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Die Erfindung betrifft eine Reflektorleuchte mit einem Leuchtmittel und einem Reflektor, der das auf ihn treffende Licht des Leuchtmittels in eine vorbestimmte Abstrahlrichtung reflektiert und einen zu der Abstrahlrichtung zeigenden Rand aufweist.
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Derartige Reflektorleuchten sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Sie dienen dazu, das vom Leuchtmittel regelmäßig in alle Raumrichtungen ausgestrahlte Licht für die Beleuchtung einer vorgesehenen Fläche oder eines entsprechenden Raumwinkels verwendbar zu machen. Für die Beleuchtung wird somit nicht nur das direkt von dem Leuchtmittel in diesen Raumwinkel abgestrahlte Licht wirksam, sondern auch das in andere Raumrichtungen ausgestrahlte Licht, wenn es auf den Reflektor gelangt und von dem Reflektor in den gewünschten Raumwinkel reflektiert wird.
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Die Erfindung befasst sich in erster Linie mit Reflektorleuchten, die zur möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung einer Fläche, die senkrecht zur Abstrahlrichtung der Leuchte steht, geeignet ist. Dabei ist es für eine Anordnung mehrerer Reflektorleuchten zur Ausleuchtung eines Raums sinnvoll, wenn die Reflektorleuchten eine solche Abstrahlcharakteristik aufweisen, dass das Licht von Reflektorleuchten, deren Lichtkegel aneinander angrenzen, nicht dadurch unregelmäßig wird, dass es zu starke Überschneidungen der Lichtkegel einerseits oder unbeleuchtete Abschnitte zwischen den Lichtkegeln andererseits kommt. Es ist aber versucht worden, Reflektorleuchten so auszubilden, dass in einem bestimmten Abstand von der Reflektorleuchte eine rechteckige Fläche möglichst gut ausgeleuchtet wird, weil durch eine Aneinanderreihung von rechteckigen beleuchteten Flächen eine einheitlich beleuchtete Gesamtfläche gebildet werden kann.
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Reflektoren von Reflektorleuchten werden üblicherweise aus Glas, beispielsweise im Pressverfahren, hergestellt, indem eine Seite des trichter- oder tassenförmig geformten Glaskörpers reflektierend beschichtet wird. Dabei ist es sowohl bekannt, die Innenseite des Glaskörpers als auch die Außenseite des Glaskörpers zu beschichten. Die Beschichtung kann durch eine metallische Schicht aus Aluminium, Silber usw. gebildet sein, oder als das sichtbare Licht reflektierende Interferenzschicht hergestellt sein. Im letztgenannten Fall besteht der Vorteil, dass nicht sichtbare Wärmestrahlung von dem Reflektor durchgelassen werden kann, wodurch eine sogenannte Kaltlichtquelle entsteht.
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Für die als reflektierende Oberfläche vorgesehene Fläche des Glaskörpers werden in bekannten Ausführungsformen Oberfläche von Paraboloiden oder Ellipsoiden ausgewählt. Das Leuchtmittel wird dabei idealisiert im Brennpunkt des Paraboloids angeordnet, wenn das Abstrahlen von im Wesentlichen parallelen Licht geplant ist. Die Anordnung des Leuchtmittels findet idealisiert in einem Brennpunkt eines Ellipsoids statt, wenn das Licht an einer bestimmten Stelle, nämlich im zweiten Brennpunkt des Ellipsoids gebündelt ankommen soll. Die Generierung einer reflektierenden Oberfläche durch eine Kegelschnittlinie kann aber auch modifiziert werden, um bestimmte Effekte zu erzeugen. Es sind zahlreiche Versuche unternommen worden, um mit einer derartigen Anordnung eine möglichst gute Ausleuchtung einer rechteckigen Fläche zu erzielen. Als Resultat ist jedoch eine eher elliptisch geformte Fläche beleuchtet worden, die für eine gleichmäßige Ausleuchtung einer Gesamtfläche durch mehrere derartige Reflektorleuchten nicht optimal ist. Demgemäß gelingt eine gleichmäßige Ausleuchtung, beispielsweise einer Verkaufsfläche in einem Verkaufsgeschäft, nur bis zu einem gewissen Grade, da deutliche Helligkeitsunterschiede mit den bisherigen Reflektorleuchten nicht vermeidbar sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflektorleuchte der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass eine gezielte Beleuchtungssteuerung, insbesondere eine gleichmäßige Beleuchtung, innerhalb einer senkrecht zur Abstrahlrichtung stehenden beleuchteten Fläche in besserer Annäherung möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Reflektorleuchte der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor aus einer Mehrzahl von verschieden ausgebildeten Segmenten besteht, die individuell bezüglich des Leuchtmittels zur definierten Ausleuchtung eines vorbestimmten Bereichs berechnet sind und dass die Segmente durch Übergangsabschnitte miteinander verbunden sind, durch die die reflektierende Gesamtfläche der Segmente gegenüber einem herkömmlichen Reflektor mit einer stetigen unsegmentierten Oberfläche um weniger als 1/4 vermindert wird.
