-
Die
Erfindung betrifft zunächst einen schalenförmigen
Reflektor für eine Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
-
Derartige
Reflektoren werden von der Anmelderin seit einiger Zeit entwickelt
und gefertigt. Entsprechende Reflektoren sind beispielsweise in den
vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen
DE 10 2004 042 915
A1 ,
DE
10 2007 035 528 A1 ,
DE 10 2007 035 396 A1 ,
DE 10 2007 044 963 A1 und
den nachveröffentlichten Patentanmeldungen
DE 10 2008 056 103 A1 und
DE 10 2008 063 369
A1 beschrieben. Sämtliche dieser Anmeldungen gehen auf
die Anmelderin zurück. Der Inhalt sämtlicher der vorgenannten
Patentanmeldungen wird hiermit zur Vermeidung von Wiederholungen
und auch zum Zwecke der Bezugnahme, auch auf einzelne Merkmale,
hiermit in den Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung mit eingeschlossen.
-
Bei
den vorbekannten Reflektoren sind auf der Innenseite zahlreiche
Facetten vorgesehen, die unterschiedlich ausgestaltete Facettenoberflächen aufweisen
können. Die Licht reflektierende Facettenoberfläche
kann insbesondere auf besondere Weise gewölbt, beispielsweise
sphärisch, asphärisch oder zylindrisch gewölbt,
ausgestaltet sein. Alternativ und/oder zusätzlich können
die Facettenoberflächen auch plan ausgebildet sein.
-
Durch
aufwendige Computersimulationen kann das Lichtabstrahlverhalten
der facettierten Reflektor-Innenfläche für ein
bestimmtes Leuchtmittel vorherberechnet werden. So kann, wie dies
die zahlreichen Schutzrechtsanmeldungen der Anmelderin offenbaren,
eine beliebige Lichtverteilung der Leuchte allein durch Wahl der
Form und Größe sowie Positionierung der einzelnen
Facettenoberflächen erzielt werden.
-
Bei
einigen Reflektoren hat sich herausgestellt, dass sich zwischen
den durch Simulation berechneten theoretischen Lichtverteilungen
und den realen Lichtverteilungen von entsprechend der Simulation
gefertigten Reflektoren Diskrepanzen ergeben können. So
kann mit einer realen Lampe und einem realen Facettenreflektor zwar
grundsätzlich eine Lichtverteilung an einer realen Fläche
erzielt werden, die der simulierten Lichtverteilung sehr stark angenähert
ist. Bei der realen Lichtverteilung kommt es aber teilweise zu einer
Bildung von regelmäßigen oder unregelmäßigen
Mustern in der Lichtverteilung, die ungewünscht sind. Diese,
auch als Schlieren bezeichenbare Störeffekte sollen nach
Möglichkeit vermieden werden.
-
Ausgehend
von einem aus der eingangs beschriebenen Patentanmeldung der Anmelderin
her bekannten, schalenförmigen Reflektor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen
solchen Reflektor derart weiterzubilden, dass eine vergleichmäßigte
Lichtverteilung erzielbar ist.
-
Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass der Wellenzug von einer unregelmäßigen
Struktur überlagert ist, die eine Amplitude aufweist, die
zwischen 1/100 und 2/10 der relativen Amplitude des Wellenzuges
beträgt.
-
Das
Prinzip der Erfindung besteht darin, einen mit zahlreichen Facetten
versehenen Reflektor mit einer bestimmten Rauigkeit zu versehen.
Die Rautiefe wird dabei derart gewählt, dass ein gewünschtes,
geringfügig diffusives Reflektionsverhalten erzielt wird.
Durch Aufbringung dieser Oberflächenrauigkeit kann die
beschriebene Muster- oder Schlierenbildung vermieden werden. Es
kommt zu der gewünschten Vergleichmäßigung
der Lichtverteilung.
-
Die
Erfindung erkennt, dass die Ungleichmäßigkeiten
in der Lichtverteilungskurve bei den Reflektoren des Standes der
Technik unter anderem dadurch bedingt sind, dass die Facetten eine
derartig exakte und präzise Kontur aufweisen, dass aufgrund von
Abschattungseffekten, bedingt durch die geometrische Anordnung und
Struktur der Facetten, resonanzartige Lichtmuster in der Lichtverteilungskurve entstehen
können. Durch Aufbringung einer geeigneten Oberflächenrauigkeit
auf die Facettenoberflächen kann ein leicht diffuses Abstrahlverhalten
der einzelnen Facetten erzielt werden. Durch Überlagerung
des leicht diffusen Abstrahlverhaltens zahlreicher Facetten wird
die Lichtverteilung insgesamt vergleichmäßigt.
-
Der
Grad der Diffusivität des Abstrahlverhaltens wird dabei
aber präzise gewählt: So beträgt die Amplitude
der unregelmäßigen Struktur, die dem präzisen
Wellenzug überlagert ist, nur einen Bruchteil der relativen
Amplitude des Wellenzuges.
-
Die
relative Amplitude des Wellenzuges im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung
ist der mittlere Abstand zwischen einem Wellental und einem benachbarten
Wellenberg. Die Amplitude der unregelmäßigen Struktur
ist im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung der mittlere Abstand
zwischen einem Wellental und einem Wellenberg der Oberflächenrauigkeit.
Das Verhältnis der Amplitude der unregelmäßigen
Struktur zu der relativen Amplitude des Wellenzuges beträgt
etwa zwischen 1:100 und 2:10.
