich ringförmig – zumindest teilringförmig – um den Träger herum.

Die ringförmig um den Träger herum angeordneten LED sollen ihr Licht vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Mittelachse abstrahlen. Die erforderlichen elektronischen Bauteile und Schaltungen zur Ansteuerung der LEDs können auf der erfindungsgemäß vorgesehenen großen Platine raumsparend und ohne Behinderung der Abstrahlung angeordnet werden.
Vorteilhafterweise sind eine erste und (zumindest) eine zweite große Platine vorgesehen, die sich mit Abstand zueinander ringförmig – zumindest teilringförmig – um den Träger herum erstrecken. Die elektronischen Bauteile und Schaltungen werden auf mindestens zwei Platinen verteilt. Bezogen auf die Mittelachse ergibt sich so eine geringere radiale Ausdehnung. Die Platinen können am Träger gehalten sein.
Zwischen den Platinen können Abstandhalter vorgesehen sein, die sich vorzugsweise parallel zum Träger erstrecken und/oder elektrisch leitend sind. Auch kann eine elektrisch leitende Verbindung zu den oben bereits genannten kleinen Platinen vorgesehen sein. Insbesondere sind die kleinen Platinen senkrecht zu einer der großen Platinen angeordnet und über die jeweils vorhandenen metallischen Schichten mit dieser verlötet.
Die großen Platinen bilden Platinenebenen parallel zu der ringförmigen Anordnung der LEDs und sind bei aufrechtem Träger horizontal ausgerichtet.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) mindestens einem Leuchtmittel ist ein Sensor zur Erfassung der Lichtstärke und/oder des Farbortes zugeordnet,
b) der Sensor ist mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors die Leistungsaufnahme des Leuchtmittels regelt.

In Abhängigkeit vom Alter und/oder der Temperatur der Leuchtmittel können Änderungen der genannten Werte auftreten. Zum Ausgleich derselben erfolgt eine Regelung der Leistungsaufnahme. Bei farbigen LEDs wird in Abhängigkeit vom Alter insbesondere mit einer Farbortänderung gerechnet. Vorzugsweise ist hier eine Stromregelung vorgesehen.
Die Regelung der Leistungsaufnahme erfolgt nur bis zu einer definierten Obergrenze. Danach wird das Leuchtmittel von der elektronischen Schaltung abgeschaltet. Zweckmäßig ist je Leuchtmittel ein Sensor und eine zugehörige elektronische Schaltung.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) mehrere Leuchtmittel brennen zugleich oder abwechselnd,
b) mindestens einem Leuchtmittel ist eine Schaltung zum. Erkennen einer fehlerbedingten Abschaltung oder eines Ausfalls des Leuchtmittels zugeordnet,
c) der Schaltung zum Erkennen ist eine Sendeeinrichtung zugeordnet, die bei Abschaltung oder Ausfall des Leuchtmittels ein Signal an einen Empfänger außerhalb der Leuchte sendet.

Der Empfänger kann in einer von der Leuchte entfernt stehenden Wartungsstation vorgesehen sein. Vorteilhaft ist dies im Zusammenhang mit an unzugänglichen Standorten aufgestellten Leuchten. Insbesondere ist jedem Leuchtmittel eine Schaltung zum Erkennen zugeordnet. Bei Kombination vieler Leuchtmittel, insbesondere LEDs, innerhalb einer Leuchte ist so leicht ermittelbar, wie viele Leuchtmittel funktionsfähig sind.
Die Signalübertragung zwischen Sendeeinrichtung und Empfänger erfolgt vorzugsweise per Funk. Alternativ ist eine Übertragung per Kabel realisierbar.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) mindestens ein Leuchtmittel blinkt taktweise,
b) dem Leuchtmittel ist ein Empfänger zugeordnet, der Taktsignale eines Senders empfängt, wobei die Taktsignale das Blinken des Leuchtmittels steuern.

