DE29712229U1 - Leuchtdioden als Beleuchtungskörper für Lichtsignalanlagen - Google Patents

Leuchtdioden als Beleuchtungskörper für Lichtsignalanlagen

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Description

Patentanwalt Dipl.-Ing. Lambert Eichelbaum
D-45659 Recklinghausen Krüppeleichen 6
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08.07.1997 ky 2453a/87
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3. Klaus POHL Galgengasse 3
D - 91257 Pegnitz
4. WoIfgang LANGER Tucherweg 53
D - 40724 Hilden
"Leuchtdioden als Beleuchtungskörper für Lichtsignalanlagen"
.'08.5)7:
: ky
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Beleuchtungskörper, insbesondere für Lichtsignalanlagen, mit einem Standardanschlußadapter, einem Lampengehäuse und einem Leuchtkörper zum Anschluß an ein Stromnetz mit einer Betriebsspannung von mindestens 110 Volt.
Bekannte Beleuchtungskörper dieser Art weisen als Gehäuse einen Glaskörper auf, in dem als Leuchtkörper ein Glühfaden angeordnet ist. Dabei ist das gläserne Gehäuse entweder farblich eingefärbt (rot, gelb, grün etc.)°cler besteht aus einem transparenten oder transluzenten Glasmaterial, mit welchem ein entsprechend eingefärbtes Schutzglas, z.B. bei Ampelanlagen, durchstrahlt wird.
Diese Beleuchtungskörper sind mit einer Leistung von etwa 100 Watt behaftet und weisen eine nur relativ geringe Lebensdauer von ca. 3.000 Betriebsstunden auf. Lichtsignalanlagen (Verkehrsampeln) müssen zur Vermeidung von Unfällen regelmäßig gewartet werden. Denn beim Ausfall des Glühfadens des Beleuchtungskörpers ist damit die Lichtsignalanlage defekt. Ein weiterer Nachteil ist, daß der Betriebszustand (Ein/Aus) bei Sonneneinstrahlung nicht oder nur sehr schlecht bei farblich unterschiedlich untereinander angeordneten Beleuchtungskörpern von Lichtsignalanlagen erkennbar ist.
Von diesem Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Beleuchtungskörper
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: ky 2453a/97
der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei geringer elektrischer Leistung eine erheblich höhere Strahlungsintensität und Lebensdauer aufweist und dessen Einschalt- und dessen Ausschaltzustand auch bei intensiver Sonneneinstrahlung von jedem Betrachter zweifelsfrei erkennbar ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Beleuchtungskörper aus einer Vielzahl von Leuchtdioden besteht, die über elektrische Leitungen, über einen im Lampengehäuse angeordneten Gleichrichter und einen Transformator mit dem Standardanschlußadapter elektrischleitend verbunden sind. Diese Anordnung erfordert beispielsweise bei 50 Leuchtdioden eine Betriebsleistung von nur noch etwa 4 Watt und ist mit einer Lebensdauer von mindestens 10 Betriebsstunden versehen, da der Transformator die am Stromnetz anliegende Betriebsspannung auf eine Niedervoltspannung heruntertransformiert und der Gleichrichter den nachgeordneten Leuchtdioden einen Gleichstrom zuführt. Da Leuchtdioden als Halbleiter Licht nicht wie herkömmliche Glühfäden durch Glühemission erzeugen, die den größten Teil der zugeführten Energie in Wärme und nur einen geringen Bruchteil in Licht umwandeln, arbeiten sie mit einem erheblich höheren Wirkungsgrad. Dadurch sinkt nicht nur die Wärmebelastung des gesamten Beleuchtungskörpers gegenüber herkömmlichen Beleuchtungskörpern drastisch, sondern die Leuchtdioden gewährleisten eine
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Strahlungsintensität, die mit den herkömmlichen Beleuchtungskörpern nicht erreichbar ist. Selbst bei intensiver Sonneneinstrahlung kann von jedem Beobachter eindeutig festgestellt werden, ob der Beleuchtungskörper ein- oder ausgeschaltet ist.
