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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Laterne zum Rundumabstrahlen
eines Warnsignals um eine Laternenachse herum, mit einem an einem
Montageort befestigbaren Grundkörper
und einer optischen Grundanordnung, die ein ringförmiges Tragelement
sowie eine äußere Gürteloptik
aufweist,
- – wobei
auf dem Tragelement ringförmig
verteilt eine Anzahl von Leuchtmitteln angeordnet ist, z. B. eine
Anzahl von Leuchtdioden,
- – wobei
jedes der Leuchtmittel Licht bezüglich
der Laternenachse nach radial außen in einem Raumwinkelbereich
abstrahlt, der um die Laternenachse herum einen Azimutwinkel überdeckt,
der erheblich kleiner als 360° ist,
und relativ zur Laternenachse einen Polarwinkel überdeckt, der erheblich größer als
ein Sollpolarwinkelbereich ist, in dem das Warnsignal um eine Mittelpolarrichtung
herum abgestrahlt werden soll,
- – wobei
Licht, das von den Leuchtmitteln relativ zur Laternenachse in einem
die Mittelpolarrichtung enthaltenden zentralen Polarwinkelbereich abgestrahlt
wird, (Zentrallicht) durch die äußere Gürteloptik
hindurch tritt,
- – wobei
die Anordnung der Leuchtmittel auf dem Tragelement, die Anordnung
des Tragelements und der äußeren Gürteloptik
sowie die Ausbildung der äußeren Gürteloptik
derart aufeinander abgestimmt sind, dass das von den Leuchtmitteln
abgestrahlte Zentrallicht nach dem Austreten aus der äußeren Gürteloptik
in Polarrichtung innerhalb des Sollpolarwinkelbereichs abgestrahlt
wird.
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Eine
derartige Laterne ist aus dem DE-U-203 05 625 des Anmelders bekannt.
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Die
bekannte Laterne arbeitet bereits sehr gut. Insbesondere weist sie
bei einem relativ einfachen Aufbau eine überragende Wasserdichtigkeit und
eine hohe mechanische Zuverlässigkeit
und Robustheit auf.
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Die
Leuchtmittel der bekannten Laterne sind übliche 5 mm-Leuchtdioden, die auf Grund einer in die
Leuchtdioden integrierten Optik einen Strahlöffnungswinkel von ca. 30° aufweisen.
Bei Verwendung derartiger Leuchtdioden lässt sich in der Regel eine Leuchtstärke der
Laterne von ca. 150 bis 200 Candela erreichen.
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Um
auch internationalen Vorschriften im Luftfahrtwesen zu genügen, müssen Laternen
erheblich höhere
Leuchtstärken
erreichen. Dies ist mit herkömmlichen
Leuchtdioden nicht mehr ohne Weiteres bewerkstelligbar.
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Seit
kurzem sind neue Hochleistungs-Leuchtdioden am Markt erhältlich,
die eine erheblich größere Lichtmenge
abstrahlen als die bisher verwendeten Leuchtdioden. Diese Hochleistungs-Leuchtdioden weisen
jedoch eine Abstrahlcharakteristik von ca. 180° auf. Sie strahlen ihr Licht
also im Wesentlichen halbkugelförmig
ab. Würden
derartige Hochleistungs-Leuchtdioden bei der bekannten Laterne eingesetzt,
würde ein
nicht vernachlässigbarer
Teil des Lichts außerhalb
des Sollpolarwinkelbereichs abgestrahlt werden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die aus
dem DE-U-203 05 625 bekannte Laterne derart weiter zu entwickeln,
dass die neuartigen Hochleistungs-Leuchtdioden auch bei einer solchen
Laterne einsetzbar sind.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
- – dass
die optische Grundanordnung auch eine innere Gürteloptik aufweist,
- – dass
das Tragelement einen Gürtelreflektor
aufweist,
- – dass
das von den Leuchtmitteln im zentralen-Polarwinkelbereich abgestrahlte
Licht (Zentrallicht) durch die innere und die äußere Gürteloptik hindurchtritt, ohne
zuvor auf den Gürtelreflektor
zu treffen,
- – dass
Licht, das von den Leuchtmitteln außerhalb des zentralen Polarwinkelbereichs
abgestrahlt wird, (Außenlicht)
zunächst
vom Gürtelreflektor nach
radial außen
reflektiert wird und erst dann durch die innere und die äußere Gürteloptik
hindurch tritt und
- – dass
die Anordnung der Leuchtmittel und des Gürtelreflektors auf dem Tragelement,
die Anordnung des Tragelements und der Gürteloptiken sowie die Ausbildung
des Gürtelreflektors
und der Gürteloptiken
derart aufeinander abgestimmt sind, dass sowohl das Zentrallicht
als auch das Außenlicht
nach dem Austreten aus der äußeren Gürteloptik
in Polarrichtung innerhalb des Sollpolarwinkelbereichs abgestrahlt
werden.
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Wenn
die Anordnung der Leuchtmittel und des Gürtelreflektors auf dem Tragelement
und die Ausbildung des Gürtelreflektors
derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Außenlicht als in Polarrichtung
paralleles oder geringfügig
divergierendes Lichtbündel
auf die innere Gürteloptik
auftrifft, ist einradial relativ kompakter Aufbau der Laterne möglich.
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Wenn
die innere Gürteloptik
derart ausgebildet ist, dass das Außenlicht als in Polarrichtung
paralleles oder geringfügig
konvergierendes Lichtbündel aus
der inneren Gürteloptik
austritt, kann dieser Aufbau noch kompakter gestaltet werden.
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Vorzugsweise
ist somit die innere Gürteloptik in
einem inneren Mittelbereich, in dem sie vom Außenlicht durchdrungen wird,
derart ausgebildet, dass die Polarrichtung des Außenlichts
von ihr im Wesentlichen nicht geändert
wird oder das Außenlicht
von ihr auf die Mittelpolarrichtung zu gebrochen wird.
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Das
Zentrallicht enthält
Licht, das in einem die Mittelpolarrichtung enthaltenden polaren
Mittelbereich abgestrahlt wird, (inneres Zentrallicht) und Licht,
das in zwei in Polarrichtung auf je einer Seite an den Mittelbereich
angrenzenden Außenbereichen abgestrahlt
wird (äußeres Zentrallicht).
Das innere Zentrallicht überschneidet
sich zumindest bis zum Eintreten in die innere Gürteloptik, vorzugsweise sogar
bis zum Austreten aus der inneren Gürteloptik, nicht mit dem Außenlicht.
Das äußere Zentrallicht überschneidet
sich spätestens
beim Austreten aus der inneren Gürteloptik
mit dem Außenlicht.
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Die
innere Gürteloptik
ist daher in einem inneren Innenbereich, in dem sie ausschließlich vom inneren
Zentrallicht durchdrungen wird, vorzugsweise derart ausgebildet,
dass das innere Zentrallicht sich auch in der äußeren Gürteloptik nicht mit dem Außenlicht überschneidet.
Denn dadurch ist das innere Zentrallicht von der äußeren Gürteloptik
unabhängig
vom Außenlicht
und auch unabhängig
vom äußeren Zentrallicht
beeinflussbar.
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Beispielsweise
kann die innere Gürteloptik im
inneren Innenbereich als polar wirkende Sammellinse ausgebildet
sein, so dass das innere Zentrallicht von ihr auf die Mittelpolarrichtung
zu gebrochen wird.
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Die äußere Gürteloptik
weist aus den oben genannten Gründen
einen äußeren Innenbereich auf,
in dem sie ausschließlich
vom inneren Zentrallicht durchdrungen wird. In diesem äußeren Innenbereich
ist die äußere Gürteloptik
vorzugsweise als Ring gleichmäßiger Dicke
ausgebildet. Alternativ kann sie als schwache polar wirkende Linse
ausgebildet sein. Vorzuziehen ist dabei eine Ausbildung als polar
wirkende Zerstreuungslinse. In jedem Fall sollte die äußere Gürteloptik
aber derart ausgebildet sein, dass das aus der äußeren Gürteloptik austretende innere
Zentrallicht in Polarrichtung divergiert, dabei aber maximal den
Sollpolarwinkelbereich überdeckt.
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Das
innere Zentrallicht sollte vorzugsweise mindestens 80 des Sollpolarwinkelbereichs überdecken.
Denn dann erfolgt eine relativ gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten
Sollpolarwinkelbereichs. Dies ist deswegen der Fall, weil die Leuchtmittel
ihr Licht zwar in einen großen
Raumwinkelbereich abstrahlen, die direkte Abstrahlung nach radial
außen
aber stärker
ist als die Abstrahlung zur Seite hin.