-
Der
erfindungsgemäße Reflektor ist schalenförmig
ausgebildet. Er weist demnach eine schalenförmige Grundform
auf. Vorzugweise ist der Reflektor im Wesentlichen rotationssymmetrisch
hinsichtlich seiner Grundform ausgebildet. Die einzelnen Facetten,
und insbesondere deren individuell berechnete Oberflächen,
können allerdings in einer nicht rotationssymmetrischen
Weise entlang der Innenfläche des Reflektors angeordnet
sein. Insbesondere kann mit einem hinsichtlich seiner Grundform
rotationssymmetrischen schalenförmigen Reflektor und einer im
Wesentlichen punktförmigen Lichtquelle – falls
gewünscht – auch eine nicht rotationssymmetrische Lichtverteilung
generiert werden.
-
In
dem Innenraum des Reflektors ist eine Lampe anordenbar. Hierfür
kann beispielsweise im Bereich des Scheitels des Reflektors eine
Durchtrittsöffnung für eine Lampe angeordnet sein.
Diese Lampendurchtrittsöffnung kann allerdings auch in
einem seitlichen Wandungsbereich des Reflektors angeordnet sein.
-
Die
Innenfläche des Reflektorelementes ist vorteilhaft hoch
reflektierend ausgebildet. Sie weist eine Vielzahl von Facetten
auf. Die Facetten können entlang von konzentrischen Reihen
und quer dazu verlaufenden Spalten angeordnet sein. Die Facetten springen
mit ihrer Oberfläche zum Innenraum hin vor. Die Oberfläche
der einzelnen Facetten kann beispielsweise gewölbt sein
oder plane Abschnitte umfassen. Die Art und Ausbildung der Facettenoberfläche
hängt von der gewünschten, zu erzielenden Lichtverteilung
der Leuchte ab.
-
Mehrere,
nebeneinander angeordnete Facetten bilden einen Wellenzug, der Wellentäler
und Wellenberge aufweist. Ein solcher Wellenzug ergibt sich beispielsweise,
wenn man mit einer sehr feinen Tastnadel die Innenseite des Reflektorelemente,
z. B. in Umfangsrichtung des Reflektors oder quer dazu, abfahren
würde. Der Begriff Wellental und Wellenberg bezeichnet
im Sinne der Erfindung nicht nur gewölbte Erhebungen und
Niederungen, sondern beispielsweise auch Wellenzüge, die
einen sägezahnartigen oder rechtecksignal-artigen Verlauf
haben. Ein Wellenzug im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung repräsentiert
mithin einen Verlauf der Kontur jeglicher Arten von Vorsprüngen
und Zwischenräumen oder Rücksprüngen.
-
Die
Wellentäler und Wellenberge definieren eine relative Amplitude
des Wellenzuges. Der Begriff relative Amplitude des Wellenzuges
bezieht sich auf eine Grundform des Reflektors.
-
Betrachtet
man beispielsweise einen Wellenzug, der sich durch Abtastung der
Innenfläche des Reflektorelementes, also durch Überfahren
der Facetten, entlang der Umfangsrichtung des Reflektors ergibt,
so stellt man fest, dass der Wellenzug, einer kreisbogenförmigen
Grundform des Reflektors folgend, beispielsweise eine sinusförmige
Wellenlinie zeigt. Die relative Amplitude des Wellenzuges bedeutet
im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung dann einen mittleren maximalen
Abstand zwischen einem Wellental und einem darauf folgenden Wellenberg, wobei
die mittleren Höhen des Wellenberges und des Wellentales
jeweils gemessen werden relativ zu der Kreisbogenlinie, die die
Grundform des Reflektorelementes vorgibt.
-
Der
Wellenzug kann bereits bei Reflektoren des Standes der Technik mit
einer sehr hohen Fertigungspräzision hergestellt werden.
-
Unter
der Annahme, dass das erfindungsgemäße Reflektorelement
aus einer Aluminiumronde gedrückt wird, indem die Aluminiumronde
fortwährend gegen eine rotierende Patrize mit einer Formgebungsfläche
gedrückt wird, ist folgendes zu beachten: Die Patrize weist
Ausnehmungen auf, die mit sehr hoher Präzision von etwa
5 μm in die Patrize eingefräst worden sind. Diese
hohe Fertigungspräzision findet sich als Fertigungstoleranz
auch bei dem durch Drücken gegen eine solche Patrize entstandenen Aluminium-Reflektor.
-
Zum
Beispiel durch Ätzen der Werkzeugform kann in die Werkzeugform
die gewünschte Rauigkeit eingebracht werden. Diese kann
eine mittlere Rautiefe von zwischen 5 und 150 μm, vorzugsweise
zwischen 10 und 80 μm, besonders vorteilhaft zwischen 20
und 30 μm, aufweisen.
-
Als
mittlere Rautiefe wird dabei eine sogenannte gemittelte Rautiefe
bezeichnet, die durch Entlangfahren einer Messstrecke auf der Oberfläche
des Werkstückes als jeweilige Differenz aus maximalem und
minimalem Wert des Profils ermittelt wird. Wie in anderen Bereichen
der Technik üblich wird, als gemittelte oder mittlere Rautiefe
im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung auf eine Standard-gemittelte
Rautiefe zurückgegriffen, die eine Auswertung mehrerer, z.
B. fünf einzelner Messstrecken, die gemittelt werden, berücksichtigt.
-
In
der vorliegenden Patentanmeldung werden im Übrigen die
Begriffe Rautiefe, mittlere Rautiefe und gemittelte Rautiefe synonym
verwendet.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Reflektor ist die unregelmäßige
Struktur mit einer Amplitude ausgestattet, die zwischen 1/100 und
2/10 der relativen Amplitude des Wellenzuges beträgt. Die
unregelmäßige Struktur überlagert insoweit
den Wellenzug. Der Wellenzug ist – bei bildlicher Darstellung – noch
sehr genau erkennbar. Die unregelmäßige Struktur
führt bei Betrachtung einer bildlichen Darstellung zu einer rauschartigen
Zitterkurve, die den präzisen Wellenzug überlagert.
