DE20220900U1 - Vorrichtung zur Realisierung zuverlässiger und energiesparender Navigationsleuchten mit LEDs - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Realisierung zuvelässiger und energiesparender Signal- und/oder Positionsleuchten mit LEDs als Lichquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhaltung der geforderten Farben und/oder geforderten Lichtstärken automatisch überwacht und/oder bei Bedarf nachgeregelt werden mit Hilfe von einer oder mehreren als Licht-bzw. Farbsensoren geschalteten Photodioden, LEDs oder anderen Photoempfänfern (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft energiesparende Navigations-, Positions- und/oder Signalleucheten, vorzugsweise Positionslaternen für Scchiffe, Yachten, Boote, Wasserflugzeuge aber auch Positions- und/oder Signalleuchten für Kraftfahrzeuge oder auch Beleuchtungseinrichtungen für feste und schwimmende Seezeichen und/oder Verkehrszeichen mit lichtemittelerenden Dioden (LEDs) als Lichtquelle sowie Anzeigeleuchten.
  • Positions-, Mavigations- und Signalleuchten sind in vielfältigen unterschiedlichen Ausführungen bekannt und oftmals standardisiert. Die an sie gestellten Anforderungen sind z.B. in den "Internationalen Regeln von 1972 zur Verhütung von Zusammenstößen auf See (Kollisionsverhütungsregeln – KVR)", in Deutschland in Kraft gesetzt durch Verordnung des Bundesministers für Verkehr vom 13.06.1977 (BGBL. I S. 813), zuletzt geändert durch, die Verordnung vom 18.09.1998 (BGBL. IS. 2906). Stand 2001 niedergelegt. Eine spezielle Ausführungsform einer solchen Schriffsleuchte ist z.B. in G 81 28 041.6 beschrieben.
  • Bekannte Positions-, Navigations- und Signalleuchten mit Glühlampen haben zum einen den Nachteil, dass sie wegen ihres geringen Wrkungsgrades und der Nutzung lediglich eines Teils des ausgestrahlten Spektrums viel eiektrische Energie benötigen. Zum anderen fallen sie bei ihrem üblichen Betrieb In rauen Umgebungsbedingungen – harte Stöße, Vibrationen, Salzwasser, große Temperaturwechsel– oftmals aus oder werden frühzeitig zerstört. Die Lampen haben eine stark begrenzte Lebenszeit, Kontakte oxidieren und die Lampengehäuse werden durch mechanische Beanspruchungen zerstört. Aufgrund von Funktionsstörungen entstehen Sicherheitsmängel durch fehlerhafte Signallichter sowie hohe Kosten durch häufigen Lampenwechsel, Reparatur und Ersatz von Leuchten und hohen Enengieverbrauch. Positions-, Navigations- und Signalleuchten mit LEDs als Leuchtmittel besitzen den Nachteil, dass sich die lichttechnischen Eigenschaften (Farbort und Lichtstrom) in Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit verändern. Hier besteht ein potentieles Sicherheitsrisiko z.B. durch eine schleichende Reduktion der Helligkeit (Degradation).
  • Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung von zuverlässigen und energiesparenden Positions-, Navigations- und Signalleuchten mit hoher Lebensdauer, denen lichttechnischen Eigenschaften während des Betriebes überwacht und ggf. geregelt werden und von denen bei Unterschreitung von vorgegebenen lichttechnischen Grenzwerten eine Signalisierung erfolgt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 bis 15 beschriebenen Merkcmale gelöst.
  • Mit Hilfe der neuartigen energiesparenden, wartungsfreien, zuverlässigen, selbstüberwachenden und kostengünstigen Navigationsleuchten wird eine Erhöhung der Sicherheit z.B. im Seeverkehr erreicht werden. Eine Reduktion des Lichtstromes durch Degradation oder Ausfall einzelner LEDs sowie die Veränderund des Farbortes werden selbsttätig überwacht und ggf. ausgeregelt. Die Überschreitung vorgegebener Grenzwerte wird signalisiert und es erfolgt eine Warnmeldung und/oder die Leuchte wird setbsttätig ausgeschaltet.
  • Zur Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele sind folgende Fig. beigefügt:
  • 1 zeigt ein grundlegendes Elektronikkonzept der erfindungsgemäßen leuchte.
