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Die vorliegende Erfindung betrifft äußere Beleuchtungssysteme für Flugzeuge und insbesondere solche Systeme zur Verwendung mit Nachtsichtbrillen.
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Nachtsichtbrillen (Night vision goggles – NVGs) werden in Militärflugzeugen verwendet. Durch Erfassen von infrarotem Umgebungslicht (”Infrarotlicht” sollte in diesem gesamten Dokument so verstanden werden, dass es nahes Infrarotlicht umfasst) und Interpretieren desselben zum Erzeugen einer für den Piloten sichtbaren Anzeige, verbessern NVGs beträchtlich die Fähigkeit eines Piloten im Dunkeln zu ”sehen”. Einer der vielen auf diese Weise ermöglichten Vorteile besteht darin, dass äußere Flugzeugbeleuchtung im sichtbaren Spektrum (in bestimmten Zusammenhängen) unnötig wird, und Militärflugzeuge daher in einer verborgenen Betriebsart betrieben werden können, in der keine solche Beleuchtung vorgesehen ist, wodurch das Flugzeug schwerer zu erfassen wird. Durch Vorsehen von äußerer Infrarotbeleuchtung niedriger Intensität kann sichergestellt werden, dass Flugzeuge für einander sichtbar bleiben, z. B. zur Vermeidung von Zusammenstößen, zum Formationsflug, zur Lokalisierung und Orientierung, während dennoch keine für das bloße Auge sichtbare Beleuchtung vorgesehen wird.
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Mehrere Probleme entstehen beim Vorsehen des zur besten Nutzung von Nachtsichtsystemen benötigten Typs äußerer Flugzeugbeleuchtung.
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Vielleicht das signifikanteste dieser Probleme entsteht während der Ausbildung. Durch die Zivil- und Luftfahrtbehörden auferlegte Vorschriften erfordern zum Beispiel, dass Flugzeuge im zivilen Luftraum sichtbare Außenbeleuchtung tragen. Daher muss selbst bei der Ausbildung in der Benutzung von Nachtsichtbrillen diese sichtbare Beleuchtung vorgesehen sein. Unglücklicherweise emittieren konventionelle Lampen (die Glühbirnen mit Glühfäden verwenden) stark in den Infrarotteil des Spektrums und können daher NVGs blenden und effektiv untauglich machen, wodurch die Ausbildung schwierig oder unmöglich gemacht wird.
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Außerdem sind viele existierende Flugzeuge nicht mit äußerer Infrarotbeleuchtung ausgerüstet, und daher wird ein anschließend eingebautes Beleuchtungssystem benötigt. Schwierigkeiten treten auf, weil sich eine Beleuchtungsverdrahtung von dem Cockpit zu den äußersten Teilen des Flugzeugs einschließlich der Flügelspitzen und des Rumpfendes erstrecken muss. Die Kosten der Hinzufügung neuer Verdrahtungssätze zum Liefern von Signalen an zwei Sätze von Lichtern (sichtbare und infrarote) anstatt des konventionellen einfachen Satzes sichtbarer Lichter sind beträchtlich, da hierfür der Abbau zahlreicher Teile des Flugzeugs erforderlich ist, um Zugang zu den durch die Verdrahtung genommenen Wegen zu schaffen.
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Lösungen für beide der oben beschriebenen Probleme sind die Ziele der vorliegenden Erfindung.
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DE-A-41 17 289 im Namen von Hella KG Hueck & Co betrifft eine äußere Flugzeugbeleuchtung mit einem Filter, spricht jedoch nicht die bei Nachtsichtbrillen auftretenden Probleme an.
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US-A-5 031 080 , Aikens et al, lehrt das Vorsehen einer tragbaren Lampe zur Verwendung innerhalb eines Flugzeugcockpits, das eine mit NVGs kompatible gefilterte Ausgangsleistung hat, es spricht jedoch in keiner Weise die oben genannten Probleme an.