-
Unter
Rückgriff auf vergleichbare Phänomene in der Elektrotechnik
kann das Verhältnis von Wellenzug zur unregelmäßigen
Struktur auch als eine Art Signal-Rausch-Verhalten betrachtet werden.
Während der Wellenzug das eigentliche Nutzsignal darstellt,
wird dieses bei dem erfindungsgemäßen Reflektor
mit Bedacht mit einem zusätzlichen Rauschen versehen. Erst
durch die Aufbringung eines solchen zusätzlichen Rauschsignals
verbessert sich die Lichtverteilung im Sinne einer Homogenisierung
und Vergleichmäßigung.
-
Ähnlich
wie bei einem Rauschen eines elektrischen Signals in der Elektrotechnik
ist auch die – vorteilhaft auf der gesamten – Innenfläche
des Reflektorelementes vorgesehene unregelmäßige
Struktur eine Art Störgröße mit einem
breiten, unspezifischen Frequenzspektrum. Im Unterschied zu der elektrotechnischen
Signalbetrachtung ist bei dem vorliegenden Reflektorelement das
Rauschen aber nicht per se vorhanden, sondern wird als gewünschte Rauigkeit
auf die Oberfläche des Reflektorelementes aufgebracht.
-
Von
der Erfindung sind auch solche Reflektoren umfasst, bei denen die
relative Amplitude des Wellenzuges entlang unterschiedlicher Abschnitte der
Innenfläche des Reflektorelementes variiert. Beispielsweise
kann die relative Amplitude in einem ersten flächenhaften
Abschnitt der Innenfläche des Reflektorelementes etwa 0,5
mm betragen und in einem anderen Abschnitt der Innenfläche
des Reflektorelementes lediglich 0,2 mm betragen. Der erste Abschnitt
des Reflektorelementes kann dann mit einer unregelmäßigen
Struktur überlagert sein, die eine erste Amplitude aufweist
und der zweite Abschnitt kann von einer unregelmäßigen
Struktur überlagert sein, die eine zweite Amplitude aufweist.
Die erste und die zweite Amplitude können gleich oder unterschiedlich
ausgestaltet sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Amplitude der
unregelmäßigen Struktur größer
als 1/50 der relativen Amplitude des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/40 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/30 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/25 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/20 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/15 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/12 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur größer als 1/11 der relativen Amplitude
des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur kleiner als 2/10 der relativen Amplitude des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur kleiner als 3/20 der relativen Amplitude des Wellenzuges.
-
Weiter
vorteilhaft ist die Amplitude der unregelmäßigen
Struktur kleiner als 5/40 der relativen Amplitude des Wellenzuges.
-
Das
grundlegende Prinzip der Erfindung besteht darin, den präzisen
Wellenzug mit einer unregelmäßigen Struktur zu überlagern,
die eine Oberflächenrauigkeit einbringt, deren Rautiefe
mindestens in der Größenordnung der Fertigungstoleranz
des Reflektorelementes und damit der Präzision des Wellenzuges
liegt.
-
Unter
der Annahme, dass die Fertigungstoleranz des Reflektors und der
Facetten etwa 1/100stel der relativen Amplitude des Wellenzuges
entspricht, ist demzufolge erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Rautiefe etwa dem ein- bis zwanzigfachen der Fertigungstoleranz
entspricht.
-
Weiter
vorteilhaft ist vorgesehen, dass die relative Amplitude des Wellenzuges
im Mittel zwischen 0,4 und 1 mm beträgt, vorzugsweise zwischen
0,45 und 0,8 mm, weiter vorzugsweise etwa zwischen 0,5 und 0,6 mm.
-
Derartige
relative Amplituden des Wellenzuges haben sich als technisch optimal
beherrschbar und lichttechnisch optimal simulierbar herausgestellt. Außerdem
hat sich im Praxistest herausgestellt, dass solche relativen Amplituden
des Wellenzuges optimierte, reale lichttechnische Verhältnisse
liefern.
-
Weiter
vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Reflektor hinsichtlich seiner
Grundform rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dies ermöglicht
den Rückgriff auf herkömmliche Herstellungsverfahren.
-
Weiter
vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Innenseite des Reflektors hoch
reflektierend ausgebildet ist. Hierdurch kann die gewünschte
Lichtverteilung erzielt werden.
-
Weiter
vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Reflektor einen parabelförmigen
Querschnitt aufweist. Dies ermöglicht die Anordnung einer
Lampe, also eines Leuchtmittels, im Brennpunkt oder nahe des Brennpunktes
des Reflektors. Damit einhergehend wird eine vereinfachte Lichtsimulation
ermöglicht.
-
Weiter
vorteilhaft besteht der Reflektor aus Aluminium. Dies ermöglicht
einen Rückgriff auf bekannte Herstellungsarten.
-
Weiter
vorteilhaft ist der Reflektor in einem Drückverfahren durch
Drücken gegen eine Patrize gefertigt. Dies ermöglicht
einen Rückgriff auf herkömmliche Herstellungsverfahren.
-
Weiter
vorteilhaft sind der Wellenzug und die überlagernde unregelmäßige
Struktur in einem gemeinsamen Arbeitsgang, insbesondere einem Drückvorgang,
in die Innenseite des Reflektors eingearbeitet worden. Dies ermöglicht
eine besonders effiziente Herstellung des erfindungsgemäßen
Reflektors.
