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Optisches Element für Wechselverkehrszeichen
EP1643473A1
European Patent Office
- Other languages
English French - Inventor
Bernd Eschbach - Current Assignee
- Dambach Werke GmbH
Worldwide applications
Application EP04023304A events
2004-09-30
2004-09-30
2006-04-05
2007-02-14
Application granted
2007-02-14
2024-09-30
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Description
translated from
-
[0001] Die Erfindung betrifft ein optisches Element für Wechselverkehrszeichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. -
[0002] Wechselverkehrszeichen dienen vielerorts zur Regulierung des Straßenverkehrs, indem sie je nach Verkehrsdichte und vorgegebenen Rahmenbedingungen bestimmte Verkehrszeichen, die als Symbole oder als Schriftzeichen dargestellt sein können, anzeigen. Ein Wechselverkehrszeichen ist dabei mit einer matrixartigen Anordnung von optischen Elementen ausgestattet, aus denen sich die Gesamtanzeige zusammensetzt. Jedem optischen Element entspricht dabei ein Lichtpunkt, der vom Autofahrer bereits in weiter Entfernung aufgenommen werden soll, damit der Straßenverkehr sicher geleitet werden kann. -
[0003] Im Bereich der Verkehrstechnik werden besonders strenge Maßstäbe an die Lichtverteilung angelegt, die durch Vorschalten zusätzlicher Linsen vor die Leuchtmittel erreichbar sind. Signaloptiken mit vorgeschalteter Linsenanordnung sind demnach bereits seit langem vorbekannt, siehe z. B. DE 42 25 139 A1, bei der vor ein Leuchtelement eine Sammellinse und eine Streulinse zur Erzielung der gewünschten Lichtverteilung angeordnet sind. -
[0004] Mittlerweile haben sich als Leuchtmittel in Wechselverkehrszeichen Leuchtdioden durchgesetzt, die bekanntermaßen über eine lange Lebensdauer und eine hohe Lichtstärke verfügen. Ein wesentlicher Gesichtspunkt hierbei ist das Phantomlicht, d.h. auf die LED gelangendes Sonnenlicht, das von dieser reflektiert wird und bei ungünstigem Sonnenstand zu Täuschungen der Verkehrsteilnehmer führen kann. Auch hierfür gibt es gesetzliche Vorgaben, die im Sinne der Verkehrssicherheit einzuhalten sind. -
[0005] Die EP 0 930 600 A1 ist ein Beispiel für ein optisches Element bei Wechselverkehrszeichen, bei dem das Problem des Phantomlichts explizit angesprochen ist. In dieser Vorrichtung wird das von einer LED abgestrahlte Licht durch eine Sammellinse gebündelt und auf eine in einigem Abstand von der Sammellinse angeordnete Streulinse geleitet. Durch geeignete Ausbildung der Streulinse kann das Licht nach gewünschten Vorgaben verteilt werden. Nachteilig hierbei ist der zur Vermeidung von Phantomlicht unumgängliche große Abstand zwischen Sammellinse und Streulinse sowie die faktische Notwendigkeit, eine Blende im Bereich des Brennflecks der Sammellinse anzuordnen, damit die einschlägigen Vorschriften für Lichtverteilung und Phantomlicht erfüllt werden. -
[0006] Um die Helligkeit der Leuchtdioden weiter zu erhöhen, werden die LEDs ständig verbessert, z.B. durch eine verbesserte Reflexion des eigentlich nach hinten ausgestrahlten Lichts. Dies wurde vor allem durch den Einsatz moderner Reflektoren innerhalb der LEDs erreicht, so dass derzeit bereits extrem leistungsfähige LEDs verfügbar sind. Beim Einsatz moderner LEDs muss das potenziell ebenfalls höhere Phantomlicht durch geeignete Maßnahmen verhindert werden. -
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element für Wechselverkehrszeichen zu schaffen, das eine sehr hohe Lichtleistung in die gewünschten Bereiche ausstrahlt, wobei gleichzeitig alle Vorschriften bezüglich des Phantomlichts eingehalten werden und ein möglichst geringer Platzverbrauch bei einfachem und kostengünstigem Aufbau gewährleistet wird. -
[0008] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. -
