DE10129081A1 - Taschenlampenreflektor - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Taschenlampenreflektor mit einer gewölbten Reflexionsfläche, die eine lichtstreuende Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen besitzt. Erfindungsgemäß bestehen die Ausbeulungen aus runden Hügeln mit einer ebenmäßigen Wölbung.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Taschenlampenreflektor, mit einer gewölbten Reflexionsfläche, die mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur versehen ist, eine Lichtstreueinrichtung und je ein Verfahren für deren Herstellung.
• Reflektoren umgeben mit ihrer schalenförmigen Reflexionsfläche eine im Zentrum angeordnete Lampe, um von dieser abgegebenes Licht gebündelt in eine definierte Richtung zu reflektieren. Typischerweise wird unmittelbar vor und nach der Glühwendel die Abstrahlung im Reflektor durch den Lampenkörper selbst gestört, sodass sich ein etwas weniger ausgeleuchteter Bereich in dem von dem Reflektor erzeugten Lichtkegel ausbildet. In dem von der Taschenlampe an eine Wand geworfenen Lichtfleck, dem so genannten Footprint, sieht diese Erscheinung in der Regel so aus, dass im eigentlich helleren Zentrumsbereich zwei dunklere, meist elliptische Bereiche vorhanden sind. Gerade bei Taschenlampen, deren Leuchtstärke begrenzt ist, sollte jedoch eine vollständige Ausleuchtung erreicht werden.
• Um trotz der genannten optischen Störgrößen (Wendel, Wendelaufhängung, Glaskörper u. a.), das heißt der Lampe und deren Wendel bzw. deren Anordnung im Reflektor, einen Lichtfleck zu erzeugen, der mit möglichst gleichmäßiger Intensität ausgeleuchtet ist, wird das Licht zusätzlich gestreut. Dies geschieht entweder durch eine streuende Schicht auf der Frontscheibe, die den Reflektor abdeckt, oder auf dem Reflektor selbst. Die streuende Schicht kann zum Beispiel leicht gewellt oder mit Eindrückungen versehen sein, bei denen auftreffende Lichtstrahlen um einen anderen als den eigentlich vorgesehenen Winkel abgelenkt bzw. reflektiert werden. Diese Streuschichten können nachträglich auf die Reflektoroberfläche aufgebracht oder in diese eingearbeitet werden.
• Eine andere Lösung kommt ohne die genannte Streuschicht aus und sieht vor, die Reflektorgeometrie so genau zu berechnen, dass alle Störgrößen berücksichtigt und kompensiert sind. Dies setzt jedoch voraus, dass die Lampe absolut genau und reproduzierbar relativ zum Reflektor befestigt und positioniert wird. Dies ist jedoch sehr aufwändig und selten vollständig zu erreichen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Taschenlampenreflektor zu schaffen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll der Lampenreflektor mit einfachen Mitteln eine verbesserte Homogenisierung der von dem Reflektor erzeugten Lichtverteilung erreichen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Taschenlampenreflektor nach Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
• Erfindungsgemäß besitzt also der Reflektor eine Licht streuende Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen, die jeweils aus einem runden Hügel mit ebenmäßiger Oberflächenwölbung bestehen. Den warzenförmigen Ausbeulungen wird eine geometrisch regelmäßige Krümmung gegeben. Im Gegensatz zu prismatischen Eindrückungen oder flachen Facetten kann durch die genannten runden Eindrückungen eine bessere Streuung des Lichts erreicht werden. Im Gegensatz zu Einsenkungen mit unregelmäßiger, willkürlicher Oberflächenwölbung, wie sie zum Beispiel durch Oberflächenätzungen oder Oberflächenlackierungen erzielbar sind, kann die Streuung des Lichts durch die genannten runden Ausbauchungen mit ebenmäßiger Oberflächenwölbung besser gesteuert werden. Im Gegensatz zu geätzten oder lackierten Streustrukturen kann insbesondere eine definierte Aufweitung des Öffnungswinkels erzielt werden. Zudem ist der Wirkungsgrad, also der optische Übertragungsverlust (durch Reflexion bzw. Transmission) geringer, da im Gegensatz zum Ätzverfahren erfindungsgemäß keine scharfen Kannten in der Streuschicht entstehen. Es hat sich gezeigt, daß durch erfindungsgemäße streuende Oberflächenenstruktur eine sehr große Homogenisierung der Leuchtdichteverteilung des Footprints bzw. des abgestrahlten Lichtkegels erreicht werden kann, wie dies durch die bekannten Streuschichten nicht möglich war.
