EP2431252A2 - LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder Scheinwerfer, sowie optisches Bauelement für LED-Signalleuchten und LED-Scheinwerfer - Google Patents

LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder Scheinwerfer, sowie optisches Bauelement für LED-Signalleuchten und LED-Scheinwerfer Download PDF

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EP2431252A2
EP2431252A2 EP11182073A EP11182073A EP2431252A2 EP 2431252 A2 EP2431252 A2 EP 2431252A2 EP 11182073 A EP11182073 A EP 11182073A EP 11182073 A EP11182073 A EP 11182073A EP 2431252 A2 EP2431252 A2 EP 2431252A2
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EP
European Patent Office
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led
leds
light
color
power
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EP11182073A
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EP2431252A3 (de
EP2431252B1 (de
Inventor
Werner Krause
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Schaltbau Refurbishment GmbH
Original Assignee
Pintsch Bamag AG
Pintsch Bamag Antriebs und Verkehrstechnik GmbH
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/02—Head or tail indicators, e.g. light
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1827—Daylight signals using light sources of different colours and a common optical system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045—Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses

Definitions

  • the invention relates to a light-emitting diode lamp (LED light), in particular for rail vehicles, in particular a lamp that can be used as a headlight, tail light and / or headlights.
  • LED light light-emitting diode lamp
  • the invention also relates to an optical component for LED signal lights and LED headlights.
  • signal lights and headlights In the field of the invention a variety of signal lights and headlights are known. In rail vehicles signal lights usually do not function as a headlight, so do not serve to illuminate the track, but to make the vehicle easily perceivable for third parties. Accordingly, signal lights must have the most uniform possible illumination, usually light levels of 600 - 700 cd are required. Track lights for rail vehicles typically have light intensities in the range of 12,000 - 16,000 cd.
  • a known type of signal lights for rail vehicles comprises a conventional incandescent or halogen lamp as a light source and a colored lens, which also serves as a color filter. Top lights are usually white or yellow, while tail lights are usually red, although other colors may be provided country-specific, such as blue or green.
  • signal lights are also known, which are equipped with colored bulbs and can be used without color filter both as a peak and as a tail light.
  • LEDs are increasingly used as a light source for signal lights. As you know, LEDs are characterized by a smaller installation depth, lower energy consumption and a longer service life, but they also have a smaller beam angle compared to other light sources.
  • LED signal lights In order to achieve the intensity and distribution of light bulbs, known LED signal lights use many LEDs (up to several hundred with two-color lights). The beam angle of the signal light remains but still quite narrow and does not readily meet the customer's demands on the light distribution at an angle of 45 ° transverse to the direction of travel, so that it works with partially complex optical systems of lenses and lenses.
  • an additional optical element for directing a portion of the light in the desired direction of 45 ° to the direction of travel only partially overcomes the above-mentioned disadvantages.
  • the use of an additional element increases the mounting depth, which is particularly problematic for rail vehicles, and requires a high installation and thus cost.
  • LED lights Another problem with the known LED lights is often referred to as "pixelated" and not desired by customers look, in which the individual LEDs are perceived as points of light. Such an appearance results in particular in so-called.
  • Combi lights with many LEDs in which the LEDs both in a headlight operation and - dimmed - can be operated in a signal light mode.
  • the invention has for its object to provide an LED light, in particular a deployable as a signal light and / or headlights, especially for rail vehicles lamp, which allows the customer's demands on the light distribution with only a few commonly referred to as high-power LEDs LEDs meet and thus drastically reduce the number of LEDs required, the optical system used for light distribution to be produced inexpensively and with low installation costs.
  • the object is achieved by an LED lamp with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
  • the independent claim 13 relates to an optical component for LED signal lights and LED headlights, the sibling claim 15 a rail vehicle, which is equipped with at least one LED lamp according to the invention.
  • Fig. 1 are shown very schematically important elements of an LED lamp according to the invention, namely arranged on a common board 10 high-power LEDs 12, 12 'and 12 "of a first color, especially white, in this embodiment, two more high-power LEDs 14 and 14' another color, for example red, are provided on the circuit board 10.
  • a substantially flat, disc-shaped optical component 16 is arranged above the board 10 in the drawing.
  • the optical component 16 has two substantially parallel sides 18 and 20 and an optical axis indicated by the dot-dash line 22.
  • an LED lamp such. a corresponding closure plate, which together with corresponding seals and, depending on the installation situation, if necessary, further housing parts, the lamp in the assembled state, for. on a rail vehicle to the outside.
