DE102007016748A1

DE102007016748A1 - Reflektor für eine Leuchte

Info

Publication number: DE102007016748A1
Application number: DE102007016748A
Authority: DE
Inventors: Tetsuhiro Kano
Original assignee: Tetsuhiro Kano
Current assignee: PB PLETZIGER + BENSCH GMBH, DE; SCHAWOHL LEUCHTENTECHNIK GMBH & CO.KG, DE
Priority date: 2007-04-07
Filing date: 2007-04-07
Publication date: 2008-10-09
Also published as: JP2008257251A; EP1978298A3; EP1978298A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen Reflektor für eine Leuchte, dessen Reflexionsfläche aus mehreren Segmenten besteht. Diese sind in Umfangsrichtung der Reflektorachse mit einem bestimmten Winkel im Kreis verteilt und in Längsrichtung der Reflektorachse mit verschiedenen Längen und Winkeln angeordnet. Die Form jedes Segments entspricht einem sphärischen Trapez.

Description

Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen Reflektor, dessen Reflexionsoberfläche aus mehreren Segmenten besteht.
Mittels eines derartigen Reflektors sollen Lichtstrahlen so reflektiert werden, dass auf einer Wand ein helles, homogenes Leuchtfeld mit einer klaren Abgrenzung am Rand des Leuchtfeldes entsteht. Unter Leuchtfeld wird hierbei die Beleuchtungsstärkeverteilung verstanden, die nicht durch direkte, sondern nur durch reflektierte Lichtstrahlen erzeugt wird.
Bei rotationssymmetrischen Reflektoren ist es im Vergleich zu sonstigen Reflektoren, wie beispielsweise rinnenförmigen Reflektoren für Langfeldleuchten, wesentlich schwieriger, ein homogenes Leuchtfeld zu erzeugen.
Die 1 bis 3 zeigen, wie ein rotationssymmetrischer Reflektor sein Leuchtfeld bildet: Auf der rechten Seite ist jeweils der Längsschnitt eines elliptischen Reflektors 1 dargestellt, in dem eine Lampe 2 mit einer Punktlichtquelle 3 angeordnet ist. Die linke Seite zeigt jeweils das von reflektierten Lichtstrahlen auf einer Wand 5 abgebildete Leuchtfeld.
Die 1 zeigt, dass die durch den Randbereich 1a des Reflektors reflektierten Lichtstrahlen 4a auf der Wand 5 ein großes ringförmiges Leuchtfeld 6a bilden.
Die 2 zeigt, dass die durch den Zwischenbereich 1b des Reflektors reflektierten Lichtstrahlen 4b ein kleineres ringförmiges Leuchtfeld 6b innerhalb des großen ringförmigen Leuchtfeldes 6a bilden.
Die 3 zeigt, dass die durch den Scheitelbereich 1c des Reflektors reflektierten Lichtstrahlen 4c in der Mitte ein kleines kreisförmiges Leuchtfeld 6c bilden.
Die Helligkeit eines Leuchtfeldes hängt davon ab, wie dicht Lichtstrahlen auf eine Wandfläche treffen. Die Bereiche 1a, 1b und 1c des Reflektors sind mit dem gleichen Winkel unterteilt, so dass jeder Bereich etwa die gleiche Menge an Lichtstrahlen reflektiert. Aus dem Leuchtfeld 6c der 3 erkennt man, dass die reflektierten Lichtstrahlen 4c sich auf eine kleine Fläche konzentrieren und ein sehr helles Leuchtfeld bilden.
Im Vergleich zu den Leuchtfeldern 6b und 6a erkennt man, dass die Helligkeit des gesamten Leuchtfeldes 6a + 6b + 6c dieses Reflektors 1 in der Mitte sehr groß ist und nach außen rapid abnimmt.
Um diese Helligkeitsunterschiede einigermaßen auszugleichen, werden bei bekannten Reflektoren die Reflexionsbereiche 1a, 1b und 1c beispielsweise durch Sandstrahlung oder Hammerschlag aufgeraut, so dass die reflektierten Lichtstrahlen 4a, 4b und 4c breiter gestreut werden. Diese Lichtstrahlen verlaufen aber zum Teil außerhalb des gewünschten Leuchtfeldes und der Verlust nimmt zu.