• In Weiterbildung der Erfindung ist die Verteilung der Ausbeulungen über die Reflexionsfläche unregelmäßig und zufallsgeneriert. Die Ausbeulungen sind in keinem gleichmäßigen Raster angeordnet, sondern unterschiedlich voneinander beabstandet. Durch eine derartige stochastische Verteilung der Ausbeulungen können systematische optische Fehler in der Leuchtdichteverteilung zum Beispiel in Folge der Positionierung der Lampe relativ zum Reflektor besser kompensiert werden.
• Während also die Ausbeulungen selbst geometrisch im wesentlichen regelmäßig geformt bzw. gekrümmt sind, ist die Anordnung bzw. Verteilung der Ausbeulungen über die Oberfläche unregelmäßig. Die regelmäßige Gestalt der Ausbeulungen kann im Wesentlichen rotationssymmetrisch sein. Insbesondere können die warzenförmigen Ausbeulungen eine sphärische Wölbung besitzen.
• Vorzugsweise sind die Ausbeulungen senkrecht zur Reflexionsfläche in diese eingebracht. Sie können ein Profil besitzen, das im Wesentlichen symmetrisch zur Reflexionsflächensenkrechten in dem jeweiligen Flächenabschnitt ist.
• In Weiterbildung der Erfindung ist die Licht streuende Oberflächenstruktur unmittelbar im Material des Reflektor ausgebildet. Der Lampenreflektor ist frei von nachträglich aufgebrachten Streuschichten. Die Ausbeulungen sind in das Material des Reflektors eingearbeitet.
• In Weiterbildung der Erfindung besteht der Lampenreflektor aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polycarbonat. Insbesondere ist der Lampenreflektor spritzgegossen. Die Ausbeulungen sind in vorteilhafter Weise durch spanlose Formgebung, insbesondere durch unmittelbares Eingießen während des Spritzgießens des Lampenreflektors erhältlich.
• Die genaue Gestalt der Ausbeulungen kann an die Gegebenheiten des jeweiligen Reflektors und seiner Verwendung angepasst werden. Typischerweise können die Ausbeulungen einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1,5 mm besitzen. Die Höhe der Ausbeulungen beträgt zwischen einem Viertelprozent und 10% des Durchmessers der Ausbeulungen. In vorteilhafter Ausführung beträgt die Höhe der Ausbeulungen typischerweise etwa 1% bis 5% des Ausbeulungsdurchmessers.
• Die Ausbeulungen sind in vorteilhafter Weise derart gewölbt, dass eine Lichtstreuung in einem Bereich von 1 bis 10 Grad, vorzugsweise 1 bis 4 Grad erreicht wird. Hiermit kann eine besonders günstige Homogenisierung der Lichtverteilung bei hoher Abstrahlleistung erzielt werden.
• Eine weitgehend optimale lichtstreuende Oberflächenstruktur ergibt sich, wenn die Ausbeulungen keine oder wenige unverformte Bereiche übrig lassen und andererseits eine sehr hohe Überdeckung vermieden ist, die die Oberfläche wieder weniger stark strukturieren würde. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nebeneinander angeordnete Ausbeulungen einander maximal geringfügig, vorzugsweise mit weniger als einem Viertel ihrer jeweiligen Fläche überdecken. Insbesondere können sie weitgehend frei von Überdeckungen angeordnet sein. Ferner kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Teil der Reflexionsfläche, der mit einer lichtstreuenden Oberflächenstruktur versehen ist, zu zumindest drei Viertel, vorzugsweise zu mehr als 90% seiner Fläche mit Ausbeulungen versehen ist. Vorzugsweise kann im Wesentlichen die gesamte Oberfläche mit Ausbeulungen bedeckt sein.
