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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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a) Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Beleuchtungskonstruktion, genauer gesagt,
eine Lampenbefestigung mit einer optischen Reflexionskonstruktion
für effiziente
Beleuchtung.
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b) Beschreibung der einschlägigen Technik
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Die
Erfindung von Lampen trägt
viel zur modernen Gesellschaft bei. Realistisch gesagt, wurden Beleuchtungsvorrichtungen
(Leuchten) für
unser tägliches
Leben wesentlich. Im Allgemeinen verfügt eine herkömmliche
Beleuchtungsvorrichtung 10, wie sie in der 1 dargestellt
ist, über
ein Lampengehäuse 11 mit
einem Aufnahmeraum 111, mindestens eine Leuchtröhre 12 und
eine Reflexionshaube 13, wobei die Leuchtröhre 12 und
die Reflexionshaube 13 im Aufnahmeraum 111 des
Lampengehäuses 11 angeordnet
sind und sich die Leuchtröhre 12 zwischen dem
Lampengehäuse 11 und
der Reflexionshaube 13 befindet. Jedoch muss, gemäß dem Prinzip
der optischen Reflexion, das herkömmliche Design einer Beleuchtungsvorrichtung
hinsichtlich der folgenden Punkte beträchtlich verbessert werden.
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Als
Erstes wird im Inneren des Lampengehäuses 11 ineffektives
Streulicht aufgrund der Reflexionshaube 13 gebündelt, was
zum sogenannten Treibhauseffekt des Lampengehäuses 11 führt, da die
Temperatur in ihm ansteigt. Auch zerstört der Temperaturanstieg in
unvermeidlicher Weise den Aufbau der Leuchte, so dass die Leuchtröhre und
die Schaltkreise im Inneren beschleunigt beein trächtigt werden. Die Beleuchtungsvorrichtung
zeigt daher eine erhöhte
Austauschrate für
die Leuchtröhre
und die Schaltkreise.
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Zweitens
kann, aufgrund ebenfalls der Reflexionshaube 13, der größte Teil
des von der Leuchtröhre 12 emittierten
Lichts nichteffizient aus dem Lampengehäuse heraus reflektiert werden,
was zu einer unzureichenden Lichtausgangsleistung für eine gewünschte Beleuchtung
führt.
Anders gesagt, gelingt es der herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung nicht,
die höchste
Reflexionseffizienz zu erzielen. Demgemäß wird ein relativ großer Prozentsatz
der Lichtenergie vergeudet, wenn eine herkömmliche Beleuchtungsvorrichtung
verwendet wird, was dem weltweiten Trend zur Energieeinsparung und
politischen Maßnahmen
zur Kohlenstoffverringerung diametral entgegensteht.
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Angesichts
des Vorstehenden hat sich der Erfinder der Entwicklung einer Lampenbefestigung mit
Effizienz-optimierter optischer Reflexionsanordnung gewidmet, die
für eine
effektivere Beleuchtung der Umgebung sorgt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Effizienz-optimierte Beleuchtung
mit minimiertem Energieverbrauch und minimierten Energiekosten zu schaffen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer einer
Beleuchtungsvorrichtung dadurch zu verlängern, dass für optimale
Ausgabe von Reflexionslicht gesorgt wird, um dadurch den Einfluss
des Treibhauseffekts auf den Lichtraum zu verringern. Noch eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, für eine gleichmäßige Ausgabe
von Reflexionslicht durch eine schnelle Fokuseinstellung zu sorgen.
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Um
die obigen Aufgaben zu lösen,
ist durch die Erfindung eine Lampenbefestigung mit Folgendem geschaffen:
einem Lampengehäuse mit
mindestens einem offenen Aufnahmeraum, damit Lichtstrahlen zur Außenseite
desselben austreten können; mehreren
Verbindern zum Verbinden einer Leuchtröhre mit der Lampenbefestigung,
wobei diese Verbinder an den beiden entgegengesetzten Enden in der
Längsrichtung
des Aufnahmeraums liegen; einem Reflektor mit einer gekrümmten Fläche, an
der ein Verbundspiegelfilm zur Lichtreflexion angebracht ist, wobei
sich dieser Reflektor im Aufnahmeraum befindet und im Wesentlichen
zumindest einen Teil einer Fläche
desselben bedeckt; wobei die gekrümmte Fläche auf Grundlage des Reflexionsgesetzes
dadurch bestimmt ist, dass der Lichtstrom von Primärreflexionslicht,
das am Reflektor mit 90% oder mehr im Vergleich zu einer nackten
Lichtquelle von der Leuchtröhre
reflektiert wird, optimiert wurde.
