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Leuchte, insbesondere Signalleuchte für Kraftfahrzeuge Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, das von der Glühlampe einer Leuchte, insbesondere einer
Signalleuchte für Kraftfahrzeuge, ausgestrahlte Licht möglichst derart zu erfassen,
daß sich innerhalb eines festgelegten Bereiches eine große Lichtstärke ergibt. Diese
Forderung läßt sich erfüllen, wenn die Spiegelfläche die Lichtquelle möglichst weitgehend
umfaßt. Die üblichen Hohlspiegel sind jedoch hierzu nicht immer geeignet.
Beispielsweise ermöglichen die für diesen Zweck meist verwendeten Parabolspiegel
zwar eine gute Lichtausnutzung; sie liefern auch parallele Strahlenbündel; wenn
aber zur Erfüllung der Erfindungsaufgabe ein größerer Umfassungswinkel gewünscht
wird, erhält der Parabolspiegel sehr große Abmessungen: Den Spiegelabmessungen ist
aber gerade bei Leuchten der genannten Art eine sehr enge Grenze gezogen.
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Ausreichend große Umfassungswinkel können innerhalb des zur Verfügung
stehenden Raumes nur durch solche Hohlspiegel erreicht werden, deren Form von der
eines Paraboloids abweicht, insbesondere durch Verwendung von kugel- oder ellipsoidförmigen
Hohlspiegeln. Derartige Spiegel liefern jedoch ein stark gestreutes Lichtbündel.
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Wenn sich die Streuung nur annähernd in horizontaler Richtung erstrecken
würde, könnte sie durchaus erwünscht sein, da ein Lichtfächer von beträchtlicher
Breite z. B. als Signallicht oder auch für die Beleuchtung des unmittelbar vor dem
Fahrzeug befindlichen Teiles der Fahrbahn sehr geeignet ist. Hinsichtlich der vertikalen
Ausdehnung des ausgesandten Lichtbündels können jedoch die bekannten rotationssymmetrischen
Hohlspiegel nicht zur Lösung der Erfindungsaufgabe beitragen, da ihre Streuwirkung
auch in vertikaler Richtung einen zulässigen Betrag von beispielsweise ± 5° erheblich
überschreitet und damit starke Lichtverluste bedingt.
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Diese Nachteile der bekannten Leuchtenausbildungen können gemäß der
Erfindung vermieden werden durch die Vereinigung folgender Merkmale: a) Die durch
die Längsachse des Lichtbündelquerschnittes und durch die optische Achse der Leuchte
bestimmte Symmetrieebene schneidet die Spiegelfläche in einer ellipsenähnlichen
Kurve, die die Lichtquelleim Bogenmaß gemessen -um mindestens 220 Winkelgrade umfaßt;
b) der Abstand der Lichtquelle vom Hohlspiegelscheitel ist kleiner als der Krümmungsradius
im Spiegelscheitel; c) die senkrecht zur Symmetrieebene verlaufenden Normalebenen
schneiden die Spiegelfläche in mindestens annähernd parabelähnlichen Kurven, deren
Brennweite mit zunehmendem Winkelabstand von der senkrechten Mittelebene ständig
größer wird und die das von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehende Licht parallel
zur Symmetrieebene reflektieren; d) die schräg gegen die Lichtaustrittsöffnung des
Hohlspiegels reflektierten Strahlen schneiden sich mindestens annähernd in der Nähe
des Lichtfensters, das mit lichtbrechenden Mitteln zum Umlenken des unmittelbar
von der Lichtquelle einfallenden Lichtes versehen ist.
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Die Merkmale a) und b) sind an sich - insbesondere bei Scheinwerfern
- bekannt; ihre Vereinigung mit den übrigen vorstehend -gekennzeichneten Merkmalen
bringt den Vorteil, daß das reflektierte Licht mit einfachen Mitteln in der jeweils
gewünschten Weise verteilt werden kann. Das Lichtfenster der Leuchte kann nunmehr
in weit vollkommenerer Weise als bisher die von der Lichtquelle unmittelbar gegen
das Fenster gerichteten Strahlen den Erfordernissen entsprechend bündeln, ohne daß
die hierzu benötigten lichtbrechenden Mittel das vom Hohlspiegel reflektierte Lichtbündel
in unerwünschter Weise beeinflussen. Bei der Leuchte gemäß der Erfindung durchdringen
die reflektierten Strahlen nur einen beschränkten Bereich der gesamten Oberfläche
des Lichtfensters. Ein weiterer mit lichtbrechenden Mitteln, beispielsweise mit
prismatischen Riffeln, zu versehender Teil dieser Fläche steht dann für den Durchgang
und für die Ausrichtung der von der Lichtquelle unmittelbar gegen das Lichtfenster
ausgesandten Strahlen zur Verfügung, die somit gleichfalls über einen festgelegten
Bereich verteilt werden können. Daher ergibt sich eine gute Ausnutzung der gesamten
zur Verfügung stehenden Lichtleistung, die besonders wirksam, beispielsweise zur
Erzeugung auch bei hellem Tageslicht erkennbarer Lichtsignale bzw. für eine blendfreie
Nahbeleuchtung der Fahrbahn, ausgenutzt werden kann.
