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Für Beleuchtungen
jeder Art
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Eine Lampe mit einem verstellbaren
Lichtkegel zu bauen, ist nach dem Stand der Technik kein Problem,
solange dies mit den Kosten und den Ansprüchen an das Design vereinbar
ist. Dabei wird entweder eine Lichtquelle in einem Reflektor vor
und zurück
bewegt oder ein Linsensystem ändert
seine Länge
und Brennweite. Neuerdings gibt es Versuche durch das individuelle
Ausrichten der Leuchtelemente innerhalb einer Leuchteinrichtung
die Arbeit eines Reflektors oder eines Linsensystems zu imitieren.
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Die herkömmlichen Bauweisen mit Reflektoren
oder Linsensystemen haben den Nachteil, dass sie Leuchtvorrichtungen
stark vergrößern. Linsensysteme
vergrößern Lampen
in ihrer Länge,
Reflektoren vergrößern vor
allem den Durchmesser. Überall dort,
wo es auf geringe Einbaumaße
ankommt, kann es bei herkömmlichen
Bauweisen Probleme geben. Im Ladenbau z.B. müssen manchmal Decken abgehängt werden,
um Lampen mit entsprechender Einbautiefe unterbringen zu können. Dies
verändert
die Raummaße
und verursacht zusätzliche
Kosten. Ausladende Reflektoren können
zudem das Design empfindlich stören.
Außerdem
erfordern herkömmliche Konstruktionen
wegen ihres größeren Gewichtes entsprechend
massive Befestigungsmaterialien. Neuerdings gibt es Vorrichtungen,
bei denen nicht die Lichtstrahlen gebrochen, sondern die kompletten Leuchtemittel
und mit ihnen ihre Lichtkegel ausgerichtet werden. Durch Überlagerung
oder Überschneidung
der einzelnen Lichtkegel versucht man das Abstrahlverhalten der
Vorrichtungen zu beeinflussen.
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In der hier beschriebenen Erfindung
sollen je nach Bedarf unterschiedliche Leuchtmittel Verwendung finden,
wie z.B. Halogenleuchten, Gasentladungslampen, Glühfadenbirnen,
Leuchtdioden, Quecksilberdampflampen, u.s.w., die einzeln mit einem
Reflektor und/oder einem Linsensystem ausgestattet sein können. All
dies wird. im folgenden verallgemeinernd "Leuchtelement" genannt.
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In
DE 199 16 238 A1 ist eine "Leuchtdioden-Matrix" beschrieben, die
flexibel um einen Zylinder oder einen Kegelstumpf gelegt werden
kann, und so eine Art Rundumbeleuchtung erzeugt wird. Leuchtdioden-Matrizen,
derer es im Stand der Technik mehrere gibt, lassen sich jedoch nicht,
oder nicht elastisch um eine dreidimensionale Form wölben. Form
und Ausmaß der
Wölbung
ist zudem von dem Untergrund abhängig
und festgelegt, auf dem die Leuchtdioden-Matrix aufgebracht ist.
Eine Veränderung
des Abstrahlverhaltens der Vorrichtung während ihrer Funktion ist nicht
vorgesehen.
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In WO 01/18445 ist eine Vorrichtung
beschrieben, die mehrere Leuchtelemente in einer Ebene ausrichtet,
um dass erzeugte Licht zu bündeln. Um
diese Bündelung
zu erreichen schneiden sich die Lichtkegel der einzelnen Leuchtmittel
in der Beleuchtungsebene. Die bewegliche Ausrichtung der Leuchtelemente
ist dazu gedacht die Überschneidung
der einzelnen Lichtkegel in einem Punkt in verschiedenen Beleuchtungsabständen zu
ermöglichen.
Es ist hier nicht vorgesehen das grundsätzliche Abstrahlverhalten der
Vorrichtung zu ändern,
denn es soll ein in der Entfernung variabler Schnittpunkt der einzelnen
Lichtkegel erzeugt werden. Verändert
man den Beleuchtungsabstand ohne die Vorrichtung nachzuregulieren,
so verändert
sich nicht nur die Größe des Gesamtlichtkegels
sondern auch und vor allem seine Form in unerwünschter Weise, da er im Schnittpunkt der
Lichtkegel als rund beabsichtigt ist aber außerhalb des Schnittpunktes
stark in die Länge
gezogen wird.