  • the LEDs 12, 12 ', 12 "form an LED string and may be connected in series as well as in parallel.”"
  • the LEDs used herein are so-called high performance LEDs.””High performance LEDs are different from ordinary LEDs in that they are operated with higher currents (higher than 20 mA) and thus can emit light with a higher light intensity than ordinary LEDs.
  • breakoverthyristors which can be connected in parallel to each high-power LED and then take over the power in case of failure of one of the LEDs.
  • the main emission directions of the three high-power LEDs 12, 12 'and 12 extendend substantially parallel to the optical axis 22 of the optical component 16, the first high-power LED 12 being arranged on the optical axis 22.
  • the other two high-power LEDs 12' , 12 are arranged laterally next to the first high-power LED 12 arranged on the optical axis 22 so that light is radiated at an angle of approximately 45 ° to the optical axis with a light intensity which is approximately 3-10%, preferably approximately 5%.
  • the optical component 16 is preferably made of polycarbonate, wherein the surface 18 provided with the Fresnell Modell of the optical device 16 is preferably microstructured, since micro-structured Fresnel lenses have a higher transmittance than ordinary Fresnel lenses.
  • the side 20 of the optical component 16 provided with the scattering structure can have a large number of cylindrical lens elements or micro-recesses, which are preferably arranged in strip form with one another and contribute to the generation of the desired signal image. If the cylindrical lens elements or micro-depressions are arranged in strips like one another, the arrangement is preferably made so that the strips are in the intended Mounting state of the lamp parallel to each other and extend substantially vertically. In this case, the structuring is preferably so fine that it can be recognized only under magnification and only a frosted glass effect can be seen under normal observation.
  • the optical component forms a projection lens with the Fresnel structure, the lens preferably having a spherical area and an aspherical area surrounding the spherical area in the vicinity of the optical axis.
  • the main emission directions of the LEDs 12 'and 12 "then run through the aspherical region, while the main emission directions of the high-power LEDs 12, 14 and 14' extend through the spherical region of the optical component 16.
  • the projection lens has a focal length in the range of 80-120 mm
  • the board 10, which carries all the high-power LEDs is located at a distance of about 20-120 mm from the optical device 16.
  • the LED light designed as a headlamp or as a combination lamp that can be operated both as a headlamp and as a signal light
  • the first high-power LED 12 should be located in the region of the focal point on the optical axis 22.
  • the distance of the board 10 to the optical component 16 may be significantly lower, which can be realized with small installation depth lights.
  • the distance of the board and thus the LEDs to the optical Be adjustable component 16, including optical component 16 and board can be connected to each other, for example via threaded bolts or micrometer screws, which also allows fine adjustment of the lamp.
  • the LEDs 12, 12 'and 12 "of the first color are operable in at least two, preferably three to four operating modes, in each of which different light intensities are emitted by the high-power LEDs. Lighting fixtures that know functions such as signal light white, signal light dimmed white, headlights and headlights dimmed can take over.
  • the LEDs 14 and 14 'of the other color in at least two different operating modes are operable so that functions such as signal light red and signal light red dimmed by the lamp can be adopted.
  • the light of said LEDs can be directed so that - when installing the lamp in a rail vehicle - seen horizontally to the direction of travel, a beam angle of about 120 In the signal light function, the light intensity has a steady maximum of approximately 700 cd in an emission angle range of approximately 30 ° parallel to the direction of travel, whereby at an angle of 45 ° horizontally to the direction of travel light levels still reach between approximately 20 and 40 cd be without local maxima of light intensity occur.
  • the o.g. special embodiment of the lens has in addition to achieving the desired light distribution the advantageous side effect that neither the board 10 nor the LEDs are visible from the outside, neither in the off or in the on state, which is desired by most customers for aesthetic reasons.
  • the LED lamp with only one of the high-performance LEDs 12 'or 12 ", for example in high-speed trains, where due to the aerodynamic structure of the train usually when viewed at an angle of 45 °
  • only one light is visible horizontally to the direction of travel, since the other is covered by the nose of the train
  • the lights are constructed in such a case that in addition to the high-power LED 12 only that of the high-power LEDs 12 'or 12 "available is responsible for the "outward” in the direction of travel radiating light.
  • the other high-performance LED which would be responsible for the "inward” seen in the direction of travel light radiating, can be omitted.
