Laterne mit elektrischem Leuchtmittel und Verfahren zum Betreiben der Laterne

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Laterne (10) mit mindestens einem elektrischen Leuchtmittel (32). Vorgesehen ist mindestes ein Sensor (40) zum Erfassen der Lichtstärke des Leuchtmittels. In Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors (40) werden Strom und/oder Spannung für das Leuchtmittel (32) geändert. Als Leuchtmittel sind insbesondere LEDs (32) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Laterne mit mindestens einem elektrischen Leuchtmittel.

[0002] Als Laterne wird insbesondere eine Leuchte mit Leuchtmittel, Gehäuse und zumindest teilweise lichtdurchlässiger Abdeckung verstanden. Verwendet werden Laternen unter anderem als Schiffsbeleuchtung und/oder Positionslichter. Andere Anwendungsgebiete, auch außerhalb von Schiffen sind möglich. Bevorzugt sind Anwendungsgebiete, auf denen Laternen bzw. Leuchten weitgehend konstante Lichtstärke aufweisen müssen.

[0003] Elektrische Leuchtmittel unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der Leistungsaufnahme. Für spezielle Anwendungen ist eine konstante Lichtstärke über die Lebensdauer des Leuchtmittels von größter Bedeutung, etwa bei Positionslichtern an Bord von Schiffen. Die gesetzlichen Bestimmungen verlangen Mindestreichweiten. Die hierfür ausgelegten Laternen unterliegen der Alterung und äußeren Einflüssen, etwa der Umgebungstemperatur. In Abhängigkeit von zumindest diesen beiden Faktoren können je nach Leuchtmittel Änderungen der Lichtstärke, insbesondere Schwächungen, auftreten. Mit der vorliegenden Erfindung sollen die beschriebenen Probleme verringert oder sogar vermieden werden.

[0004] Die erfindungsgemäße Laterne ist gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor zum Erfassen der Lichtstärke des Leuchtmittels. Natürlich können auch mehrere Leuchtmittel und/oder mehrere Sensoren vorgesehen sein. Der Sensor liefert ein Ausgangssignal, mit dem Maßnahmen zur Steuerung des Betriebs der Laterne ausgelöst werden können. Einfache Sensoren sind beispielsweise Photodioden.

[0005] Vorteilhafterweise ist die Laterne gekennzeichnet durch Mittel zum Ändern des Stroms oder der Spannung für das Leuchtmittel in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors. Derartige Mittel können in einer geeigneten elektronischen Schaltung dargestellt werden.

[0006] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung können Mittel zum Abschalten des Leuchtmittels in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors und/oder der elektrischen Leistungsaufnahme des Leuchtmittels vorgesehen sein. Die Funktion ist durch eine geeignete elektronische Schaltung ausführbar. Auch kann eine Umschaltung auf ein Reservesystem vorgesehen sein, etwa auf eine weitere Laterne (externe Reserve) oder auf weitere Leuchtmittel innerhalb der Laterne (interne Reserve).

[0007] Vorteilhafterweise ist als Leuchtmittel mindestens eine LED (Licht emittierende Diode) vorgesehen. Die derzeit verbreiteten LED verringern die abgegebene Lichtstärke mit zunehmendem Lebensalter und mit steigender Temperatur. Gerade in Anwendungsbereichen, in denen bestimmte Mindestlichtstärken oder überhaupt konstante Lichtstärken gefordert werden, ermöglicht die Erfindung erstmals die Verwendung von LEDs.

[0008] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind mehrere LEDs ringförmig oder teilringförmig angeordnet unter Bildung einer im wesentlichen radialen Abstrahlebene. Der Hauptanteil des abgestrahlten Lichts jeder einzelnen LED wird demnach in radialer Richtung abgestrahlt. Durch die Anordnung mehrerer LED entlang eines gedachten Ringes oder Teilringes kann die Funktion eines Rundumlichts oder eines Teils hiervon nachgebildet werden. Bei vertikaler Ringachse ergibt sich so eine horizontale oder kegelförmige Abstrahlebene bzw. eine Abstrahlebene senkrecht oder unter einem Winkel zur Ringachse.

