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Sicherheitsleuchte
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Die Erfindung betrifft eine Leuchte der im Oberbegriff des Anspruches
1 beschriebenen Art.
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Solche Leuchten werden dann eingesetzt, wenn besondere Sicherheitsanforderungen
hinsichtlich zuverlässigen Betriebes gestellt werden, wie beispielsweise bei Notbeleuchtungen.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Verkehrssignalleuchten, deren Ausfall Verkehrsunfälle
verursachen kann. Besonders strenge Sicherheitsanforderungen dieser Art liegen bei
Zugleuchten, insbesondere bei Zugschlußleuchten vor.
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Nach dem Stand der Technik finden unterschiedliche Lichtquellen, wie
z. B. Glühlampen, Neonröhren und Xenonblitzröhren Anwendung.
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In jüngster Zeit werden als Zugschlußleuchten Blitzlichtquellen
verwendet,
wie z. B. Xenonblitzröhren oder gepulste Neonröhren bzw. Glühlampen. Signalleuchten
sollen in der Regel eine bestimmte Farbe haben, so da- außer bei Neonröhren für
z. B. rote Leuchten Farbfilterscheiben notwendig sind.
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Nachteilig ist bei den bekannten Lichtquellen die relativ hohe Ausfallwahrscheinlichkeit
und die hohe Stoßempfindlichkeit, insbesondere bei Glühlampen- Xenonblitzröhren
und Neonröhren weisen zustäzlich den Nachteil auf, daß sie mit hochspannung betrieben
werden müssen, was ein insbesondere hinsichtlich der Zündung und der Abschaltung
aufwendiges Versorgungsgerät notwendig macht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Leuchte
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher Konstruktion eine höhere
Betriebssicherheit liefert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles
des Anspruches 1 gelöst. Handelsübliche Festkörperleuchtdioden übertreffen sämtliche
anderen Lichtquellen in der Betriebssicherheit. Zur Erzeugung der gewünschten helligkeit
ist eine größere Anzahl solcher Dioden erforderlich.
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Sind diese erfindungsgemäß zumindest teilweise parallel geschaltet,
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ergibt sich hinsichtlich der Sicherheit der große Vorteil, daß einzelne Dioden ausfallen
können, ohne die Funktion der Leuchte im wesentlichen zu beeinträchtigen.
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Dadurch ergibt sich eine bisher unerreichte Betriebssicherheit. Insbesondere
auch hinsichtlich der Stoßempfindlichkeit sind Leuchtdiodenanordnungen anderen Lichtquellen
weit überlegen.
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Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Leuchte durch die Merkmale
des Anspruches 2 gekennzeichnet. Bei dieser sehr preisgünstigen und für Halbleiter
bewährten Montagetechnik ergibt sich ein außerordentlich kompakter und robuster
und insbesondere stoßunempfindl icher Aufbau. Die Anordnung der Bauelemente der
Stromversorgungsschaltung auf derselben Platine mit den Leuchtdioden stößt auf keinerlei
Schwierigkeiten, da die das Leuchtfeld abdeckende Platine ohnehin eine gewisse Fläche
haben muß, über die die Dioden mit Abstand verteilt sind.
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Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Leuchte durch die Merkmale
des Anspruches 3 gekennzeichnet. Diese aus der Elektronik bekannte Bauweise sichert
eine auf dem Gebiet der Signal leuchten bzw. Sicherheitsleuchten bisher unerreichte
mechanische Robustheit. In bekannter Weise wird auch durch gute Wärmeabfuhr die
Betrieb~ssich-erh-ei-t-wes-entlich-veriesstrt
Eine solche Leuchte
besteht in dieser Ausführung im wesentlichen nur aus einer Kunstharzplatte, in die
sämtliche Elemente des Leuchtfeldes und der Stromversorgung einschlieElich der llalterungsmittel
eingebettet sind und aus der lediglich zwei Anschlußleiter zur Verbindung mit einer
Stromauelle herausgeführt sind.
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Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Leuchte durch die Merkmale
des Anspruches 4 gekennzeichnet. Bekannte leuchtdioden mit Sammellinsen sind flir
den vorliegenden Zweck hesonders geeignet, da sie das ausfallende Licht in einer
Richtung bündeln und somit die Signalwirkung auch übergroße Entfernungen sichern.
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Weiterhin vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Leuchte durch die Merkmale
des Anspruches 5 gekennzeichnet. Diese Konstruktion ermölicht eine höhere Aussteuerung
der Leuchtdioden, bei der sich wesentlich größere Lichtausbeuten erzielen lassen.