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Die
innere Gürteloptik
ist weiterhin in einem inneren Außenbereich, in dem sie ausschließlich vom äußeren Zentrallicht
durchdrungen wird, vorzugsweise derart ausgebildet, dass das äußere Zentrallicht
von ihr auf die Mittelpolarrichtung zu gebrochen wird. Diese Maßnahme fördert wieder
die Kompaktheit des Aufbaus der erfindungsgemäßen Laterne. Die entsprechende
Ausgestaltung der inneren Gürteloptik
ist möglich,
weil dieser Bereich der inneren Gürteloptik nicht von anderem
Licht durchdrungen wird. Je nach Ausgestaltung der inneren Gürteloptik
im inneren Außenbereich
kann dabei entweder nur die Grenzfläche der inneren Gürteloptik
zur äußeren Gürteloptik
hin oder sowohl die Grenzfläche
zu den Leuchtmitteln hin und zur äußeren Gürteloptik hin entsprechend
angepasst sein.
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Um
eine möglichst
große
Flexibilität
bei der Strahlbeeinflussung durch die äußere Gürteloptik zu ermöglichen,
sollte das äußere Zentrallicht,
soweit es aus dem inneren Außenbereich
stammt, nach dem Austreten aus der inneren Gürteloptik ein in Polarrichtung
im Wesentlichen paralleles oder geringfügig divergierendes Lichtbündel sein.
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Die
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Laterne
ist derart, dass das äußere Zentrallicht,
soweit es die innere Gürteloptik
in einem Bereich durchdrungen hat, der auch vom Außenlicht
durchdrungen wurde, die äußere Gürteloptik
in einem ersten äußeren Außenbereich
durchdringt, der nur vom äußeren Zentrallicht,
nicht aber auch vom inneren Zentrallicht oder vom Außenlicht
durchdrungen wird. Denn dadurch ist wieder eine individuelle Beeinflussung
dieses Teils des äußeren Zent rallichts
möglich.
Insbesondere ist es somit möglich,
dass dieser erste äußere Außenbereich
derart ausgebildet ist, dass das äußere Zentrallicht von ihm in
Polarrichtung auf die Mittelpolarrichtung zu gebrochen wird, so
dass das aus der äußeren Gürteloptik
austretende äußere Zentrallicht
in Polarrichtung divergiert, dabei aber maximal den Sollpolarwinkelbereich überdeckt.
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Das äußere Zentrallicht,
das aus dem inneren Außenbereich
der inneren Gürteloptik
stammt, der ausschließlich
vom äußeren Zentrallicht
durchdrungen wurde, durchdringt die äußere Gürteloptik vorzugsweise in einem
zweiten äußeren Außenbereich,
der nur vom äußeren Zentrallicht,
nicht aber auch vom inneren Zentrallicht oder vom Außenlicht durchdrungen
wird. Der erste äußere Außenbereich und
der zweite äußere Außenbereich
sind dabei voneinander verschieden. Auch hier ist somit wieder eine individuelle
Ausgestaltung dieses zweiten äußeren Außenbereichs
möglich.
Auch der zweite äußere Außenbereich
kann daher derart ausgebildet sein, dass das äußere Zentrallicht von ihm in
Polarrichtung auf die Mittelpolarrichtung zugebrochen wird, so dass das
aus der äußeren Gürteloptik
austretende äußere Zentrallicht
in Polarrichtung divergiert, dabei aber maximal den Sollpolarwinkelbereich überdeckt.
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Die äußere Gürteloptik
muss, um auch das äußere Zentrallicht
in Polarrichtung vollständig
in den Sollpolarwinkelbereich um die Mittelpolarrichtung herum abzulenken,
eine relativ große
radiale Dicke aufweisen. Um diese Dicke zu verringern, ist es beispielsweise
möglich,
die äußere Gürteloptik
zumindest in ihren äußeren Außenbereichen
als Fresnel-Optik auszubilden. Die Ausbildung als Fresnel-Optik
erfolgt dabei vorzugsweise bezüglich
der Laternenachse radial außen.
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Durch
die Ausbildung als Fresnel-Optik sollte möglichst kein Licht abgeschirmt
werden. Um dies zu erreichen, ist die äußere Gürteloptik vorzugsweise wie
folgt ausgebildet:
- – Die äußere Gürteloptik weist radial außen in ihren äußeren Außenbereichen
mindestens eine Stufe auf, die nicht von abzustrahlendem Licht durchdrungen
wird, und
- – die
Stufe bildet mit der Mittelpolarrichtung einen Neigungswinkel, der
mindestens halb so groß wie der
Sollpolarwinkelbereich und maximal so groß wie ein Abstrahlwinkel ist,
den ein die Stufe radial innen tangierender Lichtstrahl mit der
Mittelpolarrichtung bildet.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Ausbildung der äußeren Gürteloptik
als Fresnel-Optik ist es auch möglich,
dass die optische Grundanordnung mindestens eine weitere Gürteloptik
aufweist, die zwischen der inneren Gürteloptik und der äußeren Gürteloptik angeordnet
ist. Diese weitere Gürteloptik
ist dann derart ausgebildet, dass die Polarrichtung des inneren
Zentrallichts und des Außenlichts
von der weiteren Gürteloptik
im Wesentlichen nicht geändert
wird und das äußere Zentrallicht,
soweit es die weitere Gürteloptik
in einem Bereich durchdringt, der ausschließlich vom äußeren Zentrallicht durchdrungen wird,
von der weiteren Gürteloptik
auf die Mittelpolarrichtung zu gebrochen wird.
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Das
Außenlicht
durchdringt die äußere Gürteloptik
vorzugsweise in einem äußeren Mittelbereich,
der nur vom Außenlicht,
nicht aber auch vom inneren oder äußeren Zentrallicht durchdrungen wird.
Denn dadurch ist wieder die äußere Gürteloptik bezüglich des
Außenlichts
unabhängig
von der Beeinflussung des inneren und/oder äußeren Zentrallichts für das Außenlicht
optimierbar. Vorzugsweise ist die äußere Gürteloptik hierzu – analog
zum äußeren Innenbereich – als Ring
gleichmäßiger Dicke oder
alternativ als schwache polar wirkende Linse ausgebildet, wobei
gegebenenfalls die Ausbildung als Zerstreuungslinse bevorzugt ist.
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Bezüglich der
mechanisch-konstruktiven Ausgestaltung der Laterne ist bevorzugt,
- – dass
das ringförmige
Tragelement aus einem Oberteil, einem Unterteil und einem Mittelteil
besteht,
- – dass
das Oberteil und das Unterteil durch das Mittelteil in einem definierten
Abstand voneinander gehalten sind,
- – dass
das Oberteil und das Unterteil ringförmige Elemente, insbesondere
Drehteile, sind,
- – dass
das Oberteil und/oder das Unterteil einen Bereich aufweisen, der
dem jeweils anderen Teil zugewandt ist und spiegelnd ausgebildet
ist,
- – dass
die spiegelnden Bereiche in ihrer Gesamtheit den Gürtelreflektor
bilden und
- – dass
die Leuchtmittel auf dem Mittelteil angeordnet sind.
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Denn
dann ist das Tragelement einfach aufgebaut. Ferner erfolgt beim
Zusammenbau des Tragelements zwangsweise eine interne Justierung
der einzelnen Elemente des Tragelements. Die Justierung relativ
zur äußeren Gürteloptik
und – falls
die innere Gürteloptik
nicht ebenfalls vom Tragelement gehalten sein sollte – gegebenenfalls
auch relativ zur inneren Gürteloptik
kann über
Einstellelemente bewirkt werden, wie dies in dem DE-U-203 05 625
auf dessen Seiten 14 und 15 in Verbindung mit dessen Figur 3 beschrieben
ist.
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Wenn
das Oberteil und das Unterteil zur Aufnahme des Mittelteils radial
innen angeordnete Aufnahmenuten aufweisen, ist das Zusammenfügen von Oberteil,
Mittelteil und Unterteil besonders einfach.
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Wenn
jedes Teil mit einem spiegelnden Bereich einstückig ausgebildet ist und der
spiegelnde Bereich fein bearbeitet, z. B. poliert, ist, ist der
Gürtelreflektor
besonders einfach herstellbar. Das jeweilige Teil kann dabei insbesondere
ein Metallteil, z. B. ein Stahlteil, sein.
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Alternativ
ist es auch möglich,
dass jedes Teil mit einem spiegelnden Bereich einen einstückigen Hauptkörper aufweist
und der spiegelnde Bereich dieses Teils mit einer spiegelnden Beschichtung
versehen ist. In diesem Fall besteht der Hauptkörper alternativ aus Metall
(z. B. wieder Stahl) oder aus Kunststoff.
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Im
Regelfall sind das Oberteil und das Unterteil identisch ausgebildet.
Im Einzelfall kann es aber auch sinnvoll sein, das Oberteil und
das Unterteil verschieden voneinander auszubilden. Insbesondere kann
es im Einzelfall zur gezielten Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik
sinnvoll sein, nur eines der beiden Teile, also entweder nur das
Oberteil oder nur das Unterteil, reflektierend auszubilden. In diesem Fall
ist das andere Teil vorzugsweise lichtabsorbierend ausgebildet.