[0009] Vorteilhafterweise erstreckt sich entlang der Ringachse ein zentraler Träger für die LEDs, mit einer umlaufenden Wandung, auf der die LEDs mittelbar oder unmittelbar angeordnet sind. Der zentrale Träger kann länglich ausgebildet sein unter Definition einer Längsachse, etwa als massiver oder hohler Stab. Die von den LEDs erzeugte Wärme wird vom zentralen Träger, der hier als Kühlkörper fungiert, in Richtung der Ringachse bzw. Längsachse abgeführt. Die thermische Belastung der LEDs ist dadurch geringer. Dies wirkt sich günstig auf die Gesamtlebensdauer der LEDs aus, da die höhere Leistungsaufnahme der LEDs durch entsprechende Regelung in geringerem Maße erforderlich ist als in einer Ausführung ohne Kühlkörper.

[0010] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist mindestens ein Sensor senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung der nächstliegenden LEDs angeordnet. Auf diese Weise wird insbesondere das Streulicht erfasst. Bei ringförmiger Anordnung der LED mit radialer Abstrahlebene liegt der Sensor außerhalb der Abstrahlebene mit einer Haupterfassungsrichtung des Sensors quer zur Abstrahlebene gerichtet oder mit Ausrichtung auf die nächstliegende LED. Natürlich können auch mehrere Sensoren vorgesehen sein.

[0011] Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind mindestens doppelt so viele LEDs wie Sensoren vorgesehen, insbesondere mindestens vier Mal so viele LEDs. Entsprechend empfängt ein Sensor das Streulicht von mehreren LEDs. Die Anzahl der Sensoren bleibt klein, während die Funktion der Laterne gewährleistet bleibt.

[0012] Ein unabhängiger Gedanke der Erfindung betrifft einen Einsatz für die Laterne bzw. Leuchte. Der Einsatz weist einen länglichen Kühlkörper mit einer Längsachse auf sowie in mindestens einer Ebene senkrecht zur Längsachse angeordnete Leuchtmittel. Außerdem ist mindestens ein Sensor zur Erfassung der Lichtstärke der Leuchtmittel am Einsatz vorgesehen. Als Leuchtmittel werden vorzugsweise LEDs verwendet. Die Sensoren erfassen deren Streulicht und sind vorzugsweise auf einer um den Kühlkörper umlaufenden Platine und mit axialem Abstand zu den Leuchtmitteln angeordnet. Dabei erstreckt sich die Platine senkrecht zur Längsachse oder parallel zur Hauptabstrahlrichtung der LEDs.

[0013] Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Laterne mit mindestens einem elektrischen Leuchtmittel. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des abgestrahlten Lichts ständig oder regelmäßig erfasst und in Abhängigkeit von der erfassten Lichtstärke eine Anpassung von Strom oder Spannung für das Leuchtmittel durchgeführt wird, um so die Lichtstärke auf einem definierten Sollwert oder Mindestwert zu halten. Durch geeignete Sensoren kann das Streulicht der Leuchtmittel erfasst werden. Letztere sind insbesondere als LEDs ausgeführt.

[0014] Vorteilhafterweise wird das mindestens eine Leuchtmittel bei Überschreiten einer definierten elektrischen Leistung abgeschaltet, vorzugsweise alle Leuchtmittel. Bei Abschaltung der Leuchtmittel einer Laterne kann auch vorgesehen sein, dass zugleich ein Reservesystem aufgeschaltet wird, etwa eine benachbarte zweite Laterne.

[0015] Vorzugsweise sind zwei Laternen übereinander angeordnet, die alternativ oder zugleich betrieben werden.

[0016] In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leuchtmittel regelmäßig kurzzeitig ausgeschaltet werden, dass bei ausgeschalteten Leuchtmitteln Fremdlicht erfasst und zur Bestimmung der tatsächlichen Lichtstärke der Leuchtmittel berücksichtigt wird. Die von den Sensoren detektierte Lichtstärke setzt sich zusammen aus dem Licht der Leuchtmittel und gegebenenfalls vorhandenem und zumeist wechselndem Fremdlicht. Letzteres wird durch das genannte kurzzeitige Ausschalten der Leuchtmittel erfasst. Beispielsweise werden die Leuchtmittel jede Minute für ca. 10 Millisekunden ausgeschaltet. Besonders kurze Ausschaltphasen können mit LEDs gut verwirklicht werden.

