DE102005052179A1

DE102005052179A1 - Optimierter LED - Fahrradlampenreflektor

Info

Publication number: DE102005052179A1
Application number: DE102005052179A
Authority: DE
Inventors: Stefan Golla
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2007048397A1; DE112006003547A5

Abstract

Herkömmliche LED-Lampen haben eine hohe Anzahl LEDs, jedoch deren Lichtausbeute der seitlichen Komponente ist nicht nach vorne optimiert. Packungsdichte und Anordnung sind nicht zweckmäßig für den Einsatz eines Fahrradsystems, speziell für Dynamos, ausgelegt und müssen auf Linsen zurückgreifen, um das Strahlprofil zu korrigieren. Einfache Aneinanderreihung von LEDs mit maximaler Packungsdichte hat immer den Verlust der seitlichen Lichtkomponente, die nach innen zeigt, zur Folge und man kann daher nicht von Optimierung sprechen. DOLLAR A Erfindung DOLLAR A Der Reflektor wird in der Anzahl und Positionierung der LEDs (L) optimiert, so dass seine seitliche Lichtkomponente optimal genutzt wird und unter minimal 75 DEG nach vorne geworfen wird. Die Positionierung der LEDs basiert auf der 7er Anordnung, deren Mittel-LED in eine Linie erweitert werden kann und links und rechts davon je eine LED hinzugefügt wird. Die seitlichen Komponenten (a) - bis nach der ersten Reflexion im LED - Plexiglaskörper werden unter 55 DEG vom Reflektorsegment (a*) (außen) und (a**) (innen) und (c*) (abgerundet). Die seitliche Komponente (c) tritt punktförmig aus der LED-Kuppe (K) unter ca. 30 DEG aus und wird durch das Reflektorsegment (c**) von 60 DEG -71 DEG nach Vorgabe nach vorne geworfen. Die LEDs sind dabei in einer abgesenkten Reflektorfassung (F) fest arretiert. DOLLAR A Mit dieser Anordnung der Sektoren lässt sich jede Erweiterung von LEDs exakt beschreiben. Die seitliche Komponente wird unter einer Anzahl von mindestens ...

Description

Beweggrund
Herkömmliche LED Fahrradlampen sind entweder mit Linsensystemen oder in schlichten hochkompakten LED-Anordnungen konzipiert. Jedoch gibt es keine, die mit einem Reflektor das Optimum zwischen maximaler LED-Dichte, bester Lichtausbeute und Richtungsbündelung findet.
An dieser Stelle soll meine Erfindung Abhilfe schaffen.

Es ist bekannt, das es LED-Lampen mit Reflektoren und/oder optischen Linsen gibt.

Eine Erfindung CA 2417760 A1 besitzt einen Reflektor mit LEDs, die einer optimierten Anordnung folgen, jedoch ist hier der Reflektor 2 teilig, und es wird die seitliche Komponente des LED-Lichts nicht genutzt.

Ein Patent GB 2348324 A hat für jede LED, einen Einzelreflektor, der ebenfalls den seitlichen Anteil nicht effektiv nutzt.

Eine Patent US 2004/0208019 A1 sieht die Nutzung des Seitenanteils vor, jedoch nicht optimiert und der Reflektor ist 2-Teilig wie ein „Pilz" geformt und lang.

In Patent CA 2206820 C handelt es sich wesentlich um ein geschütztes LED-Lampengehäuse, das auf optischen Linsen aufbaut.

In der Offenlegungsschrift DE 10 2004 007 812 A1 sind LEDs an einen Reflektor gebunden, jedoch nutzt dieses Anordnung nur den typischen Brennpunkt des Reflektors, jedoch berücksichtigt nicht die Seitenkomponente.

Patent SPIS 275670 hat ein Reflektor-Linsensystem, jedoch mit nur einer LED.

Im DEPATISnet habe ich auch viele andere Offenlegungsschriften und Patente gefunden, die jedoch nicht meinen entsprachen, oder einfach nur verschiedene Kombinationen von Anordnungen von LEDs zeigten, jedoch keine Anzeichen einer Optimierung erkennen ließen.

Erfindung

Optimierter LED-Fahrradlampenreflektor

Besonders bei Fahrrädern mit Dynamos gibt es das allg. Problem, der beschränkten Leistung von meist nur 3 Watt (StVO) für eine ausreichende Beleuchtung. Die Standardleistungsaufnahme von ultra-weißen LEDs mit ∅O 5 mm, Höhe von etwa 8,5–9 mm (handelsüblich) und mit etwa 10000 Lumen beträgt ca. 25 mA (3V). Ein typ. Fahrraddynamo hat unter Last eine Leistungsabgabe von 3 Watt unter 6 Volt. Eine LED benötigt mind. 3 Volt bis 4,5 Volt(+1/2) (maximale Helligkeit, jedoch begrenzte Lebensdauer). Somit steht genug Strom für etwa 40 LEDs (3 V) zur Verfügung.