  • 2 zeigt eine prinzipelle Anordnung von LEDs zur Realisierung der LED-Navigationslechte.
  • Gruppen von vorzugsweise seriell geschalteten LEDs (1) (siehe 1) werden von einem über eine Pulslängenmodulation gesteuerten oder geregelten, quasi Gleichstrom durchflossen und darüber die Helligkeit der LED-Gruppe gesteuert bzw.
  • geregelt. Als Schaltelement (6) dienen Transistoren oder geeignete integrierte Halbleiterschaltungen. Alternativ zur Darsteillung in 1 können die LEDs (1) auch durch das Schaltelement (6) gegen Elektronikmasse geschaltet werden. Die Verstetigung des Stromes erfolgt vorzugsweise über eine Induktivität (7) und eine Freilaufdiode (3), die wiederum als LED ausgeführt sein kann. Den einzelnen LEDs (1) können Z-Dioden zum Brücken ausgefallener LEDs parallel geschaltet sein. Der Farbort der realisierten Leuchte wird über ausgewählte LEDs (1) eingestellt und kann über weitere, verschiedenfarbige LEDs gesteuert oder geregelt werden. Die Gruppen von LEDs (1) mit Schaltelement (6), Induktivität (7) und Freilaufdiode (3) können daher mehrfach ausgeführt sein. Starke, betriebsbedingte Schwankungen der Versorgungsspannung, die Auswirkungen auf die Helligkeit und Lebensdauer der LEDs haben, werden ausgeregelt.
  • Zur Messung der durch die LEDs erzeugten spektralen Helligkeiten werden Photodioden, einzelne als Photodioden geschaltete LEDs (2), Phototransistoren oder andere Photoelemente genutzt. Bei der im rechten Teil der 1 dargestellter Messelektronikschaltung wird der Photostrom über einen Integrationskondensator C (4) aufintegriert, bis die Schaltschwelle des digitalen Eingangs S des Mikrocontrollers oder des Logikschaltkreises (5) erreicht, wird. Dann wird der Kondensator C (4) z.B. durch kurzzeitiges ümschalten von S als Ausgang und Nullsetzen entladen. Danach wird S wieder als Eingang geschaltet und es wiederholt sich die Integration des Photostromes. Die Integrationszeiten bzw. die sich daraus ergebenden Frequenzen sind ein Maß für die Helligkeit (Tragweite). Zwischenden Kondensator C (4) und S kann z.B. zur Reduktion von Störeffekten durch den begrenzten Eingangswiderstand des Mikrocontrolles des Logikschaltkreises (5) ein Komparator oder Trennverstärker geschaltet werden.
  • Alternativ zu der dargestellten Messanordnung können die Photodiode bzw. die als Photodioden in Sperrichtung tretriebene LED (2) anstelle an + U0 an einen Ausgang des Mikrocontrollers oder des Logikschaltkreises (5) geschaltet werden. Beim Entladen des Kondensators C (4) über die als Photodiode geschaltete LED (2) trägt auch diese geringfügig zum Lichtstrom bei. Zur Bestimmung des Farbortes wird ebenfalls die Messelektronik mehrfach ausgeführt. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Farbort und/oder der Lichtstrom geregelt werden. Wenn der Lichtstrom oder der Farbort nicht mehr ausreichend ausgeregelt werden kann, erfolgt eine Reaktion der Leuchte z.B. durch periodishes kurzzeitiges Ausschalten oder vollständiges Ausschalten der Leuchte oder durch eine elektronische Alarmmeldung. Aus den Messgrößen wird erfindungsgemäß zusätzlich ein Früfwarnsignal abgeleitet, das dem Anwender direkt an der Leuchte sowie ggf. zusätzlich an einem zentralen Ort, z.B. der Brücke auf einem Schiff, frühzeitig den bevorstehenden Ausfäll der Navigationsleuchte signalisiert. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden das Messelektroniksignal bzw. die Messelektroniksignale zur automatischen Ein- und Ausschaltung und ggf auch zur tageslichtabhängigen Regelung genutzt.