Vorteilhaft sind die Leuchtdioden auf einer ebenen oder konvex gewölbten Stirnfläche des Lampengehäuses in gleichmäßiger Verteilung angeordnet und die zwischen ihnen und der Gehäusewand befindlichen Hohlräume mit einem wärmeresistenten Kunstharz ausgefüllt. Dadurch kann eine IP-Klasse mit Spritzwasserdichtheit erreicht werden.
Das Lampengehäuse kann je nach Anwendungsbereich eine unterschiedliche Längsquerschnittsform von elliptisch geschwungener Birnenform bis zu einer Kegelstumpfform aufweisen. Es kann auch als eine mehrfach abgesetzte kreiszylindrische Form ausgebildet werden, von denen der Teil mit dem kleinsten Durchmesser an seinem Ende mit dem Standardanschlußadapter versehen ist. Das Lampengehäuse kann sowohl aus einem schlagfesten, wärmeresistenten sowie gegen Umwelteinflüsse widerstandsfähigen Kunststoffgehäuse als auch aus einem Metallgehäuse bestehen, dessen adaptierter Standardanschluß &zgr;.B.ein Gewinde der Norm E27 ist.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden mehrere Leuchtdioden in Hintereinanderschaltung eine LED-Gruppe, von denen eine
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: I ky 24t3a/97
jede in bezug auf den vom Gleichrichter ausgehenden Gleichstrom in Parallelschaltung angeordnet ist. Diese Anordnung ist mit dem unvergleichlichen Vorzug versehen, daß bei Ausfall einer Diode und der damit verbundenen Unterbrechung des Stromkreises der betreffenden LED-Gruppe diese zwar ausfällt, jedoch dieser Ausfall von den anderen, weiterhin aufgrund ihrer Parallelschaltung in Betrieb befindlichen Leuchtdioden derart kompensiert wird, daß die dadurch verminderte Strahlungsintensität von einem Beobachter kaum oder gar nicht wahrgenommen werden kann und somit der Beleuchtungskörper nahezu seine volle Funktionsfähigkeit beibehält. Das ist insbesondere bei Lichtsignalanlagen im öffentlichen Straßenverkehr, bei Ampelanlagen in Betriebsgeländen oder bei Lichtsignalanlagen auf einspurigen Fahrbahnen in Tiefgaragen, Toreinfahrten oder Laderampen wesentlich, um somit Unfälle zu vermeiden, die bedauerlicherweise bei den herkömmlichen Beleuchtungskörpern der eingangs genannten Art aufgrund ihres Totalausfalles an der Tagesordnung sind.
Vorteilhaft sind die Leuchtdioden im eingeschalteten Betriebszustand einfarbig in Grün, Gelb, Rot oder Weiß oder als Mehrfarbenarray, welches analog angesteuert alle sichtbaren Farben reproduzieren kann,und im ausgeschalteten Betriebszustand nichtleuchtend klar gestaltet. Im eingeschalteten Betriebszustand weist der Beleuchtungskörper eine bestechende Strahlungsintensität auf. Im ausgeschalteten Betriebszustand weisen die
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Leuchtdioden eine nichtleuchtende, silbrigweiße Farbe auf, so daß selbst bei starker Sonneneinstrahlung dem Betrachter die Umgebungshelligkeit neutral dunkel erscheint. Der ausgeschaltete Betriebszustand ist daher eindeutig erkennbar.
Demgegenüber ist bei den herkömmlichen
Beleuchtungskörpern bei intensiver Sonneneinstrahlung bei Lichtsignalanlagen mit mehrfarbig untereinander angeordneten Beleuchtungskörpern nicht immer zweifelsfrei erkennbar, welcher der Beleuchtungskörper ein- und welcher ausgeschaltet ist.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in die aus Gleichrichter und Transformator bestehende Vorschalteinheit ein Fernsteuereingang, ein Taktgenerator und ein Rampengenerator integriert. Da diese Gegenstände in kompakter Form eines Chips eingebaut werden können, erfordern sie nur einen geringen Platzbedarf innerhalb des Lampengehäuses. Über den Fernsteuereingang kann sodann durch die wahlweise oder gemeinsame Ansteuerung des Taktgenerators der zu den Leuchtdioden führende Strom gepulst und/oder durch die Ansteuerung des Rampengenerators ein Auf- und Abschwellen der Lichtintensität erreicht werden. Da gepulstes Licht die Aufmerksamkeit eines Betrachter stärker erregt als konstantes Licht, trägt auch diese Maßnahme zu einer erhöhten Betriebssicherheit bei.