-
Die
Erfindung löst die gestellte Aufgabe auch durch die Merkmale
des Anspruches 4. Demnach ist vorgesehen, dass der zahlreiche Facetten
aufweisende Reflektor mit einer Rauigkeit behaftet ist, deren Rautiefe
zwischen 20 und 30 μm liegt.
-
Die
Erfindung betrifft des Weiteren eine Leuchte nach dem Oberbegriff
des Anspruches 12.
-
Die
Erfindung geht aus von einer Leuchte, wie sie in der Eingangs beschriebenen,
vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin beschrieben
ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Leuchte derartig
weiterzuentwickeln, dass eine vergleichmäßigte
Lichtverteilung erzielbar ist.
-
Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
12.
-
Die
erfindungsgemäße Leuchte umfasst ein Leuchtengehäuse,
eine Lampe und einen Reflektor. Umfasst von der Erfindung sind selbstverständlich auch
Leuchten mit mehreren Gehäusen, und/oder mehreren Lampen
und/oder mehreren Reflektoren. Das Leuchtengehäuse umgibt
zumindest den Reflektor. Die Lampe ragt in den Innenraum des Reflektors hinein
oder ist vollständig innerhalb des Reflektorinnenraumes
angeordnet.
-
Die
Innenseite des Reflektorelementes weist zahlreiche Facetten auf.
Diese sind mit einer hohen Genauigkeit gefertigt worden.
-
Die
Besonderheit besteht darin, dass die Innenseite des Reflektorelementes
zur Vergleichmäßigung der Lichtstärkeverteilung
auf einer auszuleuchtenden Fläche mit einer Oberflächenrauheit
ausgestattet ist. Die mittlere Rautiefe dieser Rauheit liegt zumindest
in der Größenordnung der Fertigungsgenauigkeit
der Facetten. Als Fertigungsgenauigkeit der Facetten wird die Toleranz
bezeichnet, mit der die Facetten herstellbar sind. Die Fertigungstoleranz
der Facetten entspricht der Fertigungstoleranz der geometrisch invertierten
Ausnehmungen in der Patrize, gegen die eine Aluminiumronde bei der
Herstellung des Reflektorelementes gedrückt wird. Die mittlere Rautiefe
ist insoweit derartig gewählt, dass sie die Fertigungstoleranzen
erreicht bzw. übersteigt. Die Oberfläche der Facetten,
und damit die Innenseite des Reflektorelementes, wird insoweit mit
einer Rauigkeit oder Rauheit versehen. Hierdurch kann ein leicht
diffuseres Reflektionsverhalten der Facettenoberflächen
erzielt werden.
-
Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Werkzeug zur Herstellung eines
Reflektors nach dem Oberbegriff des Anspruches 15.
-
Ein
solches Werkzeug ist in der eingangs erwähnten, vorveröffentlichten
Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vorbekanntes Werkzeug nach
dem Oberbegriff des Anspruches 15 derartig weiterzuentwickeln, dass
ein Reflektorelement herstellbar ist, mit dem eine gleichmäßigere
Lichtverteilung erzielbar ist.
-
Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
15.
-
Zur
Würdigung dieser Erfindung wird auf die obigen Ausführungen
verwiesen, die in analoger Weise Geltung finden.
-
Die
Ausnehmungen der Formgebungsfläche drücken sich
beim Drücken der Aluminiumronde auf der Innenseite des
Reflektors ab und bilden dort die nach Innen vorspringenden Facetten.
Die Formgebungsfläche ist mit einer hohen Fertigungsgenauigkeit
bearbeitet worden. Die Ausnehmungen, die sozusagen einen geometrisch
invertierten Wellenzug bilden, weisen also ebenfalls nur geringe
Fertigungstoleranzen von beispielsweise 5 μm auf.
-
Die
Besonderheit besteht darin, dass die Formgebungsfläche
in einem der Einarbeitung der Ausnehmungen nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit
einer Rauigkeit versehen wird. Diese Rauigkeit wird durch eine Rautiefe
definiert, die zumindest in der Größenordnung
der Fertigungstoleranz der Ausnehmung liegt, aber auch um ein Mehrfaches
darüber liegen kann. Mithin wird nach dem Einfräsen
der Ausnehmungen in das Werkstück, aus dem die Patrize
gefertigt wird, dieses nachfolgend nochmalig bearbeitet, um die
gewünschte Rauigkeit zu erzielen. Diese Rauigkeit kann
beispielsweise durch einen Ätzprozess erreicht werden.
Auch alternative Bearbeitungsschritte der Patrize, beispielsweise
durch Sandstrahlen oder eine sonstige Oberflächenbearbeitung,
kommen in Frage.
-
Grundsätzlich
sei angemerkt, dass die Bereitstellung der Rauigkeit mit einer gewünschten Rautiefe
in der Patrize unter Umständen auch bereits bei der Einarbeitung
der Ausnehmungen in die Patrize mit eingearbeitet werden könnte,
z. B. im Falle einer Laserstrahl-Gravur der Patrize. Für
den Fall, dass eine Rauigkeit mit einer derartig großen
Rautiefe bereitgestellt werden soll, dass diese die Fertigungstoleranz
der Ausnehmungen um ein Mehrfaches übersteigt, könnte
beispielsweise auch daran gedacht werden, die gewünschte
Rautiefe direkt bei einem solchen Bearbeitungsschritt mit einzubringen.
-
Andererseits
ermöglicht gerade ein Ätzen oder eine andere Oberflächenbearbeitung
der Patrize nach dem Einfräsen der Ausnehmungen eine besonders
gleichmäßige, also über die gesamte Innenfläche
des Reflektorelementes gleich gehaltene Rauigkeit oder Rautiefe.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Reflektorelementes nach dem Oberbegriff des Anspruches 17.