  • two high-power LEDs 14 and 14' of a second color eg red
  • LEDs 14 and 14 ' are arranged whose main emission directions are also substantially parallel to the optical axis 22
  • LEDs 14 and 14 ' are preferably arranged relatively close together to avoid the formation of two local maxima, typically LEDs 14 and 14' are spaced about 1-2 cm apart, and this particular arrangement of high power LEDs also will the light of the second strand radiated particularly evenly and is clearly visible from the outside.
  • the circuit board 10 is preferably formed as a metal core board and also carries a circuit, not shown, for the supply and control of the high-power LEDs.
  • the signal light may have other high-power LED strands of other colors.
  • the additional high-power LED strings each comprise two high-power LEDs 24 and 24 ', 26 and 26 'and 28 and 28', which are arranged point-symmetrical to the main emission of the high-power LED 12 '.
  • LEDs 24, 24 'of a third color, eg blue, but also LEDs 26 and 26' of a fourth color, eg green, and LEDs 28, 28 'of a fifth color are conceivable.
  • the LEDs 14 and 14 ' may be omitted if their color, eg, red, is realized by, for example, the LEDs 28 and 28' since the arrangement of the LEDs of the second and each further color above and below the LEDs the first color defined line advantageously avoids visible secondary maxima in the horizontal light distribution.
  • Leuchet may be used in a modified form in other fields with similar problems, e.g. to solve certain lighting problems in buildings and facilities such. Ports and airports, but also seafarers and ships.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder als Scheinwerfer, umfassend ein optisches System mit einer Projektionsfunktion und einer Streufunktion und eine erste Hochleistungs-LED (12) einer ersten Farbe, wobei ein scheibenförmiges optisches Bauelement (16) mit einer optischen Achse (22) und zwei im wesentlichen zueinander parallelen Seiten (18, 20) vorgesehen ist, wobei eine Seite (18) des optischen Bauelements (16) mit einer Fresnelschen Linsenstruktur versehen ist, wobei die andere Seite (20) des optischen Bauelements (16) mit einer Streustruktur versehen ist, wobei die erste Hochleistungs-LED (12) auf der optischen Achse (22) des optischen Bauelements (16) der Linse angeordnet ist und wobei wenigstens eine weitere Hochleistungs-LED (12', 12") der ersten Farbe in einem Abstand derart seitlich neben der ersten Hochleistungs-LED (12) angeordnet ist, daß im Betrieb der genannten Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") Licht unter einem Winkel von etwa 45° zur optischen Achse (22) mit einer Lichtstärke abgestrahlt wird, die etwa 3 bis 10 %, vorzugsweise etwa 5 - 7 % der Lichtstärke des in Richtung der optische Achse (22) abgestrahlten Lichts beträgt.

Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Leuchtdioden-Leuchte (LED-Leuchte) insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere eine Leuchte, die als Spitzenlicht, als Schlußlicht und/oder als Scheinwerfer eingesetzt werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein optisches Bauelement für LED-Signalleuchten und LED-Scheinwerfer.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Auf dem Gebiet der Erfindung sind unterschiedlichste Signalleuchten und Scheinwerfer bekannt. Bei Schienenfahrzeugen haben Signalleuchten in der Regel nicht die Funktion eines Scheinwerfers, dienen also nicht dazu, den Fahrweg zu beleuchten, sondern sollen das Fahrzeug für Dritte leicht wahrnehmbar machen. Dementsprechend müssen Signalleuchten eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung besitzen, wobei üblicherweise Lichtstärken von 600 - 700 cd gefordert sind. Scheinwerfer für Schienenfahrzeuge besitzen typischerweise Lichtstärken im Bereich von 12.000 - 16.000 cd.
  • Ein bekannter Typ von Signalleuchten für Schienenfahrzeuge umfaßt eine übliche Glüh- oder Halogenlampe als Leuchtmittel und eine farbige Linse, die gleichzeitig als Farbfilter dient. Spitzenlichter sind meist weiß oder gelb, während Schlußlichter meist rot sind, wobei länderspezifisch auch andere Farben vorgesehen sein können, z.B. blau oder grün. Daneben sind auch Signalleuchten bekannt, die mit farbigen Leuchtmitteln ausgestattet sind und ohne Farbfilter sowohl als Spitzen- als auch als Schlußlicht eingesetzt werden können.