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Gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung besteht der Verbundspiegelfilm aus
fünf Schichten,
mit einer Trägerschicht;
einer auf dieser ausgebildeten Hauptreflexionsschicht; einer transparenten
Schutzschicht aus einem Antireflexionsfilm auf Basis eines Nichtmetalls,
wobei diese Schicht auf der Hauptreflexionsschicht ausgebildet ist;
einer Verdickungsschicht für
flexible Einstellung der Gesamtdicke des Verbundspiegelfilms, wobei
diese Verdickungsschicht die Bodenschicht der Verbundspiegelschicht
bildet; und einer anaerob härtenden
Kleberschicht zum Verbinden der Trägerschicht mit der Verdickungsschicht.
Gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung liegt der Verbundspiegelfilm ohne
die Trägerschicht
vor und besteht so aus vier Schichten.
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Gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung ist eine Lampenbefestigung geschaffen,
bei der die gekrümmte
Oberfläche
des Reflektors ungefähr ein
Parabelprofil, ungefähr
ein Halbkreisprofil, ungefähr
ein Halbellipsenprofil oder eine Kombination hiervon aufweist. Gemäß einer
anderen Erscheinungsform der Erfindung ist benachbart zum Verbinder
eine Lichtsperrlage mit gekrümmter
Oberfläche mit
ungefähr
einem Halbkreisprofil angeordnet.
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Andere
Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen,
ersichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und anderen Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
besser ersichtlich werden.
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1 ist
eine zweidimensionale Ansicht, die schematisch die Konfiguration
einer herkömmlichen Beleuchtungsvorrichtung
sowie des Lichtpfads in dieser zeigt.
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2 ist
eine dreidimensionale Ansicht, die den Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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3A–3E sind
Schnittansichten, die jeweils die Positionsbeziehung zwischen der
Leuchtröhre
und dem Reflektor sowie die sich ergebenden Reflexionslichtpfade
zeigen.
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4A–4B sind
Schnittansichten, die die aufeinanderfolgenden Aufbauschichten bei
zwei verschiedenen Arten der Verbundspiegelfilme gemäß der Erfindung
zeigen.
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5A–5C sind
Schnittansichten, die jeweils die Positionsbeziehung zwischen der
Leuchtröhre
und dem Reflektor gemäß einigen
repräsentativen
Erscheinungsformen der Erfindung zeigen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf veranschaulichende
Beispiele beschrieben. Jedoch ist es vom Fachmann zu beachten, dass die
Erfindung ohne einige oder alle dieser speziellen Details realisiert
werden kann. Andererseits sind gut bekannte Prozessabläufe nicht
detailliert dargestellt, um die Erfindung nicht unnötig undeutlich
zu machen.
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Als
Beispiel zeigt die 2 die Beleuchtungsvorrichtung 20 gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung, die über ein Lampengehäuse 30,
vier Verbinder 40 sowie zwei Reflektoren 50 mit
jeweils einer gekrümmten
Oberfläche 51 verfügt, wobei
in zwei offenen Aufnahmeräumen 31 jeweils
durch die Verbinder 40 zwei Leuchtröhren 60 aufgenommen werden
können.
Das Wort "offen" bedeutet, dass der Aufnahmeraum 31 einen
solchen Bereich für
das von der Leuchtröhre
emittierte Licht bildet, dass es mit der Umgebung "wechselwirkt", wobei dies nicht
als beschränkende
Bedingung zu interpretieren ist. Das Lampengehäuse 30 kann beispielsweise
aus Aluminium oder Eisen oder beliebigen anderen geeigneten Materialien
bestehen. Auch kann die Anzahl der offenen Aufnahmeräume 31 in
einer Beleuchtungsvorrichtung 20 fallabhängig bestimmt
werden. Der Zweckdienlichkeit der Veranschaulichung halber sind zwei
Aufnahmeräume 31 bei
diesem Beispiel parallel innerhalb des Lampengehäuses 30 verteilt vorhanden.
Selbstverständlich
muss auch ein anderer Aufnahmeraum 31 auf diese Weise,
wie oben angegeben, konfiguriert sein.
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Das
Lampengehäuse 30 kann
durch eine Spritzgießtechnik
einstückig
und integral hergestellt werden oder es kann dadurch zusammengebaut werden,
dass alle Teile zusammengesetzt werden, oder es kann auf beliebige
andere geeignete Arten hergestellt werden, solange eine ähnliche
Konfiguration erhalten werden kann. Übrigens genügt das hergestellte Lampengehäuse 30 gemäß der Erfindung vorzugsweise
dem Standard UL-94V0.