Für Flugsicherungs-Blinkleuchten oder andere Hindernis- oder Gefahrenfeuer sind definierte Takte vorgeschrieben. Um dies unabhängig von Bauteilen der Leuchte selbst sicherstellen zu können, ist ein Sender außerhalb der Leuchte und mit Abstand zu dieser vorgesehen. Der Sender übersendet an den Empfänger in der Leuchte Signale die. mittelbar oder unmittelbar zur Ansteuerung des Leuchtmittels geeignet sind. Dadurch kann die Taktung von schwer zugänglichen Leuchten auf einfache Weise geändert und sichergestellt werden. Auch hier kommen als Übertragungswege für die Taktsignale Funk oder Kabel in Betracht.
Erfindungsgemäß ist eine Gruppe von Leuchten mit taktweise blinkendem Leuchtmittel dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten so angesteuert und getaktet sind, dass alle Leuchten synchron blinken. In einem Windpark mit einer Vielzahl von Windkraftanlagen weisen diese jeweils mindestens eine Leuchte als Gefahrenfeuer bzw. zur Flugsicherung auf. Bei synchroner Taktung der Leuchten erscheinen diese aus größerer Entfernung als eine Lichtquelle größerer Lichtstärke.
Zur Synchronisation der Leuchten kann das DCF-77-Funksignal der physikalisch-technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) verwendet werden. Beispielsweise ist in einer Schaltung in der jeweiligen Leuchte festgelegt, dass diese mit definierten zeitlichen Abständen zu einer bestimmten Uhrzeit aufleuchtet und wieder erlischt. Als zeitlicher Abstand ist ein δt definiert. Das Aufleuchten bzw. Erlöschen erfolgt dann bei jedem ganzzahligen Vielfachen von δt. Über einen weiteren Sender außerhalb der Leuchte kann die als Basis genutzte Uhrzeit und/oder das δt geändert werden.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) mehrere Leuchtmittel sind elektrisch in Reihe geschaltet,
b) den Leuchtmitteln ist eine Schaltung (Erkennungsschaltung) zum Erkennen des Ausfalls jedes Leuchtmittels zugeordnet,
c) den Leuchtmitteln ist eine Schaltung (Überbrückungsschaltung) zum Überbrücken des ausgefallenen Leuchtmittels zugeordnet.

Bei Ausfall eines Leuchtmittels erlöschen üblicherweise zugleich alle weiteren Leuchtmittel derselben Reihenschaltung. Bei Verwendung von LEDs als Leuchtmittel ist der Ausfall eines einzelnen Leuchtmittels auf Grund der langen Lebensdauer relativ unwahrscheinlich. Durch die Anzahl vieler LEDs erhöht sich aber die Wahrscheinlichkeit für einen einzelnen Ausfall stark. Wenn dieser Fall auftritt, sollen die übrigen Leuchtmittel weiter leuchten können. Diese Anforderung wird durch die Überbrückungsschaltung gelöst.