• Grundsätzlich können Ausbeulungen mit verschiedenen Wölbungsprofilen vorgesehen werden. In Weiterbildung der Erfindung besitzen jedoch die Ausbeulungen jeweils weitgehend dasselbe Wölbungsprofil, wobei die jeweilige Ausdehnung und Höhe der Ausbeulungen durchaus verschieden sein kann. Durch dasselbe Wölbungsprofil kann eine optimierte Homogenisierung der Lichtverteilung bewirkt werden, insbesondere in Verbindung mit der willkürlichen Verteilung über die Reflexionsfläche.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung des Lampenreflektors. Erfindungsgemäß wird der Reflektor mitsamt der Licht streuenden Oberflächenstruktur einschließlich der Ausbeulungen in Form von runden Hügeln bzw. Ausbauchungen mit ebenmäßiger Oberflächenwölbung spritzgegossen. Es wird eine Spritzgussform bereitgestellt, die eine Gusswandung besitzt, die die Reflexionsfläche des Reflektors ausbildet und eine Oberflächenstruktur mit rundgewölbten, kleinen Einsenkungen in einer unregelmäßigen Verteilung über die Oberfläche besitzt. In diese Spritzgussform wird Kunststoff, insbesondere Polycarbonat, eingespritzt, sodass unmittelbar durch den Spritzgussvorgang von der genannten Gusswandung die lichtstreuende Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen mit rundlichen Wölbungen in unregelmäßiger Verteilung ausgebildet wird.
• Es brauchen keine weiteren Verfahrensschritte zur Ausbildung der Ausbeulungen vorgesehen werden. Insbesondere braucht keine nachträgliche Bearbeitung der Reflexionsfläche erfolgen. Hierdurch ist eine besonders einfache Fertigung des Lampenreflektors gegeben.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Taschenlampenkopfs, in dem ein Reflektor nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung eingebaut ist, in einem Teilschnitt, und
• Fig. 2 eine vergrößerte, ausschnittsweise Schnittansicht durch die Reflektorwandung, die deren lichtstreuende Oberflächenstruktur zeigt.
• Fig. 1 zeigt den Kopf einer Taschenlampe, in dem ein Lampenreflektor 1 sitzt. Der Lampenreflektor 1 wird von einer Frontscheibe 2 abgedeckt, die von einem Stirnring 3 umgriffen wird. Die Einheit aus Lampenreflektor, Frontscheibe und Stirnring sitzt in einer stirnseitigen Aufnahme der Taschenlampe.
• Der Reflektor 1 ist im wesentlichen halbschalenförmig ausgebildet. Er besitzt eine rotationssymmetrische, konkave Reflexionsfläche 4, die von einer Lampe 5 abgegebenes Licht in Form eines Lichtkegels nach vorne reflektiert. Die Lampe 5 sitzt in einer Ausnehmung im Scheitelpunkt des Reflektors, sodass der leuchtende Teil der Lampe im von der Reflexionsfläche 4 begrenzten Innenraum des Reflektors angeordnet ist.
• Um eine homogene Lichtverteilung zu erreichen, ist die Reflexionsfläche 4 mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur versehen. Die Oberflächenstruktur besteht aus einer Vielzahl von Ausbauchungen bzw. Ausbeulungen 6 in der Reflexionsfläche 4. Die Ausbeulungen 6 sind rundliche Hügel bzw. Warzen mit sphärischer Wölbung, das heißt, die Ausbeulungen 6 sind im wesentlichen kugelkalottenförmig und entsprechen im wesentlichen einer Kugeloberfläche, so als wölbe sich diese aus der Reflexionsfläche 4 heraus. Der Lampenreflektor 4 ist aus Polycarbonat spritzgegossen, wobei die Form einschließlich die der Ausbeulungen 6 bereits im Spritzgusswerkzeug beim Spritzgussvorgang erzeugt wird. Die Ausbildung der Beulenstruktur wird dadurch erreicht, dass ein Spritzgusswerkzeug mit entsprechender Oberflächenstruktur bereitgestellt wird, das heißt, die entsprechende Gussformwandung besitzt muldenförmige, rund gewölbte kleine Einsenkungen, die sodann in Ausbauchungen im Reflektor abgebildet werden. Die Oberflächenstruktur des Gusswerkzeugs ist in der gewünschten Weise zufallsgeneriert und stochastisch verteilt. Die Form der Wölbungen ist vorzugsweise sphärisch und senkrecht zur Oberfläche der entsprechenden Wandung ausgerichtet.