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Die
Verbinder 40 liegen paarweise vor, und sie sind an den
entgegengesetzten Enden in der Längsrichtung
des Aufnahmeraums 31 um einen spezifizierten Abstand voneinander
entfernt. In der 2 sind beispielhafte zwei Verbinder
für einen
Aufnahmeraum vorhanden. Jedoch kann die Anzahl der Verbinder 40 nach
Wunsch spezifiziert werden. Für eine übliche Lichtsperrlage 60 ist
ein Verbindungsteil 61, wie in der 2 dargestellt,
an den beiden Seiten derselben ausgebildet. Daher ist jeder Verbinder 40 mit
einer oder mehreren Verbindungsstellen 41 zum Erleichtern
des Anbringens der üblichen
Leuchtröhre 60 versehen.
Die Formen und die Orte der Verbindungsstellen 31 am Verbinder 40 können geeignet
so konzipiert werden, dass sie zur Form des Verbindungsteils 61 passen,
so dass der Vertikalabstand zwischen der Leuchtröhre 60 und dem Reflektor 50 (oder
dem Verbundspiegelfilm 52) leicht eingestellt werden kann.
Durch Variieren dieses Vertikalabstands kann die äußere Beleuchtungsfläche nach Wunsch
manipuliert werden, wie es aus den unten beschriebenen 3A und 3B erkennbar
ist.
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Es
ist gut bekannt, dass der Reflektor beim Design einer Lampenbefestigung
immer eine kritische Rolle spielt. Der Reflektor 50 der
Erfindung ist ebenfalls im Aufnahmeraum 31 untergebracht,
und er ist so konfiguriert, dass er eine gekrümmte Fläche 31 aufweist, die
ungefähr
ein Parabelprofil (3A und 3B), ungefähr ein Halbkreisprofil
(3C), ungefähr
ein Halbellipsenprofil (3D) oder
eine Kombination hiervon (ein "Mischtyp"profil, 3E) oder
dergleichen aufweist. U. a. zeigen die 3A und 3B jeweils
eines von schematischen Ergebnissen für zwei verschiedene Vertikalabstände zwischen
der Leuchtröhre 60 und
dem Reflektor 50. Genau gesagt, ist der Reflektor 50 gemäß der Erfindung durch
die oben genannte gekrümm te
Fläche 51 gekennzeichnet,
an der zumindest teilweise ein Verbundspiegelfilm 52 angebracht
ist.
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Das
Profil der gekrümmten
Fläche 51 des Reflektors 50 wird
auf Grundlage des Reflexionsgesetzes dadurch bestimmt, dass der
Lichtstrom von Primärreflexionslicht
optimiert wird, das zu 90% oder mehr im Vergleich mit einer nackten
Lichtquelle von der Leuchtröhre
reflektiert wird. Genauer gesagt, wird der Gesamtlichtstrom der
Leuchtröhre
(Oberflächenquelle)
in die Umgebung dadurch berechnet, dass einzelne der zahlreichen "Punktlichtquellen" aufsummiert werden.
Dann wird die Krümmung
der Kurvenfläche 51 durch
Versuche und empirisch gemäß dem Reflexionsgesetz
(d. h., der Einfallswinkel entspricht dem Reflexionswinkel) "abgeglichen", um den Gesamtlichtstrom
des Primärreflexionslichts
zu optimieren. Genauer gesagt, sollte ein Teil des Primärreflexionslichts,
wie durch die Leuchtröhre 60 selbst
ausgeblendet, vernünftigerweise
aus der Berechnung des Lichtstroms ausgeschlossen werden. Demgegenüber sollte
das direkte Licht von der Leuchtröhre 60 berücksichtigt
werden. Zusammengefasst gesagt, kann, unter Verwendung der Lampenbefestigung
gemäß der Erfindung,
das Lichtausgabeverhältnis,
das als Lichtstrom des von der gekrümmten Fläche 51 des Reflektors
reflektierten Lichts durch den Gesamtlichtstrom einer nackten Lichtquelle
definiert ist, auf mehr als 90% optimiert werden, was durch die
herkömmliche
Technologie kaum erreicht wird.
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Der
Verbundspiegelfilm 52 besteht aus vier oder fünf aufeinanderfolgenden
Schichten. Die 4A ist eine Schnittansicht der
Stapelreihenfolge eines Verbundspiegelfilms 52 mit fünf Schichten.