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Einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine äußere Beleuchtungsbaugruppe für ein Flugzeug geschaffen, wobei die genannte Baugruppe eine Quelle für sichtbares und Infrarotlicht aufweist und durch einen Filter gekennzeichnet ist, der wenigstens im Wesentlichen transparent für sichtbares Licht ist und es zulässt, dass sichtbares Licht aus der Quelle durch die Beleuchtungsbaugruppe emittiert wird, wobei im Wesentlichen die Emission ausgewählter Infrarotfrequenzen verringert wird, wodurch die Blendung von Nachtsichtsystemen in Verwendung verhindert oder verringert wird, und durch einen undurchsichtigen gewölbten Käfig um die Lichtquelle herum gekennzeichnet ist, wobei der Käfig von Öffnungen durchstoßen ist, die durch flache Filterelemente bedeckt sind.
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Vorzugsweise ist die genannte Quelle für sichtbares Licht in einem Gehäuse mit einem Fenster angebracht, durch das sichtbares Licht durch die genannte Quelle für sichtbares Licht emittiert wird, wobei der genannte Filter in dem genannten Gehäuse zwischen der Quelle für sichtbares Licht und dem genannten Fenster derart angeordnet ist, dass sichtbares Licht aus der genannten Quelle für sichtbares Licht das genannte Fenster nur über den genannten Filter erreichen kann.
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Vorzugsweise stellt der genannte Filter einen Filter vom Störschutzfiltertyp dar, der selektiv die Infrarotfrequenzen reflektiert.
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Vorzugsweise umfasst die genannte Beleuchtungsbaugruppe ferner elektrisch betriebene Infrarotstrahlermittel. Die genannten Infrarotstrahlermittel können die Form von einer oder mehreren, außen am genannten Gehäuse angeordneten Infrarotdioden annehmen.
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In einer solchen Beleuchtungsbaugruppe können ausgewählte Infrarotfrequenzen durch den Filter blockiert und auf diese Weise von der Ausgangsleistung der Quelle für sichtbares Licht entfernt werden.
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Durch Entfernen oder im Wesentlichen Entfernen von Infrarotfrequenzen, für die das Nachtsichtsystem empfindlich ist, kann bewirkt werden, dass die Quelle für sichtbares Licht dem Nachtsichtsystem schwächer erscheint (wodurch ein Blenden der NVG verhindert wird) oder kann sogar im Wesentlichen unsichtbar für das Nachtsichtsystem gemacht werden, während sie dennoch das durch die Vorschriften erforderliche sichtbare Signal (d. h. sichtbar für das bloße Auge) abgibt. Auf diese Weise wird durch die vorliegende Erfindung eine Ausbildung in der Verwendung von Nachtsichtsystemen im zivilen Luftraum ermöglicht.
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Der zusätzliche Infrarotstrahler kann verwendet werden, um ein Infrarotsignal verhältnismäßig geringer Intensität ohne Erzeugung von sichtbarem Licht an andere zu liefern, die Nachtsichtsysteme verwenden (um Formationsflug etc. zu ermöglichen).
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Vorzugsweise ist die Beleuchtungsbaugruppe mit Spannungserfassungsmitteln versehen, die zum Überwachen einer Versorgungsspannung zu der genannten Quelle für sichtbares Licht und zum Verbinden der genannten Versorgungsspannung mit dem Infrarotstrahlermittel angepasst ist, wenn die genannte Versorgungsspannung geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
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Auf diese Weise kann der konventionell zum Ansteuern der Quelle für sichtbares Licht (wobei Erde durch den Flugzeugrahmen selbst bereitgestellt wird) verwendete einzelne Draht verwendet werden, um selektiv die Quellen für sichtbares oder Infrarotlicht mit Energie zu versorgen, wie im Folgenden erklärt werden soll.