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Die vorliegende Erfindung geht somit nicht von einem einheitlich gestalteten Reflektorkörper aus, sondern von einem aus mehreren Segmenten gebildeten Reflektorkörper. Dabei ist jedes einzelne Segment in seiner Form bezüglich des Leuchtmittels berechnet, um mit diesem Segment einen definierten Lichtanteil an eine definierte Position abzustrahlen, sodass sich aus der Zusammensetzung der einzelnen Segmente des Reflektors eine gewünschte Lichtverteilung in der Beleuchtungsebene ergibt. Die Segmente des erfindungsgemäßen Reflektors verlaufen dabei in dem für die Reflektion im Wesentlichen benutzten Bereich stetig. Demgemäß wird die gewünschte Lichtverteilung, beispielsweise die Ausleuchtung einer rechteckigen beleuchteten Ebene, durch die Form der Segmente bewirkt und nicht etwa durch eine Facettierung der reflektierenden Oberfläche des Reflektorkörpers, wie dies aus der
EP 1 035 370 A1 bekannt ist. Durch die individuelle Berechnung der Segmente stoßen bei dem erfindungsgemäßen Reflektor Segmente unterschiedlicher Breite, unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlicher Krümmung aneinander. Daraus ergibt sich, dass zwischen den Segmenten – zumindest teilweise – ein stufenförmiger Übergang resultiert, der durch schmale Übergangsabschnitte realisiert wird. Die Übergangsabschnitte bilden aus fertigungstechnischen Gründen keine ideale Stufe aus, sondern lassen einen etwas abgerundeten stufenähnlichen Übergang entstehen. Die Übergangsabschnitte zwischen den Segmenten reflektieren, soweit sie vom Licht des Leuchtmittels getroffen werden, das Licht in undefinierte Richtungen. Da die Übergangselemente schmal gehalten werden, sodass sie gegenüber einem einheitlichen Reflektorkörper die wirksame Fläche der definiert reflektierenden Segmente um weniger als 1/4, vorzugsweise weniger als 1/5, weiter vorzugsweise weniger als 1/10 und besonders bevorzugt weniger als 1/20 verringern, entsteht für den Effekt der in der gewünschten Weise definiert ausgeleuchteten Fläche eine entsprechende Lichteinbuße von weniger als 1/4, vorzugsweise weniger als 1/5, weiter vorzugsweise weniger als 1/10 und besonders bevorzugt weniger als 1/20 der Lichtmenge in dem definiert ausgeleuchteten Bereich.
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Die Segmente können in an sich beliebiger Weise ausgerichtet und zu dem Gesamtreflektor durch die Übergangsabschnitte verbunden sein. Wenn ein Reflektor eine Mittenachse aufweist, in der das Leuchtmittel angeordnet werden soll, können sich die Segmente im Wesentlichen radial von dem zur Abstrahlrichtung zeigenden Rand in Richtung Mittenachse verlaufen. Es ist aber auch möglich, zumindestens einen Teil der Segmente tangential zur Mittenachse auszurichten und nebeneinander anzuschließen.
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Bei der im Allgemeinen bevorzugten radialen Ausrichtung der Segmente können gleiche Segmente symmetrisch zur Mittenachse – also spiegelsymmetrisch zueinander – angeordnet sein. Diese durch die Mittenachse verlaufenden Segmente können auch als ein, ggf. durch eine Öffnung in der Mittenachse zur Aufnahme eines Leuchtmittels unterbrochenes, Segment angesehen werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bildet die Reflektorleuchte einen stetig geformten Rand und die Segmente sind so positioniert, dass sie aneinander anschließend in den Rand einmünden. Der Rand ist dabei bevorzugt kreisförmig ausgebildet oder ist gegenüber einer Kreisform stetig leicht verformt.