[0009] Das erfindungsgemäße optische Element für Wechselverkehrszeichen weist ein längliches Gehäuse auf, in dem mindestens eine Lichtquelle sowie mindestens zwei Linsen aufeinanderfolgend in Längsrichtung des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Linsen zur Festlegung des Strahlengangs des von der Lichtquelle in Abstrahlrichtung emittierten Lichts dienen, und wobei die näher an der Lichtquelle angeordnete Linse als Sammellinse ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße optische Element zeichnet sich dadurch aus, dass die weiter von der Lichtquelle entfernte Linse als Stablinse ausgebildet ist. Hierdurch wird bei einfacher Geometrie eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, unter Einhaltung aller gesetzlichen Vorschriften bezüglich Lichtverteilung und Phantomlicht eine möglichst klein dimensionierte und extrem lichtstarke Anordnung zu schaffen. -
[0010] Eine Lichteintrittsfläche der Stablinse weist in horizontaler Richtung einen ersten Radius auf, der in vertikaler Richtung in einen meist größeren Radius bzw. eine Planfläche übergeht, so dass beim Durchtritt der Lichtstrahlen horizontal eine stärkere Bündelung und somit eine Umlenkung des Lichtbündels in kürzerer Entfernung von der Sammellinse erfolgt als in der vertikalen Richtung. -
[0011] Die Lichtaustrittsfläche der Stablinse weist vorteilhafterweise eine sphärische bzw. asphärische optische Formfläche auf, die eine Streuung des austretenden Lichts in einen vorgegebenen Winkelbereich gewährleistet, so dass die Verkehrsteilnehmer sowohl aus relativ großer Entfernung als auch aus der Nähe das Verkehrssignal problemlos wahrnehmen können. -
[0012] Vorzugsweise sind die Sammellinse und die Lichteintrittsfläche der Stablinse derart ausgebildet, dass von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen sich innerhalb der Stablinse zwischen Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche kreuzen, wodurch eine hellere Lichtleistung im Sichtfeld erzielt wird. -
[0013] Das Gehäuse weist vorteilhafterweise einen ersten Gehäuseabschnitt auf, in dem die Lichtquelle und die Sammellinse befestigt sind, und einen zweiten Gehäuseabschnitt, in dem die Stablinse befestigt ist. Dadurch wird die Montage der einzelnen Elemente erleichtert. -
[0014] Der erste Gehäuseabschnitt ist dabei auf den zweiten Gehäuseabschnitt aufgesteckt, wobei ein Hohlraum, der in einem vorderen Bereich des ersten Gehäuseabschnitts ausgebildet ist, den zweiten Gehäuseabschnitt aufnimmt. Diese Anordnung liefert eine besonders stabile Lagerung des Linsensystems auch bei Schwingungen. -
[0015] Zur Verringerung des Phantomlichts kann die Stablinse in einem unteren Bereich in Richtung der Lichteintrittsfläche eine abgeschrägte Fläche aufweisen, die für sich alleine oder in Kombination mit weiteren Elementen zur Störlichtunterdrückung eingesetzt werden kann. -
[0016] Vorteilhafterweise schlägt die Lichteintrittsfläche der Stablinse in einem unteren Bereich an einem Vorsprung an, der zusätzlich verhindert, dass ein restliches Störlicht an den LED-Reflektor gelangt, wodurch sowohl ein definierter Abstand zwischen den optischen Elementen gewährleistet wird als auch sichergestellt ist, dass selbst sehr flach einfallendes Sonnenlicht nahezu kein Phantomlicht erzeugt. -
[0017] Vorteilhafterweise ist weiterhin eine Außenblende im äußeren oberen Endbereich des zweiten Gehäuseabschnitts angeordnet, die eine Einstrahlung von Sonnenlicht in das optische Linsensystem minimiert. -
[0018] Ein erfindungsgemäßes Wechselverkehrszeichen ist mit einer Frontplatte ausgestattet, die mehrere Aufnahmelöcher aufweist, in denen die erfindungsgemäßen optischen Elemente befestigt sind. Derartige Wechselverkehrszeichen sind extrem leistungsfähig und erfüllen alle Normen bezüglich Lichtverteilung und Phantomlichtverhalten. -
[0019] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. - Fig. 1
- zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes optisches Element einschließlich des erzielten Strahlengangs;
- Fig. 2
- zeigt die Darstellung aus Fig. 1 bei flach einfallendem Sonnenlicht; und
- Fig. 3
- zeigt die Anordnung aus Fig. 1 von oben in einem Querschnitt entlang der horizontalen Mittelebene der Anordnung.