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Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge ist die äußere Beleuchtungsbaugruppe gemäß dem ersten Aspekt in ein Beleuchtungssystem für ein Flugzeug eingebaut, das ferner wenigstens ein im Rumpf/den Flügeln des Flugzeugs angebrachtes Stromversorgungskabel, einen Kodierer an einem Cockpitende des genannten Kabels zum Kodieren von an das Kabel angelegten Energiesignalen, und Dekodiermittel an einem entgegengesetzten, entfernten Ende des genannten Kabels zum selektiven Speisen des Infrarotstrahlermittels und/oder der Quelle für sichtbares Licht mit Energie aufweist.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ermöglicht der Kodierer das selektive Anlegen einer Spanne von Spannungspegeln an das genannte Stromversorgungskabel, und der Dekodierer umfasst ein Spannungserfassungsmittel, das daran angepasst ist, abhängig von dem erfassten Spannungspegel selektiv die Quelle für sichtbares Licht und/oder das Infrarotstrahlermittel mit der Stromversorgung zu koppeln.
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Vorzugsweise ist der Dekodierer daran angepasst, das Infrarotstrahlermittel nur mit der Stromversorgung zu verbinden, wenn der erfasste Spannungspegel unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
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In einer alternative Ausführungsform ist der Kodierer daran angepasst, die selektive Verbindung einer Spannungsquelle mit dem genannten Stromversorgungskabel entweder in einer Vorwärts(+)-Polarität oder einer Rückwärts(–)-Polarität zu ermöglichen, wobei der Dekodierer zwei Dioden aufweist, die mit der Quelle für sichtbares Licht bzw. dem Infrarotstrahlermittel mit entgegengesetzten Ausrichtungen verbunden sind, wodurch eine Diode leitend für die Versorgung mit Vorwärtspolarität ist, um die Quelle für sichtbares Licht mit Energie zu versorgen, und die andere Diode leitend für die Versorgung der Rückwärtspolarität ist, um das Infrarotstrahlermittel mit Energie zu versorgen.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kodierer daran angepasst, ein kodiertes Digitalsignal an das genannte Stromversorgungskabel anzulegen, und der Dekodierer ist daran angepasst, das letztere Signal zu dekodieren und selektiv die Quelle für sichtbares Licht und/oder das Infrarotstrahlermittel mit dem Stromversorgungskabel abhängig von dem kodierten Signal zu verbinden.
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Einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Filtereinheit geschaffen, die daran angepasst ist, an einer äußeren Flugzeugbeleuchtungsbaugruppe angebracht zu werden, welche eine in einem Gehäuse angeordnete Quelle für sichtbares und Infrarotlicht und ein Gehäusefenster aufweist, durch das sichtbares Licht emittiert wird, wobei die Filtereinheit daran angepasst ist, das Gehäuse der Flugzeugbeleuchtungsbaugruppe so zu unterteilen, dass die Lichtquelle innerhalb des Gehäuses von dem Gehäusefenster getrennt wird, und einen Filter aufweist, durch den Licht aus der Quelle das Fenster erreichen kann, wobei der Filter wenigstens im Wesentlichen transparent für sichtbares Licht und derart ist, dass er ausgewählte Infrarotfrequenzen aus der durch die Lichtquelle emittierten Strahlung entfernt oder im Wesentlichen entfernt, wodurch die Blendung von Nachtsichtsystemen in Verwendung verhindert oder verringert wird, und einen undurchsichtigen gewölbten Käfig um die Lichtquelle herum aufweist, wobei der Käfig von Öffnungen durchstoßen ist, die durch flache Filterelemente bedeckt sind.
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Auf diese Weise können existierende Lampenbaugruppen für die oben beschriebene Kompatibilität mit Nachtsichtsystemen angepasst werden.
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Spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden, in denen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Navigationslampe gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die an einem Lufteinlass eines Düsenkampfflugzeugs angebracht werden soll;
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2a bzw. 2b eine Seiten- und eine Draufsicht einer Formationslampe gemäß der vorliegenden Erfindung sind, die auf dem oberen Rumpfteil eines solchen Flugzeugs angebracht werden soll;
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3 ein vereinfachtes verallgemeinertes Format eines modifizierten Flugzeugverdrahtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 bis 7 spezielle Schaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, die bei dem verallgemeinerten Format von 3 angewendet werden können.
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Die in 1 dargestellte Lampe umfasst eine im Wesentlichen konventionelle tropfenförmige Verkleidung 1 mit einem geformten getönten vorderen Fenster 3, in dem eine konventionelle Glühbirne 5 angeordnet ist. Solche Lampen werden in existierenden Flugzeugen verwendet.