  • Von Signalleuchten für Schienenfahrzeuge wird i.d.R. nicht nur in Fahrtrichtung eine homogene und gut sichtbare Lichtverteilung verlangt, sondern es wird seitens der Kunden zusätzlich gefordert, daß das abgestrahlte Licht, wenn die Signalleuchte als Spitzenlicht benutzt wird, auch aus einem Winkel von 45° quer zur Fahrtrichtung gut sichtbar und homogen verteilt ist. Für den Einsatz als Schlußlicht muß das Licht nur in Fahrtrichtung gesehen von hinten gut sichtbar sein.
  • Bei Signalleuchten mit klassischen Leuchtmitteln stellen diese Anforderungen kein Problem dar, da diese Leuchtmittel einen breiten Abstrahlwinkel besitzen. Mittlerweile werden jedoch vermehrt LEDs als Leuchtmittel für Signalleuchten eingesetzt. LEDs zeichnen sich bekanntlich durch eine geringere Einbautiefe, niedrigeren Energieverbrauch und eine längere Lebensdauer aus, besitzen aber auch im Vergleich zu anderen Leuchtmitteln einen kleineren Abstrahlwinkel.
  • Um die Lichtstärke und -verteilung gewöhnlicher Leuchtmittel zu erreichen, werden bei bekannten LED-Signalleuchten sehr viele LEDs eingesetzt (bis zu mehreren hundert bei zweifarbigen Leuchten). Der Abstrahlwinkel der Signalleuchte bleibt aber trotzdem recht schmal und erfüllt nicht ohne weiteres die kundenseitig gestellten Anforderungen an die Lichtverteilung unter einem Winkel von 45° quer zur Fahrtrichtung, so daß mit teilweise aufwendigen optischen Systemen aus Linsen und Streuscheiben gearbeitet wird.
  • Aus der DE 10 2006 051 542 A1 ist eine LED-Signalleuchte bekannt, bei welcher jeder LED eine eigene Fresnellinse zugeordnet ist. Diese Leuchte besitzt jedoch einen relativ hohen Montageaufwand, da für jede LED eine entsprechende Linse eingebaut und justiert werden muß.
  • Die Verwendung eines zusätzlichen optischen Elements zur Lenkung eines Teils des Lichts in die gewünschte Richtung von 45° zur Fahrtrichtung überwindet die oben genannten Nachteile nur teilweise. Der Einsatz eines zusätzlichen Elements vergrößert die Einbautiefe, was insbesondere bei Schienenfahrzeugen problematisch ist, und erfordert einen hohen Montage- und damit Kostenaufwand.
  • Ein weiteres Problem bei den bekannten LED-Leuchten ist das oft als "pixelig" bezeichnete und von Kunden nicht gewünschte Aussehen, bei dem die einzelnen LEDs als Lichtpunkte wahrnehmbar sind. Ein solches Aussehen ergibt sich insbesondere bei sog. Kombileuchten mit vielen LEDs, bei denen die LEDs sowohl in einem Scheinwerferbetrieb als auch - abgedimmt - in einem Signallichtbetrieb betrieben werden können.
    • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine LED-Leuchte, insbesondere eine als Signalleuchte und/oder als Scheinwerfer insbesondere für Schienenfahrzeuge einsetzbare Leuchte anzugeben, die es erlaubt, die kundenseitig gestellten Anforderungen an die Lichtverteilung mit nur wenigen gemeinhin als Hochleistungs-LEDs bezeichneten LEDs zu erfüllen und damit die Anzahl der benötigten LEDs drastisch zu reduzieren, wobei das zur Lichtverteilung genutzte optische System kostengünstig herstellbar und mit geringem Montageaufwand einbaubar sein soll.
  • Die Aufgabe wird von einer LED-Leuchte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der nebengeordnete Anspruch 13 betrifft ein optisches Bauelement für LED-Signalleuchten und LED-Scheinwerfer, der nebengeordnete Anspruch 15 ein Schienenfahrzeug, das mit wenigstens einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte ausgestattet ist.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nichtbeschränkenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • Fig. 1
    zeigt stark schematisiert auf einer Platine angeordnete Hochleistungs-LEDs und ein erfindungsgemäßes optisches Bauelement.
    Fig. 2
    zeigt ein mögliches Anordnungsschema der LEDs einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte.
    BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In der Fig. 1 sind stark schematisiert wichtige Elemente einer erfindungsgemäßen LED-Leuchte gezeigt, nämlich die auf einer gemeinsamen Platine 10 angeordneten Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" einer ersten Farbe, insbesondere weiß, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel zwei weitere Hochleistungs-LEDs 14 und 14' einer weiteren Farbe, z.B. rot, auf der Platine 10 vorgesehen sind.