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In US 2002/0136010 wird eine Vorrichtung beschrieben
die 136 Leuchtelemente in 8 Gruppen ausrichtet, um eine Streuung
oder Bündelung
des abgestrahlten Lichtkegels zu erzeugen. Diese sehr grobe Aufteilung
des Lichtkegels in 8 auszurichtende Strahlen ist nicht dazu geeignet,
innerhalb des Lichtkegels eine nahezu gleichmäßige Helligkeit zu erreichen,
da hier erfindungsgemäß (siehe 5 der eingansgenannten US-Publikation)
der Lichtkegel bei einer Ausrichtung zur Streuung des Lichtes in
acht einzelne Teile auseinanderfällt.
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In
DE
101 02 613 ist eine Vorrichtung beschrieben in der Leuchtdioden
auf einer Grundplatte sitzen und die Grundplatte konkav oder konvex
verstellt werden kann. In Anspruch 2. ist erwähnt, dass diese Grundplatte
aus einem flexiblen Material oder aus Lamellen besteht. Ein flexibles
Material lässt sich, ähnlich einem
Stück Papier,
leicht wölben,
z.B. um eine Zylinderform. Diese Wölbung kann jedoch immer nur
in eine Richtung gehen, also z.B. in horizontale oder vertikale
Richtung, nicht aber in beide Richtungen gleichzeitig, da das Material
sonst zerbrechen oder Falten schlagen würde und die Ausrichtung der
Leuchtelemente chaotisch würde.
Also ist der Gesamtlichtkegel z.B. zwar in der Breite zu vergrößern jedoch
nicht in der Höhe.
Um den Durchmesser eines kreisförmigen
Lichtkegels zu vergrößern und
gleichzeitig seine Kreisform zu erhalten, wird dort vorgeschlagen,
das flexible Material in Lamellen sternförmig anzuordnen. In der Praxis
bedeutet dies, dass die flexible Grundplatte sternförmig geschlitzt wird,
um die Bewegungsfreiheit von Lamellen zu schaffen. Wenn nun Biegekräfte auf
die Grundplatte wirken, entsteht eine näherungsweise räumliche Wölbung der
Grundplatte, wodurch die Lichtkegel der einzelnen Leuchtelemente
nicht nur in einer Dimension, sondern in alle Richtungen, also in
zwei Dimensionen, gestreut werden sollen.
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Von einer runden Grundplatte ausgehend sind
die Lamellen, wie in den Zeichnungen dargestellt, wie Tortenstücke ausgebildet,
so verstärkt
sich die Steifigkeit der Lamellen mit ihrer Breite von innen nach
außen.
Deshalb wirken sich Biegekräfte
in der Mitte der Grundplatte stärker
aus als außen
und die inneren Leuchtelemente werden zu stark ausgerichtet, dadurch
wird der Gesamtlichtkegel in der Mitte dunkler, währen er
am Rand heller ist. Sind die Lamellen mit gleichmäßiger Breite
ausgebildet und somit befähigt
sich gleichmäßig zu wölben, entstehen nach
außen
hin große
Lücken
in der Grundplatte, weil die Leuchtelemente um das mittlere sternförmig angeordnet
sein müssen.
Die Anzahl der Leuchtelemente bleibt für jeden Kreis um das mittlere
Leuchtelement immer gleich. Aber der Umfang der Beleuchtungsvorrichtung
wird mit jedem Kreis um das mittlere Leuchtelement größer, was
durch einen größeren Abstand
in der Anordnung der Leuchtelemente ausgeglichen wird. Der Abstand
der Leuchtmittel in der Beleuchtungsvorrichtung wird nach außen hin
größer. Dadurch
ist der Gesamtlichtkegel in der Mitte heller und nach außen hin
dunkler. Diese Erscheinung verstärkt
sich, wenn die Grundplatte konkav verstellt wird. Die Vorrichtung
ist nicht geeignet einen Gesamtlichtkegel mit gleichmäßiger Helligkeit
abzustrahlen. Die Aufgabe des Erfinders ist gelöst, da er keine Aussagen über den
Helligkeitsverlauf innerhalb des Gesamtlichtkegels macht.