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Das gleiche gilt für den Rampengenerator, da auch auf- und abschwellendes Licht eine größere Aufmerksamkeit erregt als eine gleichbleibende Strahlungsintensität.
Schließlich ist der Fernsteuereingang elektrisch mit einer Empfängereinheit im Lampengehäuse verbunden, so daß über einen Sender jeder Beleuchtungskörper über eine ihm zugeordnete Kenncode-Ziffer angefunkt und über den Fernsteuereingang die Pulsfrequenzen des Taktgenerators sowie des Rampengenerators ferngesteuert geregelt werden können. Außerdem gestattet diese Empfängereinheit auch die Feststellung, ob und wieviele der LED-Gruppen noch intakt oder ausgefallen sind, so daß lange vor dem Ausfall der letzten LED-Gruppe der Wartungsdienst in Gang gesetzt werden kann.
Da der Beleuchtungskörper eine seinem
Anwendungsbereich entsprechend ergonomisch günstige Form aufweist, die nicht über die Größe der herkömmlichen Beleuchtungskörper hinausgeht, brauchen die bisherigen Lichtsignalanlagen nicht umgerüstet zu werden, sondern lediglich die vorhandenen Beleuchtungskörper gegen die erfindungsgemäßen ausgetauscht zu werden.
Ein Auführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigen:
OßtQfi
Fig. 1 die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Beleuchtungskörpers mit einem Standardanschlußadapter E27 mit Gewinde,
Fig. 2 die Ansicht in Richtung des Pfeiles II von Fig. 1 auf die Leuchtdiodenseite,
Fig. 3 das Schaltbild von Transformator, Gleichrichter und Leuchtdiodengruppen des Beleuchtungskörpers von Fig. 1 und
Fig. 4 ein weiteres Schaltbild mit integriertem Fernsteuereingang, Empfänger, Taktgenerator und Rampengenerator.
Gemäß den Figuren 1 und 2 besteht der
erfindungsgemäße Beleuchtungskörper 1 nach einer ersten Ausführungsform aus einem kreiszylindrischen Gehäuse 2 mit einem größeren Kreiszylinderteil 3, einem Kegelstumpfteil 4, einem kleineren Kreiszylinderteil 5, an welches sich der Standardanschlußadapter 6 hier mit Standardgewinde E27 anschließt. An der Stirnfläche 3a des Kreiszylinderteiles 3 befinden sich in regelmäßiger Verteilung die aus Fig. 2 erkennbaren Leuchtdioden 7. Die Zwischenräume 8 zwischen den Leuchtdioden 7 einerseits und der Zylinderinnenwand 3b andererseits sind mit einem wärmeresistenten Kunstharz ausgegossen, so daß der Innenraum 9 des Lampengehäuses 2 vor Spritzwasser geschützt ist. Außerdem übergreift der zylindrische
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Gehäuseteil 3 des Lampengehäuses 2 mit einem Rand 3c die Stirnfläche 3a mit den eingelassenen Leuchtdioden 7, so daß dadurch eine Stoßschutzblende entsteht, z.B. wenn der Beleuchtungskörper 1 mit der Stirnseite 3a auf eine Unterlage aufgesetzt wird.
Es versteht sich, daß je nach Anwendungsbereich das Lampengehäuse 2 eine völlig unterschiedliche Längsquerschnittsform von einer Birnenform bis zu einer Kegelstumpfform aufweisen kann.