  • Ein im wesentlichen flaches, scheibenförmiges optisches Bauelement 16 ist in der Zeichnung oberhalb der Platine 10 angeordnet. Das optische Bauelement 16 besitzt zwei im wesentlichen zueinander parallele Seiten 18 und 20 sowie eine durch die strichpunktierte Linie 22 angedeutete optische Achse.
  • Nicht gezeigt sind an sich bekannte Bauteile einer LED-Leuchte, wie z.B. eine entsprechende Abschlußscheibe, die zusammen mit entsprechenden Dichtungen und, je nach Einbausituation, gegebenenfalls notwendigen weiteren Gehäuseteilen, die Leuchte im montierten Zustand z.B. an einem Schienenfahrzeug nach außen abschließt.
  • Die LEDs 12, 12', 12" bilden einen LED-Strang und können sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet sein. Bei den hier benutzten LEDs handelt es sich um sogenannte Hochleistungs-LEDs. Hochleistungs-LEDs unterscheiden sich von gewöhnlichen LEDs dadurch, daß sie mit höheren Strömen (höher als 20 mA) betrieben werden können und somit Licht mit einer höheren Lichtstärke als gewöhnliche LEDs abstrahlen können.
  • Nicht gezeigt sind optional vorgesehene Breakoverthyristoren, die parallel zu jeder Hochleistungs-LED geschaltet sein können und dann beim Ausfall einer der LEDs den Strom übernehmen.
  • Die Hauptabstrahlrichtungen der drei Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" verlaufen im wesentlichen parallel zur optischen Achse 22 des optischen Bauelements 16, wobei die erste Hochleistungs-LED 12 auf der optischen Achse 22 angeordnet ist. Die beiden anderen Hochleistungs-LEDs 12', 12" sind derart seitlich neben der auf der optischen Achse 22 angeordneten ersten Hochleistungs-LED 12 angeordnet, daß Licht unter einem Winkel von etwa 45° zur optischen Achse mit einer Lichtstärke abgestrahlt wird, die etwa 3 - 10 %, vorzugsweise etwa 5 - 7 % der Lichtstärke des in Richtung der optischen Achse 22 abgestrahlten Lichts beträgt, wobei im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Signalleuchte an einem Fahrzeug die Hauptabstrahlrichtungen aller drei Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" und die optische Achse 22 in einer gemeinsamen, im wesentlichen horizontalen Ebene liegen. Damit werden die von den meisten Schienenfahrzeugbetreibern gestellten Anforderungen an die Erkennbarkeit eines Signallichts unter einem Winkel von etwa 45° zur Fahrtrichtung erfüllt.
  • Das optische Bauelement 16 besteht vorzugsweise aus Polycarbonat, wobei die mit der Fresnellstruktur versehene Seite 18 des optischen Bauelements 16 vorzugsweise mikrostrukturiert ist, da mikrostrukturierte Fresnellinsen einen höheren Transmissionsgrad als gewöhnliche Fresnellinsen besitzen.
  • Die mit der Streustruktur versehene Seite 20 des optischen Bauelements 16 kann eine Vielzahl von Zylinderlinsenelementen oder Mikrovertiefungen aufweisen, die vorzugsweise streifenförmig untereinander angeordnet sind und zur Erzeugung des gewünschten Signalbildes beitragen. Sind die Zylinderlinsenelemente oder Mikrovertiefungen streifenartig untereinander angeordnet, wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß die Streifen im bestimmungsgemäßen Montagezustand der Leuchte parallel zueinander und im wesentlichen vertikal verlaufen. Dabei ist die Strukturierung vorzugsweise so fein, daß sie nur unter Vergrößerung erkannt werden kann und bei normaler Betrachtung lediglich ein Milchglaseffekt erkennbar ist.
  • Überraschend hat sich gezeigt, daß sich ein besonders gleichmäßiges Signalbild dann ergibt, wenn die mit der Streustruktur versehene Seite 20 des optischen Bauelements 16 den Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" zugewandt und die mit der Fresnellstruktur versehene Seite 18 des optischen Bauelements 16 den Hochleistungs-LEDs 12, 12' und 12" abgewandt ist. Es ist auch möglich, das optische Bauelement gerade andersherum, also mit der Streustruktur auf der den LEDs abgewandten Seite zu verbauen, jedoch zeigt das Signalbild dann Nebenmaxima, was nicht gewünscht ist.