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Einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge ist die Lampe durch Einführung eines Filters 7 in das vordere Fenster abgewandelt worden.
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Der Filter 7 besteht aus einem gewölbten, undurchsichtigen Käfig 9, der um die Glühbirne 5 herum platziert wird. Der Käfig 9 ist durch mehrere Öffnungen 11 durchstoßen, die durch Filterelemente 13 bedeckt sind, und der vordere Teil des Käfigs (der ansonsten offen wäre) ist durch ein bogenförmiges Filterelement 15 bedeckt. Dieser Aufbau ermöglicht die Verwendung konventioneller, flacher Filterelemente 13, 15.
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Die Filterelemente 13 und 15, sind, während sie mindestens im Wesentlichen transparent für sichtbares Licht sind, wenigstens im Wesentlichen intransparent für die durch NVGs erfassten Infrarotwellenlängen, so dass wenig oder kein bei diesen Wellenlängen durch die Glühbirne 5 erzeugtes Licht durch die Lampe emittiert wird.
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Die Filterelemente müssen wärmebeständig sein, um Wärme von der weißglühenden Glühbirne standzuhalten, und liegen (der vorliegenden Ausführungsform zufolge) in Form von Glasfiltern vom Interferenztyp vor, die selektiv Infrarotlicht reflektieren und dadurch Beschädigung durch Wärme verhindern.
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Die Lampe ist jedoch mit einem Infrarotstrahler 17 (z. B. einer infrarotemittierende Diode) an einer Rückseite derselben versehen. ”Infrarotstrahler” bedeutet in dem vorliegenden Zusammenhang eine Einrichtung, die zum Emittieren von infrarotem oder beinahe infrarotem Licht angesteuert werden kann, während sie wenig oder kein sichtbares Licht erzeugt.
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Zwei Betriebsarten werden durch die modifizierte Lampe ermöglicht. Wo zweckdienlich (z. B. während Ausbildungsübungen, wenn sichtbares äußeres Licht benötigt wird), ist die Glühbirne 5 beleuchtet.
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Da durch NVGs erfassbares Infrarotlicht nicht emittiert oder nur mit einer sehr geringen Intensität emittiert wird, können die modifizierten Lampen NVGs nicht blenden.
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Wenn eine kleine Menge von Infrarotlicht von der Quelle für sichtbares Licht entweichen gelassen wird, kann dies sogar verwendet werden, um das Aussehen der in verdeckten Operationen verwendeten Infrarotbeleuchtung (für NVGs) nachzuahmen, was für Ausbildungsübungen nützlich ist.
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Natürlich behält die modifizierte Lampe im sichtbaren Betriebsmodus alle technischen Gegebenheiten von Standardbeleuchtung wie Aufleuchten und Abblenden.
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Während verborgener Operationen wird die Glühbirne 5 ausgeschaltet, der Infrarotstrahler 17 wird (wenn gewünscht) eingeschaltet und das Licht wird nur für diejenigen sichtbar, die NVGs tragen.
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Wenn eine Lampe des oben beschriebenen Typs in ein existierendes Flugzeug eingebaut wird, wird normalerweise nur eine einzige elektrische Versorgungsleitung (für Versorgung/Steuerung eines einzigen Lichttyps – eines sichtbaren Lichts) vorgesehen.
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Zur Bereitstellung einer Steuerung sowohl der Quelle für sichtbares als auch der für Infrarotlicht kann die vorliegende beispielhafte Ausführungsform eine spannungsempfindliche ”Schnüffelschaltung” 40 (siehe 7) enthalten. Während die Glühbirne 5 direkt mit der einzigen Versorgungsleitung 113d verbunden wird, kann der Infrarotstrahler 17 mit der Versorgungsleitung 113d über Detektionsschaltkomponenten 42 innerhalb der Schnüffelschaltung 40 verbunden werden.
