DE4139823A1 - Anordnung zum verlustarmen weiterleiten optischer energie - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Weiterleiten opti­ scher Energie an einen Hochspannungsschalter nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist aus der EP- 03 77 619 bereits ein Hochspan­ nungsschalter bekannt, der die Funktion eines Zündspannungsvertei­ lers bei ruhender Hochspannungsverteilung übernimmt. Dieser Hoch­ spannungsschalter besteht aus Halbleiterelementen, die lichtemp­ findliche Zonen aufweisen. Die lichtempfindlichen Zonen können von lichtemittierenden Elementen so angesteuert werden, daß sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt z. B. der Zündfolge entsprechend durchschal­ ten. Bei den bekannten Anordnungen sind Lichtleiter oder Leucht­ dioden den lichtempfindlichen Zonen des Hochspannungsschalters gegenüber angeordnet. Nachteilig ist hierbei, daß ein Teil der Lichtenergie an die Umgebung verloren geht, wodurch die Funktions­ sicherheit des Hochspannungsschalters beeinträchtigt wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Lichtenergie durch eine Anpassung der Form der Querschnitte der Lichteintritts­ fläche und der Lichtaustrittsfläche an die gegenüberliegenden Ele­ mente verlustarm weitergegeben und so die Funktionssicherheit des Hochspannungsschalters verbessert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, zur Weiterleitung der Lichtenergie einen handelsüblichen Lichtleitfaserstab zu verwenden, der nach Erwärmen auf Temperaturen der Glaserweichung bespielsweise durch Quetschen an der Lichtaustrittsfläche auf eine Linie mit schmalem Querschnitt geformt ist. Ein zusätzlicher Vorteil bei der Verwendung von Lichtleitfaserstäben besteht in der Möglichkeit, die Größe der Querschnittsflächen zu verändern, so daß die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche sowohl der Form als auch Größe des gegenüberliegenden Elements angepaßt werden kann. Ein Vorteil ist hierbei, daß der Lichtleitfaserstab nach Erwärmung biegbar ist, wodurch die Bauformen verkleinert werden können. Gleichzeitig läßt sich der Lichtleitfaserstab durch Biegen an schwierige Einbauver­ hältnisse einfach anpassen, ohne daß dabei die Eigenschaften für die Lichtübertragung verändert werden. Letztendlich sei als Vorteil bei der Verwendung eines Lichtleitfaserstabes erwähnt, daß bei Beleuch­ tung nur eines kleinen Kerndurchmessers der Lichteintrittsöffnung auch die Lichtenergie nur aus einem Kernbereich der Lichtaustritts­ öffnung austritt, was bedeutet, daß die beleuchtete Fläche ohne Veränderung der Bauteile verkleinert werden kann. Eine weitere Möglichkeit ist es, einzelne Glasfasern eines Lichtfaserbündels zu verwenden, die jeweils an den Enden in einer gewünschen Quer­ schnittsform zusammengefaßt und anschließend miteinander verbunden, zum Beispiel verklebt sind. Als zusätzlicher Vorteil sei noch darauf hingewiesen, daß am Übergang Leuchtdiode-Lichteintrittsfläche die Kappe der Leuchtdiode eingespart und von einer Hülse ersetzt werden kann. Diese Hülse wird mit dem Lichtleiter verbunden und wie eine Leuchtdioden-Kappe mit dem Sockel des LED-Chips montiert. Letzt­ endlich sei noch erwähnt, daß als lichtdurchlässiger Isolator des Hochspannungsschalters Polyimid z. B. Beck-Lack IP 9103-30 verwendbar ist. Dieses Polyimid besitzt gegenüber dem bisher verwendeten Glas eine hohe Temperaturbeständigkeit und wegen der geringeren Dicke (ca. 20 µm gegenüber 0,5 bis 1 mm bei Glas) eine bessere Licht­ transmission. Gleichzeitig weist Polyimid durch seine lackartige Beschaffenheit eine gute Haftung auf und läßt sich somit beispiels­ weise durch Aufpinseln sehr gut auf den Hochspannungsschalter auf­ tragen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des entsprechend geformten Lichtleitfaserstabes, 1a mit angepaßter Form und 1b mit angepaßter Größe, Fig. 2 die Lichtein- und austrittsfläche eines gebogenen Lichtleitfaserstabes, Fig. 3 die Lichteintritts- und Lichtaus­ trittsfläche eines Lichtfaserbündels und Fig. 4 den von einer Hülse umgebenen Übergang Leuchtdiode-Lichteintrittsfläche.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1a ist in zwei Ansichten (um 90° gedreht) eine Leuchtdiode 1, ein Lichtleiter 4 und ein Hochspannungsschalter 2 schematisch dargestellt. Zwischen der Leuchtdiode 1 und dem Hochspannungsschal­ ter 2, welcher von einem durchsichtigen Isolator 3, beispielsweise Polyimid, umgeben ist, ist der Lichtleiter als Lichtleitfaserstab 4 angeordnet. Lichtleitfaserstäbe bestehen aus Glasfasern, die einzeln optisch gegeneinander isoliert und in Parallellage miteinander ver­ schmolzen sind. Innerhalb jeder einzelnen Faser erfolgt die Total­ reflexion. Dieser Lichtleitfaserstab 4 hat an seiner der Leuchtdiode zugeordneten in Fig. 1a links dargestellten Lichteintrittsfläche 5 einen runden Querschnitt und an seinem dem Hochspannungsschalter 2 zugeordneten in Fig. 1a rechts dargestellten Lichtaustrittsfläche 6 einen linienförmig schmalen Querschnitt. Aus der in Fig. 1a unten dargestellten Draufsicht auf die Anordnung Leuchtdiode 1 Hochspan­ nungsschalter 2 und Lichtleitfaserstab 4 ist deutlich zu erkennen, daß der Lichtleitfaserstab 4 auf der Seite des Hochspannungsschal­ ters 2 durch die Formung verjüngt ist.