Beispielsweise kann in diesem Fall das andere Teil mit einer lichtabsorbierenden
Schicht versehen sein, insbesondere schwarz eloxiert sein. Welches
der beiden Teile dabei reflektierend ausgebildet ist und welches
lichtabsorbierend, hängt
von den konkreten Umständen
des Einzelfalles ab, insbesondere der angestrebten Abstrahlcharakteristik.
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Wenn
das Mittelteil aus einer Vielzahl von Einzelelementen besteht, die
kreisförmig
um die Laternenachse herum angeordnet sind, ist der Aufbau des Mittelteils
besonders einfach. Dies gilt ganz besonders, wenn auf jedem der
Einzelelemente genau eines der Leuchtmittel angeordnet ist. Die
Einzelelemente können
dabei durch eine flexible Leiterplatte miteinander verbunden sein.
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Als
Einzelelemente können
beispielsweise kleine Metallplättchen
Verwendung finden. Jedes derartige Metallplättchen kann dabei z. B. Abmessungen
von ca. 40 bis 50 mm in Axialrichtung, 8 bis 15 mm in Tangentialrichtung
und 1,5 bis 3 mm in Radialrichtung aufweisen.
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Die
innere Gürteloptik
ist vorzugsweise zwischen dem Oberteil und dem Unterteil angeordnet. Denn
dadurch ist zum Einen ein kompakterer Aufbau der Laterne möglich. Zum
Anderen werden weniger Einzelteile benötigt. Weiterhin ist dadurch
eine ein fache Justierung der inneren Gürteloptik relativ zum Tragelement
möglich.
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Wenn
das Oberteil und/oder das Unterteil zur Aufnahme der inneren Gürteloptik
radial außen
angeordnete Aufnahmenuten aufweisen, ist die innere Gürteloptik
vor und auch während
der Montage des Tragelements in begrenztem Umfang vor radialer Einwirkung
geschützt.
Denn dann weisen das Oberteil und das Unterteil einen Überstand über die
innere Gürteloptik
auf.
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Die
innere Gürteloptik
ist vorzugsweise sowohl zum Oberteil als auch zum Unterteil hin
schwimmend gelagert. Denn dadurch werden mechanische Spannungen
in der inneren Gürteloptik
vermieden, die anderenfalls zum Einen die optischen Eigenschaften
der inneren Gürteloptik
beeinflussen könnten
und zum anderen auch zu mechanischen Schäden in der inneren Gürteloptik
führen
könnten.
Die schwimmende Lagerung der inneren Gürteloptik sowohl zum Oberteil
als auch zum Unterteil hin kann dabei beispielsweise durch je mindestens
einen O-Ring, insbesondere durch je genau einen O-Ring, bewirkt
werden.
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Wenn
das Oberteil, das Unterteil und die innere Gürteloptik zur Aufnahme der
zwischen ihnen angeordneten O-Ringe je eine O-Ringnut aufweisen, ist
auf einfache Weise eine exakte Radialführung und -justierung erreichbar.
Dies gilt ganz besonders, wenn die O-Ringnuten einen knapp halbkreisförmigen Querschnitt
aufweisen.
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Wenn
das Oberteil und das Unterteil radial außen an einander zugewandten
Bereichen Abschrägungen
aufweisen, so dass das Oberteil und das Unterteil nach radial außen voneinander
weg streben, ist der Überstand
des Ober- und des Unterteils über
die innere Gürteloptik
maximierbar, ohne einen Teil des äußeren Zentrallichts nach dem
Austreten aus der inneren Gürteloptik
abzublenden.
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Es
kann von Vorteil sein, die Lichtwege der einzelnen Leuchtmittel
in Tangentialrichtung voneinander zu trennen und hierzu auf dem
Tragelement zwischen je zwei Leuchtmitteln je einen Trennsteg anzuordnen,
der sich in Radialrichtung von den Leuchtmitteln zur inneren Gürteloptik
erstreckt. Diese Trennstege sind vorzugsweise lichtabsorbierend ausgebildet.
Sie könnten
bei hinreichend komplexer Ausgestaltung der Trennstege aber auch
lichtreflektierend ausgebildet sein.
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Die
Trennstege sind in der Regel im Oberteil oder im Unterteil angeordnet.
Das Oberteil oder das Unterteil weisen daher in der Regel entsprechende Trennstegaufnahmenuten
zur Aufnahme der Trennstege auf. Gegebenenfalls können die
Trennstege in Tangentialrichtung auch alternierend im Oberteil und im
Unterteil angeordnet sein. Vorzugsweise sind sie in dem sie aufnehmenden
Teil durch Klemmsitz gehalten und/oder geklebt und von dem anderen
der beiden Teile in Axialrichtung geringfügig beabstandet.
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In
dem Fall, dass von Oberteil und Unterteil nur eines der beiden Teile
reflektierend ausgebildet ist und das andere Teil lichtabsorbierend
ausgebildet ist, sind die Trennstegaufnahmenuten vorzugsweise im
lichtabsorbierend ausgebildeten Teil angeordnet.
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Wenn
das Tragelement vom Grundkörper elektrisch
isoliert ist, arbeitet die Laterne im Dauerbetrieb besonders zuverlässig. Zum
Erreichen dieser elektrischen Isolation können beispielsweise sowohl in
Radialrichtung als auch in Axialrichtung zwischen dem Tragelement
und dem Grundkörper
aus elektrisch isolierenden Materialien bestehende Schichten angeordnet
sein.
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Wenn
die innere und/oder die äußere Gürteloptik
aus Polymethylmetacrylat (PMMA, Plexiglas) bestehen, sind sie relativ
leicht, bruchsicher und einfach herstellbar.
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Wenn
der Grundkörper
einen Auflageflansch und einen Deckel aufweist und die optische
Grundanordnung zwischen dem Auflageflansch und dem Deckel angeordnet
ist, ist die Dichtigkeit der Laterne besonders einfach zu gewährleisten.
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Die
Leuchtstärke
der erfindungsgemäßen Laterne
kann noch weiter gesteigert werden, wenn die Laterne mindestens
eine optische Zusatzanordnung aufweist, die ebenso ausgebildet ist
wie die optische Grundanordnung, und die optischen Anordnungen in
Richtung der Laternenachse gesehen übereinander angeordnet sind.
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Wenn
in diesem Fall die optische Grundanordnung in Richtung der Laternenachse
gesehen in einem definierten Abstand zum Auflageflansch gehalten
ist und die optische Zusatzanordnung in Richtung der Laternenachse
gesehen in einem definierten Abstand zum Deckel gehalten ist, gestaltet
sich das Einjustieren der optischen Anordnungen einfacher. Dies
gilt ganz besonders, wenn zwischen den Tragelementen der optischen
Anordnungen ein elastischer Abstandhalter angeordnet ist.
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Wenn
der Abstandhalter sich über
die Tragelemente hinaus nach radial außen erstreckt, sind die optischen
Anordnungen optisch voneinander getrennt.
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Wenn
zumindest die äußeren Gürteloptiken der
optischen Anordnungen einstückig
miteinander verbunden sind und zwischen dem Auflageflansch und dem
Deckel gelagert sind, gestaltet sich der konstruktive Aufbau der
erfindungsgemäßen Laterne einfacher,
da dann weniger Einzelteile benötigt
werden.
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Wenn
der Abstandhalter sich nach radial außen bis kurz vor die am weitesten
radial innen angeordneten Gürteloptiken
erstreckt, die einstückig
miteinander verbunden sind und zwischen dem Auflageflansch und dem
Deckel gelagert sind, kann die optische Entkopplung der optischen
Anordnungen maximiert werden.
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Um
eine gute Abführung
der im Betrieb der Laterne von den Leuchtmitteln erzeugten Verlustwärme auf
das Mittelteil zu ermöglichen,
ist vorzugsweise folgende Ausgestaltung vorgesehen:
- – Die
Leuchtmittel weisen nach radial innen hin je eine Wärmekontaktfläche auf,
mit der sie über
einen elektrisch isolierenden Wärmeleitkleber
thermisch an das Mittelteil angekoppelt sind.
- – Die
Leuchtmittel sind über
eine zwischen dem Mittelteil und den Leuchtmitteln angeordnete Leiterplatte
elektrisch kontaktiert.
- – Die
Leiterplatte weist im Bereich der Wärmekontaktflächen Ausnehmungen
auf, so dass die Leuchtmittel über
den Wärmeleitkleber
direkt mit dem Mittelteil verklebt sind.
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Wenn
das Mittelteil über
eine Wärmeleitfolie, insbesondere
eine kompressible Wärmeleitfolie, thermisch
an den Grundkörper
angekoppelt ist, ist auf einfache Weise ein weiteres Abführen der
Verlustwärme
auf den Grundkörper
gewährleistet.
Bezüglich
Details dieser Ausgestaltung ist wieder auf die Figur 3 des DE-U-203
05 625 und dessen Seite 15 zu verweisen.