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Die Schnüffelschaltung 40 arbeitet als ein spannungsempfindlicher Schalter, der sich nur öffnet (und so eine Spannung über dem Infrarotstrahler 17 anlegt), wenn die angelegte Versorgungsspannung auf der Versorgungsleitung 113d unter einem vorbestimmten Pegel von ungefähr 5 Volt liegt.
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Nun ist die Glühbirne 5 so ausgelegt, dass sie zwischen 50 V (abgeblendete Betriebsart) und 110 V (helle Betriebsart) arbeitet. Wenn die Glühbirne 5 durch eine Spannung in diesem Bereich erleuchtet wird, schaltet das Detektionsschaltsystem 42 in der Schnüffelschaltung 40 den Infrarotstrahler 17 aus.
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Wenn die Spannung an der Versorgungsleitung über das Versorgungssteuerschaltsystem 44 auf 5 V verringert wird, wird nicht nur der Infrarotstrahler 17 durch das Detektionsschaltsystem 42 in der Schnüffelschaltung 40 eingeschaltet, sondern die Glühbirne 5 wird natürlich abgeblendet, so dass sie wenig oder kein sichtbares Licht erzeugt, wobei jegliches verbleibendes emittiertes infrarotes oder beinahe infrarotes Licht durch den Filter 7 blockiert wird.
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Das Detektionsschaltsystem 42 in der Schnüffelschaltung 40 kann auf unkomplizierte Weise unter Verwendung von Transistor/Zener-Diodeneinrichtungen erhalten werden.
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Die an dem Cockpitende der Versorgungsleitung vorgesehene Steuerelektronik 44 kann die Versorgungsspannung selektiv bei entweder 5 Volt oder 50–110 Volt einstellen, und so zwischen nur Infrarot-(verborgener)Beleuchtung und nur sichtbarer Beleuchtung umschalten.
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2 zeigt eine weitere Lampe – in diesem Falle eine Formationslampe zum Anbringen an der oberen Oberfläche eines Flugzeugrumpfes – die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung modifiziert ist.
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Die Formationslampe basiert auf einem kreisförmigen Gehäuse 20, auf dessen äußerer Oberfläche eine tropfenförmige Verkleidung 22 angeordnet ist, die einen undurchsichtigen hinteren Teil 24 und ein durchsichtiges vorderes Fenster 26 aufweist. Komponenten innerhalb des Gehäuses sind in gestrichelten Linien gezeigt und umfassen eine Hauptglühbirne 28, eine Filterabteilung 30 und eine Tankglühbirne 32.
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Die Tankglühbirne 32 wird nur während des Auftankens unter sichtbarem Licht verwendet und ist für die vorliegenden Zwecke unwichtig. Die Hauptglühbirne 28 wird bei normalem Flug zum Liefern von sichtbarer Beleuchtung verwendet, wobei ihre Lichtemission durch die Filterabteilung 30 gefiltert wird (zum Entfernen von Infrarotfrequenzen, wie bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform), bevor sie durch das vordere Fenster 26 entweicht.
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Die Filterabteilung 30 kann nachträglich an einer existierenden Lampe angebracht werden.
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Zwei Infrarotstrahler 31 sind auf dem Gehäuse 20 zur Verwendung bei verborgenem Flug vorgesehen, und sichtbare und Infrarotbeleuchtung kann wie in der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform geschaltet werden.
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Während das oben beschriebene Verfahren zum Steuern der Beleuchtungsbaugruppen für sichtbares/Infrarotlicht (unter Verwendung einer variablen Versorgungsspannung und einer Schnüffelschaltung) besonders vorteilhaft ist, können andere Verfahren verwendet werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, um die beiden Lichtquellen unter Verwendung von vorhandener Verdrahtung zu steuern. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung soll nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 betrachtet werden.