Vorzugsweise ist diese Konstruktion durch die A4erkmale des Anspruches 6 gekennzeichnet.
Dabei wird von der bekannten Eigenschaft des menschlichen Auges ausgegangen, das
Lichtimpulse gleichen Energieinhaltes mit einer scheinbar größeren helligkeit wahrnimmt,
wenn sie kürzer sind und dabei eine höhere Maximalhelligzeitz erreichen. ~ ~ ~ ~
In
den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es
zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Leuchte, die einschließlich
des Stromversorgungsgerätes auf einer gemeinsamen Platine angeordnet und vergossen
ist und Fig. 2 das Schaltbild der Leuchte gemäß Fig. 1.
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Wie Fig. 1 zeigt, besteht die erfindungsgemäfe Leuchte aus einer Vielzahl
von Halbleiterleuchtdioden 1, die auf einer Platine 2 angeordnet sind. Die Platine
ist beidseitig mit Leiterbahnen versehen und beidseitig bestückt und trägt auf der
den Dioden 1 abgewandten Seite Bauelemente 3 eines Stromversorgungsgerätes, das
über Anschlußleiter 4 mit einer nicht dargestellten Stromquelle z.. B. einer Batterie
verbunden ist. Auf der mit den Leuchtdioden 1 bestückten Seite der Platine 2 sind
zwischen den Dioden zwei lichtempfindliche Transistoren 5 und 6 angeordnet, von
denen der erstere als lichtempfindliches Element eines Dämmerungsschalters dient,
während der letztere auf eine der Leuchtdioden gerichtet ist und zu deren Funktionsüberwachung
dient.
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Die Leuchtdioden 1 sind von üblicher Bauart und reichen einzeln zur
Erzeugung der für Signal leuchten erforderlichen Lichtstärke nicht aus. Sie sind
daher in groPer Zahl über die gewünschte Iläche, deren Größe von der Platine 2 iiberdeckt
wird, verteilt. I)iese Ieuchtfläche kann rechteckig, rund oder beispielsweise pfeilförmig
(Signal leuchte in leni e cincs llinweispfeiles) ausgebildet sein.
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Die gesamte Anordnung, bestehend aus der Platine 2, den Leuchtdioden
1 und den auf diesen angeordneten weiteren Bauelementen 3 bis ó, ist in einen massiven
Block 7 einer für elektronische SchaltuIlgen geeigneten Vergußmasse eingebettet.
In nicht dargestellter Weise können in die Vergußmasse Halterungselemente wie Schrauben
u. dgl. eingebettet sein. Der Vergußblock 7 gibt der gesamten Anordnung eine außerordentliche
Stabilität. Ein solcher Block kann ohne weiteres mit dem Hammer bearbeitet werden,
ohne daß Funktionsstörungen zu befürchten sind.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind solche handelsübliche Leuchtdioden
1 verwendet, die an ihrer Lichtaustrittsseite mit einer Kunststoff- bzw. Glassammellinse
versehen sind. Die Linsen sind mit ihrer optischen Achse in Richtung quer zum Leuchtfeld
bzw.
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zur Platine 2 ausgerichtet und ergeben eine Ausrichtung des Lichtes
in Leuchtrichtung. Vor den linsen sind im Vergußblock 7
Löcher
8 ausgespart, die den ungehinderten Lichtaustritt ermöglichen und eine Störung der
linsenwirkung durch überlagerte Vergußmasse vermeiden. Bei Verwendung optisch klarer
Vergußmasse können in einer anderen Atis füh rungs form Leuchtdioden ohne Linsen
verwendet werden, wobei dann vorteilhaft vor den Leuchtdioden linsenförmige Erhebungen
der Vergußblockoberfläche vorgesehen sind.
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Fig. 2 zeigt das Schaltbild der in lig. 1 largestellten Leuchte.
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Die von den beiden Linien 8 umrahmten Teile der Schaltung liegen auf
der mit den Leuchtdioden bestückten Frontseite der Pla tine.
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L's handelt sich dabei um die Leuchtdioden 1, den Überwachungstransistor
6, der neben einer der Leuchtdioden angeordnet ist, sowie um den Transistor 5, der
einen Dämmerungsschalter betätigt und die Leuchte automatisch einschaltet, wenn
dies bei eintretender Dunkelheit erforderlich wird.
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Wie aus der Schaltung ersichtlich, sind die Leuchtdioden 1, von denen
z. B. 100 Stück vorgesehen sein können, zumindest teilweise parallel geschaltet.