-
[0020] In Fig. 1 und 2 sind die Elemente des erfindungsgemäßen optischen Elements für Wechselverkehrszeichen im Längsschnitt dargestellt, in Fig. 3 von oben in einem Querschnitt entlang der horizontalen Mittelebene der Anordnung. Das optische Element 1 weist eine Lichtquelle 3 auf, die vorzugsweise als Leuchtdiode (LED) ausgebildet ist. Die mit den üblichen Anschlüssen versehene LED 3 ist in einem ersten länglichen Gehäuseabschnitt 5 nahe dessen hinterem Ende 7 aufgenommen und befestigt. Ebenso ist es möglich, auf Leiterplatten angeordnete LEDs als Leuchtmittel zu verwenden. Vor der LED 3 ist im ersten Gehäuseabschnitt 5 des weiteren eine Sammellinse 9 in relativ kurzem Abstand zur LED 3 fixiert, die das von der LED 3 emittierte Licht bündelt und auf eine Lichteintrittsfläche 11 einer Stablinse 13 weiterleitet. Die Stablinse 13 ist in einem zweiten länglichen Gehäuseabschnitt 15 aufgenommen und fixiert, wobei die Lichteintrittsfläche 11 der Stablinse 13 beim Einschieben derselben in den zweiten Gehäuseabschnitt 15 in einem unteren Bereich an einen Vorsprung 17 anschlägt, der vorzugsweise einstückig mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 15 ausgebildet ist und zungenförmig nach innen abragt. Der Vorsprung 17 dient somit zur exakten Positionierung der Stablinse 13 im zweiten Gehäuseabschnitt 15 und kann gleichzeitig Störlicht verhindern. Er kann die Lichtstrahlen absorbieren, welche im unteren Bereich der Sammellinse 9 austreten bzw. Sonnenstrahlen absorbieren, die von vorne in die erfindungsgemäße Optik einfallen und die Stablinse 13 im unteren Bereich durch die Lichteintrittsfläche 11 verlassen, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Im unteren Bereich weist die Stablinse 13 weiterhin in Richtung der Lichteintrittsfläche 11 eine abgeschrägte Fläche 19 auf, die ebenfalls zum Ableiten von flach einfallendem Störlicht dient. -
[0021] Die Lichteintrittsfläche 11 der Stablinse 13 ist derart geformt, dass in horizontaler und vertikaler Ebene unterschiedliche Strahlenbündelungswinkel und damit unterschiedliche Abstrahlwinkel realisiert werden können. Insbesondere weist sie in horizontaler Richtung einen ersten Radius auf, der in vertikaler Richtung in einen zweiten, meist größeren Radius bzw. eine Planfläche übergeht, so dass beim Durchtritt der Lichtstrahlen horizontal eine stärkere Bündelung und eine Umlenkung des Lichtbündels in kürzerer Entfernung von der Sammellinse erfolgt als in der vertikalen Richtung. -
[0022] Im Zusammenspiel mit der Sammellinse 9 sorgt die Lichteintrittsfläche 11 somit aufgrund ihrer Geometrie dafür, dass sich die von der Lichtquelle 3 emittierten Lichtstrahlen innerhalb der Stablinse 13 kreuzen und zur Lichtaustrittsfläche 21 der Stablinse 13 geleitet werden. Die Lichtaustrittsfläche 21 der Stablinse 13 ist derart geformt, dass das von der Lichteintrittsfläche 11 kommende Licht in vertikaler und horizontaler Richtung in die jeweils gewünschten Winkelbereiche abgestrahlt wird. Somit wird durch eine geeignete Kombination der Ausgestaltung von Lichteintrittsfläche 11 und Lichtaustrittsfläche 21 der Stablinse 13 die gewünschte Lichtverteilung im Abstrahlbereich erzielt. -