Auf der anderen Seite steht die maximale Packungsdichte von 7 kreisrunden Objekten einer z.B. LED-Anordnung gegenüber, mit einer LED in der Mitte [A].

5–6 solcher Reflektoren pro Lampe sind jedoch wieder gegenüber Produktion von weniger Reflektoren mit höhere LED Anzahl effektiver und günstiger. Jedoch ist dies wieder dadurch begrenzt, da um so höher die Anzahl der Leuchtkörper in Zentrallage, um so geringer wird die Effektivität des Reflektors, einen gerichteten Strahl nach vorne zu werfen, ohne ihn unnötig nach Vorne zu strecken. Somit begrenzt sind eine eher rechteckige Form mit Zentral-LED-Linie auf 3 LEDs [C] (in der Summe 13 LEDs). Das Optimum aller Faktoren bildet die 2-Zentral-LED-Form mit 10 LEDs [B].

Somit wären 5 Reflektoren Typ [A],
3–4 Reflektoren Typ [B],
3 Reflektoren Typ [C] für ein Fahrrad LED Lampensystem optimal.

Betrachtet man das Strahlprofil einer solchen Standard-LED, in der sich die Leuchtquelle [R] ca. 3,5 mm zentral vom Boden und sich die Rundung 2 mm unter dem Kopf befindet, so gibt es folgende Strahlkomponenten:

[a] aus dem Reflektor der Leuchtquelle [R] wird Licht unter dem minimalsten Winkel zur Horizontalen von ca. 25° abgestrahlt. Begrenzt durch den Plexiglaskörper und derem Brechungsindex tritt nach der ersten Reflexion der Strahl unter maximal 30° unterhalb der Rundungskuppe [K] aus.
[b] Auf Grund der Geometrie der Kuppe [K] und der inneren Reflexion tritt der Hauptstrahl unter minimal 71° nach Vorne aus.

Fast ebenso wichtig ist eine Komponente [c], die hauptsächlich im oberen Abschnitt fast punktförmig bis unter maximal 30° am Kopf austritt.
Der Bereich zwischen [a] und [c] sowie [c] und [b] ist eher beleuchtungsschwach, ebenso die Streuung nach hinten (–90°), und können vernachlässigt werden.
Auf den gerade genannten Grundlagen ist es erforderlich die Strahlkomponenten [a] und [c] so zu reflektieren, das sie den Reflektor im Winkel zwischen etwa 70° bis etwa 90°, wie die [b] Komponente verlassen.
Hierzu benötigt man, vom Boden [Bo] an gemessen, 3 Reflexionsfelder oberhalb der LED-Fassung [F] (ca. 4,7 mm), in der die LED perfekt arretiert wird.:
Im Sektorfeld [a*] mit einem Winkel von 55° wird der Strahl [a] unter ca. 80°–85° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [a*] ist ringförmig um jede LED mit einem Innendurchmesser der LED Dicke und Außendurchmesser von ca. ∅10 mm angeordnet. Alle LEDs haben einen minimalen Abstand, des äußeren [a*]-Sektorradius, zur nächsten LED.
Im Sektorfeld [c*] wird mit einem Winkel von ebenfalls ca. 55° die Strahlkomponente [c], der äußeren LEDs, unter 75°–90° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [c*] ist dabei halbkreisförmig mit dem [a*] Sektorfeld innen abschließend und hat einen Außenradius von ca. 9,4 mm.
Im Sektorfeld [c**] wird mit einem Winkel zwischen ca. 60₁°–71₂° die Strahlkomponente [c] der inneren LEDs unter ca. 68₂°–90₁° nach Vorne ablenkt. Das Sektorfeld [c**] schließt dabei mit der Unterkante (Innenseite) mit dem Sektorfeld [c*] ab. Die Außenseite ist an der langen Seite geradlinig abschließend und der kurzen Seite im Halbkreis abgerundet. Der höchste Punkt des Winkelanstieges verläuft unter 60° nicht weiter als ca. 3,5 mm von der Innenkante und der tiefste Punkt unter dem Winkelanstieg von 71° ca. 2,2 mm nicht unterschreitet. Damit der Reflektor einen gleichmäßige runde Form an der kurzen Seite erhält sind alle Winkel überhalb des maximalen Abstands von ca. 3,5 mm flach zum Rand zu führen, ohne dabei den Winkel von ca. 60° zu unterschreiten.
Die Freiräumen [a**] zwischen den [a*]-Sektoren werden unter dem selben Winkel konkav rundspitz fortgeführt.
Die Seitenreflektorflächen der [c*]-Segmente stoßen unter ihrem eigenen Winkel spitz aufeinander.
Die Seitenreflektorflächen der [c**]-Segmente gehen in ihrem Winkeln fließend ineinander über.
Der errechneten Beschreibung folgend, werde die entwickelten Reflektoren für Gruppierungen von mindestens 7, 10, 13,... LEDs vollständig beschrieben und aufgebaut.
Die Anordnung von mehreren Reflektoren der oben genannten Typen [A, B, C] zu einer Lampe erfüllt, wird den Anforderung der maximalen Leistungsaufnahme, beliefert von einem Seiten-, oder Nabendynamo gerecht. Alle Anordnungen oder Erweiterung nach den genannten Regeln, auch wenn sie nicht der zusätzlichen Optimierung dienen sind möglich sowie auch mit anderen Stromquellen zu betreiben.
siehe Anlage:
Skizze 1,2,3 gesonderte Blätter [A][B][C][a*][a**][c*][c**][a][b][c][K][Bo][F][L], 1–6
Vermarktung
Aufgrund der empirisch-mathematischen Optimierung, des Reflektors, als auch die Anordnung und Anzahl der LEDs sowie der Verzicht auf eine Linse, lassen kostengünstigere LED Lampen herstellen. Eine geringe Last an LEDs gegenüber herkömmlichen LEDLampen bringt bis etwa 30% mehr Lichtausbeute, mit ebensoviel LEDs im Reflektor und somit auch mehr Sicht auf der Fahrbahn.