Im Innenraum 9 des Lampengehäuses 2 ist gemäß der Schaltungsanordnung der Fig. 3 ein Transformator 10 und ein Gleichrichter 11 in Form einer Wheatstoneschen Brückenschaltung angeordnet, die zusammen die Vorsehalteinheit 12 bilden. Der Gleichrichter kann auch von einer Thyristorschaltung gebildet werden. Hinter dem Gleichrichter 11 sind in Parallelschaltung insgesamt zehn Leuchtdiodengruppen 13 zu je fünf Leuchtdioden 7 angeordnet. Bei Ausfall einer Leuchtdiodengruppe 13 bleiben gleichwohl die anderen Leuchtdiodengruppen 13 intakt und erfüllen ihre Funktion.
Gemäß Fig. 4 kann in das Lampengehäuse 2 noch ein zusätzliches Modul 14 wahlweise integriert werden, welches durch die rechteckigen Begrenzungslinien symbolisiert wird. Dieses Modul umfaßt einen Fernsteuereingang 15, einen Taktgenerator 16 und einen Rampengenerator 17. Außerdem ist der Fernsteuereingang
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mit einem Empfänger 18 verbunden. Sämtliche dieser Teile befinden sich im Lampengehäuse 2. Über den Empfänger 18 kann von einem Sender, z.B. eines Betriebsbüros, dem Beleuchtungskörper 1 der betreffenden Signalanlage über den Fernsteuereingang 15 der Befehl erteilt werden, die Leuchtdioden 7 bzw. die Leuchtdiodengruppen 13 zu pulsen. Dann erfolgt über den Fernsteuereingang 15 und den Taktgenerator 16 an die Dioden 7 eine gepulste Stromzufuhr, wodurch ihre Strahlungsintensität einen blitzlichtartigen Stroboskopeffekt erhält.
Über die zusätzliche Ansteuerung des
Rampengenerators 17 kann die Lichtintensität noch einem Schwelleffekt durch Auf- und Abschwellen unterworfen werden.
Über den Empfänger 18 können die Ein- und Auschalt-, die Takt- und Rampengenerator-Vorgänge ferngesteuert werden. Ferner kann über die Empfängereinheit 18 festgestellt werden, ob und wieviele der LED-Gruppen 13 des an der Stirnfläche 3a des Lampengehäuses 2 befindlichen Diodenfeldes ausgefallen sind. Durch Umwandlung des Empfängers 18 in eine Empfangs-Sendeeinheit ist es ferner möglich, den Ausfall einer oder mehrerer Leuchtdiodengruppen 13 einer außerhalb des Beleuchtungskörpers 1, z.B. in der betreffenden Lichtsignalanlage, angeordneten, weiteren Empfangs-Sendeeinheit mit Verstärkereinheit selbsttätig und damit automatisch zu melden und so die Betriebssicherheit der
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mit diesen Beleuchtungskörpern l ausgerüsteten Signalanlage noch weiter zu erhöhen.
Die besonderen Vorteile des Beleuchtungskörpers 1, der sowohl in der Wirtschaft, in der Industrie, im öffentlichen Verkehr, in der Schiffahrt und in der Raumfahrt eingesetzt werden kann, beruhen in seiner kompakten Form und in seiner äußerst intensiven Strahlungsintensität eines Leuchtdiodenscheinwerfers, der auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen, wie hellem Tageslicht, Sonneneinstrahlung oder anderen Lichtquellen, eine äußerst gute Erkennbarkeit gewährleistet. Der Funktionszustand "Aus" ist an der Stirnseite 3a des Gehäusezylinderteiles 3 durch nichtleuchtende, klarsichtige Dioden und der Betriebszustand "Ein" an äußerst intensiv strahlenden Farben erkennbar. Da der Beleuchtungskörper mit einem herkömmlichen Standardanschlußadapter 6 ausgerüstet ist, kann er ohne weiteres in vorhandene Lichtsignalanlagen mit wenigen Handgriffen ohne jeden weiteren Umbau eingesetzt werden.