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Weitere Erfindungsmerkmale sind der nachfolgenden Beschreibung zu
entnehmen, die sich auf die in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
beziehen. Es zeigt Fig. 1 einen Horizontalschnitt nach Linie I-1 in Fig. 2, Fig.
2 bis 4 Schnitte nach den Linien II-II, III-III und IV-IV in Fig. 1; Fig. 5 zeigt
eine weitere Ausführungsform in @";aagerechtem Mittelschnitt und Fig. 6 einen senkrechten
Mittelschnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5; Fig. 7 zeigt ein Raumbild eines Hohlspiegels
nach Fig. 5 und 6; Fig.8 veranschaulicht die Form des vom Hohlspiegel reflektierten
Strahlenbündels und Fig. 9 eine weitere Ausführungsform ebenfalls in raumbildlicher
Darstellung.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist innerhalb des von einer Spiegelfläche
10 umfaßten Hohlraumes im Punkt F eine Lichtquelle angeordnet. Die Spiegelfläche
ist, wie auch aus Fig. 2 bis 4 hervorgeht, so geformt, daß die Brennweite jeder
durch eine vertikale Normalebene (vgl. Schnittlinien II-II, III-III, IV-IV in Fig.
1) aus dieser Fläche ausgeschnittenen Parabel gleich ihrem Scheitelabstand vom Fußpunkt
F' des von der punktförmigen Lichtquelle auf die betreffende Normalebene gefällten
Lotes d ist. Hierdurch läßt sich erreichen, daß das von der Lichtquelle im Punkt
F ausgehende Licht in horizontaler Richtung reflektiert wird. Sofern gemäß Fig.
1 als Lichtquelle ein vertikaler Glühfaden 19 von geringer Länge verwendet wird,
ergibt sich eine mäßige Streuung in senkrechter Richtung, die in der Regel erwünscht
ist.
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Die horizontalen Schnittlinien des in Fig. 1 dargestellten Hohlspiegels
10 haben Kreisbogenform. Hierdurch wird, wie die in Fig. 1 eingetragenen Strahlenbündel
zeigen, erreicht, daß ein wesentlicher Teil des vom Hohlspiegel reflektierten Lichtes
als ein Bündel nahezu paralleler Strahlen ausgesendet wird. Lediglich die Endteile
der Spiegelfläche reflektieren je ein fächerförmiges Bündel, deren Strahlen sich
annähernd in den Punkten K und K' schneiden. Somit schließt sich an ein mittleres
sehr helles Bündel nahezu paralleler Strahlen beiderseits je ein fächerförmig ausgebreitetes
Lichtbündel geringerer Lichtstärke an. Eine solche Lichtstreuung ist beispielsweise
für Signalleuchten durchaus erwünscht. Falls eine geringere seitliche Lichtstreuung
gewünscht wird, kann ein Lichtfenster 11 verwendet werden, das an den Schnittpunkten
K und K' des Seitenlichtfensters oder in der Nähe dieser Punkte keilförmige Querschnitte
12 hat, die das seitliche Streulicht in die gewünschte Richtung umlenken. An diese
keilförmigen Querschnittsteile können sich weitere prismenförmig gestaltete lichtbrechende
Querschnittsteile 13 und 14 anschließen, die auch das unmittelbar von der Lichtquelle
gegen das Fenster ausgestrahlte Licht in die gewünschte Richtung lenken.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.5 bis 7 sind die horizontalen Schnittlinien
der Spiegelfläche 15 Ellipsenbögen. In dem einen Brennpunkt F1 des durch die waagerechte
Mittelebene herausgeschnittenen Eillipsenbogens 20 (Fig. 7) ist die Lichtquelle
angeordnet. In vertikaler Richtung ist die Spiegelfläche 15 sinngemäß ebenso gestaltet
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, d. h., die durch vertikale Normalebenen
aus der Spiegelfläche ausgeschnittenen Kurven sind Parabeln, deren Brennweite mit
zunehmendem Abstand von der Lichtquelle- zunimmt. Diese Anordnung bewirkt, daß sämtliche
Strahlen, die vom Brenn-Punkt ausgehen und von der Hohlspiegelfläche reflektiert
werden, in horizontaler Richtung verlaufen und daß die längs der waagerechten Symmetrieebene
vom Ellipsenbogen 20 reflektierten Strahlen sich im Brennpunkt F2 schneiden.