  • Das optische Bauelement bildet mit der Fresnellstruktur eine Projektionslinse, wobei die Linse vorzugsweise in der Umgebung der optischen Achse einen sphärischen Bereich und einen den sphärischen Bereich umgebenden asphärischen Bereich besitzt. Die Hauptabstrahlrichtungen der LEDs 12' und 12" verlaufen dann durch den asphärischen Bereich, während die Hauptabstrahlrichtungen der Hochleistungs-LEDs 12, 14 und 14' durch den sphärischen Bereich des optischen Bauelements 16 verlaufen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Projektionslinse eine Brennweite im Bereich von 80 - 120 mm und die Platine 10, die alle Hochleistungs-LEDs trägt, befindet sich in einem Abstand von etwa 20 - 120 mm zu dem optischen Bauelement 16. Wird die LED-Leuchte als Scheinwerfer oder als Kombi-Leuchte, die sowohl als Scheinwerfer als auch als Signalleuchte betrieben werden kann, ausgelegt, sollte sich die erste Hochleistungs-LED 12 im Bereich des Brennpunkts auf der optischen Achse 22 befinden. Bei Signalleuchten kann der Abstand der Platine 10 zum optischen Bauelement 16 deutlich geringer sein, womit sich Leuchten mit kleiner Bautiefe realisieren lassen. Für bestimmte Einsatzzwecke, aber auch, um vorteilhaft für verschiedene Schienenfahrzeugtypen lediglich einen Typ von LED-Leuchte vorhalten zu müssen, kann der Abstand der Platine und damit der LEDs zu dem optischen Bauelement 16 einstellbar sein, wozu optisches Bauelement 16 und Platine z.B. über Gewindebolzen oder Mikrometerschrauben miteinander verbunden sein können, was auch eine Feinjustierung der Leuchte erlaubt.
  • Bei typischen Ausführungsformen:
    • sind die LEDs 12' und 12" jeweils etwa zwischen 2 und 8 cm von der auf der optischen Achse 22 angeordneten LED 12 beabstandet,
    • besitzt das optische Bauelement einen Durchmesser von etwa 120 und 200 mm und
    • besitzt das optische Bauelement eine Dicke von etwa 1 - 2 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die LEDs 12, 12' und 12" der ersten Farbe in wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier Betriebsmodi, in denen jeweils unterschiedliche Lichtstärken von den Hochleistungs-LEDs abgestrahlt werden, betreibbar. Damit läßt sich eine universell einsetzbare Kombi-Leuchte schaffen, die Funktionen wie Signallicht weiß, Signallicht weiß abgeblendet, Scheinwerfer und Scheinwerfer abgeblendet übernehmen kann. Vorteilhaft sind auch die LEDs 14 und 14' der weiteren Farbe in zumindest zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, so daß Funktionen wie Signallicht rot und Signallicht rot abgeblendet von der Leuchte übernommen werden können.
  • Durch die spezielle Anordnung der LEDs 12, 12' und 12" und der speziellen Ausbildung des optischen Elements 16 kann das Licht der genannten LEDs so gelenkt werden, daß - bei Einbau der Leuchte in ein Schienenfahrzeug - horizontal zur Fahrtrichtung gesehen ein Abstrahlwinkel von etwa 120° erreicht wird. In der Funktion Signallicht besitzt die Lichtstärke dabei ein stetiges Maximum von etwa 700 cd in einem Abstrahlwinkelbereich von etwa 30° parallel zur Fahrtrichtung, wobei unter einem Winkel von 45° horizontal zur Fahrtrichtung immer noch Lichtstärken zwischen etwa 20 und 40 cd erreicht werden, ohne daß lokale Maxima der Lichtstärke auftreten.
  • Die o.g. besondere Ausgestaltung der Linse hat zusätzlich zur Erzielung der gewünschten Lichtverteilung den vorteilhaften Nebeneffekt, daß weder die Platine 10 noch die LEDs von außen sichtbar sind, und zwar weder im ausgeschalteten noch im eingeschalteten Zustand, was von den meisten Kunden aus ästhetischen Gründen gewünscht wird.