Außerdem ist es äußerst schwierig, immer eine gleich raue Oberfläche zu bekommen. Dies ist auch von den Bedingungen des verwendeten Eloxalverfahrens abhängig. Manchmal ist die Oberfläche zu glänzend, manchmal zu rau.
Ebenso schwierig ist es, das Ende des Leuchtfeldes klar abzugrenzen, weil die Helligkeit des Leuchtfeldes, wie bereits erklärt, nach außen immer weiter abnimmt.
Weiterhin sind auch bereits Reflektoren bekannt, deren Reflexionsfläche aus mehreren ebenflächigen Segmenten besteht, mittels welcher ebenfalls die in den 1–3 beschriebenen Leuchtfelder erzeugt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflektor zu schaffen, der auf einer Wand ein helles, homogenes Leuchtfeld mit einer klaren Abgrenzung am Rand des Leuchtfeldes erzeugt.
Diese Aufgabe wird durch einen Reflektor mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Vorteile eines Reflektors mit den erfindungsgemäßen Merkmalen ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielhaften Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Die 1 zeigt ein schematisches Beispiel eines herkömmlichen elliptischen Reflektors 1 mit einer Lampe 2 und dessen Leuchtfeld 6a, das durch den Randbereich 1a der Reflexionsoberfläche auf einer Wand 5 erzeugt wird.
Die 2 zeigt denselben Reflektor 1 mit der Lampe 2 und dessen Leuchtfeld 6b, das durch den Zwischenbereich 1b der Reflexionsoberfläche auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 3 zeigt denselben Reflektor 1 mit der Lampe 2 und dessen Leuchtfeld 6c, das durch den Scheitelbereich 1c der Reflexionsoberfläche auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 4 zeigt ein schematisches, erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektors 7.
Die 5 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit einer Lampe 2 und das Leuchtfeld 12a, das durch den Randbereich 8a der Reflexionsoberfläche auf einer Wand 5 erzeugt wird.
Die 6 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit der Lampe 2 und das Leuchtfeld 12b, das durch den Zwischenbereich 8b der Reflexionsoberfläche auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 7 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit der Lampe 2 und das Leuchtfeld 12c, das durch den Scheitelbereich 8c der Reflexionsoberfläche auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des obersten, ersten Segmentes 9a des Reflektors 7 mit den von der Punktlichtquelle 3 abgestrahlten und durch das Segment 9a reflektierten Lichtstrahlen 13, 14, 15 und 16.
Die 9 zeigt das Leuchtfeld 17, das von allen durch das Segment 9a reflektierten Lichtstrahlen auf der Wand erzeugt wird, im Vergleich zu dem Leuchtfeld 18 eines herkömmlichen elliptischen Reflektors 1 mit der gleichen Reflexionsfläche.
Die 10 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit der Lampe 2 und das Leuchtfeld 17a, das von den durch das oberste, erste Segment 9a reflektierten Lichtstrahlen 19a auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 11 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit der Lampe 2 und das Leuchtfeld 17g, das von den durch das benachbarte, erste Segment 9g reflektierten Lichtstrahlen 19g auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 12 zeigt den erfindungsgemäßen Reflektor 7 mit der Lampe 2 und das Leuchtfeld 23, das von den durch das oberste, letzte Segment 9f reflektierten Lichtstrahlen 19f auf der Wand 5 erzeugt wird.
Die 13 zeigt ein schematisches, zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Reflektor.