[0023] Der zweite Gehäuseabschnitt 15 kann zudem im äußeren oberen Endbereich eine Außenblende (nicht gezeigt) aufweisen, die von vornherein Einfallen von Sonnenlicht ab einem gewissen Neigungswinkel zur Horizontalen verhindert. In der Regel können Außenblende, abgeschrägte Fläche 19 und der als innere Blende fungierende Vorsprung 17 gemeinsam verwendet werden, es ist allerdings auch denkbar, auf eine Verwendung eines der drei Elemente zu verzichten und dennoch ausreichend gute Werte zu erzielen. Insgesamt soll üblicherweise eine asphärische Abstrahlung erzielt werden, bei der keine oder lediglich eine geringe Abstrahlung von Licht nach oben erfolgt, was den Vorteil einer vollständigen Lichtverteilung in die vom Verkehrsteilnehmer sichtbare Richtung, in die Breite und nach unten auf die Fahrbahn mit sich bringt. Durch Veränderung des Radius der Lichtaustrittsfläche 21 kann zudem der Abstrahlwinkel verkleinert oder vergrößert werden. -
[0024] In einem Wechselverkehrszeichen ist eine Vielzahl derartiger optischer Elemente 1 enthalten. In den Figuren ist eine Frontplatte 25 dargestellt, die Aufnahmelöcher 27 aufweist, in denen die optischen Elemente 1 eingefügt und fixiert sind. -
[0025] Im Folgenden soll der Aufbau des Gehäuses des erfindungsgemäßen optischen Elements 1 sowie dessen Einbau in einer Frontplatte 25 eines Wechselverkehrszeichens erläutert werden. -
[0026] Zunächst wird die LED 3 und die Sammellinse 9 in einen hinteren Bereich 7 des ersten Gehäuseabschnitts 5 eingeführt und darin fixiert, wobei in einem vorderen Bereich 29 des ersten Gehäuseabschnitts 5 ein Hohlraum 31 verbleibt, der im wesentlichen der Größe eines Aufnahmelochs 27 entspricht. Außerdem wird die Stablinse 13 in den zweiten Gehäuseabschnitt 15 bis zum Anschlag an den Vorsprung 17 eingeführt und dort fixiert. Anschließend wird der zweite Gehäuseabschnitt 15 von vorne in das Aufnahmeloch 27 eingepresst, wobei Winkelvorsprünge 33, die im wesentlichen senkrecht vom vorderen Ende des zweiten Gehäuseabschnittes 15 nach außen gebogen sind, das Einschieben begrenzen, wenn sie an der Frontplatte 25 anschlagen. Dabei ist das Aufnahmeloch 27 und der zweite Gehäuseabschnitt 15 derart geformt, z.B. einseitig abgeflacht, dass die Einbaulage des Linsensystems festgelegt ist. Außerdem kann das System besonders wasserdicht gemacht werden, wenn die Aufnahmeöffnungen eine leicht konische Form aufweisen und Rillen 35 an der Außenseite des zweiten Gehäuseabschnitts 15 vorgesehen sind, die beim Einpressen in die Frontplatte 25 zusammengequetscht werden. -
[0027] Nach dem Einpressen des zweiten Gehäuseabschnitts 15 in die Frontplatte 25 wird der erste Gehäuseabschnitt 5 von der Rückseite auf den zweiten Gehäuseabschnitt 15 aufgesteckt und dort mittels geeigneter Mittel eingerastet. Hierbei dient es zur Verbesserung der Stabilität, dass der erste Gehäuseabschnitt 5 bis zur Frontplatte 25 reicht. Bedingt durch die genaue Fertigung der einzelnen Bauteile und das Ineinandergreifen der Gehäuseabschnitte sind auch die Abstände der Linsen 9 und 13 zueinander und ihre räumliche Orientierung genau festgelegt. -
[0028] Somit ist ein leistungsfähiges, modular zusammengesetztes optisches Element geschaffen worden, das eine besonders effektive Lichtverteilung bei geringem Phantomlicht gewährleistet und gleichzeitig leicht in einem Wechselverkehrszeichen installiert werden kann.