• Insbesondere ist die Spritzgussform bzw. der entsprechende Werkzeugkern und damit der Reflektor auf folgendem Wege erhältlich:
  Zunächst wird der Werkzeugkern, der beim Spritzgussvorgang die Reflexionsfläche definiert, ohne Struktur, aber in der entsprechenden asphärischen Form des Reflektors vorgefertigt, gehärtet, geschliffen und/oder poliert. Die Struktur der Gussformwandung entsteht danach durch bleibende Einformungen auf dieses Werkzeug. Hierzu werden vorzugsweise harte, polierte Körper, insbesondere Kugeln wie zum Beispiel Kugellagerkugeln mit einer Energie von drei Millijoules bis 100 Millijoules auf das Werkzeug eingedrückt, wobei der Energieeintrag trotz unterschiedlich starker konvexer Krümmung möglichst normal zur Oberfläche bewerkstelligt wird. Vorzugsweise können Kugeln mit Durchmessern von 2 bis 8 mm, wobei vorzugsweise nur Kugeln mit demselben Durchmesser verwendet werden, auf das Werkzeug aus bestimmter Höhe fallen gelassen werden bzw. auf das Werkzeug geschossen werden. Das Werkzeug wird dabei in entsprechend ausgerichteter Stellung, insbesondere normal zur Kugelbewegungsrichtung positioniert.
• Eine weitgehend optimale Struktur wird erhalten, indem die entstandenen Eindrücke keine oder nur wenig unverformte Bereiche übrig lassen. Eine hohe Überdeckung wird vorzugsweise vermieden, da diese die Oberfläche wieder weniger stark strukturieren würde. Der Werkzeugkern, der die reflektierende Innenkontur des Reflektors erzeugen soll, erhält aneinander gereihte und teilweise auch überlagerte Bereiche mit bleibenden Verformungen. Diese Verformungen sind konkaver Kontur und ähneln Kugelabdrücken.
• Die Ausdehnung eines Abdruckes liegt typischerweise im Bereich von 0,2 mm bis 1,5 mm. Die Tiefe beträgt zwischen 1% und 5% der Ausdehnung des Abdruckes. Die Oberfläche, in der die Verformungen erzeugt werden, ist hochglanzpoliert. Dieser Zustand bleibt im Bereich der Abdrücke weitestgehend erhalten und wird auf die Reflexionsfläche abgebildet. Mit der Struktur wird im vorliegenden Fall eine Lichtstreuung im typischen Bereich von 1 Grad bis 4 Grad bevorzugt angestrebt.
• In Fig. 2 sind die Ausbeulungen 6 dargestellt. Mit 7 ist die Ausdehnung bzw. der Durchmesser einer Eintiefung 6 und mit 8 die Höhe der Ausbeulungen bezeichnet. Die Geometrie und Anordnung der Ausbeulungen 6 entspricht der eingangs beschriebenen. In Fig. 2 sind die Ausbeulungen fast ohne Überdeckung dargestellt. Alternativ und bevorzugt werden jedoch größere Überdeckungen ausgebildet, durch die sich ein zufällig erzeugtes Kugelsegment der Ausbeulung an ein weiteres anschließt.
• In alternativer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß anstelle der warzenförmigen Ausbeulungen die lichtstreuende Oberflächenstruktur aus runden Eindrückungen in Form von Mulden mit ebenmäßiger Wölbung besteht. Die Mulden können insbesondere die zuvor beschriebenen Dimensionierungen in entsprechend negativer Ausbildung besitzen.
• Die Homogenisierung der abgestrahlten Leuchtdichteverteilung ist mit den oben beschrieben Oberflächenstrukturen und deren Herstellverfahren sehr groß, so daß dunkle Flecken im Footprint durch z. B. die Wendel der Lampe vermieden werden können. Durch die Zufallsverteilung der Ausbeulungen auf der streuenden Oberfläche werden systematische optische Störgrößen durch die Lampenpositionierung im Reflektor vermieden. Zudem ist es mit einfachen Mitteln möglich die Aufweitung des Öffnungswinkels des insgesamt von der Leuchte/Taschenlampe abgestrahlten Lichtkegels durch die Streuschicht genau zu kontrollieren, indem die Kugeldurchmesser für die Ausbeulungen entsprechend festgelegt werden.