  • Je nach Anwendung kann es vorteilhaft sein, die LED-Leuchte auch nur mit einer der Hochleistungs-LEDs 12' oder 12" zu versehen, z.B. bei Hochgeschwindigkeitszügen, wo aufgrund des aerodynamischen Aufbaus des Zuges in der Regel bei Betrachtung unter einem Winkel von 45° horizontal zur Fahrtrichtung ohnehin nur eine Leuchte sichtbar ist, da die andere von der Nase des Zuges abgedeckt wird. Die Leuchten werden in einem solchen Fall so aufgebaut, daß neben der Hochleistungs-LED 12 nur diejenige der Hochleistungs-LEDs 12' oder 12" vorhanden ist, die für das in Fahrtrichtung gesehen "nach außen" abstrahlende Licht verantwortlich ist. Die andere Hochleistungs-LED, die für das in Fahrtrichtung gesehen "nach innen" abstrahlende Licht verantwortlich wäre, kann entfallen.
  • Wie bereits erwähnt, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel neben den LEDs 12, 12' und 12" zwei Hochleistungs-LEDs 14 und 14' einer zweiten Farbe, z.B. rot, angeordnet, deren Hauptabstrahlrichtungen ebenfalls im wesentlichen parallel zur optischen Achse 22 verlaufen. Die Hochleistungs-LEDs 14 und 14' sind vorzugsweise relativ dicht beieinander angeordnet, um die Bildung von zwei lokalen Maxima zu vermeiden. Typischerweise sind die LEDs 14 und 14' etwa 1 - 2 cm voneinander beabstandet angeordnet. Durch diese besondere Anordnung der Hochleistungs-LEDs wird auch das Licht des zweiten Stranges besonders gleichmäßig ausgestrahlt und ist von außen gut sichtbar.
  • Die Platine 10 ist vorzugsweise als Metallkernplatine ausgebildet und trägt auch einen nicht gezeigten Schaltkreis zur Versorgung und Steuerung der Hochleistungs-LEDs.
  • Wie in der Fig. 2 angedeutet, kann die Signalleuchte weitere Hochleistungs-LED-Stränge anderer Farben aufweisen. Vorzugsweise umfassen die zusätzlichen Hochleistungs-LED-Stränge aus jeweils zwei Hochleistungs-LEDs 24 und 24', 26 und 26' sowie 28 und 28', die punktsymmetrisch zur Hauptabstrahlrichtung der Hochleistungs-LED 12 ' angeordnet werden. Denkbar sind z.B. LEDs 24, 24' einer dritten Farbe, z.B. blau, aber auch LEDs 26 und 26' einer vierten Farbe, z.B. grün, und LEDs 28, 28' einer fünften Farbe. Auch können bei dieser Anordnung die LEDs 14 und 14' entfallen, wenn deren Farbe, z.B. rot, von z.B. den LEDs 28 und 28' realisiert wird, da die Anordnung der LEDs der zweiten und jeder weiteren Farbe ober-und unterhalb der durch die LEDs der ersten Farbe definierten Linie vorteilhaft sichtbare Nebenmaxima in der horizontalen Lichtverteilung vermeidet.
  • Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen möglich, die für den Fachmann durch Anwendung seiner Kenntnisse realisierbar sind, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Auch kann die Leuchet in abgewandelter Form auf anderen Gebieten mit ähnlichen Problemen eingesetzt werden, z.B. zur Lösung bestimmter Ausleuchtungsproblematiken bei Gebäuden und Anlagen wie z.B. Häfen und Flughäfen, aber auch Seezeichen und Schiffen.

Claims (15)

  1. LED-Leuchte insbesondere für Schienenfahrzeuge, insbesondere LED-Leuchte zur Verwendung als Signalleuchte und/oder als Scheinwerfer, umfassend:
    - ein optisches System mit einer Projektionsfunktion und einer Streufunktion und
    - eine erste Hochleistungs-LED (12) einer ersten Farbe,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - ein scheibenförmiges optisches Bauelement (16) mit einer optischen Achse (22) und zwei im wesentlichen zueinander parallelen Seiten (18, 20) vorgesehen ist,
    - wobei eine Seite (18) des optischen Bauelements (16) mit einer Fresnelschen Linsenstruktur versehen ist,
    - wobei die andere Seite (20) des optischen Bauelements (16) mit einer Streustruktur versehen ist,
    - wobei die erste Hochleistungs-LED (12) auf der optischen Achse (22) des optischen Bauelements (16) der Linse angeordnet ist und
    - wobei wenigstens eine weitere Hochleistungs-LED (12', 12") der ersten Farbe in einem Abstand derart seitlich neben der ersten Hochleistungs-LED (12) angeordnet ist, daß im Betrieb der genannten Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") Licht unter einem Winkel von etwa 45° zur optischen Achse (22) mit einer Lichtstärke abgestrahlt wird, die etwa 3 bis 10 %, vorzugsweise etwa 5 - 7 % der Lichtstärke des in Richtung der optische Achse (22) abgestrahlten Lichts beträgt.