[0017] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung im Übrigen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Laterne in einer Seitenansicht,

Fig. 2

die Laterne gemäß Fig. 1 in einem seitlichen Teilschnitt,

Fig. 3

einen Querschnitt durch die Laterne gemäß Fig. 2 entlang der Linie III-III,

Fig. 4

einen Einsatz für die Laterne (auch in Fig. 2 sichtbar) zumindest mit Kühlkörper, Platinen und LEDs, in Explosionsdarstellung,

Fig. 5

den Einsatz gemäß Fig. 4 in einer Seitenansicht,

Fig. 6

den Einsatz gemäß Fig. 5 in einem Längsschnitt entlang der Linie VI-VI,

Fig. 7

den Einsatz gemäß Fig. 5 in einer Draufsicht, siehe Linie VII-VII,

Fig. 8

den Einsatz gemäß Fig. 5 in einer Unteransicht, siehe Linie VIII-VIII,

Fig. 9

zwei zu einer Doppellaterne zusammengefasste Laternen gemäß Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 10

einen seitlichen Teilschnitt der Doppellaterne gemäß Fig. 9 analog der Schnittdarstellung in Fig. 2.

[0018] Eine Laterne in aufrechter Anordnung mit einer aufrechten Längsachse 11 weist ein Gehäuse aus Deckel 12, lichtdurchlässiger röhrenförmiger Abdeckung 13 und Boden 14 auf. Dieser Gehäusetyp ist im deutschen Gebrauchsmuster 201 14 306.2 näher beschrieben.

[0019] Im Boden 14 ist eine Öffnung 15 für einen elektrischen Anschluss 16 vorgesehen. Die Abdeckung 13 ist mit einer Flanschhülse 17 auf dem Boden 14 befestigt. Hierzu übergreift ein einwärts gerichteter Kragen 18 der Flanschhülse 17 einen auswärts gerichteten Flansch 19 der Abdeckung 13. Ein auswärts gerichteter Kragen 20 der Flanschhülse 17 ist mit einer Ringfläche 21 des Bodens 14 verbunden, etwa verschraubt oder festgeklemmt.

[0020] Die Abdeckung 13 ist als Fresnel-Linse mit einem oberen gestuften Bereich 22, einem unteren gestuften Bereich 23 und einem mittleren (ungestuften) Bereich 24 ausgebildet. Der umlaufende mittlere Bereich 24 liegt in einer Hauptabstrahlebene 25 senkrecht zur Längsachse 11. Die Stufen der beiden umlaufenden Bereiche 22, 23 sind auswärts gerichtet. Innenseitig ist die Abdeckung 13 plan ausgebildet. Der mittlere Bereich 24 weist innenseitig und außenseitig plane Flächen auf.

[0021] Nahe dem Deckel 12 weist die Abdeckung 13 einen weiteren Flansch 26 auf. Dieser dient der Verbindung mit dem Deckel 12, welcher den umlaufenden Flansch 26 mit Rastelementen 27 umgreift. Flansch 26 und Rastelemente 27 sind nur an Teilbereichen des Umfangs der Abdeckung 13 bzw. des Deckels 12 vorgesehen. Dadurch ist der Deckel mit einer Teildrehung auf der Abdeckung 13 nach Art eines Bajonettverschlusses verriegelbar.

[0022] Der Deckel weist an seiner Oberseite außen zueinander parallele Kühlrippen 28 auf. Quer zu diesen und oberhalb derselben ist ein Griffelement 29 auf dem Deckel 12 angeordnet.

[0023] Insgesamt ist die Laterne bzw. ihr Gehäuse wetterfest und wasserdicht. Mit einem geeigneten Leuchtmittel ist eine Lichtabstrahlung über 360° (Rundumlicht) möglich.

[0024] Im Inneren der Laterne 10 ist ein Einsatz 30 auswechselbar angeordnet, der zumindest aus einem länglichen Kühlkörper 31 und hierauf ringförmig umlaufend angeordneten LEDs 32 besteht. Im vorliegenden Beispiel ist jeder LED 32 eine kleine Platine 33 zugeordnet, auf der die LED 32 befestigt, etwa aufgelötet ist. Jede Platine 33 kann nicht gezeigte elektronische Bauteile zur Ansteuerung der zugehörigen LED 32 aufweisen. Die Platinen 33 weisen eine langgestreckte rechteckige Form auf und liegen an korrespondierenden Anlageflächen 34 am Kühlkörper 31 an. Die Anlageflächen 34 teilen den Außenumfang des massiven, stabförmigen Kühlkörpers 31 in gleichgroße gegeneinander abgewinkelte Abschnitte. Im gezeigten Beispiel sind zwölf Anlageflächen 34 mit entsprechend zwölf aufliegenden, verschraubten kleinen Platinen 33 und insgesamt ebenfalls zwölf LEDs 32 vorgesehen. Die LEDs 32 bilden die Hauptabstrahlebene 25.

