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Die
Erfindung betrifft eine Fahrradlampe, insbesondere einen lichtdurchlässigen Leuchtenhalter,
mit dem die LED-Lichtstrahlen
effektiv im gewünschten
Bereich der Lichtverteilung gehalten werden können.
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Vorteile
der Leuchtdiode (LED) sind hohe Helligkeit, kleine Baugröße und geringer
Stromverbrauch. Daher hat sie häufig
als Beleuchtungsquelle Anwendung gefunden, die beispielsweise an
Fahrrädern
angebracht sein kann. Im Folgenden wird die Lambertsche Weißlicht-Leuchtdiode
als Beispiel genommen, die von LumiLeds entwickelt worden ist. Der
Verteilungswinkel der Lichtstrahlen in horizontaler Richtung kann
einen Winkel von ±100
Grad erreichen, während
der Verteilungswinkel der Lichtstrahlen in vertikaler Richtung ebenfalls
einen Winkel von ±100
Grad erreichen kann. Gemäß den deutschen
Anforderungen an die Lichtverteilung von Fahrrädern kann der weiteste Prüfungspunkt
links und rechts nur bis zu vier Grad erreichen, wobei der untere
Prüfungspunkt
nur bis zu fünf
Grad erreichen darf. Daher ist es notwendig, die LED-Lichtstrahlen durch eine
angemessene optische Maßnahme
effektiv auf einen vorgegebenen Bereich einzustellen. Außerdem werden
die Anforderungen an die Beleuchtungsstärke an jedem Prüfungspunkt
und Prüfungsbereich
erfüllt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen lichtdurchlässigen Leuchtenhalter
einer Fahrradlampe zu schaffen, bei dem die LED-Lichtstrahlen durch
eine angemessene optische Maßnahme
effektiv auf einen vorgegebenen Bereich einstellbar sind, wobei
die Anforderungen an die Beleuchtungsstärke an jedem Prüfungspunkt
und Prüfungsbereich
erfüllt
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen lichtdurchlässigen
Leuchtenhalter einer Fahrradlampe, der die im Anspruch 1 angegebenen
Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Der
erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter
ist nach dem Totalreflexionsprinzip [oder nach einem Kollimator]
ausgelegt. Der erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter
umfasst einen oberen Totalreflexionsbecherabschnitt, einen unteren
Totalreflexionsbecherabschnitt und eine Brechungslinse. Der obere
Totalreflexionsbecherabschnitt, der untere Totalreflexionsbecherabschnitt
und die Brechungslinse erzeugen unterschiedliche Lichtverteilungswirkungen,
die zu einer gesamten Lichtverteilungswirkung stapelbar sind, die
den vielfältigen
Anforderungen entspricht.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Leuchtenhalters;
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2 eine
Stirnansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Leuchtenhalters;
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3 eine
Schnittansicht des Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Leuchtenhalters;
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4 ein
Diagramm des Lichtverteilungsergebnisses des erfindungsgemäßen oberen
Totalreflexionsbecherabschnitts;
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5 ein
Diagramm des Lichtverteilungsergebnisses des erfindungsgemäßen unteren
Totalreflexionsbecherabschnitts;
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6 ein
Diagramm des Lichtverteilungsergebnisses der erfindungsgemäßen Brechungslinse;
und
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7 ein
Diagramm des Lichtverteilungsergebnisses der erfindungsgemäßen gesamten
Lichtverteilungswirkung.
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Der
erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter
ist nach dem Totalreflexionsprinzip [oder nach einem Kollimator]
ausgelegt, da allseitige Lichtstrahlen der Leuchtdiode erhältlich sind.
Hierdurch ergibt sich eine maximale Lichtausbeute.
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Wie
aus 1 bis 3 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter einen
oberen Totalreflexionsbecherabschnitt 10, einen unteren
Totalreflexionsbecherabschnitt 20 und eine Brechungslinse 30.
Der obere Totalreflexionsbecherabschnitt 10 und der untere
Totalreflexionsbecherabschnitt 20 sind zu einem vollständigen Totalreflexionsbecher 40 zusammengefügt, der
eine Fassung 41 zur Aufnahme wenigstens einer Leuchtdiode
aufweist. Die Brechungslinse 30 befindet sich gerade vor
der Leuchtdiode.
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Die
drei erwähnten
Bestandteile können
unterschiedliche Lichtverteilungswirkungen erzeugen, die zu einer
gesamten vielfältigen
Lichtverteilungswirkung stapelbar sind. Dies kann bei der Gestaltung
der divergierenden Lichtverteilung und der konvergierenden Lichtverteilung
sowie bei der Einstellung der Lichtstrahlen auf einer gewissen Stelle
zum Einsatz kommen. Da jeder der Bestandteile unterschiedliche Lichtverteilungseigenschaften
aufweist, ist die Gestaltung der Wölbung sehr wichtig. Die drei
erwähnten
Bestandteile des erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Leuchtenhalters
sind nach der nichtdrehenden Symmetroidgleichung ausgelegt.
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Die
nichtdrehende Symmetroidgleichung ist wie folgt darstellbar:
wobei
und wobei Z = Lichtachsrichtung,
r = radiale Richtung, θ =
Winkel, R = Krümmungsradius
an der Spitze, k = Kegelkonstante, X (tief gestellt) = Waagrechtachse
und Y (tief gestellt) = Senkrechtachse.