Dieses Verfahren verwendet ein zuvor beschriebenes Werkzeug.
-
Schließlich
betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Herstellung eines
Werkzeuges der vorbeschriebenen Art. Auch diesbezüglich
kann zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen
zu den Vorteilen und der technischen Funktionsweise der Erfindung
nach den vorherigen Ansprüchen verwiesen werden.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der nicht zitierten Unteransprüche
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung. In den
Figuren zeigen:
-
1 in
einer schematischen Prinzipskizze ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Leuchte,
-
2 das
Reflektorelement der Leuchte der 1 in Einzeldarstellung,
etwa in einer Ansicht gemäß Ansichtspfeil II in 1,
wobei eine Lampendurchtrittsöffnung in dem Reflektor der 2 nicht dargestellt
ist,
-
3 in
einer sehr schematischen, teilgeschnittenen Darstellung das Reflektorelement
der 2, etwa entlang der Schnittlinie III-III in 2,
-
4 in
einer vergrößerten Darstellung gemäß Teilkreis
IV einen Bereich der Innenfläche des Reflektorelementes
der 3 in einer teilgeschnittenen Ansicht,
-
4a in
einer Darstellung ähnlich der 4 einen
Bereich der Innenfläche des Reflektorelementes der 3 etwa
entlang einer Schnittlinie gemäß IVa-IVa in 4,
-
5 den
Bereich der Innenfläche des Reflektorelementes der 4 in
einer Darstellung ähnlich der 4, wobei
die Anordnung der drei einander benachbarten Segmente entlang einer
Ebene abgewickelt ist,
-
5a ein
weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung der 5,
-
6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung der 5,
-
7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung der 5,
-
8 das
Ausführungsbeispiel der 5a in
vergrößerter Darstellung, wobei eine unregelmäßige
Struktur den Wellenzug als rauschartige Kurve überlagert,
-
9 in
einer schematischen Darstellung eine Lichtverteilungskurve, die
sich bei einem Ausführungsbeispiel einer Leuchte des Standes
der Technik ergibt,
-
10 eine
Lichtverteilungskurve, die sich mit der gleichen Leuchte und dem
gleichen Reflektorelement wie bei der Leuchte, die der 9 zu
Grunde liegt, ergibt, wobei zusätzlich eine unregelmäßige Struktur
auf die Reflektorinnenseite aufgebracht ist,
-
11 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Werkzeugform, der sogenannten Patrize, in schematischer Darstellung,
-
12 in
einer vergrößerten Darstellung gemäß Teilkreis
XII in 11 einen Abschnitt der Kontur
der Patrize,
-
13 in
einer vergrößerten Darstellung nach Art der 8 ein
Segment 18a zur Veranschaulichung des Reflektionsverhaltens,
und
-
14 in
einer Darstellung gemäß 13 das
Segment 18a, auf dessen Oberfläche eine unregelmäßige
Struktur 23 aufgebracht worden ist zur Veranschaulichung
des dadurch erzielbaren Abstrahlverhaltens.
-
Die
in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete Leuchte
und das in seiner Gesamtheit in den Figuren mit 11 bezeichnete
Reflektorelement sollen nachfolgend detailliert erläutert
werden. Der nachfolgenden Beschreibung sei vorausgeschickt, dass
der Übersichtlichkeit halber gleiche oder miteinander vergleichbare
Teile oder Elemente, teilweise auch bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, der Übersichtlichkeit
halber mit gleichen Bezugszeichen versehen worden sind, teilweise
unter Hinzufügung kleiner Buchstaben.
-
Das
Ausführungsbeispiel der 1 zeigt
in einer sehr schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Leuchte 10. Die
Leuchte umfasst ein Leuchtengehäuse 12, welches
alle wesentlichen Bestandteile der Leuchte 10 umhüllt
und beispielsweise auch Befestigungsflächen für
ein Reflektorelement 11 bereitstellt. Die elektrischen
Zuleitungen zum Betrieb des Leuchtmittels 13 sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Das Leuchtmittel 13 kann
beispielsweise eine im Scheitelbereich S des Reflektorelementes 11 angeordnete
Lampendurchtrittsöffnung durchstecken, insbesondere derart,
dass das leuchtende Volumen 17 des vorzugsweise als Punktlichtquelle
ausgebildeten Leuchtmittels 13 im Bereich des Brennpunktes
B des im Wesentlichen parabolförmigen Reflektors 11 angeordnet
ist. Ein Lampensockel 14 kann sich beispielsweise auch
außerhalb des Reflektorelementes 11 befinden und
am Gehäuse 12 gelagert sein.
-
Die
Lichtaustrittsöffnung 15 der Leuchte 10 kann
durch ein gestrichelt angedeutetes Abschlussglas 16 verschlossen
sein, welches vorzugsweise transparent oder transluzent ausgebildet
ist. Unter Umständen kann dieses auch zumindest teilweise diffusiv
ausgebildet sein.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Leuchte kann ein Abschlussglas 16 aber auch gänzlich
entfallen.
-
Die 2 zeigt
ein erfindungsgemäßes Reflektorelement 11 in
schematischer Ansicht, wie es in einer erfindungsgemäßen
Leuchte 10 zum Einsatz kommt. Das Reflektorelement 11 weist
auf seiner Innenseite 20 eine Vielzahl von Facetten oder
Segmenten 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f, 18g, 18h, 18i, 18j und 18k auf.