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Wenn
die Leuchtmittel thermisch an den Auflageflansch und/oder den Deckel
angekoppelt sind und am Auflageflansch und/oder am Deckel Kühlkörper angeordnet
sind, mittels derer in den Leuchtmitteln entstehende Verlustwärme an die
Umgebung abgebbar ist, können
besonders leuchtstarke Leuchtmittel verwendet werden.
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Wenn
die Leuchtmittel gleichmäßig um die Laternenachse
herum angeordnet sind, jedes der Leuchtmittel in je einem von mehreren
Strängen
angeordnet ist, die Stränge
zueinander elektrisch parallel geschaltet sind, die Leuchtmittel
jedes der Stränge zueinander
elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Leuchtmittel jedes der
Stränge
für sich
gesehen ebenfalls gleichmäßig um die
Laternenachse herum angeordnet sind, er gibt sich eine besonders
hohe Betriebssicherheit der Laterne. Denn auch bei einem Ausfall
eines der Leuchtmittel findet in diesem Fall nur eine sogenannte
graceful degradation statt.
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Die
Anzahl an Strängen
sollte mindestens sechs, vorzugsweise mindestens acht, sein. Die
Anzahl an Leuchtmitteln je Strang sollte mindestens vier, vorzugsweise
mindestens fünf
sein. Die Anzahl an Leuchtmitteln insgesamt sollte mindestens 30, vorzugsweise
mindestens 40, sein. Die Anzahl an Leuchtmitteln je Strang sollte
für alle
Stränge
dieselbe sein.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
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1 eine
Laterne in der Seitenansicht,
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2 die
Laterne von 1 im Schnitt,
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3 ein
Detail von 2,
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4 das
Prinzip der Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der Leuchtmittel,
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5 eine
ergänzende
Darstellung zu 4,
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6 eine äußere Gürteloptik
in einer alternativen Ausgestaltung,
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7 eine
Abwandlung von 4,
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8 eine
Abwandlung von 3,
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9 eine
Draufsicht auf einen Sektor eines Unterteils,
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10 einen
Sektor eines Tragelements in der Draufsicht,
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11 einen
Schnitt durch 6 längs der Linie VII – VII in 6,
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12 ein
Prinzipschaltbild und
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13 einen
Teil einer weiteren Laterne im Schnitt.
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Die
erfindungsgemäße Laterne
ist vom Ansatz her ähnlich
aufgebaut wie die Laterne des DE-U-203 05 625. Zusätzlich zu
den nachfolgenden Ausführungen
bezüglich
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Laterne ist daher – insbesondere bezüglich des
mechanisch-konstruktiven Grundaufbaus der Laterne – ergänzend stets
auch das DE-U-203 05 625 mit heranzuziehen.
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Nachfolgend
werden in Verbindung mit den 1 und 2 vereinfacht
nochmals kurz die Grundprinzipien der Laterne des DE-U-203 05 625 erläutert, soweit
sie für
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Bezüglich Detailergänzungen
und Detailausgestaltungen kann dabei, wie bereits erwähnt, stets
auf das DE-U-203 05 625 zurückgegriffen
werden, soweit die dort getroffenen Ausführungen der nachfolgenden Beschreibung
der erfindungsgemäßen Laterne
nicht widersprechen.
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Gemäß den 1 und 2 weist
die erfindungsgemäße Laterne
also einen Grundkörper 1, eine äußere Gürteloptik 2 und
einen Deckel 3 auf. Der Grundkörper 1 weist ein Zentralrohr 4 auf,
an dem insbesondere ein Befestigungsflansch 5 und ein Auflageflansch 6 angeordnet
sind.
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Mittels
des Befestigungsflansches 5 ist die Laterne an einem Montageort
befestigbar. Hierzu weist der Befestigungsflansch 5 Bohrungen 7 auf, durch
die schematisch angedeutete Schrauben 8 hindurchführbar sind.
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Der
Auflageflansch 6, das Zentralrohr 4, der Deckel 3 und
die äußere Gürteloptik 2 umschließen einen
ringförmigen
Aufnahmeraum 9, in dem ein ringförmiges Tragelement 10 angeordnet
ist. Das Tragelement 10 besteht im Wesentlichen aus einem
Oberteil 11, einem Unterteil 12 und einem Mittelteil 13.
Auf dem Mittelteil 13 sind ringförmig um eine Laternenachse 14 herum
eine Anzahl von Leuchtmitteln 15 angeordnet. Die Leuchtmittel 15 können prinzipiell beliebige
Leuchtmittel 15 sein. Bevorzugt sind sie aber Leuchtdioden 15,
insbesondere Hochleistungs-Leuchtdioden 15. Zwischen dem
Oberteil 11 und dem Unterteil 12 ist eine innere
Gürteloptik 16 angeordnet.
Somit trägt
das Tragelement 10 auch die innere Gürteloptik 16. Das
Tragelement 10 und die Gürteloptiken 2, 16 bilden
zusammen eine optische Grundanordnung.
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Die
Laterne ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Laternenachse 14 ausgebildet. Insbesondere
sind die Gürteloptiken 2, 16 sowie
das Oberteil 11 und das Unterteil 12 vollständig ringförmige Teile.
Das Oberteil 11 und das Unterteil 12, eventuell
auch die Gürteloptiken 2, 16,
sind dabei vorzugsweise als Drehteile ausgebildet. Auf die Ausgestaltung
des Mittelteils 13 wird später noch näher eingegangen.
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Die äußere Gürteloptik 2 hat
bezüglich
der Abdichtung des Aufnahmeraums 9 die gleiche Funktion
wie die in dem DE-U-203 05 625 beschriebene Gürteloptik. Sie ist daher auf
die gleiche Weise zum Deckel 3 und zum Auflageflansch 6 hin
gelagert wie die Gürteloptik
des DE-U-203 05 625. Sie besteht vorzugsweise aus Polymethylmetacrylat
(PMMA, Plexiglas).
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Die
optische Grundanordnung ist somit zwischen dem Auflageflansch 6 und
dem Deckel 3 angeordnet, wodurch die Dichtigkeit der Laterne
besonders einfach zu gewährleisten
ist.
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Auch
das Zentralrohr 4 dient dem gleichen Zweck wie das Zentralrohr
des DE-U-203 05 625. Insbesondere dient es auch der radialen Fixierung des
Tragelements 10 und der Radial- und Axialfixierung des
Deckels 3.
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Das
Tragelement 10 ist – siehe
wieder Figur 3 des DE-U-203 05 625 – axial höheneinstellbar. Dadurch ist
eine Mittelpolarrichtung α bezüglich der
Laternenachse 14 einstellbar, in der von der Laterne ein optisches
Warnsignal abgestrahlt wird. In der Regel beträgt der Winkel der Mittelpolarrichtung α 90°. Bei vertikaler
Anordnung der Laternenachse 14 strahlt die Laterne ihr
Warnsignal also in alle horizontalen Richtungen ab. Prinzipiell
könnte
der Winkel der Mittelpolarrichtung α aber auch einen anderen Wert
als 90° aufweisen.
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Das
Abstrahlen des Warnsignals erfolgt somit rundum um die Laternenachse 14 herum.
In Polarrichtung, das heißt
bezüglich
des Winkels zur Laternenachse 14, wird das Warnsignal hingegen
nur in einem Sollpolarwinkelbereich β um die Mittelpolarrichtung α herum abgestrahlt.
Der Sollpolarwinkelbereich β beträgt in der
Regel nur wenige Grad, z. B. 2 bis 10°.
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Wie
sich besonders deutlich aus 3 ergibt,
weisen das Oberteil 11 und das Unterteil 12 je einen
Bereich 17, 18 auf, der dem jeweils anderen Teil 12, 11 zugewandt
ist. Die einander zugewandten Bereiche 17, 18 sind
spiegelnd ausgebildet und bilden in ihrer Gesamtheit einen Gürtelreflektor 17, 18. Sie
sind im Wesentlichen parabelförmig
gekrümmt. Die
Leuchtmittel 15 sind vorzugsweise im Brennpunkt der durch
sie definierten Parabel angeordnet. Prinzipiell wäre aber
auch ein Versatz zur optischen Achse möglich.
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Gemäß Ausführungsbeispiel,
das den Regelfall darstellt, weisen sowohl das Oberteil 11 als auch
das Unterteil 12 einen spiegelnden Bereich 17, 18 auf.
In diesem Fall sind das Oberteil 11 und das Unterteil 12 identisch
ausgebildet.
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Prinzipiell
wäre es
aber möglich,
das Oberteil 11 und das Unterteil 12 verschieden
voneinander auszubilden. Beispielsweise ist es möglich, nur einen der beiden
Bereiche 17, 18 parabolisch auszugestalten. Auch
wäre es
möglich,
nur einen der Bereiche 17, 18 spiegelnd auszubilden.
Dies kann im Einzelfall zur gezielten Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik
sinnvoll sein.