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Betrachtet man den Rand des Reflektors als „vorderen” Rand, kann das Leuchtmittel bevorzugt von hinten mittig in den Reflektor eingeführt sein. Es ist aber auch möglich, das Leuchtmittel von vorne oder insbesondere durch einen seitlichen Ausschnitt oder eine seitliche Bohrung des Reflektorkörpers in den Innenraum des Reflektors hineinragen zu lassen.
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Auch wenn die Reflektionseigenschaften des erfindungsgemäßen Reflektors durch die Form der Segmente bestimmt wird, schließt dies nicht aus, dass die Segmente auch über ihre Längsrichtung, beispielsweise Radialrichtung, eine Facettierung aufweisen, beispielsweise um einen gewissen Weichheitsgrad des erzeugten Lichtfeldes zu verwirklichen. Dabei wird somit an dem durch die Form der Segmente bereits geformten Lichtfeld eine leichte Modifikation vorgenommen, die die grundsätzliche Form des Lichtfelds nicht verändert.
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Der erfindungsgemäße Reflektor weist vorzugsweise Segmente auf, deren horizontale Kontur (also in Breitenrichtung bei streifenförmigen Segmenten) leicht, vorzugsweise parabolisch, gekrümmt ist. In Längsrichtung (vertikale Richtung) ergibt sich eine Formbildung, die sich aus der Anpassung an die jeweilige Beleuchtungsaufgabe ergibt. Die Segmente können in Längsrichtung auch eine parabolische Form aufweisen, wenn eine Beleuchtungsebene gleichmäßig ausgeleuchtet werden soll, wobei das Leuchtmittel im Brennpunkt des jeweiligen Paraboloids liegt. Im Unterschied zu den herkömmlichen Reflektorkörpern sind die Segmente jedoch nicht in gleicher Weise als Paraboloid ausgebildet, sondern mit unterschiedlichen Breiten und unterschiedlichen Krümmungen an die Form der Beleuchtungsebene angepasst. Dabei gilt als Regel, dass die Breite der Segmente die Menge des Lichts steuert, die in den durch dieses Segment ausgeleuchteten Bereich fällt, während die Krümmung des jeweiligen Segments den ausgeleuchteten Bereich der Gesamt-Beleuchtungsebene definiert. Wird also eine rechteckige Beleuchtungsebene angestrebt, müssen die Segmente, die für die Lichtverteilung in die Ecken des Rechtecks ursächlich sind, mit einer größeren Breite ausgeführt werden, damit aufgrund der größeren Entfernung der Ecke von dem Leuchtmittel und aufgrund des dadurch größeren Anteils an der Beleuchtungsebene eine größere Lichtmenge in diesen Bereich reflektiert werden muss.
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Es ist erkennbar, dass bei einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Segmente radial ausgerichtet sind, die radial gegenüberliegenden Segmente gemeinsam in Relation zu dem Leuchtmittel berechnet werden. Wird eine zur Mittenachse der Reflektorleuchte symmetrische Ausleuchtung der Beleuchtungsebene angestrebt, sind die gegenüberliegenden radialen Segmente gleich, also gleich breit und mit gleicher Krümmung versehen.
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Wird hingegen eine unsymmetrische Ausleuchtung angestrebt, resultiert eine insoweit unsymmetrische Ausbildung der Segmente.
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Es ist – auch aus Gründen der optischen Ästhetik – bevorzugt, wenn die Segmente an einem stetig gekrümmt verlaufenden Rand miteinander verbunden sind und die Segmente auch auf gleicher Höhe am Rand enden. In diesem Fall entsteht durch unterschiedliche Längen und Krümmungen der Segmente zum Scheitelpunkt des Reflektorkörpers hin eine „ausgefranste” Struktur, die durch einen – für die Reflektion nicht mehr bedeutsamen – Glasendstück überdeckt wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den vorderen Rand des Reflektorkörpers ausgefranst auszubilden, wenn die Segmente beispielsweise an ihrem radial inneren Ende auf einem gleichen radialen Anfangspunkt aufweisen.
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Obwohl der erfindungsgemäße Reflektorkörper aus zahlreichen, individuell berechneten Segmenten besteht, wird er als solcher als einheitlicher Reflektorkörper hergestellt. Aus Gründen der Herstellbarkeit, beispielsweise in einem Pressvorgang, kann es auch sinnvoll sein, die Segmente nicht an den Enden auf der gleichen Höhe auszubilden, sondern irgendwo in einem mittleren Bereich bezüglich der Länge der Segmente.