Der in 2 dargestellte freie Rand 19 des Reflektorelementes 11 kann
eine vorteilhafte Befestigung des Reflektorelementes 11 an
dem Gehäuse 12 ermöglichen. Ein solcher
Rand 19 muss aber nicht zwingend an dem Reflektor 11 vorgesehen sein,
wie sich dies auch aus der Darstellung der 1 ergibt.
-
Die
Facetten 18 sind bei dem Ausführungsbeispiel der 2 in
konzentrisch verlaufenden Ringen 29a, 29b, 29c und
quer dazu verlaufenden Spalten 30a, 30b, 30c angeordnet.
Die Lampendurchtrittsöffnung 34 im Bereich des
Scheitels S des Reflektors 11 ist bei dem Reflektorelement 11 der 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
-
3 zeigt
in einer sehr vereinfachten, schematischen Darstellung das Reflektorelement 11 gemäß den 1 und 2 in
einer Darstellung gemäß 1. Es wird
deutlich, dass das Reflektorelement 11 einen im Wesentlichen
parabelförmigen Querschnitt aufweist, der eine Grundbauform
des Reflektorelementes 11 vergibt. Das Reflektorelement ist
bezüglich seiner Längsmittelachse M hinsichtlich seiner
Grundbauform im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Es
ergibt sich ein schalenförmiger oder parabolförmiger
Aufbau.
-
Lediglich
beispielhaft sollen drei Facetten 18a, 18b, 18c in
der vergrößerten Darstellung der 4 hervorgehoben
werden. Die drei Facetten 18a, 18b, 18c sind
bei dem Ausführungsbeispiel der 4 im Wesentlichen
sphärisch gewölbt und weisen jeweils eine reflektierende
Oberfläche 21a, 21b, 21c auf.
Für den Fall, dass ein feinfühliger mechanischer
Tastfinger entlang der Innenseite 20 des Reflektorelementes 11,
ausgehend von einem Punkt P1 der Facette 18c bis
zu einem Punkt P2 des Segmentes 18a entlang
einer Spalte, also vom freien Randbereich des Reflektors hin zu
einem Scheitelbereich S des Reflektors 11, fährt,
ergibt sich der in 4 dargestellte Wellenzug W.
Der Wellenzug W verkörpert insoweit die Kontur der Facetten 18a, 18b, 18c.
-
Wie 4 erkennen
lässt, ist der Wellenzug W entlang der parabelförmigen
Grundkontur 22 angeordnet, die sich aus dem parabelförmigen
Querschnitt des Reflektorelementes 11 ergibt.
-
5 greift
die Darstellung der 4 auf, wobei der Wellenzug W
nun nicht mehr entlang einer gekrümmten Grundkonturlinie 22,
sondern entlang einer abgewickelten, als Gerade ausgebildeten Grundkonturlinie 22' dargestellt
ist. Dies soll die nachfolgende Beschreibung erleichtern, die zur
Erläuterung der 5 bis 8 gewählt
wurde. Die Darstellung der 5 beschreibt
also die Situation, die sich ergibt, wenn die Segmentreihe der Segmente 18a, 18b, 18c der 4 derartig
aufgebogen und in einen flach liegenden Zustand überführt
wird, dass die parabelförmige Linie 22 der 4 in
eine Gerade 22' der 5 überführt
wird.
-
An
dieser Stelle sei angemerkt, dass die Darstellung der 5 bis 8 lediglich
dem Zwecke der Vereinfachung dient. Tatsächlich ist die
Grundkonturlinie 22 bzw. 22' der Grundform des
Reflektorelementes 11 entsprechend angepasst, so dass sich bei
Betrachtung der Wellenkontur in einer Querschnittsdarstellung gemäß den 3 und 4 eine parabelförmige
Grundkonturlinie 22 ergibt.
-
Ein
dem Wellenzug W der 5 bis 8 entsprechender
Wellenzug ergibt sich im Übrigen auch bei einer Betrachtung
des Wellenzuges W gemäß 4a: Hier
liegt der Wellenzug W an einer Grundkonturlinie 22'' an,
die einen Kreisbogen beschreibt, nämlich einen um die Längsmittelachse
M des Reflektors 11 konzentrischen Ring.
-
Die
Darstellungen der Wellenzüge W der 5 bis 8 ergeben
sich daher sowohl bei Betrachtung der 4, also
bei einer Blickrichtung des Betrachters entsprechend 1,
als auch bei Betrachtung einer Darstellung gemäß 4a,
also entsprechend einer Blickrichtung des Betrachters der 4a.
-
Die 5 bis 7 sollen
verdeutlichen, dass die Art der Ausbildung der einzelnen Facetten völlig
beliebig ist. Die 5 zeigt sphärische
Facetten und 5a zeigt abgeflachte sphärische
Facetten. 6 macht deutlich, dass einige
oder sämtliche Facettenoberflächen auch von planen
Flächen gebildet sein können, oder plane Flächen
umfassen können, so dass sich als Wellenzug z. B. eine
Sägezahnstruktur ergibt. 7 macht
schließlich deutlich, dass auch gewölbte und ebene
Flächen in Kombination auf der Innenseite 20 des
Reflektors 11 angeordnet sein können.
-
Entscheidend
ist, dass jede Facettenoberfläche auf eine bestimmte Weise
ausgebildet ist, d. h. hinsichtlich ihrer Geometrie, Form, Größe
und Positionierung derartig bestimmt ist, dass eine für
den jeweiligen Anwendungszweck optimale Lichtstärkeverteilung
erreicht wird.