Fig. 1b zeigt einen Lichtleitfaserstab 4 und dessen Querschnitts­ flächen 5 und 6, wobei hier nicht die Form der Querschnittsfläche, sondern deren Größe verändert. Die Verkleinerung der Querschnitts­ größe an einem Ende wird zum Beispiel mittels eines herkömmlichen Ziehverfahrens erreicht. Diese Verkleinerung der Lichtein- bzw. Lichtaustrittsfläche an einem Ende gegenüber der am andren Ende ermöglicht also zum einen die Bestrahlung einer größeren Fläche aber zum anderen auch die Konzentration der Lichtenergie, je nach Anord­ nung des Lichtleitfaserstabes 4.

In Fig. 2 ist der Lichtleitfaserstab 4 in drei Ansichten darge­ stellt, wobei er in dieser Anordnung nach Erwärmung auf Temperaturen der Glaserweichung gebogen wurde. Die Lichteintrittsfläche 5 hat hier einen runden Querschnitt und die Lichtaustrittsfläche 6, wie auch in Fig. 1, einen linienförmig schmalen Querschnitt. Ebenfalls dargestellt ist in dieser Figur die Seitenansicht eines gebogenen Lichtleitfaserstabes 4, wodurch eine Verringerung der Größe der Anordnung erreicht wird.

Fig. 3 zeigt ein Lichtfaserbündel 7 in drei Ansichten, wobei die einzelnen Glasfasern 8 an einem Ende 9a in einem runden Quer­ schnitt und am anderen Ende 9b in einem schmalen Querschnitt ange­ ordnet sind. Das Lichtfaserbündel 7 besteht aus Glasfasern, die einzeln optisch gegeneinander isoliert, lose in einer Schutzhülle geführt und nur an den beiden Enden ungeordnet zusammengefaßt sind. Nach der Anordnung der einzelnen Glasfasern in der gewünschten Quer­ schnittsform werden die Enden 9 des Lichtfaserbündels verklebt.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung des Übergangs vom lichtemittierenden Elementes 1 zum Lichtleiter 4, wobei eine Leuchtdiode ohne herkömmliche Kappe verwendet wird. Das heißt auf einen Sockel 10 ist ein LED-Chip 11 ohne Kappe aber mit der üblichen Vergußmasse 13 zur Isolation montiert. Eine Hülse 12, die teilweise über das Ende des Lichtleiters geführt ist, ist mit diesem verbunden. Die Hülse 12 mit dem Lichtleiter 4 kann mit dem Sockel 10 nun wie eine Kappe kosten­ günstig montiert werden. Der Anschluß an das Ende eines Lichtleiters ist damit ohne zusätzlichem Aufwand einfach realisierbar. Das gegen­ überliegende Ende des Lichtleiters kann dann entsprechend den obigen Ausführungen der Form des Hochspannungsschalters angepaßt werden.

Claims (8)

1. Anordnung zum verlustarmen Weiterleiten optischer Energie mittels eines Lichtleiters von einem lichtemittierenden Element, vorzugs­ weise einer Leuchtdiode, zu einem optoelektronischen Halbleiterele­ ment, vorzugsweise einem mit lichtdurchlässigen Isolator überzogenen Hochspannungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (4; 7) aus einer Anzahl von lichtleitenden Glasfasern (8) besteht, die zumindest an den Enden (9) zu einer Einheit zusammengefaßt sind, wobei die Querschnitte der Lichteintrittsfläche (5) und der Licht­ austrittsfläche (6) des Lichtleiters (4; 7) jeweils der Form des gegenüberliegenden lichtemittierenden sowie optoelektronischen Element (1; 2) angepaßt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas­ fasern (8) mittels Glas zu einem Lichtleitfaserstab (4) verschmolzen sind, der nach Erwärmen auf Temperaturen der Glaserweichung an der, dem Hochspannungsschalter zugeordneten Lichtaustrittsfläche vom ur­ sprünglich rundem auf einen linienförmig schmalen Querschnitt ge­ formt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Querschnittsflächen des Lichtleitfaserstabes (4) verändert sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitfaserstab (4) nach Erwärmung biegbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein­ zelnen Glasfasern (8) zu einem Lichtfaserbündel (7) in der gewünsch­ ten Querschnittsform seiner Enden zusammengefaßt und verklebt sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht­ faserbündel (7) an seiner Lichteintrittsfläche (5) zu einem runden und an seiner Lichtaustrittsfläche (6) zu einem linienförmig schma­ len Querschnitt geformt ist.

7. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Übergang zwischen Leuchtdiode (1) und Lichtleiter (4) von einer Hülse (12) umgeben ist, wobei die Hülse (12) die Um­ fangsfläche des Lichtleiterendes an der Lichteintrittsseite fest umgibt und an ihrem entgegengesetzten Ende anschließend ein einen LED-Chip (11) tragender Sockel (10) montiert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als licht­ durchlässiger Isolator (3) des Hochspannungsschalters (2) Polyimid verwendbar ist.