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Wenn
die Teile 11, 12 verschieden voreinander ausgebildet
sind, ist das Teil 12, 11, das nicht reflektierend
und/oder nicht parabolisch ausgebildet ist, verzugsweise lichtabsorbierend
ausgebildet. Beispielsweise kann in diesem Fall das andere Teil 12, 11 mit
einer lichtabsorbierenden Schicht versehen sein, insbesondere schwarz
eloxiert sein. Welches der beiden Teile 11, 12 dabei
reflektierend ausgebildet ist und welches lichtabsorbierend, hängt von
den konkreten Umständen
des Einzelfalles ab, insbesondere der angestrebten Abstrahlcharakteristik.
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Das
Oberteil 11 und das Unterteil 12 weisen Aufnahmenuten 19, 20 auf,
in denen sie das Mittelteil 13 aufnehmen. Diese Aufnahmenuten 19, 20 sind
bezüglich
des Oberteils 11 und des Unterteils 12 radial innen
angeordnet. In ihnen ist das Mittelteil 13 gehalten. Somit
sind das Oberteil 11 und das Unterteil 12 durch
das Mittelteil 13 in einem definierten Abstand a voneinander
gehalten.
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Gemäß 3 ist
jedes Teil 11, 12 mit einem spiegelnden Bereich 17, 18 einstückig ausgebildet. Das
Spiegeln der spiegelnden Bereiche 17, 18 kann in
diesem Fall beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die spiegelnden
Bereiche 17, 18 fein bearbeitet, z. B. poliert,
sind. Alternativ wäre
es aber auch möglich,
dass das Oberteil 11 und das Unterteil 12 jeweils
einen einstückigen
Hauptkörper
aufweisen und die spiegelnden Bereiche 17, 18 mit
einer spiegelnden Beschichtung versehen sind.
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Im
Falle der einstückigen
Ausbildung von Oberteil 11 und Unterteil 12 bestehen
das Oberteil 11 und das Unterteil 12 vorzugsweise
aus Metall, insbesondere aus Stahl, z. B. Edelstahl bzw. rostfreiem Stahl.
Im Falle des Vorsehens einer separaten spiegelnden Beschichtung
können
das Oberteil 11 und/oder das Unterteil 12 alternativ
aus Metall (z. B. wieder Stahl) oder Kunststoff bestehen. Die Beschichtung
kann z. B. eine Chrombeschichtung sein.
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Wie
weiterhin aus 3 ersichtlich ist, weisen das
Oberteil 11 und das Unterteil 12 zur Aufnahme
der inneren Gürteloptik 16 weitere
Aufnahmenuten 21, 22 auf, die jedoch bezüglich des
Oberteils 11 und des Unterteils 12 radial außen angeordnet
sind. Dadurch weisen das Oberteil 11 und das Unterteil 12 im
Ergebnis einen Überstand
b über
die innere Gürtel optik 16 auf,
so dass diese vor und auch während der
Montage des Tragelements 10 in begrenztem Umfang vor mechanischer
Einwirkung von radial außen
geschützt
ist.
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Die
innere Gürteloptik 16 besteht
vorzugsweise – ebenso
wie die äußere Gürteloptik 2 – aus PMMA
(Plexiglas). Sie ist gemäß 3 sowohl
zum Oberteil 11 als auch zum Unterteil 12 hin
schwimmend gelagert. Die schwimmende Lagerung der inneren Gürteloptik 16 sowohl
zum Oberteil 11 als auch zum Unterteil 12 hin
wird dabei gemäß 3 durch je
genau einen O-Ring 23, 24 bewirkt. Prinzipiell könnten aber
auch mehr als je ein O-Ring 23, 24 vorhanden sein.
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Das
Oberteil 11, das Unterteil 12 und die innere Gürteloptik 16 weisen
zur Aufnahme der zwischen ihnen angeordneten O-Ringe 23, 24 vorzugsweise
je eine O-Ringnut 25 bis 28 auf. Dadurch wird eine
gute Radialfixierung der inneren Gürteloptik 16 innerhalb
des Tragelements 10 und damit bezüglich der Leuchtmittel 16 und
des Gürtelreflektors 17, 18 bewirkt.
Die Fixierung ist dabei besonders gut und zuverlässig, wenn die O-Ringnuten 25 bis 28 einen knapp
halbkreisförmigen
Querschnitt aufweisen, im Querschnitt also einen Kreisbogen zwischen
90 und 150° überstreichen.
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Weiterhin
ist aus 3 ersichtlich, dass das Oberteil 11 und
das Unterteil 12 radial außen an aneinander zugewandten
Bereichen Abschrägungen 29, 30 aufweisen.
Dadurch streben das Oberteil 11 und das Unterteil 12 nach
radial außen
voneinander weg.
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Das
optische Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Laterne wird nunmehr nachstehend in
Verbindung mit den 4 und 5, insbesondere
in Verbindung mit 4, näher erläutert. 4 ist dabei
eine vereinfachte Darstellung von 3, erweitert
um die äußere Gürteloptik 2, 5 eine Schnittdarstellung
längs der
Linie V – V
in 4.
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Gemäß den 4 und 5 strahlt
jedes der Leuchtmittel 15 sein Licht bezüglich der
Laternenachse 14 nach radial außen in einen Raumwinkelbereich
ab. Der Raumwinkelbereich überdeckt
dabei um die Laternenachse 14 herum einen Azimutwinkel γ, der in
etwa 180° beträgt, also
erheblich kleiner als 360° ist.
Relativ zur Laternenachse 14, also in Polarrichtung, überdeckt
der Raumwinkelbereich – siehe 2 – einen
Polarwinkel δ,
der in der Regel gleich dem Azimutwinkel γ ist, also ebenfalls etwa 180° beträgt. In jedem
Fall ist dieser Polarwinkel δ erheblich
größer als
der Sollpolarwinkelbereich β,
in dem das Warnsignal um die Mittelpolarrichtung α herum abgestrahlt
werden soll.
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Licht,
das von den Leuchtmitteln 15 relativ zur Laternenachse 14 in
einem die Mittelpolarrichtung α enthaltenden
zentralen Polarwinkelbereich abgestrahlt wird, nachfolgend Zentrallicht
genannt, tritt durch die innere Gürteloptik 16 und die äußere Gürteloptik 2 hindurch,
ohne zuvor auf den Gürtelreflektor 17, 18 zu
treffen. Licht, das von den Leuchtmitteln 15 außerhalb
dieses zentralen Polarwinkelbereichs abgestrahlt wird, nachfolgend
Außenlicht
genannt, wird hingegen zunächst
vom Gürtelreflektor 17, 18 nach
radial außen
reflektiert und tritt erst dann durch die innere Gürteloptik 16 und
die äußere Gürteloptik 2 hindurch.
Zur Vermeidung von Verwechslungen sei dabei klargestellt, dass Bereiche,
denen das Adjektiv „polar" beigefügt ist,
sich auf Winkelbereiche in Polarrichtung beziehen, in denen das
Licht von den Leuchtmitteln 15 anfänglich abgestrahlt wird.
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Erfindungsgemäß sind nun
die Anordnung der Leuchtmittel 15 und des Gürtelreflektors 17, 18 auf
dem Tragelement 10, die Anordnung des Tragelements 10 und
der Gürteloptiken 2, 16 sowie
die Ausbildung des Gürtelreflektors 17, 18 und
der Gürteloptiken 2, 16 derart
aufeinander abgestimmt, dass sowohl das Zentrallicht als auch das
Außenlicht
nach dem Austreten aus der äußeren Gürteloptik 2 in
Polarrichtung innerhalb des Sollpolarwinkelbereichs β um die Mittelpolarrichtung α abge strahlt
werden. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit 4 detailliert erläutert.
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Wie
bereits erwähnt
und aus 4 auch ersichtlich, sind die
spiegelnden Bereiche 17, 18 parabelförmig gekrümmt und
sind die Leuchtmittel 15 in der Fokuslinie der so definierten
Gürtelparabel
angeordnet. Die Anordnung der Leuchtmittel 15 und des Gürtelreflektors 17, 18 auf
dem Tragelement 10 und die Ausbildung des Gürtelreflektors 17, 18 sind
somit derart aufeinander abgestimmt, dass das Außenlicht als in Polarrichtung
paralleles Lichtbündel
den Gürtelreflektor 17, 18 verlässt und
so auf die innere Gürteloptik 16 auftrifft.
Gegebenenfalls könnte
das Lichtbündel
auch in Polarrichtung geringfügig
divergieren. Eine exakt parallele Ausrichtung ist aber vorzuziehen.
Das auf die innere Gürteloptik 16 auftreffende Außenlicht
ist daher zunächst – zumindest
im Wesentlichen – in
die Mittelpolarrichtung α gerichtet.
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Das
Außenlicht
tritt in einem inneren Mittelbereich 31 durch die innere
Gürteloptik 16 hindurch und
durchdringt sie so. In diesem inneren Mittelbereich 31 ist
die innere Gürteloptik 16 vorzugsweise derart
ausgebildet, dass die Polarrichtung des Außenlichts von ihr im Wesentlichen
nicht geändert wird.