Eine weitere erfindungsgemäße Leuchte ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

a) Zehn bis sechzehn LEDs sind zur Bildung eines Rundstrahlfeuers rinförmig um einen Träger mit einer Mittelachse herum gruppiert unter Bildung einer gemeinsamen Lichtabstrahlebene,
b) eine umlaufende lichtdurchlässige Abdeckung ist als Fresnel-Linse ausgebildet mit einem Mittelbereich und gestuften Bereichen außerhalb des Mittelbereichs,
c) der Mittelbereich ist im Bereich der Lichtabstrahlebene angeordnet.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch eine Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Leuchte. Insbesondere ist die Leuchte als Gefahrenfeuer oder Hindernisfeuer vorgesehen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Alle genannten Merkmale und Erfindungen sind sowohl in Alleinstellung als auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Teilerfindungen kombinierbar zur Erzielung weiterer Vorteile.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Leuchte,
2 eine Seitenansicht der Leuchte,
3 einen aufrechten Schnitt durch die Leuchte entlang der Linie F-F in 2,
4 einen weiteren aufrechten Schnitt durch die Leuchte entlang einer Ebene, die gegenüber der Bildebene der 3 um 90° verdreht ist, wobei im Inneren angeordnete Teile nicht geschnitten sind,
5 einen Horizontalschnitt durch die Leuchte entlang der Linie G-G in 2,
6 einen Horizontalschnitt durch die Leuchte entlang der Linie H-H in 3,
7 einen im Inneren der Leuchte angeordneten Einsatz mit Leuchtmitteln in perspektivischer Darstellung,
8 den Einsatz in der Seitenansicht,
9 einen aufrechten Schnitt durch den Einsatz entlang der Linie C-C in 8,
10 eine Unteransicht der Leuchte (Pfeil A in 8),
11 eine Draufsicht auf die in 8 gezeigten Teile (dem Pfeil A entgegen gerichtet),
12 eine auseinandergezogene Darstellung eines Gehäuses der Leuchte in perspektivischer Ansicht,
13 der Einsatz in einer weiteren perspektivischen Darstellung passend zur Ansicht der 12,
14 eine auseinandergezogene Darstellung der zum Einsatz gehörenden Teile in perspektivischer Ansicht, wobei nicht alle Leuchtmittel mit zugehörigen (kleinen) Platinen gezeigt sind,
15 einen Querschnitt durch das Profil der als Fresnel-Linse ausgebildeten lichtdurchlässigen Abdeckung der Leuchte,
16 einen Ausschnitt aus dem Profil gemäß 15, nämlich eine an einen Mittelbereich angrenzende Stufe.
Eine erfindungsgemäße Leuchte 20 ist als Flugsicherungs-Blinkleuchte ausgebildet und weist ein mehrteiliges Gehäuse 21 (siehe insbesondere 12) und einen darin angeordneten mehrteiligen Einsatz 22 auf (siehe insbesondere 14). Die Leuchte 20 ist vorzugsweise als Gefahrenfeuer für Windkraftanlagen vorgesehen.
Das Gehäuse 21 weist einen Boden 23, einen Deckel 24 und eine dazwischen angeordnete, zumindest teilweise lichtdurchlässige, hülsenförmige Abdeckung 25 auf. Zwischen der Abdeckung 25 und dem Boden 23 ist ein Dichtring 26 vorgesehen.
Der Boden 23 ist topfförmig gestaltet mit Durchlässen 27 in einer aufrechten umlaufenden Wandung 28 für nicht gezeigte elektrische Leitungen oder Anschlüsse. Quer zur Wandung 28 und in einer unterseitigen Ebene 29 sind Verbindungsstücke, nämlich Augen 30 für eine Befestigung der Leuchte 20 auf einem Untergrund vorgesehen.
Form und Abmessungen des Bodens 23 sind so gehalten, dass eine Verbindung mit Leuchten verschiedenen Typs möglich ist. Entsprechend ist ein unterer Bereich der Abdeckung 25 ausgebildet. Vorzugsweise sind Abdeckung 25 und Einsatz 22 der vorliegenden Leuchte 20 einsetzbar in einen Boden der Leuchte gemäß DE 101 25 270 A1 , siehe dort 3.
Der Einsatz 22 weist unter anderem zwölf LED 31 als Leuchtmittel, einen als Kühlkörper 32 ausgebildeten Träger hierfür, kleine Platinen 33 zur Aufnahme je einer LED 31, eine mittlere große Platine 34, eine untere große Platine 35 und einen Tragboden 36 auf. Die beiden großen Platinen 34, 35 und der Tragboden 36 sind scheibenringförmig ausgebildet und erstrecken sich in Ebenen parallel zur unterseitigen Ebene 29, senkrecht zu einer aufrechten Mittelachse 37.