-
Das
eigentliche erfinderische Prinzip soll nun unter Vergleich der 5a und 8 geschildert werden:
-
5a macht
deutlich, dass bei Betrachtung der Topografie der Innenfläche
des Reflektorelementes 11 einander benachbarte Facetten 18a, 18b, 18c mit
ihrer Oberfläche 21a, 21b, 21c einen
Wellenzug W bilden. Dieser Wellenzug W ist in 8 gestrichelt vergrößert
dargestellt. Der Wellenzug W weist eine relative Amplitude RA auf.
Die relative Amplitude RA ist die Differenz zwischen einem Wellenberg 31 und einem
benachbarten Wellental 32.
-
Zur
Bestimmung der relativen Amplitude wird dabei davon ausgegangen,
dass sich die Differenzen zwischen einander benachbarten Wellenbergen 31 und
Wellentälern 32 etwa auf einem gleichen oder ähnlichen
Niveau befinden.
-
Genau
genommen wird als relative Amplitude im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung
eine über viele Abfolgen von Wellentälern und
Wellenbergen gemittelte Differenz bezeichnet.
-
Diese
gemittelte Differenz beträgt bei den erfindungsgemäßen
Reflektoren etwa zwischen 0,4 und 1,1 mm, vorzugsweise etwa zwischen
0,5 und 0,6 mm. Dieser Wert hat sich in der Praxis als besonders
optimal in lichttechnischer und fertigungstechnischer Hinsicht herausgestellt.
-
Wie
sich aus 8 ergibt, entspricht die relative
Amplitude RA bei dem Ausführungsbeispiel dem Abstand des
Scheitelbereiches eines Wellenberges 31 zur Grundkonturlinie 22',
wobei diese Grundkonturlinie 22' an die Wellentäler 32 angelegt ist.
-
Die
gleiche relative Amplitude RA ergibt sich aber auch, wenn man den
Abstand eines Wellenberges der unregelmäßigen
Struktur 23 zu der Grundkonturlinie 22' im Bereich
eines Wellenberges 31 des Wellenzuges W, den man als Rmax bezeichnet, und den Abstand eines Wellenberges
der Struktur 23 im Bereich eines Wellentales 32 des
Wellenzuges W, den man als Rmin bezeichnet,
voneinander substrahiert.
-
Demzufolge
gilt unter Bezugnahme auf 8: RA =
Rmax – Rmin.
-
An
dieser Stelle sei angemerkt, dass die 1 bis 8 das
jeweilige Reflektorelement 11 lediglich schematisiert zeigen.
Tatsächlich weist das Reflektorelement an jeder Stelle
eine gewisse Dicke bzw. Wandstärke auf. Beispielsweise
die 8 zeigt insoweit keinen exakten Querschnitt durch
den Reflektor 11, sondern lediglich den Konturverlauf der
Innenfläche 20 des Reflektors 11.
-
Die
Grundkonturlinien 22, 22' und 22'' sollen lediglich
den Verlauf der jeweiligen Außenseite 33 des Reflektorelementes 11 andeuten.
Diese Grundkonturlinien 22, 22' und 22'' folgen
insoweit dem Verlauf der in den 4 bis 8 nicht
dargestellten Außenkontur 33 des Reflektors 11.
-
Die
Wellenlinie W kann bei den erfindungsgemäßen Reflektoren
mit einer sehr hohen Fertigungspräzision erarbeitet werden.
Eine Abweichung der tatsächlich erreichten Wellenlinie hinsichtlich
ihrer Form von einer beabsichtigten beträgt lediglich 5 μm.
-
Erfindungsgemäß wird
diese sehr präzise reproduzierbare Wellenlinie (Wellenzug
W) mit einer unregelmäßigen Struktur 23 überlagert.
Diese ist in 8 als rauschartige, zittrige
Kurve und dichte Abfolge aufeinanderfolgender Minima und Maxima
dargestellt. Die unregelmäßige Struktur ist der
Kontur des Wellenzuges W als eine Art Rauschen überlagert.
Die in 8 in durchgezogenen Linien dargestellte rauschartige
Kurve ergibt sich, wenn man mit einer besonders feinfühligen
Abtastnadel die Oberflächen der Facetten 18a, 18b und 18c infolge
einer Bewegung vom Punkt P1 zum Punkt P2 oder in umgekehrter Richtung abfahren würde.
-
8 macht
deutlich, dass der Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden
Minima und Maxima der unregelmäßigen Struktur 23 als Rautiefe
RT bezeichnet wird. Diese Rautiefe bezeichnet eine mittlere Rautiefe.
Dies bedeutet, dass über eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden
Minima und Maxima dieser Störstruktur 23 die Differenzen gemessen
werden. Die mittlere Rautiefe beträgt bei dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung etwa 28 μm. Dies bedeutet, dass die Amplitude
RT der unregelmäßigen Struktur 23 gemäß 8 etwa
5/100 der relativen Amplitude RA des Wellenzuges W gemäß 8 entspricht.
Dieser Aussage liegt die Annahme zugrunde, dass die relative Amplitude
RA bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 560 μm
beträgt.
-
Bei
dieser Betrachtung ist aber zu berücksichtigen, dass 8 lediglich
schematisch zu verstehen ist, und insbesondere die Verhältnisse
von Rautiefe RT und relativer Amplitude RA nicht maßstäblich
wiedergibt.
-
Bei
weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen beträgt
die Amplitude RT der unregelmäßigen Struktur 23 lediglich
etwa 5 μm und liegt damit in der Größenordnung
der Fertigungspräzision des Wellenzuges W.