Claims (11)
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- Optisches Element für Wechselverkehrszeichen, das ein längliches Gehäuse (5, 15) aufweist, in dem mindestens eine Lichtquelle (3) sowie mindestens zwei Linsen (9, 13) aufeinanderfolgend in Längsrichtung des Gehäuses (5, 15) angeordnet sind, wobei die Linsen (9, 13) zur Festlegung des Strahlengangs des von der Lichtquelle (3) in Abstrahlrichtung emittierten Lichts dienen, und wobei die näher an der Lichtquelle (3) angeordnete Linse als Sammellinse (9) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die weiter von der Lichtquelle (3) entfernte Linse als Stablinse (15) ausgebildet ist. - Optisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichteintrittsfläche (11) der Stablinse (13) derart geformt ist, dass in horizontaler und vertikaler Ebene unterschiedliche Strahlenbündelungswinkel und damit unterschiedliche Abstrahlwinkel realisiert werden können.
- Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichteintrittsfläche der Stablinse in horizontaler Richtung einen ersten Radius aufweist, der in vertikaler Richtung in einen zweiten, meist größeren Radius bzw. eine Planfläche übergeht, so dass beim Durchtritt der Lichtstrahlen horizontal eine stärkere Bündelung und eine Umlenkung des Lichtbündels in kürzerer Entfernung von der Sammellinse erfolgt als in der vertikalen Richtung.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtaustrittsfläche (21) eine sphärische bzw. asphärische optische Formfläche aufweist, die eine Streuung des austretenden Lichts in einen vorgegebenen Winkelbereich gewährleistet.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (9) und die Lichteintrittsfläche (11) der Stablinse (13) derart ausgebildet sind, dass von der Lichtquelle (3) emittierte Lichtstrahlen sich innerhalb der Stablinse (13) zwischen Lichteintrittsfläche (11) und Lichtaustrittsfläche (21) kreuzen.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen ersten Gehäuseabschnitt (5) aufweist, in dem die Lichtquelle (3) und die Sammellinse (9) befestigt sind, und einen zweiten Gehäuseabschnitt (15), in dem die Stablinse (13) befestigt ist.
- Optisches Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gehäuseabschnitt (5) auf den zweiten Gehäuseabschnitt (15) aufgesteckt ist, wobei ein Hohlraum (31), der in einem vorderen Bereich (29) des ersten Gehäuseabschnitts (5) ausgebildet ist, den zweiten Gehäuseabschnitt (15) aufnimmt.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stablinse (13) in einem unteren Bereich in Richtung der Lichteintrittsfläche (11) eine abgeschrägte Fläche (19) aufweist, die einen Großteil des Störlichtes ableitet.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (11) der Stablinse (13) in einem unteren Bereich an einem Vorsprung (17) anschlägt, der zusätzlich verhindert, dass ein restliches Störlicht an den LED-Reflektor gelangt.
- Optisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Außen blende (23) im äußeren oberen Endbereich des zweiten Gehäuseabschnitts (15) aufweist.
- Wechselverkehrszeichen mit einer Frontplatte (25), die eine Vielzahl von Aufnahmelöchern (27) aufweist, in denen optische Elemente nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet sind.