Die 4 zeigt eine Seiten- und eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Reflektors 7. Dieser Reflektor ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Unter einem rotationssymmetrischen Reflektor im Sinne der Erfindung wird ein Reflektor verstanden, dessen Reflexionsfläche beispielsweise einem Kugelsegment oder einem Rotationsellipsoidsegment entspricht oder eine Formgebung aufweist, die ei nem Kugelsegment oder einem Rotationsellipsoidsegment ähnlich ist. Dessen Reflexionsoberfläche 8 besteht aus mehreren Segmenten 9. Die Segmente 9 sind in Querrichtung zur Reflektorachse 10, d. h. in Umfangsrichtung der Reflektorachse 10, in einem bestimmten Winkel α angeordnet, bei diesem Beispiel 30 Grad, wie in der rechten Darstellung in 4 veranschaulicht ist. Weiterhin sind die Segmente 9, wie es in der linken Darstellung von 4 mit den Bezugszeichen L1 und L2 veranschaulicht ist, in Längsrichtung der Reflektorachse 10 mit verschiedenen Längen verteilt. Weiterhin ist jedes der Segmente 9 so gewölbt, dass es ein sphärisches Trapez bildet und alle Segmente in Richtung der Reflektorachse 10 mit unterschiedlichen Winkeln ananeinandergereiht sind, wie es in der linken Darstellung von 4 mit den Bezugszeichen β und γ veranschaulicht ist. Der Radius R des sphärischen Trapezes ist bei allen Segmenten gleich. Unter einem sphärischen Trapez im Sinne der Erfindung versteht man ein Segment, welches vier Begrenzungslinien aufweist, von dessen zwei gewölbt sind und parallel zueinander verlaufen, und die anderen beiden geradlinig und gleichlang sind und aufeinander zu verlaufen. Ein derartiges Segment ist beispielsweise in der rechten Darstellung der 4 mit dem Bezugszeichen 9a bezeichnet.
Die 5 zeigt, dass die durch den Randbereich 8a des Reflektors reflektierten Lichtstrahlen 11a auf einer Wand 5 ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12a erzeugen.
Die 6 zeigt, dass die durch den Zwischenbereich 8b reflektierten Lichtstrahlen 11b ein ebenso vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12b erzeugen.
Die 7 zeigt, dass die durch den Scheitelbereich 8c reflektierten Lichtstrahlen 11c ebenso ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12c erzeugen.
Die 8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des obersten, ersten Segments 9a mit den Lichtstrahlen 13, 14, 15 und 16, die aus der Punktlichtquelle 3 abgestrahlt und vom Segment 9a reflektiert werden. Wegen seiner Form, nämlich des sphärischen Trapezes, bekommen nicht nur die Lichtstrahlen 15 und 16, die seitlich auf das Segment 9a einfallen, sondern auch die Lichtstrahlen 13 und 14, die in die Mitte des Segments einfallen, im Vergleich zu einer elliptischen Reflexionsoberfläche einen größeren Ausfallswinkel. Dadurch werden die Lichtstrahlen breiter reflektiert und bilden ein größeres Leuchtfeld.
Die 9 zeigt oben das Leuchtfeld 17, das von Lichtstrahlen 19a (siehe 10) auf einer Wand 5 erzeugt wird, die durch das Segment 9a reflektiert werden. Die 9 unten zeigt im Unterschied dazu das Leuchtfeld 18, das von einem bekannten elliptischen Reflektor 1 erzeugt wird. Dabei sind die Menge der reflektierten Lichtstrahlen und die Größe der Reflexionsfläche bei beiden Reflektoren gleich.
Die 10 zeigt auf der linken Seite das Leuchtfeld 17a, das von den Lichtstrahlen 19a auf der Wand 5 erzeugt wird, die durch das oberste erste Segment 9a reflektiert werden. Durch den Neigungswinkel des Segments 9a und dessen Länge wird das Leuchtfeld 17a so positioniert, dass das untere Ende 20 des Leuchtfeldes 17a den Kreis 21 des gewünschten Leuchtfeldes 12a erreicht und senkrecht etwa so lang, dass das obere Ende 22 die Mitte des gewünschten Leuchtfeldes 12a erreicht.
Die 11 zeigt auf der linken Seite das Leuchtfeld 17g, das von den Lichtstrahlen erzeugt wird, die durch das oberste und benachbarte Segment 9g (siehe 4) reflektiert werden. Die Form des Leuchtfeldes 17g ist mit der Form des Leuchtfeldes 17a identisch. Das Leuchtfeld 17g ist aber bezüglich des Leuchtfeldes 17a um 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht angeordnet. Da die Segmente in der Querrichtung mit einem Winkel von 30 Grad im Kreis verteilt sind, wiederholt sich das gleiche Leuchtfeld im Kreis insgesamt zwölfmal. So entsteht ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12a durch nur eine Reihe der Segmente.
Bei der zweiten Reihe erzeugt ein Segment ein ähnliches Leuchtfeld wie das Leuchtfeld 17a, aber ein wenig schmäler und länger. Die zwölf Segmente der zweiten Reihe bilden genauso wie die Segmente der ersten Reihe ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12a.