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Vor
der Gestaltung des lichtdurchlässigen
Leuchtenhalters wird zunächst
ein Lichtverteilungsprinzip definiert, in dem die Beleuchtungsstärke genau
festgestellt wird, um Grundsätze
zur Beurteilung des lichtdurchlässigen
Leuchtenhalters bereitzustellen. Die technischen Daten für die Lichtverteilung
sind wie folgt dargestellt:
| Y | X | Lichtverteilung
(Lux) |
| 3,400000 | 0,000000 | ≤ 1 |
| 0,000000 | 0,000000 | ≥ 10 |
| –1,500000 | 0,000000 | ≥ 0,5 Emax |
| –5,000000 | 0,000000 | ≥ 1,5 |
| 0,000000 | 4,000000 | ≥ 0,5 Emax |
| 0,000000 | –4,000000 | ≥ 0,5 Emax |
| –5,000000 | 4,000000 | ≥ 1 |
| –5,000000 | –4,000000 | ≥ 1 |
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Die
oben erwähnten
technischen Daten sind nach den deutschen Anforderungen der Lichtverteilung der
Fahrradlampe, sogar nach strengeren Anforderungen erstellt. Bei
den oben erwähnten
Daten befinden sich der linke weiteste und der rechte weiteste Prüfungspunkt
an der Stelle mit einem Winkel von 4 Grad, der obere Prüfungspunkt
an der Stelle mit einem Winkel von 3,4 Grad und der untere Prüfungspunkt
an der Stelle mit einem Winkel von 5 Grad.
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In
den 4 bis 6 ist die Lichtverteilung der
nach der oben erwähnten
Gleichung ausgelegten Totalreflexionsbecherabschnitte 10, 20 und
Brechungslinse 30 dargestellt. Gemäß 4 erreicht
die linke und rechte Lichtverteilung des oberen Totalreflexionsbecherabschnitts 10 einen
Winkel von 9 Grad, seine obere Lichtverteilung einen Winkel von
3 Grad und seine untere Lichtverteilung einen Winkel von 4 Grad.
Dies gehört zur
Gestaltung der divergierenden Lichtverteilung. Gemäß 5 erreicht
die linke und rechte Lichtverteilung des unteren Totalreflexionsbecherabschnitts 20 einen
Winkel von 6 Grad, seine obere Lichtverteilung einen Winkel von
3 Grad und seine untere Lichtverteilung einen Winkel von 5 Grad.
Dies gehört
zur Gestaltung der divergierenden Lichtverteilung. Die größte Beleuchtungsstärke kann
11,6 Lux erreichen. Dies gehört
daher zur Gestaltung der konvergierenden Lichtverteilung. Gemäß 6 erreicht
die linke und rechte Lichtverteilung der Brechungslinse 30 einen
Winkel von 7 Grad, ihre obere Lichtverteilung einen Winkel von 2
Grad und die untere Lichtverteilung einen Winkel von 8 Grad. Dies
gehört
zur Gestaltung der divergierenden Lichtverteilung. Dies ist dazu
bestimmt, dass sich der Prüfungspunkt 5 Grad
unter der Beleuchtungsstelle befindet.
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Wie
aus 7 ersichtlich, können der obere Totalreflexionsbecherabschnitt 10,
der untere Totalreflexionsbecherabschnitt 20 und die Brechungslinse 30 eine
gestapelte Gesamtlichtverteilungswirkung erzielen. Dabei kann die
linke und rechte Verteilung einen Winkel von 9 Grad, die obere Verteilung
einen Winkel von 3 Grad und die untere Verteilung einen Winkel von
9 Grad erreichen, wobei die größte Beleuchtungsstärke, die sich
im Mittelpunkt befindet, 25 Lux erreichen kann. Hierdurch ergibt
sich eine breite Gesamtlichtverteilung, die einen hellen Mittelpunkt
erreicht. Außerdem
wird die gesamte Anforderung an die Lichtverteilung erfüllt.
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Die
folgenden Daten zeigen den Vergleich zwischen dem optischen Sollwert
und dem Istwert gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
| Y | X | Sollwert
(Lux) | Istwert
(Lux) |
| 3,400000 | 0,000000 | 0,4346387 | ≦ 1 |
| 0,000000 | 0,000000 | 25,28449 | ≧ 10 |
| –1,500000 | 0,000000 | 21,80394 | ≧ 0,5 Emax |
| –5,000000 | 0,000000 | 6,732677 | ≧ 1,5 |
| 0,000000 | 4,000000 | 16,23517 | ≧ 0,5 Emax |
| 0,000000 | –4,000000 | 16,23517 | ≧ 0,5 Emax |
| –5,000000 | 4,000000 | 3,892025 | ≧ 1 |
| –5,000000 | –4,000000 | 3,892025 | ≧ 1 |
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An
jedem Prüfungspunkt
und Prüfungsbereich
werden die gesetzlichen Anforderungen erfüllt. Der Sollwert an sieben
Prüfungspunkten
im hellen Bereich kann wenigstens das Zweifache der erforderlichen
Beleuchtungsstärke
erreichen. Der Sollwert im dunklen Bereich beträgt aber weniger als die Hälfte der
maximalen Beleuchtungsstärke.
Daher ist eine größere Toleranz
bei der Herstellung vorhanden. Durch die optische Gestaltung werden
die Lichtstrahlen der Leuchtdiode effektiv im Bereich der Lichtverteilung
gehalten. Darüber
hinaus werden die Anforderungen an die Beleuchtungsstärke an jedem
Prüfungspunkt
und Prüfungsbereich
erfüllt.
Ferner ist der erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter
nur 1,4 cm tief, wobei dessen Öffnung 3,4
cm groß ist.
Daher ist der erfindungsgemäße lichtdurchlässige Leuchtenhalter
sehr praktisch.
und wobei Z = Lichtachsrichtung, r = radiale Richtung, θ = Winkel, R = Krümmungsradius an der Spitze, k = Kegelkonstante, X (tief gestellt) = Waagrechtachse und Y (tief gestellt) = Senkrechtachse.