Der Kühlkörper 32 ist nach Art eines Rohrabschnitts ausgebildet. Die Fertigung erfolgt vorzugsweise durch Extrusion aus einer Aluminiumlegierung. Der Querschnitt des Kühlkörpers 32 ist in 5 ersichtlich. Eine äußere umlaufende Oberfläche setzt sich zusammen aus zwölf gleich großen, längs gerichteten, gegeneinander abgewinkelten und parallel zur Mittelachse 37 verlaufenden Anlageflächen 38. Diese erstrecken sich außerdem über die volle Länge des Kühlkörpers 32.
An einem oberen Ende des Kühlkörpers 32 ist eine mit diesem im Wesentlichen bündig abschließende Platte 39 aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium (bzw. deren Legierungen) verbunden. Die Platte 39 ist mit dem Kühlkörper 32 verschraubt. Dessen Wandstärke ist zumindest in diesem Bereich für eine Schraubverbindung ausreichend.
Die kleinen Platinen 33 sind im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und jeweils auf den Anlageflächen 38 mit Schraubverbindungen befestigt. Die Größe der kleinen Platinen 33 ist so bemessen, dass ungefähr ein mittleres Drittel der Länge des Kühlkörpers 32 von den kleinen Platinen 33 bedeckt ist, siehe insbesondere 8.
Die LEDs 31 liegen an einem vorzugsweise metallischen Feld 40 einer jeden kleinen Platine 33 an. Dadurch ist ein guter Wärmeübergang gewährleistet.
Die LEDs 31 sind ringförmig in einer Lichtabstrahlebene 41, die senkrecht zur Mittelachse 37 verläuft, angeordnet. In Verbindung mit der Anzahl der LEDs und deren Abstrahlcharakteristik wird so eine rundum scheinende Lichtquelle gebildet.
Die kleinen Platinen 33 sind über Schraubverbindungen mit den Anlageflächen 38 verbunden. Außerdem sind auf den kleinen Platinen 33 nicht gezeigte elektronische Bauteile und Schaltungen zur Ansteuerung der LED's angeordnet.
Die mittlere große Platine 34 weist einen Innendurchmesser auf, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Kühlkörpers 32. Dadurch können die kleinen Platinen 33 mit ihren Enden noch mit in den Durchmesser der mittleren Platine 34 eintauchen. Zugleich besteht je eine Lötverbindung 42 zwischen der mittleren große Platine 34 und den kleinen Platinen 33 nahe deren unteren Enden, siehe insbesondere 8. Auch die mittlere große Platine 34 nimmt nicht gezeigte elektronische Bauteile und Schaltungen auf.
Nahe einem unteren Ende des Kühlkörpers 32 und mit geringem Abstand zum Tragboden 36 ist die untere große Platine 35 angeordnet und über aufwärts gerichtete Winkel und Schrauben mit dem Kühlkörper 32 verbunden. Außerdem sind die beiden großen Platinen 34, 35 über vier stabförmige, parallel zur Mittelachse ausgerichtete Abstandhalter 43 miteinander verbunden. Diese sind insbesondere elektrisch leitend. Die untere große Platine 35 nimmt weitere elektronische Bauteile und Schaltungen auf.
Insgesamt ermöglicht die Gestaltung und Anordnung der Platinen 33, 34 und 35 eine äußerst kompakte Bauweise einer rundum strahlenden Leuchte mit LEDs und mit allen erforderlichen und innerhalb der Leuchte angeordneten elektronischen Bauteilen und Schaltungen.
Das System aus Kühlkörper 32 mit LEDs 31 und Platinen 33, 34, 35 ist relativ zum Tragboden 36 bewegbar. Hierzu ist der Kühlkörper 32 federnd im Tragboden 36 gelagert, während letzterer nichtbeweglich in den Boden 23 eingesetzt ist. Für die genannte Bewegbarkeit relativ zum Tragboden 36 und damit auch relativ zum Boden 23 weist der Kühlkörper 32 an seinem unteren Ende und benachbart zum Tragboden 36 vier Federelemente 44 auf. Diese ermöglichen eine Bewegung des Kühlkörpers 32 parallel zur Mittelachse 37.