Der Randbereich 8a in der 5 besteht aus den ersten drei Segmentreihen. Wie oben ausgeführt wurde, bildet jede Reihe ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld. Das Leuchtfeld 12a in seiner Gesamtheit besteht aus drei vollkommen kreisförmigen Leuchtfeldern, die einander überlagert sind, wobei jedes dieser vollkommen kreisförmigen Leuchtfelder von einer Segmentreihe erzeugt wird.
Die 12 zeigt auf der linken Seite das Leuchtfeld 23, das von den Lichtstrahlen 19f erzeugt wird, die durch das oberste und letzte Segment 9f reflektiert werden. Hierbei reflektiert das Segment 9f die Lichtstrahlen 19f so hoch, dass das obere Ende 24 des Leuchtfeldes 23 den Kreis 21 des gewünschten Leuchtfeldes 12 erreicht und so tief, dass das untere Ende 25 ebenfalls den Kreis 21 erreicht. Da dieses Leuchtfeld 23 mit dem Winkel von 30 Grad zwölfmal wiederholt wird, entsteht wieder ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld 12c.
Da der in der 4 gezeigte erfindungsgemäße Reflektor insgesamt sechs Segmentreihen aufweist, besteht das komplette Leuchtfeld bei diesem Reflektor aus insgesamt sechs vollkommen kreisförmigen Leuchtfeldern, die einander überlagert sind.
Gemäß anderer Ausführungsbeispiele, beispielsweise bei Reflektoren für eine Ladenbeleuchtung, kann das komplette Leuchtfeld – je nach Reflektorgröße – aus bis zu fünfzehn vollkommen kreisförmigen, einander überlagerten Leuchtfeldern bestehen. Dabei entsteht ein sehr homogenes Leuchtfeld mit einer klaren Abgrenzung am Leuchtfeldrand.
Das Leuchtfeld 23 der 12 hat für die Lampen große Vorteile, die in waagrechter Stellung unterschiedliche Lichtfarben erzeugen, wie zum Beispiel Hochdruck-Keramik-Metallhalogendampf-Lampen.
Bei diesen Lampen verdampft die im Brenner (inneren Glaskolben) gefüllte Metallhalogen-Substanz nicht ganz und der Rest bleibt als gelber Belag auf dem Boden des Brenners zurück. Die Lichtstrahlen, die durch den Belag abgestrahlt werden, sind gelblich gefärbt und bilden auf der Wand einen gelben Fleck im Leuchtfeld.
Beim erfindungsgemäßen Reflektor verteilen die Segmente den gelben Fleck sehr breit, so dass die Intensität der gelben Farbe reduziert wird. Weiterhin wird das Leuchtfeld 23 zwölfmal gedreht aufeinandergelegt. Dadurch wird der gelbe Fleck noch breiter verteilt und mit den Leuchtfeldern ohne gelben Fleck gemischt. Somit wird das kreisförmige Leuchtfeld neutralisiert.
Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet jede Segmentreihe ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld. Dies muss aber nicht immer so sein. Auch mit zwei Segmentreihen kann ein vollkommen kreisförmiges Leuchtfeld gebildet werden.
Die Breite eines Leuchtfeldes in waagrechter Richtung wird durch den Radius R der Segmente und den Aufteilungswinkel der Segmente in Umfangsrichtung bestimmt. Die Länge eines Leuchtfeldes in senkrechter Richtung wird durch die Länge des Segments bestimmt. Die Anordnung eines Leuchtfeldes wird durch den Neigungswinkel des Segments in der Längsrichtung der Reflektorachse 10 definiert.
Bei diesem Beispiel ist der Radius immer gleich. Daher wird die Breite des Leuchtfeldes in der Richtung des Scheitels immer kleiner. Der Radius kann bei jeder Segmentreihe unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann der Radius so geändert werden, dass die Segmente in Richtung des Scheitels einen immer kleineren Radius bekommen. Dadurch bildet sich jedes Mal die gleiche Breite des Leuchtfelds unabhängig von den Reihen.
Als Variante kann der Radius in einem Segment so geändert werden, dass ein Abschnitt eines Kreiskegelstumpfes entsteht. Mit der Form kann sich ein rechteckiges Leuchtfeld bilden.