Vorzugsweise ist sie also im inneren Mittelbereich 31 als
zylindrischer Ring ausgebildet. Gegebenenfalls könnte sie das Außenlicht
aber auch geringfügig
auf die Mittelpolarrichtung α zu
brechen. In diesem Fall könnte
es auch sein, dass das Außenlicht aus
der inneren Gürteloptik 16 als
in Polarrichtung geringfügig
konvergierendes Lichtbündel
austritt. Vorzugsweise aber tritt das Außenlicht aus der inneren Gürteloptik 16 als
in Polarrichtung paralleles Lichtbündel aus.
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Zur
Vermeidung von Verwechslungen sei dabei klargestellt, das Bereiche,
denen das Adjektiv „innen" bzw. „außen" beigefügt ist,
sich auf Bereiche der (radial innen angeordneten) inneren Gürteloptik 16 bzw.
der (radial außen
angeordneten) äußeren Gürteloptik 2 beziehen.
Die Präfixe
Innen-, Mittel- und Außen-
bei diesen Bereichen beziehen sich auf die Lage in Polarrichtung
bezüglich
der Mittelpolarrichtung α.
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Das
Außenlicht
durchdringt die äußere Gürteloptik 2 in
einem äußeren Mittelbereich 32.
Die Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen optischen Elemente 15, 17, 18, 16, 2 sind
dabei gemäß 4 derart,
dass der äußere Mittelbereich 32 nur
vom Außenlicht,
nicht aber auch vom Zentrallicht durchdrungen wird. Es ist daher
möglich,
den äußeren Mittelbereich 32 der äußeren Gürteloptik 2 derart
auszugestalten, dass das aus der äußeren Gürteloptik 2 austretende
Außenlicht
in Polarrichtung geringfügig
divergiert. Die äußere Gürteloptik 2 kann
dabei im äußeren Mittelbereich 32 alternativ
als schwache polar wirkende Linse oder aber, wie in 4 dargestellt, als
Ring gleichmäßiger Dicke
d ausgebildet sein. In beiden Fällen überdeckt
das aus dem äußeren Mittelbereich 32 der äußeren Gürteloptik 2 austretende
Außenlicht
aber in Polarrichtung maximal den Sollpolarwinkelbereich β um die Mittelpolarrichtung α herum. Die
Divergenz des Außenlichts
ergibt sich im Fall der Ausbildung als Ring gleichmäßiger Dicke
d dabei auf Grund des Umstands, dass die Leuchtdioden 15 eine endliche
Fläche
aufweisen, aus der sie ihr Licht abstrahlen, also keine Punktlichtquellen
sind.
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Das
Zentrallicht enthält
Licht, das in einem die Mittelpolarrichtung α enthaltenden polaren Mittelbereich
abgestrahlt wird. Dieses Licht wird nachfolgend inneres Zentrallicht
genannt. Es ist dadurch charakterisiert, dass es sich zumindest
bis zum Eintreten in die innere Gürteloptik 16, vorzugsweise
sogar bis zum Austreten aus der inneren Gürteloptik 16, nicht
mit dem Außenlicht überschneidet.
Das Zentrallicht enthält
aber auch Licht, das sich spätestens beim
Austreten aus der inneren Gürteloptik 16,
eventuell auch schon innerhalb der inneren Gürteloptik 16 oder
vor der inneren Gürteloptik 16,
mit dem Außenlicht überschneidet.
Diese Licht wird in zwei in Polarrichtung auf je einer Seite an
den polaren Mittelbereich angrenzenden polaren Außenbereichen
abgestrahlt.
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Die
innere Gürteloptik 16 ist
gemäß 4 in einem
inneren Innenbereich 33, in dem sie ausschließlich vom
inneren Zentrallicht durchdrungen wird, als polar wirkende Sammellinse
ausgebildet, so dass das innere Zentrallicht von ihr auf die Mittelpolarrichtung α zu gebrochen
wird. Dadurch wird erreicht, dass das innere Zentrallicht sich auch
im Bereich der äußeren Gürteloptik 2 nicht
mit dem Außenlicht überschneidet.
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Die äußere Gürteloptik 2 kann
daher in einem äußeren Innenbereich 34,
in dem sie ausschließlich
vom inneren Zentrallicht durchdrungen wird, ebenfalls als Ring gleichmäßiger Dicke
d oder als schwach polar wirkende Linse ausgebildet sein, so dass
auch das aus der äußeren Gürteloptik 2 austretende
innere Zentrallicht in Polarrichtung divergiert. Die Divergenz ist
dabei um die Mittelpolarrichtung α herum,
und zwar maximal um den Sollpolarwinkelbereich β. Die in 4 dargestellte
Ausbildung als Ring gleichmäßiger Dicke
d ist dabei vorzuziehen.
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Das
innere Zentrallicht tritt vorzugsweise aus der inneren Gürteloptik 16 als
in Polarrichtung paralleles Lichtbündel aus. Da weiterhin vorzugsweise, wie
bereits erwähnt,
auch das Außenlicht
als in Polarrichtung paralleles Lichtbündel aus der inneren Gürteloptik 16 austritt,
ist es möglich,
die äußere Gürteloptik 2 in
ihren äußeren Mittelbereichen 32 und
in ihrem äußeren Innenbereich 34 einheitlich
auszugestalten, wie dies in 4 dargestellt
ist.
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Das äußere Zentrallicht
ist nicht ganz so einfach zu handhaben. Denn ein Teil des äußeren Zentrallichts
durchdringt die innere Gürteloptik 16 zwar
in einem inneren Außenbereich 35,
in dem die innere Gürteloptik 16 ausschließlich vom äußeren Zentrallicht
durchdrungen wird. In diesem Bereich ist es möglich, die innere Gürteloptik 16 derart
auszubilden, dass individuell dieser Teil des äußeren Zentrallichts beeinflusst
wird, insbesondere auf die Mittelpolarrichtung α zu gebrochen wird.
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Es
existiert aber ein weiterer Teil des äußeren Zentrallichts, der im
inneren Mittelbereich 31 durch die innere Gürteloptik 16 hindurch
tritt. In diesem Bereich 31 tritt auch das Außenlicht
durch die innere Gürteloptik 16 hindurch.
Die äußere Gürteloptik 2 ist
aber radial so weit von der inneren Gürteloptik 16 beabstandet,
dass dieser Teil des äußeren Zentrallichts
in einem ersten äußeren Außenbereich 36 auf
die äußere Gürteloptik 2 trifft
und diese durchdringt, wobei der erste äußere Außenbereich 36 sich nicht
mehr mit dem äußeren Mittelbereich 32 – und erst
recht nicht mit dem äußeren Innenbereich 34 – überschneidet.
Der erste äußere Außenbereich 36 der äußeren Gürteloptik 2 wird
daher ausschließlich von
dem Teil des äußeren Zentrallichts
durchdrungen, der die innere Gürteloptik 16 im
Bereich des inneren Mittelbereichs 31 durchdrungen hat.
Es ist daher auch möglich,
den ersten äußeren Außenbereich 36 derart
auszubilden, dass dieser Teil des äußeren Zentrallichts in Polarrichtung
auf die Mittelpolarrichtung α zu
gebrochen wird. Es ist somit möglich,
die äußere Gürteloptik 2 derart
auszubilden, dass dieser Teil des aus der äußeren Gürteloptik 2 austretenden äußeren Zentrallichts
in Polarrichtung um die Mittelpolarrichtung α divergiert, aber maximal den
Sollpolarwinkelbereich β überdeckt.
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Der
Teil des äußeren Zentrallichts,
der den inneren Außenbereich 35 durchdrungen
hat, wird durch die innere Gürteloptik 16 vorzugsweise
in Polarrichtung derart umgelenkt, dass er aus der inneren Gürteloptik 16 als
in Polarrichtung im Wesentlichen paralleles oder leicht divergierendes
Lichtbündel austritt.
Die Ablenkung ist dabei derart gewählt, dass dieser Teil des äußeren Zentrallichts
in einem zweiten äußeren Außenbereich 37 durch
die äußere Gürteloptik 2 hindurch
tritt, der vom ersten äußeren Außenbereich 36 verschieden
ist. Auch bezüglich
dieses zweiten äußeren Außenbereichs 37 ist
es daher möglich,
die äußere Gürteloptik 2 derart
auszubilden, dass dieser Teil des äußeren Zentrallichts von der äußeren Gürteloptik 2 in
Polarrichtung auf die Mittelpolarrichtung α zu gebrochen wird, nach dem
Austreten aus der äußeren Gürtel optik 2 in
Polarrichtung um die Mittelpolarrichtung α herum divergiert, dabei aber maximal
den Sollpolarwinkelbereich β überdeckt.