  2. LED-Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Streustruktur versehene Seite (20) des optischen Bauelements (16) den Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") zugewandt und die mit der Fresnelstruktur versehene Seite (18) des optischen Bauelements (16) den Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") abgewandt ist.
  3. LED-Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Streustruktur auf dem optischen Bauelement (16) von streifenartig untereinander angeordneten Mikrovertiefungen, insbesondere geprägten Mikrovertiefungen gebildet wird.
  4. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fresnellstruktur eine Projektionslinse mit einem in der Umgebung der optischen Achse sphärischen Bereich und einem den sphärischen Bereich umgebenden asphärischen Bereich bildet, wobei die wenigstens eine weitere Hochleistungs-LED (12, 12', 12") der ersten Farbe parallel zur optischen Achse gesehen hinter dem asphärischen Bereich des optischen Bauelements (16) angeordnet ist.
  5. LED-Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionslinse eine Brennweite im Bereich von 80 - 120 mm besitzt und die Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe in einer Ebene angeordnet sind, die sich in einem Abstand von etwa 20 - 120 mm zu dem optischen Bauelement (16) befindet.
  6. LED-Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") zu dem optischen Bauelement (16) einstellbar ist.
  7. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine weitere Hochleistungs-LED (12', 12") der ersten Farbe zwischen etwa 2 und 8 cm von der ersten Hochleistungs-LED (12) der ersten Farbe beabstandet ist.
  8. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß drei Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe vorgesehen sind, wobei die Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") vorzugsweise auf einer im bestimmungsgemäßen Einbauzustand der LED-Leuchte im wesentlichen horizontalen Linie angeordnet sind.
  9. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe in wenigstens zwei, vorzugsweise drei bis vier Betriebsmodi, in denen jeweils unterschiedliche Lichtstärken von den Hochleistungs-LEDs abgestrahlt werden, betrieben werden können.
  10. LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, vorzugsweise jeweils genau zwei Hochleistungs-LEDs (14, 14'; 24, 24'; 26, 26'; 28, 28') wenigstens einer weiteren Farbe vorgesehen sind.
  11. LED-Leuchte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-LEDs (14, 14'; 24, 24'; 26, 26'; 28, 28') jeder weiteren Farbe in der Nähe der ersten Hochleistungs-LED (12) der ersten Farbe angeordnet sind.
  12. LED-Leuchte nach Anspruch 10 oder 11, wobei zwei LEDs (24, 24'; 26, 26'; 28, 28') wenigstens einer weiteren Farbe und drei auf einer im bestimmungsgemäßen Einbauzustand im wesentlichen horizontalen Linie angeordnete LEDs (12, 12', 12") der ersten Farbe vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Hochleistungs-LED (24; 26; 28) jeder weiteren Farbe oberhalb und die andere Hochleistungs-LED (24', 26', 28) der jeweiligen weiteren Farbe unterhalb der im wesentlichen horizontalen Linie und relativ zu der im wesentlichen horizontalen Linie symmetrisch zueinander angeordnet sind.
  13. Optisches Bauelement (16) für eine LED-Signalleuchte und/oder einen LED-Scheinwerfer insbesondere eines Schienenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß
    - das optische Bauelement scheibenförmig mit zwei im wesentlichen zueinander parallelen Seiten ausgebildet ist,
    - wobei eine Seite (18) des optischen Bauelements (16) mit einer fresnellschen Linsenstruktur und
    - wobei die andere Seite (20) des optischen Bauelements (16) mit einer Streustruktur versehen ist.
  14. Optisches Bauelement nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:
    - die Fresnellstruktur bildet eine Projektionslinse mit einer Brennweite von 80 - 120 mm,
    - das optische Bauelement besitzt einen Durchmesser von etwa 140 - 200 mm,
    - das optische Bauelement besitzt eine Dicke von etwa 1 - 2 mm, vorzugsweise etwa 1,5 mm,
    - die Streustruktur ist durch vorzugsweise geprägte streifenförmig untereinander angeordnete Mikrovertiefungen gebildet.
  15. Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine LED-Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
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