Im da rgeste II ten Ausftihrux1gsbeispiel sind mehrere Zweige mit nur je zwei in
l'eihe geschalteten Dioden parallelgeschaltet. Bei Ausfall mehrerer Dioden brennen
die übrigen weiter, so daß die Funktion der Leuchte im
wesentlichen
erhalten bleibt. Der Ausfall einzelner Leuchtdioden tritt nicht störend in Erscheinung,
da ausgefallene Dioden in der Regel statistisch über die Leuchtfläche verteilt liegen
und das Leuchtbild nur punktförmig unterbrechen.
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Im folgenden wird die Schaltung desStromversorgungsgerätes an Hand
der Fig. 2 kurz beschrieben. Dieses Stromversorgungsgerät kann von dem dargestellten
äußerst einfachen Aufbau sein, der neben einem mehrstufigen integrierten Schaltkreis,
dessen Stufen für unterschiedliche Funktionen ausgenutzt werden, an diskreten Bauelementen
Iediplich fiini Widerstände, zwei Kondensatoren, Ceine In modeunddrei Transistoren
einschließlich der beiden lichtcmprintllichcn Transistoren 5 und 6 erfordert.
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Die Leuchtdiodeii 1 werden von einem Schalttransistor 9 geschaltet,
dessen Basis an eine Steuerschaltung 10 angeschlossen ist, die kurze und steile
Impulse erzeugt, deren Energieinhalt von dem lichtempfindlichen Transistor 6 bestimmt
wird. Wenn dieser von der benachbarten leuchtdiode eine ausreichende Lichtmenge
empfangen hat, wird der jeweilige Ansteuerimpuls beendet.
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Die Steuerschaltung 10 ist an ihrem eingang mit einem Dämmerungsschalter
1 1 verbunden, der über den lichtempfindlichen Transistor 5 das Umweltlicht mißt.
Wenn eine vorgewählte Helligkeit unterschritten wird, wird die Steuerschaltung 10
eingeschaltet und beginnt die Leuchtdioden mit Impulsen anzusteuern. Zwischen den
beiden
Eingangsleitungen 4 ist ein Glättungskondensator 12 vorgesehen, der Störimpulse
unterdrückt.
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In vereinfachter Ausführungsform kann je nach Anwendungszweck anstelle
des Dämmerungsschalters 11 ein aus der Schaltung herausgeführter extern betätigbarer
Schalter zum Einschalten der Leuchte vorgesehen sein. Ferner können in vereinfachter
Ausführungsform die Leuchtdioden im Dauerbetrieb angesteuert werden. Der Impulsbetrieb
ist jedoch vorzuziehen, da damit bei gleicher thermischer Belastung der Dioden und
gleichem Energieverbrauch eine höhere scheinbare Lichtstärke crreicht werden kann.
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Da handelsübliche Leuchtdioden eine Betriebsspannung von ca.
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2,5 Volt benötigen, sind sie in den einzelnen parallelgeschalteten
Zweigen jeweils in einer an die Betriebsspannung angepaf>ten Anzahl in Reihe
zu schalten. Bei bestimmten vorgegebenen Betriebsspannungen, beispielsweise bei
einer üblichen Batterieversorgungsspannung von 6 Volt kann dies zu Anpassungsschwierigkeiten
fiihren.
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In nicht dargestellter Weise kann dann im Impulsbetrieb die Ansteuerung
vom Schalttransistor 9 her über Impedanzanpassungsglieder, z. B. über einen Transformator,
erfolgen.
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leuclitdioden sind mit unterschiedlicher 1.iclltfarbe erhältlich.
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In den meisten Anwendungsfällen von Signal leuchten kann die übliche
rote Leuchtdiode verwendet werden. Bei mehrfarbigen Signalanlagen, wie z. 13. Verkehrsampeln,
können mit Leuchtdioden der jeweils erforderlichen Lichtfarbe, z. B. rot, gelb,
grün, bestückte Leuchten verwendet werden.
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In nicht dargestellter Weise kann vor der Leuchtenanordnung der lig.
1 eine in der Licht farbe der Leuchtdioden getönte Farbfilterscheibe angeordnet
sein, d je beispielsweise dem Vergußblock 7 vor den Leuchtdioden flächig anliegt
bzw. mit angegossen ist. Eine solche Farbfilterscheibe bietet den Vorteil, daß das
Leuchtfeld auch bei ausgeschalteter Leuchte die Signal farbe zeigt. Außerdem ergibt
sich bei ausgeschalteter Leuchte ein gleichmäßiger Sichteindruck, da die unterschiedliche
Struktur der mit Bauelementen bestückten Pla tine 2 abgedeckt wird.
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