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Die Erfindung soll im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektors;
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2 eine Ansicht des Reflektors von unten, also auf den freien Rand und die inneren reflektierenden Flächen des Reflektors;
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3 einen Vertikalschnitt entlang der Linie D-D in 2;
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4 einen Vertikalschnitt entlang der Linie C-C in 2;
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5 eine perspektivische Ansicht des Reflektors gemäß 1 von schräg unten;
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6 eine perspektivische Ansicht des Reflektors von schräg oben;
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7 einen Horizontalschnitt durch den Reflektor in der Ebene F-F aus 1;
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8 einen Horizontalschnitt durch den Reflektor in der Ebene G-G aus 1;
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9 einen Horizontalschnitt durch den Reflektor in der Ebene H-H aus 1.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reflektors zeigt einen auf einer Außenseite um eine Hochachse H kreissymmetrisch ausgebildeten Reflektor, der somit eine kreisförmige Austrittsöffnung 1 aufweist, die von einem kreisringförmigen flanschartigen Rand 2 begrenzt ist. Vom flanschartigen Rand 2 ausgehend ist der Reflektor auf seiner Außenseite 3 stetig ausgebildet und stellt auf der Außenseite eine übliche Reflektorkuppel dar, die auf der Unterseite in eine Scheitelfläche 4 übergeht. In der Scheitelfläche 4 befindet sich eine zentrische Durchgangsöffnung 5, durch die in der dargestellten Ausführungsform ein Leuchtmittel in den durch die Reflektorkuppel ausgebildeten Innenraum 6 des Reflektors ragt. 1 lässt erkennen, dass der Innenraum 6 durch radial ausgerichtete, streifenförmige Segmente 7 begrenzt ist, die eine gemeinsame, unregelmäßige Innenwandung des Innenraums 6 bilden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Segmente 7 spiegelsymmetrisch zur Hochachse H ausgebildet, wie auch die Draufsicht auf die Innenseite des Reflektors gemäß 2 illustriert.
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Die in den 3 und 4 dargestellten Vertikalschnitte durch verschiedene Segmente 7 verdeutlichen im Vergleich mit der 1 die unterschiedliche Ausbildung der Segmente 7. Die jeweils in Schnitt dargestellten Segmente 7 weisen in 1 zur Scheitelfläche 4 hin eine deutlich höhere Materialstärke auf als diejenigen, die gemäß 3 geschnitten dargestellt sind. Die in 4 geschnitten dargestellten Segmente 7 sind demgegenüber mit noch einer weiter verringerten Materialstärke zur Scheitelfläche 4 hin ausgebildet.
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Die Darstellung gemäß 2 verdeutlicht, dass die Segmente 7 der dargestellten Ausführungsform so ausgebildet sind, dass eine gleichmäßige Ausleuchtung einer rechteckigen Fläche, die senkrecht zur Hochachse H steht, erreicht wird. Demgemäß ist das in 1 geschnitten dargestellte Segment 7a mit einer größeren Krümmung versehen als das hier in etwa 22,5 Winkelgrad beabstandete Segment 7b, das in 3 geschnitten dargestellt ist. Die geringste Krümmung weist das in 4 geschnitten dargestellte Segment 7c auf, das für die Ausleuchtung der Ecken der viereckigen Ausleuchtfläche zuständig ist. Das Segment 7c muss daher das von dem Leuchtmittel kommende Licht weniger stark bündeln und über eine größere Entfernung verteilen als das Segment 7a, das das Licht des Leuchtmittels auf einen kleineren Raumwinkel für eine nähere Beleuchtung lenken soll. Da das Segment 7a das Licht des Leuchtmittels auf einen kleineren Raumwinkel verteilt als das Segment 7c, ist das Segment 7a deutlich schmaler ausgebildet als das Segment 7c. Dadurch wird erreicht, dass in dem kleineren Raumwinkel, der von dem Segment 7a ausgeleuchtet wird, keine höhere Leuchtdichte entsteht als in dem größeren, bis zur Ecke der rechteckigen Beleuchtungsfläche erstreckten Raumwinkel, der durch das Segment 7c ausgeleuchtet wird. Das Segment 7b liegt erkennbar hinsichtlich der Bündelungswirkung (Krümmung) und Segmentbreite zwischen den Segmenten 7a und 7c. Die verschiedenen Segmente 7 sind durch schmale Übergangsabschnitte 8 miteinander verbunden.
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Die Schnittdarstellungen lassen, ebenso wie die perspektivischen Darstellungen der 5 und 6, erkennen, dass die Segmentbildung auf der Innenseite der Reflektorkuppel erfolgt, während die Außenseite 3 als eine glatte stetige Glasfläche ausgebildet sein kann.