Claims

Fahrradlampenreflektor für die optimierte Gruppierung von mindestens 7, 10, 13,... LEDs, unter Berücksichtigung der Optimierung des Platzverbrauchs, der maximalen Lichtausbeute von den Seiten des LED-Körpers, sowie die Optimierung der Gesamtanordnung der LEDs unter der Maßgabe eines durch einen Standard Fahrrad Seitenläufer- oder Nabendynamos, mit den dazu notwendigen besonderen Merkmalen: – Mindestens 7, 10, 13,... Standard-LEDs mit einer LED in der Mitte, 2, 3,...LEDs in der Mittelreihe. Alle LEDs sind in gleicher Höhe von ca. 4,4 mm von Hinten in den Reflektorfassung [F] gesteckt. – Ringförmiges Reflektorsegment [a*] mit ca. 55° Steigung auf die Reflektor-LED-Fassung folgend. Der Innendurchmesser ist gleich der LED Dicke. Der nach oben abschließende Außendurchmesser beträgt ca. ca. ∅10 mm. Jedes dieser Segmente schließt versetzt mit dem gleichen Segment der Nachbar-LEDs an. Die Flächen in den Zwischenräumen zwischen den ringförmigen Segmenten, [a**] werden unter selben Winkel konkav rundspitz weitergeführt. – An die äußeren LEDs halbkreisförmig anschließendes Segment [c*] mit ebenfalls 55° Steigung hat einen Außenradius von ca. 9,4 mm. Die Kanten der Einzelsegmente [c*] stoßen spitz aufeinander, sind jedoch fließend an der Stoßkante bis auf 0° auf die Höhe von Segment [a*]-Oberkante gezogen. – Das halbkreisförmige Segment [c*] wird in Längsrichtung im Halbkreis durch ein Randsegment [c**] abgeschlossen sowie an den Seiten gerade, so das eine Rechtrund-Form mit folgenden Merkmalen abschließt.: 1) Das Randsegment [c**] ist überall gleichhoch. 2) Wo der Abstand minimal zwischen Außenkante und [c*] Sektorkante ist, beträgt die Steigung ca. 71°. 3) Wo der Abstand maximal zwischen Außenkante und [c*] Sektorkante ist, beträgt die Steigung ca. 60°. 4) Die Kante wird in der Höhe nicht überschritten, sondern unter 0° zum Rand geführt. 5) Die Winkel dieses Segments gehen fließend ineinander über.
Um die LEDs in Höhe und Ausrichtung exakt zu positionieren, besitzt die Reflektorfassung [F] um das ca. ∅5 mm Loch für die LED ein 1 mm tiefe, zentriert ∅6 mm kreisrunde Senke, so das der Plexiglaskörper glatt verschwindet.
Prinzipiell unter Einhaltung der Proportionen und Winkel läßt sich dieser Reflektor auch auf andere LED-Größen übertragen.
Prinzipell läßt sich dieser Reflektor auch auf Kraftfahrzeuge, Motorräder, Rollstühle, Boote, Schienenfahrzeuge sowie Hand- und Kopflampen verwenden.
Für den Fahrraddynamo mit 3 Watt als Stromquelle, können einfach Kombinationen aus Reflektoren mit je 7[A], 10[B], 13[C] oder mehr LEDs so zusammengestellt werden, um mit einer Gesamtanzahl von 30–40 LEDs eine ausgelastete LED-Fahrradlampe, mit optimierter Lichtausbeute, zu konstruieren.