-
9 zeigt
in einer schematischen Liniendarstellung eine Lichtverteilungskurve,
die eine Leuchte mit einem Reflektor ohne unregelmäßige Strukturen
auf eine ebene Raumfläche wirft, die senkrecht zu der Längsmittelachse
MA der Leuchte 10 der 1 steht. 9 zeigt
also die Lichtstärkeverteilung, die sich beim Stand der
Technik ergibt, wenn ein Reflektor 11 verwendet wird, der
ohne eine unregelmäßige Struktur 23 gefertigt
ist. Die Lichtstärkeverteilung der 9 zeigt
sieben unterschiedliche Liniendarstellungen. Jede Linie ist eine
ISO-Lux-Linie. Die unterschiedlichen Linien repräsentieren
die Helligkeit in logarithmischen Abständen, wobei die ISO-Lux-Linie
L7 eine Kurve höchster Helligkeit und die Liniendarstellung
L1 eine Kurve niedrigster Helligkeit darstellt.
-
Die
Lichtverteilungskurve der 9 zeigt deutlich
eine Musterbildung, insbesondere eine Mehrzahl von Inseln, im Bereich
der Lichtstärke der Linie L7. Diese Strukturen sind für
das menschliche Auge erkennbar und werden als nachteilig empfunden.
-
10 zeigt
eine Lichtverteilungskurve, die sich ergibt, wenn der gleiche Reflektor 11,
dem die Lichtverteilungskurve der 9 zu Grunde
liegt, mit einer unregelmäßigen Struktur 23 gemäß 8 versehen
ist. Es ergibt sich eine deutlich vergleichmäßigtere
Lichtverteilung, die einen höheren Sehkomfort ermöglicht.
-
11 zeigt
ein erfindungsgemäßes Werkzeug
24, welches
im Wesentlichen von einer Patrize
25 bereitgestellt wird.
Diese kann, wie im Übrigen in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 035 528
A1 ausführlich beschrieben und aus Gründen der Übersicht
hier nicht weiter aufgeführt, rotieren. Die Patrize
25 stellt
mit seiner Außenumfangsfläche eine Formgebungskontur
26 bereit.
Das Werkstück aus dem der Reflektor
11 gebildet
wird, die sogenannte Aluminiumronde, wird fortwährend gegen
die Formgebungskontur
26 gedrückt, so dass sich
die Formgebungskontur
26 auf der Innenseite
20 des
zu fertigenden Reflektorelementes
11 abdrückt.
-
Die
Formgebungskontur 26 der Patrize 25 weist entsprechende
Ausnehmungen 27a, 27b, 27c auf, die den
an der Innenseite 20 des Reflektors 11 zu bildenden,
nach Innen vorstehenden Facetten 18 hinsichtlich ihrer
Form entsprechen.
-
Um
auf der Reflektorinnenseite 20 die gewünschte
unregelmäßige Struktur 23 zu erzielen,
ist die Patrize 25 wie folgt gefertigt worden:
Zunächst
werden die Ausnehmungen 27a, 27b, 27c in
der gewünschten Größe und Geometrie mit
hoher Präzision in das Werkstück 25 eingearbeitet,
insbesondere eingefräst.
-
Anschließend
wird die Formgebungskontur 26 einem Ätzprozess
unterzogen. Beispielsweise wird die Patrize 25 für
eine bestimmte Zeitdauer in ein Säurebad eingebracht. Die
Säure kann – je nach Wahl der Dauer der Einwirkung – die
Oberfläche der Patrize gleichmäßig abtragen.
Dabei bildet sich allerdings eine unregelmäßige
Struktur 28, die in 12 dargestellt
ist. Die unregelmäßige Struktur 28 weist eine
Rautiefe RT auf, die der in 8 schematisch dargestellten
Rautiefe RT der Struktur 23 am Reflektor 11 entspricht.
-
Die
Oberflächenstruktur 28 der Patrize 25 drückt
sich in die Innenseite 20 des Reflektors beim Drückvorgang
ein. Dabei wird gleichzeitig sowohl die sich durch eine Abfolge
der Segmente 27a, 27b, 27c ergebende
Wellenkontur W als auch die Struktur 28 in die Reflektorinnenfläche 20 mit
eingearbeitet.
-
Ergänzend
sei angemerkt, dass die 11 und 12 eine
Grundkontur 22 zeigen, entlang derer die Ausnehmungen 27a, 27b, 27c angeordnet sind,
die der Grundkontur 22 des zu formenden Reflektorelementes 11 entspricht.
Die Grundkontur 22 in 12 verläuft
insoweit gleichermaßen entlang der Form einer Parabel.
-
Schließlich
sei anhand der 13 und 14 noch
das Verhalten der Lichtstrahlen beim Eintreffen auf eine Oberfläche
einer Facette 18a eines erfindungsgemäßen
Reflektors 11 beschrieben:
-
13 zeigt
anhand eines vier Lichtstrahlen umfassenden, auf die Oberfläche
der Facette 18a treffenden parallelen Lichtstrahlenbündel
das Reflektionsverhalten. Man erkennt eine gleichmäßige
Auffächerung der parallelen einfahrenden Lichtstrahlen.
-
14 veranschaulicht
das Lichtabstrahlverhalten der Facette 18a, wenn deren
Oberfläche mit einer unregelmäßigen Struktur 23 versehen
ist. Hier wird aufgrund der Unregelmäßigkeit der
Oberfläche das parallele Lichtstrahlenbündel diffusiv
gestreut. Die Lichtabstrahlung wird dadurch insgesamt gleichmäßiger.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004042915
A1 [0002]
- - DE 102007035528 A1 [0002, 0117]
- - DE 102007035396 A1 [0002]
- - DE 102007044963 A1 [0002]
- - DE 102008056103 A1 [0002]
- - DE 102008063369 A1 [0002]