  • 2 zeigt ein Beispiel einer möglichen Anordnung der LEDs der Navigationsleuchte. Die LEDs (1) werden mit Hilfe von Vorrichtungen (9) zur Montage, WInkelausrichtung, Wärmeableitung und Kühlung auf einer Leiterbahnplatte (8) montiert. Im Randbereich der Navigatiansleuchte ist eine Vorrichtung zur Begrenzung der räumlichen Lichtverteilung (10) angeordnet.
  • In 3 ist beispielhaft die Realisierung einer Dreifarbenlaterne aus Einzelelementen gemäß 2 dargestellt.
  • 4 zeigt ein als säulenförmige Leuchte realisiertes Rundumlicht aus mehreren der planaren Leiterplatten (8) mit LEDs (1),(9).

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Realisierung zuvelässiger und energiesparender Signal- und/oder Positionsleuchten mit LEDs als Lichquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhaltung der geforderten Farben und/oder geforderten Lichtstärken automatisch überwacht und/oder bei Bedarf nachgeregelt werden mit Hilfe von einer oder mehreren als Licht-bzw. Farbsensoren geschalteten Photodioden, LEDs oder anderen Photoempfänfern (2).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Überwachungsfunktion ein Frühwarnsinal abgeleitet wird, das dem Anwender direkt an der Leuchte sowie ggf. zusätzlich an einem zentralen Ort – z.B. der Brücke auf einem Schiff – frühzeitig den bevorstehenden Ausfall der Navigationsleuchte signalisiert.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Überwachungsfunktion bei nicht mehr korrigierbarer Fehlfunktion der Leuchte eine züsätzliche Signalisierung oder eine automatische Abschaltung erfolgt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Einflüsse auf die LEDs durch betriebsbedingte Schwankungen der Versorgungsspannung ausgeregelt werden ggf. durch eine unterlagerte Stromlegelung.
  5. . Vorrichtung nach mindestens einem der Anspsüche 1 bis 4, dadurch geknnzeichnet, dass die Einhaltung der geforderten Farben von Signal- und/oder Positionsleuchten durch die Eigenfarbe der verwendeten LEDs (1) und/oder durch eine geeignete Kombination verschiedenfarbiger (1) und/oder durch den Einsatz von Farbfiltern realisiert wird.
  6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhaltung der geforderten Ausstrahlwinkel horizontal und vertikal durch eine geeignete Kombination von breit und gerichtet strahlenden LEDs (1) sowie der Verwendung einer dreidimensionale Leiterbahn- und LED-Anordnung erreicht wird.
  7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe van Vorrichtungen zur Montage und Winkelausrichtung (9) von einzelnen LEDs (1) oder von Gruppen von LEDs (1) eine Anordnung der LEDs auf einer planaren Leiterplatte (8) erfolgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Montage und Winkelausrichtung (9) von einzelnen LEDs (1) oder von Gruppen von LEDs (1) gleichzeitig zur Wärmeableitung bzw. als Kühlelement für die LEDs (1) und/oder zur Stromzuführung genutzt wird.
  9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren der planaren Leiterplatten (8) mit LEDs (9) mehreckige säulenförmige Leuchten realisiert werden.
  10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil der LEDs (1) und die Elektronikschaltung mit einem Kunst stoffmaterial vergossen wird derart, dass nur die Lichtaustrittsflächen der LEDs (1) außerhalb der Vergussmasse liegen.
  11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Anordnung aus LEDs (1) und der Elektronikschaltung von einem Kunststoffmaterial umgeben ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von LEDs (1) und einer Lampe eingesetzt wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs über energiesparende Elektronikschaltungen mit einem über pulsmodulierte Spannungen und/oder gesteuerten quasi Gleichstrom betrieben werden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigationsleuchte quasi planar und quaderförmig ausgeführt wird oder die Navigationsleuchte eine planare Basisfläche beinhaltet und diese Navi gationsleuchten als Seitenlichter auf einer unter einem definierten Winkel zur Mittschiffslinie liegenden senkrechten Fläche des Schiffes angeordnet werden und als Dampferlicht und Hecklicht vorzusgsweise auf einer unter 90° zur Mittschiggslinie angeordneten senkrechten Fläche.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in die erfindungsgemäße Navigationsleuchte integrierte Lichtstärkernesselektnonik zusätzlich zur automatisierten Ein- und/oder Ausschaltung der Leuchten genutzt wird.
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