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Dieser Brennpunkt befindet sich in einer Mittelzone 17 eines Lichtfensters
16 (Fig. 6). Durch zweckentsprechende Wölbung dieses Lichtfensters läßt sich erreichen,
daß alle vom Hohlspiegel reflektierten Strahlen durch diese Mittelzone 17 hindurchgehen
(Fig. 5). Beiderseits des für den Durchgang des reflektierten Strahlenbündels bestimmten
mittleren Teiles 17 dieses Lichtfensters sind lichtbrechende Ouerschnittsteile 18
angeordnet, die das unmittelbar von der Lichtquelle gegen das Lichtfenster 16 ausgestrahlte
Licht in die gewünschte Richtung lenken. Punkt S in Fig. 7 ist der Hohlspiegelscheitel,
die Parabel 22 die senkrechte Scheitellinie des Hohlspiegels 15.
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Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ergibt die Leuchte gemäß der Erfindung
ein Lichtbündel von länglichflachem Querschnitt Q. Die Längsachse dieses Querschnittes
bestimmt die durch die Lichtquelle im Brennpunkt F1 bzw. durch die optische. Achse
F,-F2 gehende Symmetrieebene E, die die Spiegelfläche 15 im Ellipsenbogen 20 schneidet.
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Ein Hohlspiegel, der nach den in Fig. 5 bis 7 angegebenen Richtlinien
entworfen wird, reflektiert das vom Glühfaden der Lampe ausgehende Licht zwar in
horizontaler Richtung, jedoch nicht so, daß alle Strahlen durch eine vertikale Brennlinie
gehen, und zwar selbst dann nicht, wenn der Horizontalschnitt der Spiegelfläche
eine Ellipse ist.
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Die genannte Bedingung läßt sich jedoch erfüllen, wenn die Spiegelfläche
aus einer mathematischen Gleichung berechnet wird, die sich aus dem Gesetz über
die konstant bleibende optische Weglänge ableiten läßt. Diese Berechnungsweise ist
in Fig. 9 erläutert, die eine Spiegelfläche mit den angegebenen Merkmalen in einem
durch den Brennpunkt F1 gehenden Koordinatensystem mit den Achsen X, Y, Z
zeigt.
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In dieser Figur bezeichnet a die Entfernung der beiden Brennpunkte
F1 und F2, f die Brennweite des Spiegels, d. h. den Abstand des Spiegelscheitels
S vom ersten Brennpunkt F1, in dem sich die Lichtquelle befindet, b die durch den
zweiten Brennpunkt gehende senkrechte Brennlinie, P einen beliebigen Punkt der Spiegelfläche
mit den Koordinaten x, y, z, Pb den Punkt der Brennlinie b, der den
gleichen Abstand z
von der X-Y-Ebene hat wie P, 1, die Gerade FiP und
12 die Gerade PPb.
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Die Spiegelfläche soll für jeden Punkt gemäß dem genannten Gesetz
die Gleichung 11 -I-12 = a -f- 2 f (Gleichung I) erfüllen.
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Nun ist
Setzt man diese Ausdrücke in die Gleichung I ein, so ergibt sich für die Spiegelfläche
25 folgende Gleichung
In Verbindung mit einer derartigen Spiegelfläche kann ein Lichtfenster verwendet
werden, das etwa die gleiche Querschnittsform hat wie das Lichtfenster 16 in Fig.
5 und 6.
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Selbstverständlich können die Leuchten gemäß der Erfindung auch um
einen beliebigen Winkel, beispielsweise um 90°, um ihre optische Achse gedreht werden,
wenn das ausgesandte Lichtbündel eine geringe horizontale
Breite
und eine größere Ausdehnung in vertikaler Richtung haben soll.
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Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, ergibt sich beim Erfindungsgegenstand
eine hohe Lichtausbeute. Der Spiegel ist so gestaltet, daß für den Durchgang der
schräg gegen die optische Achse reflektierten Lichtstrahlen nur eine oder mehrere
eng begrenzte Zonen des Lichtfensters benutzt werden. Damit steht ein wesentlicher,
mit lichtbrechenden Mitteln versehener Teil des Fensters für die Bündelung des unmittelbar
vom Glühfaden der Lichtquelle ausgehenden Lichtes zur Verfügung. Hierdurch kann
die Lichtausbeute noch weiterhin bis nahezu auf den theoretischen Höchstbetrag gesteigert
werden, zumal auch die Absorptions- und Reflexionsverluste derartiger Lichtfenster
gering sind. Schließlich ermöglichen die Leuchten gemäß der Erfindung auch eine
weitgehende Anpassung der Lichtverteilung an die jeweiligen Erfordernisse.