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Bei
der obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 5 beschriebenen
Grundausführungsform
der vorliegenden Erfindung muss die äußere Gürteloptik 2 eine relativ
große
radiale Dicke d (siehe 4) aufweisen. Dies ist erforderlich,
um auch das äußere Zentrallicht
vollständig
in den Sollpolarwinkelbereich β um
die Mittelpolarrichtung α herum
ablenken zu können.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 6 kann diese
radiale Dicke d dadurch reduziert werden, dass die äußere Gürteloptik 2 – zumindest
in ihren äußeren Außenbereichen 36, 37 als
Fresnel-Optik 2 ausgebildet ist. Die Ausbildung als Fresnel-Optik 2 erfolgt
dabei gemäß 6 vorzugsweise
bezüglich
der Laternenachse 14 radial außen. Die äußere Gürteloptik 2 weist
also radial außen
in ihren äußeren Außenbereichen 36, 37 mindestens
eine Stufe 2' auf. Diese
Stufe 2' wird
nicht von abgestrahltem bzw. abzustrahlendem Licht durchdrungen.
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Die
Stufe 2' bildet
mit der Mittelpolarrichtung α einen
Neigungswinkel ε1.
Der Neigungswinkel ε1 ist
dabei mindestens halb so groß wie
der Sollpolarwinkelbereich β.
Denn dann erfolgt keine Abschirmung von Licht, das die äußere Gürteloptik 2 bereits durchdrungen
hat und aus dieser ausgetreten ist.
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Ein
Lichtstrahl 37',
der die Stufe 2' radial
innen tangiert, bildet mit der Mittelpolarrichtung α einen Abstrahlwinkel ε2. Vorzugsweise
ist der Neigungswinkel ε1
maximal so groß wie
der Abstrahlwinkel ε2. Denn
dann erfolgt auch keine Abschirmung von Licht, das die äußere Gürteloptik 2 im
Bereich der Stufe 2' durchdringt.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Ausbildung der äußeren Gürteloptik 2 als
Fresnel-Optik 2 ist es gemäß 7 auch mög lich, zwischen
der inneren Gürteloptik 16 und
der äußeren Gürteloptik 2 eine
oder mehrere weitere Gürteloptiken 16' anzuordnen,
die ebenfalls Bestandteil der optischen Grundanordnung ist bzw.
sind. Gemäß 7 ist
zwischen der inneren Gürteloptik 16 und
der äußeren Gürteloptik 2 beispielsweise
eine einzige weitere Gürteloptik 16' angeordnet.
Die weitere Gürteloptik 16' kann dabei
vom Tragelement 10 gehalten sein. Vorzugsweise ist die weitere
Gürteloptik 16 aber,
wie die äußere Gürteloptik 2 auch,
zwischen dem Deckel 3 und dem Auflageflansch 6 gelagert.
Vorzugsweise ist sie – ebenso
wie die innere Gürteloptik 16 und
die äußere Gürteloptik 2 – schwimmend
gelagert, insbesondere über
je einen oder je zwei O-Ringe
zum Deckel 3 und zum Auflageflansch 6 hin.
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Die
weitere Gürteloptik 16' ist in dem
Bereich, in dem sie vom inneren Zentrallicht und vom Außenlicht
durchdrungen wird, vorzugsweise als Ring mit konstanter radialer
Dicke ausgebildet. Denn dadurch ändert
sie die Polarrichtung des inneren Zentrallichts und des Außenlichts
im Wesentlichen nicht. Außerhalb
dieses Bereichs, also – entsprechende
Lagerung der weiteren Gürteloptik 16' vorausgesetzt – zum Deckel 3 und
zum Auflageflansch 6 hin, wird die weitere Gürteloptik 16' ausschließlich vom äußeren Zentrallicht
durchdrungen. In diesem Bereich ist sie als in Polarrichtung wirkende
Sammeloptik 16' ausgebildet.
In diesem Bereich bricht sie also das äußere Zentrallicht auf die Mittelpolarrichtung α zu.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Ausgestaltung gemäß 7 alternativ
oder zusätzlich
zur Ausgestaltung gemäß 6 möglich. In
der Regel reicht aber eine der Maßnahmen der 6 und 7 aus, um
ein Lenken des gesamten von den Leuchtdioden 15 abgestrahlten
Lichts in den Sollpolarwinkelbereich β um die Mittelpolarrichtung α herum zu
erreichen.
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Wenn
im Einzelfall ein besonders kleiner Sollpolarwinkelbereich β um die Mittelpolarrichtung α herum gefordert
ist, kann es sein, dass auch die obenstehend beschriebenen Maßnah men
noch nicht ausreichen, um die geforderte Abstrahlcharakteristik zu
erreichen. In diesem Fall kann es hilfreich sein, die Lichtwege
der einzelnen Leuchtmittel 15 in Tangentialrichtung voneinander
zu trennen. Vorzugsweise ist hierzu gemäß 8 auf dem
Tragelement 10 zwischen je zwei Leuchtmitteln 15 je
ein Trennsteg 37a angeordnet. Die Trennstege 37a erstrecken
sich in Radialrichtung von den Leuchtmitteln 15 zur inneren Gürteloptik 16.
Sie sind gemäß 8 lichtabsorbierend
ausgebildet.
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Die
Trennstege 37a sind in der Regel entweder alle im Oberteil 11 oder
alle im Unterteil 12 angeordnet. Gemäß 8 sind sie
beispielsweise im Unterteil 12 angeordnet. Das Unterteil 12 weist
daher gemäß 9 Trennstegaufnahmenuten 37b auf,
in denen die Trennstege 37a aufgenommen sind. Vorzugsweise
sind die Trennstege 37a im Unterteil 12 durch
Klemmsitz gehalten. Alternativ oder zusätzlich können sie auch in das Unterteil 12 geklebt
sein. Von dem Oberteil 11 sind die Trennstege 37a gemäß 8 in
Axialrichtung geringfügig
beabstandet.
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Gemäß 10,
das ein weiteres Detail des Mittelteils 13 des Tragelements 10 zeigt,
besteht das Mittelteil 13 aus einer Vielzahl von Einzelelementen 38,
die kreisförmig
um die Laternenachse 14 herum angeordnet sind, so dass
jedes der Einzelelemente 38 einen Tangentialsektor um die
Laternenachse 14 herum abdeckt. Auf jedem der Einzelelemente 38 ist dabei
genau eines der Leuchtmittel 15 angeordnet. Die Einzelelemente 38 sind
durch eine – vorzugsweise
flexible – Leiterplatte 39 miteinander
verbunden.
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Die
Einzelelemente 38 bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere
Aluminium. Sie weisen typischerweise in Radialrichtung eine Dicke
von 1, 5 bis 3 mm, z. B. von 2 mm, auf. In Umfangsrichtung weisen
sie typisch eine Breite von 8 bis 15 mm, z. B. von 10 mm, auf. In
Richtung der Laternenachse 14 weisen sie typisch eine Höhe zwischen
40 und 50 mm, z. B. von 45 mm, auf.
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Die
Leuchtmittel 15 sind im vorliegenden Fall als Hochleistungs-Leuchtdioden 15 ausgebildet.
Die in ihnen entstehende Verlustwärme muss daher abgeführt werden.
Hierzu weisen die Leuchtmittel 15 gemäß 11 nach
radial innen hin je eine Wärmekontaktfläche 40 auf.
Zur besseren Wärmeabfuhr sind
diese Wärmekontaktflächen 40 dabei
vorzugsweise metallisch beschichtet. Über die Wärmekontaktflächen 40 sind
die Leuchtmittel 15 thermisch an die Einzelelemente 38 angekoppelt.
Die Ankopplung erfolgt dabei über
einen elektrisch isolierenden Wärmeleitkleber 41.
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Die
Leuchtmittel 15 müssen
selbstverständlich
elektrisch kontaktiert sein. Dies erfolgt über die bereits erwähnte – vorzugsweise
flexible – Leiterplatte 19.
Die Leiterplatte 19 ist gemäß 11 zwischen den
Einzelelementen 38 und den Leuchtmitteln 15 angeordnet.
Um aber die Wärmeabfuhr
von den Leuchtmitteln 15 zu den Einzelelementen 38 möglichst
wenig zu beeinträchtigen,
weist die Leiterplatte 39 im Bereich der Wärmekontaktflächen 40 Ausnehmungen
auf, so dass die Leuchtmittel 15 über den Wärmeleitkleber 41 direkt
mit den Einzelelemente 38 verklebt sind.
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Wenn
das Unterteil 11 und das Oberteil 12 des Tragelements 10 ebenfalls
aus Metall (insbesondere aus Stahl) bestehen, erfolgt ein weiterer
Abtransport der Verlustwärme
vorzugsweise über
das Oberteil 11 und das Unterteil 12. Alternativ
oder zusätzlich
ist es aber auch möglich,
dass – siehe
die 3 und 11 – die Einzelelemente 38 über eine Wärmeleitfolie 42,
thermisch an den Grundkörper 1 bzw.
das Zentralrohr 4 des Grundkörpers 1 angekoppelt
sind. Die Wärmeleitfolie 42 kann
dabei insbesondere als Schaumfolie 42 ausgebildet sein,
so dass sie kompressibel ist. Die Schaumfolie 42 bewirkt
somit unter anderem, dass das Tragelement 10 vom Zentralrohr 4 radial
beabstandet ist. Da die Wärmeleitfolie 42 ferner
elekt risch isolierend wirkt, besteht in Radialrichtung gesehen kein
elektrischer Kontakt zwischen dem Tragelement 10 und dem
Grundkörper der
Laterne.