Der Boden 23 weist innenseitig einen umlaufenden Absatz 45 auf, auf dem der Tragboden 36 mit entsprechenden Randbereichen aufliegt bzw. sich hierauf abstützt, siehe insbesondere 3 und 4. Zur Sicherung der Position des Tragbodens 36 im Boden 23 weist letzterer innen an der Wandung 28 nicht gezeigte Rattermarken auf. In diese greifen unterhalb des Tragbodens 36 mit demselben verbundene Winkelstücke 46.
Die lichtdurchlässige Abdeckung 25 ist vorzugsweise im Gussverfahren aus Acryl (PPMA) gefertigt und weist eine im Wesentlichen hülsenartige Form mit mehreren, in Richtung der Mittelachse 37 aufeinanderfolgenden Abschnitten auf. Ein unterer Abschnitt 47 ist mit dem Boden 23 verbunden. Hierzu weist der Abschnitt 47 einen auswärtsgerichteten Absatz 48 auf, der in Verbindung mit einem anschließenden und abwärtsgerichteten Vorsprung 49 eine umlaufende Nut 50 bildet, in die der Dichtring 26 eingelegt ist. Ein oberer freier Rand 51 des Bodens 23 drückt gegen den Dichtring 26. Unterhalb des Absatzes 48 kann der untere Abschnitt 47 mit einem Außengewinde versehen sein, das in ein Innengewinde des Randes 51 eindrehbar ist.
Der untere Abschnitt 47 deckt etwa das untere Drittel des Kühlkörpers 32 ab. Ein innen umlaufender Absatz 52 des Abschnitts 47 liegt in der Ebene der mittleren großen Platine 34. Zwischen der mittleren großen Platine 34 und dem Absatz 52 ist kein oder nur ein geringer axialer Spalt vorgesehen.
Oberhalb des unteren Abschnitts 47 weist die Abdeckung 25 das Profil 53 einer Fresnel-Linse auf. Eine umlaufende Innenfläche 54 des Profils 53 erstreckt sich parallel zur Mittelachse 37. Außen besteht das Profil 53 aus drei Bereichen, nämlich einem oberen gestuften Bereich 55, einem planen Mittelbereich 56 und einem unteren gestuften Bereich 57. Der Mittelbereich 56 liegt möglichst mittig in der Lichtabstrahlebene 41. Durch die konkrete Gestaltung der gestuften Bereiche 55, 57 wird das von den LEDs 31 abgestrahlte Licht gebrochen, sodass sich der Winkel gegenüber der Lichtabstrahlebene 41 verringert.
Oben an den oberen gestuften Bereich 55 schließt ein nach außen umlaufender Flansch 58 an. Dieser ist mit einem korrespondierenden Deckelflansch 59 verbunden, gegebenenfalls mit einer dazwischenliegenden Dichtung. In den 3 und 4 ist eine umlaufende Nut 60 im Flansch 58 für einen nicht gezeigten Dichtring sichtbar.
Der Deckel 24 besteht aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung und ist oberseitig mit mehreren Kühlrippen 61 versehen. Der Kühlkörper 32 bzw. dessen obere Platte 39 liegt innen am Deckel 24 an. Angestrebt ist ein möglichst vollflächiger Kontakt zur bestmöglichen Wärmeübertragung. Die obere Platte 39 ist deshalb vorzugsweise besser wärmeleitend als der Kühlkörper 32. Zur Zentrierung des Kühlkörpers 32 oder der Platte 39 weist der Deckel 24 innenseitig einen umlaufenden Topfrand 62 auf. Dessen Innenquerschnitt ist so dimensioniert, dass ein oberes Ende des Kühlkörpers 32 bzw. die Platte 39 gerade hineinpasst.