Diese fünf
Schichten sind aufeinanderfolgend die transparente Schutzschicht
(nachfolgend als "erste Schicht" bezeichnet) 5-1,
die Hauptreflexionsschicht (nachfolgend als "dritte Schicht" bezeichnet) 5-3, die Trägerschicht
(nachfolgend als "zweite
Schicht" bezeichnet) 5-2,
die Kleberschicht (nachfolgend als "vierte Schicht" bezeichnet) 5-4 sowie die
Verdi ckungsschicht (nachfolgend als "fünfte
Schicht" bezeichnet) 5-5, wie es die 4A zeigt.
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Die
erste Schicht 5-1 wird durch Vakuumaufdampfen eines Antireflexionsfilms
auf Basis eines Nichtmetalls, durch Auflaminieren von Polymethylmethacrylat
(PMMA) oder Polyurethan (PU) vorzugsweise mit einer Dicke von ungefähr 2–3 μm sowie anschließendes Härten des
Laminatfilms durch ultraviolettes (UV) Licht hergestellt. Der Vakuumaufdampfprozess
ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Technologie der Herstellung
optischer Bauteile gut bekannt. Außerdem ist es für den Fachmann
auf diesem Gebiet ersichtlich, dass der Antireflexionsfilm aus Materialien
mit kleinem Brechungsindex ausgewählt werden kann, wie Glas,
einem optischen Kunststoff, SiOx, wie SiO2 oder SiO, Titandioxid
(TiO2), einem Alkalimetallfluorid wie Lithiumfluorid (LiF) oder einem
Erdalkalimetallfluorid wie Magnesiumfluorid (MgF2) oder Calciumfluorid
(CaF2). Kurz gesagt, wirkt die erste Schicht 5-1 als transparente
Abschirmung, die den Verbundspiegelfilm 52 schützt, ohne dass
sie irgendeinen negativen Effekt auf die Lichttransmission hätte.
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Die
zweite Schicht wirkt als Trägerunterlage, und
sie wird dadurch hergestellt, dass ein Film aus einem geeigneten
Kunststoffmaterial mit einer Trübheit von
0,01 oder weniger einem Aufwickelprozess unterzogen wird. Der Erfindung
hat herausgefunden, dass ein optischer Kunststoff mit einer Trübheit von 0,01
oder weniger dem Erfordernis der Erfindung als guter Unterlagenkandidat
genügen
kann. Der geeignete optische Kunststoff kann Polyethylenterephthalat
(PET), Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) sein.
Bevorzugter kann die Dicke der zweiten Schicht auf ungefähr 20 μm kontrolliert werden.
Unter den Materialien ist PMMA hinsichtlich der optischen Eigenschaften
bevorzugt. Es sei darauf hingewiesen, dass, gemäß einer anderen Erscheinungsform
der Erfindung, der Verbundspie gelfilm 52 die zweite Schicht
(d. h. die Trägerschicht) 5-2 nicht
enthält,
wie es in der 4B dargestellt ist.
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Die
dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht hergestellt ist, besteht
aus einem reinen Metall (z. B. 99,99%) mit hohem Reflexionsvermögen wie
Aluminium, Gold, Silber, Platin oder Rhodium, wobei ein Vakuumaufdampfprozess
verwendet wird. Auch kann die dritte Schicht aus einem Nichtmetall-TiO2, mit
hohem Reflexionsvermögen
innerhalb des sichtbaren Bereichs – bestehen. Jedoch ist es dem
Fachmann bekannt, dass ein mehrschichtiger Film hergestellt wird,
wenn TiO2 als Material für
die dritte Schicht ausgewählt
wird. Es ist ersichtlich, dass die dritte Schicht im Wesentlichen
als Reflexionsfilm dient. Übrigens
besteht zwar keine spezielle Einschränkung für die Dicke der dritten Schicht,
jedoch liegt sie vorzugsweise im Bereich einiger Nanometer.
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Gemäß der 4A wird
die fünfte
Schicht 5-2 über
einen dünnen,
anaerob härtenden
Kleber 5-4, vorzugsweise mit einer Dicke von 1,3 μm, bevorzugter
von 2 μm,
mit der unteren Schicht (d. h. der fünften Schicht, wie sie später beschrieben
wird) 5-5 verbunden. Diese Kleberschicht kann als vierte Schicht
betrachtet werden, die im Verbundspiegelfilm 52 enthalten
ist. Jedoch wird, gemäß erneuter
Bezugnahme auf die 4B, da die Trägerschicht 5-2 gemäß einer
Erscheinungsform der Erfindung weggelassen werden kann, der anaerob
härtende
Kleber 5-4 dazu verwendet, die dritte Schicht 5-3 statt
die zweite Schicht 5-2 an die untere Schicht 5-5 anzukleben.