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Wie
bereits erwähnt
sind die Leuchtmittel 15 gleichmäßig ringförmig um die Laternenachse 14 herum
angeordnet. Die in 12 angegebenen Winkel von (beispielhaft)
9° und 72° sind daher
Tangentialwinkel um die Laternenachse 14 herum.
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In
elektrischer Hinsicht ist gemäß 12 jedes
der Leuchtmittel 15 in einem von mehreren Strängen 43-1 bis 43-8 angeordnet.
Die Stränge 43 sind
dabei gemäß 12 zueinander
elektrisch parallel geschaltet. Innerhalb jedes Stranges 43 sind
die in dem jeweiligen Strang 43 angeordneten Leuchtmittel 15 aber
zueinander elektrisch in Reihe geschaltet.
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Wie
aus 12 ersichtlich ist, sind die Leuchtmittel 15 jedes
der Stränge 43 für sich gesehen
ebenfalls gleichmäßig um die
Laternenachse 14 herum angeordnet. Wenn – egal aus
welchen Gründen – einer
der Stränge 43 ausfällt, ergibt
sich daher in Tangentialrichtung um die Laternenachse 14 herum kein
toter Bereich, in den kein Licht abgestrahlt wird. Vielmehr ergibt
sich eine sogenannte graceful degradation.
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Gemäß 12 sind
acht Stränge 43-1 bis 43-8 vorhanden,
wobei in jedem Strang fünf
Leuchtdioden 15 angeordnet sind. Insgesamt sind somit 40 Leuchtdioden 15 vorhanden.
Es sind aber auch andere Zahlen möglich. Minimalwerte von sechs
Strängen 43,
vier Leuchtdioden 15 je Strang 43 und insgesamt
30 Leuchtdioden 15 sollten aber nicht unterschritten werden.
Ferner sollte die Anzahl an Leuchtdioden 15 je Strang 43 für alle Stränge 43 dieselbe sein.
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Wenn
die Leuchtstärke
der obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 12 beschriebenen Laterne.
nicht hoch genug ist, kann die Laterne der 1 bis 12 entsprechend 13 modifiziert werden.
Denn die Laterne der 13 weist zusätzlich zur optischen Grundanordnung
eine optische Zusatzan ordnung auf. Die optischen Anordnungen sind dabei
ersichtlich in Richtung der Laternenachse 14 gesehen übereinander
angeordnet. Jede der optischen Anordnungen ist so ausgebildet, wie
dies obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 12,
insbesondere den 3 und 4, erläutert wurde.
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Als
optische Grundanordnung wird nachfolgend die optische Anordnung
angesehen, die in 13 unten angeordnet ist. Umgekehrt
wird als optische Zusatzanordnung die optische Anordnung angesehen,
die in 13 oben angeordnet ist. Die
optische Grundanordnung ist in Richtung der Laternenachse 14 gesehen
in einem definierten Abstand a1 zum Auflageflansch 6 gehalten.
Ebenso ist die optische Zusatzanordnung in Richtung der Laternenachse 14 gesehen
in einem definierten Abstand a2 zum Deckel 3 gehalten.
Die definierten Abstände
a1, a2 sind dabei vorzugsweise untereinander gleich. Dies ist aber
nicht zwingend erforderlich. Das Einstellen der definierten Abstände a1,
a2 erfolgt vorzugsweise über
Justierringe 44.
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Die
Justierringe 44 weisen vorzugsweise eine definierte Dicke
auf und bestehen aus einem praktisch nicht verformbaren Material.
Beispielsweise bestehen die Justierringe 44 aus Metall,
z. B. wieder Aluminium. Sie können
aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, insbesondere
ebenfalls als Wärmeleitfolie
ausgebildet sein. In diesem Fall bleibt die thermische Ankoppelung
des Tragelements 10 und damit auch der Leuchtmittel 15 an
den Auflageflansch 6 und den Deckel 3 erhalten. In
diesem Fall besteht aber auch in Axialrichtung gesehen kein elektrischer
Kontakt zwischen dem Tragelement 10 und dem Grundkörper 1 der
Laterne. Das Tragelement 10 ist daher vom Grundkörper 1 der
Laterne vollständig
elektrisch isoliert.
-
Wie
bereits erwähnt,
sind die Leuchtmittel 15 vorzugsweise Hochleistungsleuchtdioden 15.
Die in den Leuchtmitteln 15 entstehende Verlustwärme muss
somit abgeführt
werden. Zur Optimierung der Wärmeabfuhr
kann es daher sinnvoll sein, gemäß
-
1 am
Auflageflansch 6 und/oder am Deckel 3 Kühlkörper 44' anzuordnen.
Aufgrund dieser Kühlkörper 44' ist dann eine
größere Wärmemenge also
ohne sie an die Umgebung abgebbar. Die Kühlkörper 44' sind dabei in 2 nur
deshalb nicht mit eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit von 2 zu erhalten.
-
Gemäß 11 sind
die äußeren Gürteloptiken 2 der
optischen Anordnungen einstückig
miteinander verbunden. Sie sind weiterhin – analog zu der Ausgestaltung
mit nur der optischen Grundanordnung – zwischen dem Auflageflansch 6 und
dem Deckel 3 gelagert. Falls – vergleiche die obigen Ausführungen
zu etwaigen weiteren Gürteloptiken 16' – auch diese
weiteren Gürteloptiken 16' zwischen dem Deckel 3 und
dem Auflageflansch 6 gelagert sind, sind vorzugsweise auch
diese Gürteloptiken 16' einstückig miteinander
verbunden.
-
Zum
Andrücken
der Tragelemente 10 der optischen Anordnungen an den Auflageflansch 6 bzw. den
Deckel 3 ist ein elastischer Abstandhalter 45 vorgesehen,
der zwischen den Tragelementen 10 der optischen Anordnungen
angeordnet ist. Der Abstandhalter 45 besteht beispielsweise
aus einer dünnen
Metallscheibe 46, die im Bereich zu den Tragelementen 10 hin
mit elastischen Schichten 47 versehen ist. Die Schichten 47 können beispielsweise
aus Gummi bestehen.
-
Ersichtlich
erstreckt sich der Abstandhalter 45 über die Tragelemente 10 hinaus
nach radial außen.
Vorzugsweise erstreckt er sich bis kurz vor die am weitesten radial
innen angeordneten Gürteloptiken 2,
hier die äußeren Gürteloptiken 2,
die einstückig
miteinander verbunden sind und zwischen dem Auflageflansch 6 und
dem Deckel 3 gelagert sind.
-
Mittels
der erfindungsgemäßen Laterne
ist somit eine zuverlässige,
robuste Laterne geschaffen worden, die eine extrem hohe Leuchtstärke mit
einem vergleichsweise einfachen Aufbau und einer hohen Betriebssicherheit
im Sinne einer graceful degradation verbindet. Je nach verwendeten
Leuchtmitteln 15 sind dabei Leuchtstärken bis zu 2000 Candela erzielbar.
-
- 1
- Grundkörper
- 2,
16, 16'
- Gürteloptiken
- 2'
- Stufe
- 3
- Deckel
- 4
- Zentralrohr
- 5,
6
- Flansche
- 7
- Bohrungen
-
-
- 8
- Schrauben
- 9
- Aufnahmeraum
- 10
- Tragelement
- 11
- Oberteil
- 12
- Unterteil
- 13
- Mittelteil
- 14
- Laternenachse
- 15
- Leuchtmittel
- 17,
18
- spiegelnde
Bereiche
- 19
bis 22
- Aufnahmenuten
- 23,
24
- O-Ringe
- 25
bis 28
- O-Ringnuten
-
-
- 29,
30
- Abschrägungen
- 31,
32
- Mittelbereiche
- 33,
34
- Innenbereiche
- 35
bis 37
- Außenbereiche
- 37a
- Trennstege
- 37b
- Trennstegaufnahmenuten
- 37'
- tangierender
Lichtstrahl
- 38
- Einzelelemente
- 39
- Leiterplatte
- 40
- Wärmekontaktflächen
- 41
- Wärmeleitkleber
- 42
- Wärmeleitfolie
- 43
- Stränge
- 44
- Justierringe
- 44'
- Kühlkörper
- 45
- Abstandhalter
- 46
- Metallscheibe
- 47
- elastische
Schichten
- a,
a1, a2
- Abstände
- b
- Überstand
- d
- radiale
Dicke
- α
- Mittelpolarrichtung
- β
- Sollpolarwinkelbereich
- γ
- Azimutwinkel
- δ
- Polarwinkel
- ε1
- Neigungswinkel
- ε2
- Abstrahlwinkel