Beim Zusammenbau der Leuchte wird der Kühlkörper 32 durch den Deckel 24 geringfügig gegen den Druck der Federelemente 44 (relativ zum Boden 23/Tragboden 36) abgesenkt. Im fertig montierten Zustand pressen die Federelemente 44 den Kühlkörper 32 permanent gegen den Deckel 24.
15 zeigt Details des Profils 53 der Abdeckung 25. Das Profil 53 wurde im Hinblick auf die Aufgabenstellung optimiert. Ziel ist ein möglichst kostengünstig herstellbares Profil, mit dem die Anforderungen an ein Gefahrenfeuer des Typs "W, rot" mit 100 cd effektiver Lichtstärke für Windenergieanlagen erfüllt werden. Zwischen einem Winkel gegenüber der Horizontalen von +/– 5° muss die Lichtstärke mindestens 110 cd betragen, bei +/– 10° mindestens 20 cd und bei +/– 15° mindestens 2 cd. Die Zwischenwerte ergeben sich durch lineare Verbindung der genannten Grenzwerte.
Erfüllt werden die genannten Anforderungen durch Auswahl und Anzahl spezieller LEDs in Verbindung mit der besonderen Konstruktion des Profils 53. Es werden 12 rote LEDs des Typs LXHL-PD01 Luxeon Emitter von Lumileds Lighting, LLC, San José, Kalifornien, USA verwendet. Dieser Typ LED ist mit einer halbkugelförmigen Abdeckung (hemispherical dorre) mit einem Radius von 2,8 mm versehen. Der rechnerische Mittelpunkt der Halbkugel wird als Mittelpunkt 63 der LED für die weiteren Berechnungen zugrundegelegt. Der Winkelbereich, innerhalb dessen 90% des gesamten Lichtstroms austreten beträgt 160°. Innerhalb eines Winkelbereichs von 140° beträgt die Lichtstärke mindestens 50% des Spitzenwerts. Die typische Lichtleistung liegt bei 44 lm. Ausreichend wären 34 lm. Der Abstand des Mittelpunkts 63 von der Mittelachse 37 beträgt 23,5 mm.
Der Abstand der Innenfläche 54 zur Mittelachse 37 beträgt an jedem Punkt des Profils 53 60 mm. Die Dicke des Profils beträgt im Mittelbereich 56 4 mm, in den gestuften Bereichen 55, 57 muss zusätzlich die Dicke der dreieckförmigen Profilstücke addiert werden. Die einzelnen Profilstücke 64 weisen jeweils eine Abmessung parallel zur Mittelachse 37 von 3 mm auf. Der Mittelbereich 56 erstreckt sich über 18 mm. Bei 14 Stufen je Bereich 55, 57 ergibt sich in der Summe ein optisch wirksamer Bereich des Profils 53 von etwa 100 mm.
Jedes Profilstück 64 weist (mit Bezug zum Mittelbereich 56) einen äußeren Eckpunkt 66 und einen inneren Eckpunkt 65 auf. Der innere Eckpunkt eines Profilstücks ist zugleich äußerer Eckpunkt des angrenzenden Profilstücks. Außerdem weist jedes Profilstück 67 einen Scheitelpunkt 67 auf. Dabei handelt es sich um den Punkt eines jeden Profilstücks, der den größten Abstand zur Mittelachse 37 aufweist. Die inneren und äußeren Eckpunkte 65, 66 weisen jeweils einen Abstand von der Innenfläche 54 von 4 mm auf. Außerdem betragen die Abstände zueinander jeweils 3 mm, d.h., jede Stufe hat eine Höhe von 3 mm. Die Position des zu jeder Stufe/jedem Profilstück 64 gehörenden Scheitelpunkts 67 ergibt sich durch Festlegung der Winkel α, β der inneren und äußeren Profilflächen 69, 68 jeder Stufe. Die inneren ebenen Profilflächen 69 weisen jeweils einen Winkel gegenüber der Lichtabstrahlebene 41 von etwa 6,5° bis 28° auf. Je größer der Abstand zur Lichtabstrahlebene 41 ist, umso größer sind auch die Winkel. Jeweils äußere ebene Profilflächen 68 der einzelnen Profilstücke weisen gegenüber der Mittelachse 37 einen Winkel von etwa 39° bis 55° auf. Auch hier werden die Winkel mit zunehmendem Abstand zur Lichtabstrahlebene 41 größer.