Claims (18)

1. Taschenlampenreflektor, mit einer gewölbten Reflexionsfläche (4), die mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenstruktur aus einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen jeweils in Form eines runden Hügels mit ebenmäßiger Oberflächenwölbung besteht.

2. Taschenlampenreflektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) in einer unregelmäßigen, zufallsgenerierten Anordnung über die streuende Oberflächenstruktur verteilt sind.

3. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Kontur, insbesondere eine sphärische Wölbung besitzen.

4. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) unmittelbar im Material des Reflektors ausgebildet sind.

5. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Kunststoff, vorzugsweise Polycarbonat besteht, insbesondere spritzgegossen ist und die Ausbeulungen durch spanlose Formgebung erhältlich, insbesondere eingegossen sind.

6. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) ein Profil besitzen, das im Wesentlichen symmetrisch zu einer Reflexionsflächennormalen in dem jeweiligen Flächenabschnitt ist.

7. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm besitzen.

8. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) eine Tiefe (8) besitzen, die etwa 0,25% bis 10%, vorzugsweise etwa 1% bis 5% eines Ausbeulungsdurchmessers (7) entspricht.

9. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) derart gewölbt sind, daß eine Lichtstreuung in einem Bereich von 1 bis 10 Grad, vorzugsweise 1 bis 4 Grad erreicht wird.

10. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) jeweils dasselbe Wölbungsprofil besitzen.

11. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander angeordnete Ausbeulungen (6) einander maximal geringfügig, vorzugsweise mit weniger als einem Viertel ihrer Fläche, überdecken, weiter vorzugsweise frei von Überdeckungen angeordnet sind.

12. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulungen (6) zumindest drei Viertel, vorzugsweise mehr als 90%, weiter vorzugsweise im wesentlichen die gesamte Oberfläche der Reflexionsfläche (4) bedecken.

13. Taschenlampenreflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (4) insgesamt ein konkaves, rotationssymmetrisches Profil besitzt.

14. Verfahren zur Herstellung eines Taschenlampenreflektors (1) mit einer Licht streuenden Oberflächenstruktur, insbesondere eines Taschenlampenreflektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Spritzgußform, die eine Gußwandung besitzt, die eine Reflexionsfläche des Reflektors ausbildet und eine Oberflächenstruktur mit rund gewölbten, kleinen Einsenkungen in einer unregelmäßigen Verteilung über die Oberfläche aufweist, und Einspritzen von Kunststoffmasse in die Spritzgußform, wobei von der Gußwandung eine lichtstreuende Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen mit rundlicher Wölbung in unregelmäßiger Verteilung ausgebildet wird.

15. Verwendung eines Lampenreflektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Lichtreflexion in einer Taschenlampe.

16. Lichtstreueinrichtung zur Streuung von von einer Lampe abgestrahlten Licht an einer Reflexionsoberfläche oder einer Transmissionsoberfläche einer Leuchte, gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmale zumindest einer der Ansprüche 1, 2, 3, 5 oder 7 bis 11.

17. Lichtstreueinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Ausbeulungen entsprechendene Mulden ausgebildet sind.

18. Verfahren zur Herstellung einer Lichtstreueinrichtung mit der Licht an einer streuenden Oberflächenstruktur eines Reflektors per Reflexion oder einer Streuscheibe per Transmission gestreut wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Spritzgußform, die eine Gußwandung besitzt, die eine Reflexionsfläche des Reflektors oder die eine Transmissionsfläche der Streuscheibe ausbildet und eine Oberflächenstruktur mit rund gewölbten, kleinen Einsenkungen in einer unregelmäßigen Verteilung über die Oberfläche aufweist, und
Einspritzen von Kunststoffmasse in die Spritzgußform, wobei von der Gußwandung eine lichtstreuende Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von kleinen Ausbeulungen mit rundlicher Wölbung in unregelmäßiger Verteilung ausgebildet wird.