[0025] Teil des Einsatzes 30 ist im vorliegenden Beispiel außerdem eine mittlere große Platine 35, die sich parallel zur Hauptabstrahlebene 25 scheibenringförmig um den Kühlkörper 31 herum erstreckt. Ein Innendurchmesser der mittleren Platine liegt noch auf den Platinen 33 auf, nahe unterer Enden derselben. Von jeder kleinen Platine 33 besteht eine elektrisch leitende Verbindung zur mittleren Platine 35, etwa als Lötfahne oder dergleichen.

[0026] Über Abstandhalter 36 ist eine untere große Platine 37 mit der mittleren Platine 35 verbunden. Dabei erstrecken sich die Abstandhalter 36 parallel zur Längsachse 11, die zugleich Längsachse des Kühlkörpers 31 ist. Die untere Platine 37 ist scheibenringförmig ausgebildet mit einem Innendurchmesser zur Aufnahme eines unteren Endes des Kühlkörpers 31 und mit einem Außendurchmesser ähnlich oder gleich der mittleren Platine 35. Insgesamt sind drei Abstandhalter 36 mit gleichmäßigen Abständen zueinander zur Verbindung der beiden größeren Platinen 35, 37 vorgesehen. Beide größeren Platinen 35, 37 können elektronische Bauelemente zur Ansteuerung der LEDs 32 aufweisen. Die untere Platine 37 trägt außerdem eine Klemmleiste 38 an ihrer Unterseite für nicht gezeigte elektrische Leitungen.

[0027] Die Platinen 33, 35, 37 sind zum einen über radial gerichtete Schraubverbindungen im Bereich der kleinen Platinen 33 mit dem Kühlkörper 31 verbunden und zum anderen über den Abstandhaltern 36 zugeordnete Winkelstücke 39, welche zwischen den beiden größeren Platinen 35, 37 mit dem Kühlkörper verbunden, insbesondere verschraubt sind.

[0028] Die mittlere große Platine 35 trägt zwei Sensoren 40, mit denen das von den LEDs 32 ausgehende Streulicht gemessen werden kann. Ausgangssignale der Sensoren 40 werden in nicht gezeigten elektronischen Schaltungen verarbeitet und zur Steuerung des Betriebs der Laterne ausgewertet.

[0029] Die Lichtstärke der LEDs verringert sich mit zunehmendem Alter und zunehmender Temperatur. Um eine gewisse Mindestlichtstärke zu halten, erfolgt eine Regelung der Aufnahmeleistung der LEDs in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Sensoren 40. Nach Erreichen einer Obergrenze der Leistungsaufnahme wird die Laterne abgeschaltet. Die Erhöhung der Aufnahmeleistung kann im Einzelfall auch den Ausfall einer einzelnen LED ausgleichen.

[0030] Möglich ist auch das Umschalten auf ein Reservesystem in Abhängigkeit von der Lichtstärke und/oder Leistungsaufnahme. Das Reservesystem kann durch zusätzliche LEDs innerhalb der Laterne (nicht gezeigt) gebildet sein oder als externe Reserve durch eine zusätzliche Laterne 41, siehe Fig. 9 und 10. Derart übereinander angeordnete (und miteinander verbundene) Laternen sind im deutschen Gebrauchsmuster 201 14 306.2 gezeigt, dort mit Blitzleuchtmitteln.

[0031] Die Sensoren 40 weisen jeweils eine Hauptabtastrichtung auf, welche sich parallel zur Längsachse 11 erstreckt und die Hauptabstrahlebene 25 mit Abstand zu den LEDs 32 kreuzt.