Es ist aber bei der Werkzeug-Herstellung aufwendig, unterschiedliche Radien in eine Reflexionsoberfläche einzubringen.
Der „Radius" der Segmente muss nicht unbedingt kreisförmig sein, sondern kann auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise kann er ellipsenförmig sein.
Die Form eines Segments muss einem sphärischem Trapez oder gegebenenfalls einem Kreiskegelabschnitt entsprechen. Das heißt, der Längsschnitt muss eine Linie sein. Wäre der Längsschnitt eines Segments eine Kurve, dann wäre die Form des Segments ein Kugelabschnitt oder ein Ellipsoidabschnitt, der die Lichtstrahlen in alle Richtungen, zum Teil wieder in den Reflektor, reflektieren würde. Dadurch entstünde immer ein sehr großes Leuchtfeld. Ein relativ kleines Leuchtfeld, beispielsweise mit einem Ausstrahlungswinkel von 20 Grad, kann mit diesen Segmenten nicht gebildet werden, weil der Neigungswinkel des Segments die Reflexionsrichtung der Lichtstrahlen nicht beeinflussen kann.
Die 13 zeigt eine Seiten- und eine Vorderansicht eines Reflektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Ein nach innen gewölbtes Segment 9a befindet sich zwischen zwei nach außen gewölbten Segmenten 26a und 27a. Diese Kombination ist bei der Reflektorherstellung vorteilhaft, da man den Reflektor glatt drücken kann. Dabei bilden Segmente, die nach außen gewölbt sind, eine kleinere Breite des Leuchtfeldes als die nach innen gewölbten Segmente. Um eine gleiche Breite zu erreichen, kann der Radius der nach außen gewölbten Segmente entsprechend kleiner gemacht werden.
Bei erfindungsgemäßen Reflektoren ist es nicht notwendig, die Reflexionsoberfläche aufzurauhen, weil die Lichtstrahlen durch die Segmente breit reflektiert werden . Die Reflexionsoberfläche kann glänzend eloxiert werden. Dieser Glanz verleiht einer Leuchte ein edles Aussehen. Des weiteren ist ein Reflektor gemäß der Erfindung kostengünstig herstellbar und kalkulierbar. Unter kalkulierbar ist dabei zu verstehen, dass bei der Entwicklung eines konkreten Reflektors mit Hilfe eines Computers die Lichtverteilung simuliert werden kann. Dies ermöglicht die Entwicklung bzw. Konstruktion eines Reflektors, dessen Form ein gewünschtes Leuchtfeld erzeugt.

Claims

Rotationssymmetrischer Reflektor (7), dessen Reflexionsfläche (8) aus mehreren Segmenten (9) besteht, die in Umfangsrichtung der Reflektorachse (10) mit einem bestimmten Winkel (α) im Kreis verteilt sind und in Längsrichtung der Reflektorachse (10) mit verschiedenen Längen (L1, L2) und Winkeln (β, γ) angeordnet sind, wobei die Form jedes Segmentes einem sphärischen Trapez entspricht.
Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Segmente einer Reihe in Umfangsrichtung der Reflektorachse (10) einen gleichen Radius haben.
Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Segmente der Reflexionsfläche den gleichen Radius (R) haben.
Reflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Segmente in Umfangsrichtung der Reflektorachse nach innen gewölbt sind.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach innen gewölbtes Segment beidseitig von einem nach außen gewölbten Segment umgeben ist.
Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gewölbten Segmente einen kleineren Radius haben als die nach innen gewölbten Segmente.
Reflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment (9a) mit reflektierten Lichtstrahlen ein Leuchtfeld (17a) bildet, das etwa so breit ist, dass das eine Ende (20) des Leuchtfeldes den Kreis (21) des endgültigen Leuchtfeldes erreicht, und so lang ist, dass sein anderes Ende (22) etwa in der Mitte des Kreises (21) liegt.
Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment mit reflektierten Lichtstrahlen ein Leuchtfeld (23) bildet, das etwa so breit ist, dass das eine Ende (24) des Leuchtfeldes den Kreis (21) des gewünschten Leuchtfeldes erreicht, und etwa so lang ist, dass sein anderes Ende (25) den Kreis (21) erreicht.