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Bezugnehmend auf 3 ist dort eine allgemeine Ansicht eines modifizierten Flugzeugverdrahtungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das System kann so betrachtet werden, dass es drei charakteristische Abschnitte aufweist, nämlich einen Cockpitabschnitt 110, einen Flügelspitzen- und/oder Kielflossenabschnitt 112, die beide relativ einfach zugänglich und modifizierbar sind, und einen Abschnitt 114, der aus vorhandener Verdrahtung 113 besteht, die durch den Flugzeugrumpf/die Flugzeugflügel zwischen den Abschnitten 110 und 112 verläuft. Es ist erwünscht, eine Modifizierung der existierenden Verdrahtung in Abschnitt 114 zu vermeiden, da hierfür eine umfassende Demontage des Flugzeugs erforderlich ist.
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Für diesen letzten Zweck umfasst das System von 3 in dem Cockpitabschnitt 110 eine Kodierereinheit 116, die durch einen vorzugsweise nahe dem Cockpitbeleuchtungsschalter angeordneten Cockpitschalter 118 gesteuert wird, und in dem Flügelspitzen-/Kielflossenabschnitt 112 einen oder mehrere entsprechende Dekodierer 120, sowie auch eine Quelle 124 für sichtbares Licht und eine Quelle 122 für Infrarotlicht. Das Kodierer/Dekodierersystem kann die beiden Außenlichter (sichtbares/infrarotes) unter Verwendung nur eines vorhandenen Stromdrahts antreiben und selektiv aktivieren. Wenn erforderlich, könnten sogar weitere Lampen gesteuert werden.
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3 zeigt beispielhaft drei Sätze vorhandener Drähte 113a, 113b, 113c, die jeweils die vorhandene Verdrahtung durch den Flügel zu der Flügelspitze auf der Backbordseite, die vorhandene Verdrahtung durch den Flügel zu der Steuerbordseite und die vorhandene Verdrahtung durch den Rumpf zu der Kielflosse darstellen.
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Die 4 bis 6 zeigen Beispiele möglicher Kodiermittel, die für das verallgemeinerte System von 3 angewendet werden können. In dem in 4 gezeigten System ist eine erste Diode D1 in Reihe mit der Quelle 124a für sichtbares Licht verbunden und eine zweite Diode D2 ist in Reihe mit einer neu installierten Infrarotlichtquelle 122a verbunden. Es ist egal, in welcher Reihenfolge die Dioden D1, D2 installiert werden, solange sie in entgegengesetzter Richtung zueinander installiert werden. Der Kodierer am Cockpitende besteht in diesem Fall aus einem Versorgungswandler 116a, der ermöglicht, dass die vorhandene Verkabelung 113a entweder mit einer positiven oder negativen Versorgungsspannung versorgt wird. In diesem Fall wird nur die Quelle 124 für sichtbares Licht mit Energie gespeist, wenn eine positive Versorgung ausgewählt wird, und wenn die negative Versorgung ausgewählt wird, wird nur die Infrarotlichtquelle 122a mit Energie gespeist.
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5 zeigt ein Beispiel, bei dem der Detektor ein Detektor 120b für lineare Spannung ist, der auf die Größe der daran angelegten Eingangsspannung reagiert, um verschiedene Lasten, d. h. verschiedene Lichtquellen 122b, 124b auszuwählen. In diesem Fall ermöglicht es der Cockpitkodierer, dass verschiedene Spannungspegel zum Anlegen an die vorhandene Verkabelung 113b ausgewählt werden. In dem einfachen dargestellten Fall wird dies durch Auswahl entweder einer direkten Verbindung zu einer +28 V Versorgung oder einem Anteil (in diesem Fall 50%) der Versorgung erreicht, der durch den Wert eines geschalteten Widerstands R bestimmt wird. In diesem Fall könnten mehr als zwei Lichtquellen durch weiteres Aufspalten der Versorgungsspannung gesteuert werden.
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6 zeigt ein Beispiel, bei dem ein kleines Digitalsignal auf der Versorgungsspannung auf der vorhandenen Verdrahtung 113c mittels eines Digitalkodierers 116 überlagert wird. Dieses kleine Digitalsignal wird durch einen Digitaldekodierer 120c im Abschnitt 112 aufgefangen und kann eine jegliche Anzahl zusätzlicher Lichtquellen (nicht gezeigt) zusätzlich zu oder anstelle der existierenden Quelle 24c für sichtbares Licht versorgen.