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Dieser Zusammenhang wird besonders deutlich durch die verschiedenen Horizontalschnitte in den 7, 8 und 9. Es ist erkennbar, dass die Unterschiede zwischen den Segmenten 7 bei dem der Scheitelfläche 4 nahen Schnitt F-F deutlich größer sind als in dem etwa auf halber Höhe liegenden Schnitt G-G, während eine Annäherung der Segmente 7 im Bereich des weiter zum Rand liegenden Schnitts H-H weiter verkleinert sind, sodass die Segmente 7 am Rand 2 selbst stetig aneinander anschließen. Gut erkennbar sind dabei die Übergangsabschnitte 8, die für die Berechnung der Verteilung des Nutzlichts durch die Segmente 7 nicht berücksichtigt werden.
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Diese Ausbildung eines erfindungsgemäßen Reflektors ist nicht zwingend, sondern ergibt sich daraus, dass der stetige Rand 2 als Randbedingung in die Berechnung der Form der Segmente 7 eingeführt worden ist. Die Form der Segmente 7 wird individuell berechnet, um die spezielle Beleuchtungsaufgabe zu erfüllen. Wenn der stetige Anschluss der Segmente 7 an dem Rand 2 als Randbedingung vorgegeben worden ist, ergeben sich die in 2 erkennbaren „ausgefransten”, also ungleichmäßigen Abschlüsse der Segmente 7 im Scheitelbereich der Reflektorkuppel oder -kalotte. Zur Ausbildung eines handhabbaren Reflektors wird der Scheitelbereich durch eine glatte Glasform gestaltet, in der die Durchgangsöffnung 2 ausgebildet ist.
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Selbstverständlich ist es möglich, die Segmente 7 auch mit anderen Randbedingungen zu berechnen, beispielsweise die Segmente im Bereich der Öffnung 2 beginnen zu lassen, sodass sich eine ungleichmäßige Ausbildung des Randes 2 des Reflektors ergibt. Weiterhin sind Zwischenformen möglich, die sich aus den jeweiligen Randbedingungen ergeben.
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Anhand der dargestellten Ausführungsform ist die Beleuchtungsaufgabe der gleichmäßigen Ausleuchtung einer rechteckigen Fläche, die senkrecht zu der Hochachse H des Reflektors steht, erläutert worden. Die Erfindung ist auf diese Beleuchtungsaufgabe naturgemäß nicht beschränkt, da die segmentierte Ausbildung des Reflektors beliebige Formgebungen für die beleuchtete Fläche ermöglichen. Das Ausführungsbeispiel geht ferner davon aus, dass die Segmente jeweils im Wesentlichen parabelförmig ausgebildet sind und dass sich das Leuchtmittel etwa im Brennpunkt der jeweiligen Parabeln befindet, sodass eine gleichmäßige Ausleuchtung mit nur wenig von der Parallelität abweichenden Licht ergibt. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine gezielte Bündelung des Lichts vorzunehmen, sodass angenähert elliptische Segmente verwendet werden. Grundsätzlich ist die Form der Segmente jedoch frei und ergibt sich aus der Ermittlung der optimierten Form für jedes Segment 7 aus der jeweiligen Beleuchtungsaufgabe. Die einzelnen Segmente bilden daher regelmäßig Freiformreflektoren aus.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel geht von radial angeordneten Segmenten 7 in einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Reflektorkuppel aus.
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Selbstverständlich sind andere Reflektorformen ebenfalls für die erfindungsgemäße Ausbildung des Reflektors mit Segmenten geeignet. Beispielsweise kann die Außenseite des Reflektors auch mit einem ovalen Querschnitt ausgebildet sein. Die Erfindung ermöglicht ferner auch eine besondere Formgebung der beleuchteten Fläche bei zylindrischen Reflektoren, die Teil einer Langfeldleuchte sind und mit einem Langfeld-Beleuchtungsmittel, beispielsweise einer Glimmentladungslampe, insbesondere in Form einer Neon-Röhre, zusammenwirken. In diesem Fall sind die Segmente vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich quer zur Längsrichtung des zylindrischen Reflektors.
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Möglich ist mit einem erfindungsgemäßen Reflektor ferner auch eine gewollt ungleichmäßige Ausleuchtung einer vorgesehenen Fläche, die darüber hinaus beliebig geformt werden kann. Die Begrenzungen der ausgeleuchteten Fläche können dabei auch nicht-geradlinig, stetig gekrümmt oder nicht-stetig geformt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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