[0032] Die von den Sensoren 40 erfasste Lichtstärke ist auch von eintreffendem Fremdlicht abhängig. Um dessen Einfluss zu eliminieren, wird das Fremdlicht kurzzeitig erfasst und aus dem Streulicht herausgerechnet. Möglich ist dies insbesondere durch eine nicht sichtbare kurzzeitige Abschaltung der LEDs, beispielsweise für etwa 10 Millisekunden. Dieser kurze Zeitabschnitt ist für das Auge nicht sichtbar. Während dieser Zeit wird das Fremdlicht erfasst und so eine Nulllinie für das Streulicht der LEDs festgelegt. Die Streulichtmessung kann kontinuierlich oder in Abständen erfolgen, beispielsweise jeweils kurz nach dem kurzzeitigen Ausschalten der LEDs. Das Ausschalten für die Erfassung des Fremdlichts erfolgt beispielsweise regelmäßig jede Minute einmal.

[0033] Der Kühlkörper 31 ist aus gut wärmeleitendem Metall hergestellt, insbesondere als massiver oder hohler Stab mit an beiden Enden vorgesehenen quergerichteten Endflächen 42, 43. Die Endflächen 42, 43 liegen am Deckel 12 bzw. Boden 14 an und ermöglichen so eine Übertragung der Wärme auf Deckel und Boden.

Bezugszeichenliste:

[0034] 

10

Laterne

11

Längsachse

12

Deckel

13

Abdeckung

14

Boden

15

Öffnung

16

elektrischer Anschluss

17

Flanschhülse

18

Kragen

19

Flansch

20

Kragen

21

Ringfläche

22

oberer gestufter Bereich

23

unterer gestufter Bereich

24

mittlerer Bereich

25

Hauptabstrahlebene

26

Flansch

27

Rastelemente

28

Kühlrippen

29

Griffelement

30

Einsatz

31

Kühlkörper

32

LEDs

33

Platinen

34

Auflageflächen

35

mittlere große Platine

36

Abstandhalter

37

untere große Platine

38

Klemmleiste

39

Winkelstücke

40

Sensoren

41

zweite Laterne

42

Endfläche

43

Endfläche

Ansprüche

1. Laterne (10) mit mindestens einem elektrischen Leuchtmittel, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor (40) zum Erfassen der Lichtstärke des Leuchtmittels.

2. Laterne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Ändern des Stroms und/oder der Spannung für das Leuchtmittel in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors (40).

3. Laterne nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel zum Abschalten des Leuchtmittels in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Sensors (40) und/oder der elektrischen Leistungsaufnahme des Leuchtmittels.

4. Laterne nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Leuchtmittel mindestens eine LED (32) vorgesehen ist.

5. Laterne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere LEDs (32) ringförmig oder teilringförmig angeordnet sind unter Bildung einer im wesentlichen radialen Abstrahlebene (25).

6. Laterne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang einer Ringachse (Längsachse 11) ein zentraler Träger für die LEDs (32) erstreckt, mit einer umlaufenden Wandung, auf der die LEDs mittelbar oder unmittelbar angeordnet sind, wobei der Träger zugleich Kühlkörper (31) sein kann.

7. Laterne nach Anspruch 4 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (40) senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung (Hauptabstrahlebene 25) der nächsten LED (32) angeordnet ist.

8. Laterne nach Anspruch 4 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zweimal so viele LEDs wie Sensoren (40) vorgesehen sind.

9. Einsatz (30) für eine Laterne (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,

- mit einem länglichen, eine Längsachse (11) aufweisenden Kühlkörper (31),

- mit in mindestens einer Ebene senkrecht zur Längsachse (11) angeordneten Leuchtmitteln,

- mit mindestens einem Sensor (40) zur Erfassung der Lichtstärke der Leuchtmittel.

10. Verfahren zum Betreiben einer Laterne (10) mit mindestens einem elektrischen Leuchtmittel, insbesondere einer Laterne nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des abgestrahlten Lichts stetig oder regelmäßig erfasst und in Abhängigkeit von der erfassten Lichtstärke eine Anpassung von Strom und/oder Spannung für das Leuchtmittel durchgeführt wird, um so die Lichtstärke auf einem definierten Sollwert oder Mindestwert zu halten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leuchtmittel bei Überschreiten einer definierten elektrischen Leistung abgeschaltet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel regelmäßig kurzzeitig ausgeschaltet werden, dass bei ausgeschalteten Leuchtmitteln Fremdlicht erfasst und zur Bestimmung der Lichtstärke der Leuchtmittel berücksichtigt wird.

Zeichnung