Jeder LED 31 ist ein Sensor zur Erfassung der Lichtstärke und/oder des Farbortes zugeordnet. Außerdem ist jeweils eine elektronische Schaltung vorgesehen, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors die Leistungsaufnahme der LED regelt. Insbesondere handelt es sich um eine Stromregelung. Bei Erreichen einer definierten Obergrenze des Stroms wird die LED abgeschaltet.
Jeder LED ist weiterhin eine Erkennungsschaltung zugeordnet. Diese erkennt einen Ausfall der LED, vorzugsweise auch eine Abschaltung derselben. Sobald die Erkennungsschaltung anspricht, wird ein Ausfallsignal an einen Empfänger außerhalb der Leuchte 20 gesendet.
Weiterhin ist eine Überbrückungsschaltung zum Überbrücken des jeweils ausgefallenen Leuchtmittels vorgesehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die in Reihe geschalteten LED nicht komplett ausfallen (bei Ausfall nur einer LED).
Schließlich ist eine elektronische Schaltung zur Einhaltung bestimmter Schaltzeiten und Blitzfolgen vorgesehen. Diese Synchronisationsschaltung wird mit dem DCF-77-Funksignal für Uhren abgeglichen. Dadurch ist es möglich die Schaltzeiten und Blitzfolgen mehrere Leuchten, etwa benachbarter Windenergieanlagen, zu synchronisieren.
Die genannten elektronischen Schaltungen sind auf den oben erwähnten Platinen 32, 34, 35 raumsparend angeordnet (nicht gezeigt).

20: Leuchte
21: Gehäuse
22: Einsatz
23: Boden
24: Deckel
25: Abdeckung
26: Dichtring
27: Durchlässe
28: Wandung
29: unterseitige Ebene
30: Augen
31: LED
32: Kühlkörper
33: kleine Platinen
34: mittlere große Platine
35: untere große Platine
36: Tragboden
37: Mittelachse
38: Anlageflächen
39: Platte
40: Feld
41: Lichtabstrahlebene
42: Lötverbindung
43: Abstandhalter
44: Federelemente
45: Absatz
46: Winkelstücke
47: unterer Abschnitt
48: Absatz
49: Vorsprung
50: Nut
51: Rand
52: Absatz
53: Profil
54: Innenfläche
55: oberer gestufter Bereich
56: Mittelbereich
57: unterer gestufter Bereich
58: Flansch
59: Deckel
60: Nut
61: Kühlrippen
62: Topfrand
63: Mittelpunkt
64: Profilstücke
65: innerer Eckpunkt
66: äußerer Eckpunkt
67: Scheitelpunkt
68: äußere Profilfläche
69: innere Profilfläche

Claims

Leuchte, gekennzeichnet durch folgende Merkmale a) in einem Gehäuse (21) sind mehrere Leuchtmittel unter Bildung einer Lichtabstrahlebene (41) und einer hierzu senkrechten Mittelachse (37) umlaufend ringförmig angeordnet, b) zwischen den Leuchtmitteln ist mindestens ein Kühlkörper (32) mit einer Erstreckung im Wesentlichen parallel zur Mittelachse angeordnet, derart, dass jedes Leuchtmittel zumindest mittelbar Kontakt mit einem Kühlkörper hat, und so die Wärme der Leuchtmittel aus dem Bereich derselben abführbar ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper mit mindestens einer Außenwandung des Gehäuses verbunden ist, derart, dass Wärmeenergie des Kühlkörpers (32) in die Außenwandung überführbar ist.
Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper ein Hohlprofil ist.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) in einem Gehäuse (21) ist mindestens ein Leuchtmittel angeordnet, b) dem Leuchtmittel ist ein Kühlkörper (32) zur Wärmeabfuhr zugeordnet, c) der Kühlkörper liegt unter Federdruck an einem weiteren wärmeleitenden Bauteil an.
Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper Teil eines Einsatzes ist, welcher zwischen Boden (23) und Deckel (24) des Gehäuses (21) gehalten ist.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) als Leuchtmittel sind mehrere LEDs (31) vorgesehen, b) jede LED ist elektrisch mit einer eigenen kleinen Platine (33) verbunden, auf welcher Schaltungen zur Ansteuerung der LED angeordnet sind, c) die LEDs sitzen auf den Platinen.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) als Leuchtmittel sind mehrere LED (31) vorgesehen, die ringförmig um einen Träger herum angeordnet sind, wobei der Träger sich entlang einer Mittelachse erstreckt, b) zur Ansteuerung sind elektronische Bauteile und Schaltungen vorgesehen, die auf mindestens einer (großen) Platine (34) angeordnet sind, c) die (große) Platine erstreckt sich ringförmig – zumindest teilringförmig – um den Träger herum.
Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite (große) Platine (35) vorgesehen sind, die sich mit Abstand zueinander ringförmig – zumindest teilringförmig – um den Träger herum erstrecken.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) mindestens einem Leuchtmittel ist ein Sensor zur Erfassung der Lichtstärke und/oder des Farbortes zugeordnet, b) der Sensor ist mit einer elektronischen Schaltung verbunden, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors die Leistungsaufnahme des Leuchtmittels regelt.
Leuchtmittel, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) mehrere Leuchtmittel brennen zugleich oder abwechselnd, b) mindestens einem Leuchtmittel ist eine Schaltung zum Erkennen einer fehlerbedingten Abschaltung oder eines Ausfalls des Leuchtmittels zugeordnet, c) der Schaltung zum Erkennen ist eine Sendeeinrichtung zugeordnet, die bei Abschaltung oder Ausfall des Leuchtmittels ein Signal an einen Empfänger außerhalb der Leuchte sendet.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) mindestens ein Leuchtmittel blinkt taktweise, b) dem Leuchtmittel ist ein Empfänger zugeordnet, der Taktsignale eines Senders empfängt, wobei die Taktsignale das Blinken steuern.
Gruppe von Leuchten nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchten so angesteuert und getaktet sind, dass alle Leuchten synchron blinken.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) mehrere Leuchtmittel sind elektrisch in Reihe geschaltet, b) den Leuchtmitteln ist eine Schaltung zum Erkennen des Ausfalls jedes Leuchtmittels zugeordnet, c) den Leuchtmitteln ist eine Schaltung zum Überbrücken des ausgefallenen Leuchtmittels zugeordnet.
Leuchte, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) 10–16 LEDs sind zur Bildung eines Rundstrahlfeuers ringförmig um einen Träger mit einer Mittelachse (37) herum gruppiert unter Bildung einer gemeinsamen Lichtabstrahlebene (41), b) eine umlaufende lichtdurchlässige Abdeckung (25) ist als Fresnel-Linse ausgebildet mit einem Mittelbereich (56) und gestuften Bereichen (55, 57) außerhalb des Mittelbereichs, c) der Mittelbereich ist im Bereich der Lichtabstrahlebene angeordnet.
Windenergieanlage mit einer Leuchte nach einem der voranstehenden Ansprüche, insbesondere als Gefahrenfeuer oder Hindernisfeuer.