Seite 12 &Iacgr; *&iacgr; I &idigr; .* &Ogr;8&Idigr;&thgr;&Iacgr;.1£$7
Bezugszeichenliste:
Beleuchtungskörper 1 5
Lampengehäuse 2
kreiszylindrische Form
des Lampengehäuses 2 3, 4,
Stirnfläche des Lampengehäuses 2 3a
Zylinderinnenwand 3b
Rand des Lampengehäuses 2 3c
Standardgewinde 6
Leuchtdioden 7 20
Hohlräume 8
Innenraum des Lampengehäuses 2 9
Transformator 10
Gleichrichter 11
Vorschalteinheit 12 30
LED-Gruppe Modul Fernsteuereingang Taktgenerator
Rampengenerator Empfängereinheit *: *&iacgr; . &idigr; &iacgr; .'* 08«&Ogr;.*·
13
14
15
16
17
18

Claims (10)

* · c· ··*· ·* ··<« Seite 14 *&iacgr; " I j ,* O8ij)4.1ft57 &bull; · · · · kv 2< Schutzansprüche :
1. Beleuchtungskörper, insbesondere für
Lichtsignalanlagen, mit einem Standardanschlußadapter, einem Lampengehäuse und einem Leuchtkörper zum Anschluß an ein Stromnetz mit einer Betriebsspannung von mindestens 110 Volt, dadurch gekennzeichnet , daß der Beleuchtungskörper (1) aus einer Vielzahl von Leuchtdioden (7) besteht, die über elektrische Leitungen, über einen im Lampengehäuse (2) angeordneten Gleichrichter (11) und einen Transformator (10) mit dem Standardanschlußadapter (6) elektrischleitend verbunden sind.
2. Beleuchtungskörper nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (7) auf einer ebenen oder konvex gewölbten Stirnfläche (3a) des Lampengehäuses (2) in gleichmäßiger Verteilung angeordnet und die zwischen ihnen und der Gehäusewand befindlichen Hohlräume (8) mit einem wärmeresistenten Kunstharz ausgefüllt sind.
Seite 15 *j #j j ; #«* 08%pi. 19§7
\.s
3. Beleuchtungskörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leuchtdioden (7) in Hintereinanderschaltung eine LED-Gruppe (13) bilden, von denen eine jede (13) in bezug auf den vom Gleichrichter (11) ausgehenden Gleichstrom in Parallelschaltung angeordnet sind.
4. Beleuchtungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Leuchtdioden (7) im eingeschalteten Betriebszustand einfarbig in Grün, Gelb, Rot oder Weiß oder als analog ansteuerbares, alle sichtbaren Farben reproduzierendes Mehrfarbenarray und im ausgeschalteten Betriebszustand nichtleuchtend klar gestaltet sind.
5. Beleuchtungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß in die aus Transformator (10) und Gleichrichter (11) bestehende Vorschalteinheit (12) ein Fernsteuereingang (15), ein Taktgenerator (16) und ein Rampengenerator (17) räumlich und mit entsprechend elektrischer Verbindung integriert sind.
6. Beleuchtungskörper nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Fernsteuereingang (15) elektrisch mit einer Empfängereinheit (18) im Lampengehäuse (2) verbunden ist.
ky
7. Beleuchtungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Lampengehäuse (2) je nach Anwendungsbereich eine völlig unterschiedliche Form, z.B. eine Birnenform, Kegelform oder Kegekstumpfform, aufweist, an dessen schmalem Ende der Standardanschlußadapter (6) angeordnet ist.
8. Beleuchtungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Lampengehäuse {2) eine mehrfach abgesetzte, kreiszylindrische Form (3, 4, 5) aufweist, von denen der Teil (5) mit dem geringsten Durchmesser an seinem Ende mit dem Standardanschlußadapter (6) versehen ist.
9. Beleuchtungskörper nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Standardanschlußadapter (6) ein Gewinde der Norm E27 aufweist oder mit einem Bajonettanschluß versehen ist.
10. Beleuchtungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß er (1) mit fünfzig Leuchtdioden eine Betriebsleistung von etwa 4 Watt benötigt und eine Lebensdauer von mindestens 10 Betriebsstunden besitzt.
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