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Die
Gesamtdicke des Verbundspiegelfilms 52 bildet ebenfalls
einen Schlüsselfaktor
bei der Beleuchtungsfunktion. Die untere Schicht des Verbundspiegelfilms 52,
die fünfte
Schicht 5-5, besteht aus einem optischen Kunststoff wie
Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat
(PMMA). Sie fungiert als Verdickungsfilm, der dazu verwendet wird,
die Gesamtdicke des Verbundspiegelfilms 52 auf einen gewünschten
Wert einzustellen. Anders gesagt, kann die Dicke des Verbundspiegelfilms 52 dadurch
einen gewünschten Wert
erreichen, dass die Dicke der fünften
Schicht manipuliert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das Anbringen
der fünften
Schicht 5-5 an der zweiten Schicht 5-2 oder der
dritten Schicht 5-3 über
die vierte Schicht 5-4 der abschließende Schritt beim Herstellen
des Verbundspiegelfilms 52 ist.
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Wie
oben angegeben, kann der Vertikalabstand zwischen der Leuchtröhre 60 und
dem Reflektor 50 (oder der gekrümmten Fläche 51) dadurch eingestellt
werden, dass der Verbindungsteil der Leuchtröhre mit verschiedenen Verbindungsstellen 51 des Verbinders 40 in
Eingriff gebracht wird. Es ist zu beachten, dass vorab mehrere Verbinder 40 am
Lampengehäuse 30 angebracht
werden können
und dass sie nebeneinander, auf versetzte Weise, oder in jeder beliebigen
anderen geeigneten Form, nach Bedarf, positioniert werden können.
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Ähnlich wie
die 3A–3E sind
die 5A–5C Schnittansichten
zum Darstellen der Positionsbeziehungen zwischen dem Lampengehäuse 30 und
dem Reflektor 50 mit verschiedenen gekrümmten Flächen und den sich ergebenden
Lichtreflexionen, mit der Ausnahme, dass am Lampengehäuse 30 an
den beiden Seiten desselben unter dem Verbinder 40 eine
Lichtsperrlage 70 mit gekrümmter Fläche auf der der Reflektor 60 zugewandten
Seite vorhanden ist. Die Funktionen der Lichtsperrlage 70 bestehen
einerseits darin, dafür
zu sorgen, dass der Benutzer ein angenehmes Gefühl erfährt, wenn er unbeabsichtigt
direkt in die Leuchtröhre 60 blickt,
und andererseits darin, in erster Linie das von der Leuchtröhre 60 emittierte
Licht direkt zu reflektieren, um den Gesamtlichtstrom zu erhöhen. Demgemäß wurde auch
der Verbundspiegelfilm 52 auf der der Leuchtröhre 60 zugewandten
gekrümmten
Fläche
der Lichtsperrlage 70 befestigt. Gleichzeitig verfügt die Lichtsperrlage 70 über eine
Breite, die dem Durchmesser der Leuchtröhre 60 entspricht
oder geringfügig
größer ist,
damit sie ihre Funktionen ausüben kann.
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Bei
der Lampenbefestigung gemäß der Erfindung
ist es, da die Temperatur um den Aufnahmeraum 31 herum
in der Praxis unter 50°C
gehalten werden kann, nicht erforderlich, das Material der Lichtsperrlage 70 auf
ein solches mit Wärmebeständigkeit
einzuschränken.
Beispielsweise kann das Material dasselbe wie das des Lampengehäuses sein.
Auch besteht keine spezielle Einschränkung entweder für das Profil
der gekrümmten
Fläche
der Lichtsperrlage 70 oder den Vertikalabstand zwischen ihr
und der Leuchtröhre 60.
Jedoch ist es zu beachten, dass die Lichtsperrlage 70 an
der der Leuchtröhre 60 zugewandten
Fläche
ein nach oben konvexes Profil zeigen sollte, wie es in den 3A–3E dargestellt
ist, wenn nämlich
der Effekt der Primärreflexion
berücksichtigt
wird. Vorzugsweise kann die Lichtsperrlage 70 eine gekrümmte Fläche mit
ungefähr
Parabelprofil, ungefähr
Halbkreisprofil, ungefähr Halbellipsenprofil
oder einer Kombination aufweisen, ähnlich wie der oben genannte
Reflektor 50.
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Obwohl
oben die Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulicht sind, ist sie nicht auf diese eingeschränkt. An
den obigen Ausführungsformen können verschiedene äquivalente Änderungen
oder Modifizierungen vorgenommen werden, ohne dass vom Schutzumfang
der Erfindung abgewichen würde.
Alle Änderungen
und Modifizierungen, wie sie dem Fachmann ersichtlich sind, sollen
im Schutzumfang der Erfindung enthalten sein.