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Zusammenfassend ist zu bemerken,
dass keine der bekannten Vorrichtungen, das Abstrahlverhalten einer
Beleuchtungsvorrichtung mit durch ein Reflektor- oder Linsensystem
veränderbaren
Lichtkegel in seinen Grundprinzipien imitiert.
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Wünschenswert
wäre eine
Vorrichtung, die bei geringen Einbaumaßen und geringem Gewicht, die
Arbeit einer Beleuchtungsvorrichtung mit Reflektor- oder Linsensystem
mit ausreichender Ähnlichkeit imitiert
und somit dem Abstrahlwinkel eines Lichtkegels veränderbar
macht ohne dass der Lichtkegel zu einzelnen Lichtpunkten auseinander
fallt und eine Lichtabstrahlung mit nahezu gleichmäßiger Helligkeit innerhalb
des Lichtkegels aufweist und diese Eigenschaft auch in unterschiedlichen
Beleuchtungsabständen
beibehält,
und somit zum ersten mal eine echte Alternative zu bestehenden Beleuchtungskonzepten
darstellt.
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Dies kann erfindungsgemäß nur unter
vier Vorraussetzungen gelingen:
- 1. bis auf
maximal ein Leuchtelement müssen
alle Leuchtelemente beweglich auszurichten sein, damit eine möglichst
feine Streuung der Lichtkegel im Beleuchtungsfeld entsteht.
- 2. Alle Leuchtelemente müssen
soweit es die jeweilige Konstruktion zulässt, möglichst dicht beieinander angeordnet
sein, damit die Abstrahlfläche
der Lampe möglichst
klein bleibt und eine starke Lichtkonzentration durch Überlagerung
der einzelnen Lichtkegel der Leuchtelemente schon bei achsparalleler
Ausrichtung möglich
ist und um eine möglichst
große Ähnlichkeit
mit einer punktförmigen
Lichquelle in einem Reflektor zu erreichen.
- 3. Alle Leuchtelemente müssen
auf der Trägervorrichtung
einen gleichmäßigen Abstand
zueinander aufweisen, damit das abgestrahlte Licht innerhalb des
Lichtkegels eine nahezu gleichmäßige Helligkeit
aufweist und vor allem damit diese gleichmäßige Helligkeit auch in unterschiedlichem
Beleuchtungsabstand erhalten bleibt. Denn wären die Abstände der
Leuchtelemente innerhalb der Anordnung unterschiedlich, so müssten auch
die Mittellängsachsen
der Leuchtelemente unterschiedliche Ausrichtungswinkel zueinander aufweisen,
um wenigstens in einem bestimmten Beleuchtungsabstand eine gleichmäßige Ausleuchtung
durch gleichmäßige Überschneidung der
einzelnen Lichtkegel in der Beleuchtungsebene zu erreichen. Dies
würde bedeuten,
dass bei gleich bleibender Ausrichtung aber verändertem Beleuchtungsabstand
sich auch die Abstände
der einzelnen Lichtkegel der Leuchtelemente in der Beleuchtungsebene
verändern
würden,
was Hell-Dunkelunterschiede
in der Beleuchtungsebene zur Folge hätte. Für eine nahezu gleichmäßige Ausleuchtung
müsste
die Vorrichtung auf den Beleuchtungsabstand eingestellt werden;
ein Phänomen,
das bei Reflektor- oder Linsensystemen so nie vorkommt.
- 4. Richtung und Betrag der Ausrichtung der Leuchtelemente müssen im
Verlauf der Matrix strengen Gesetzmäßigkeiten folgen, denn alle Lichtkegel
der Leuchtelemente müssen
sich in jedem Beleuchtungsabstand und unabhängig von der Größeneinstellung
des Gesamtlichtkegels gleichmäßig gegenseitig überschneiden:
Zum Beispiel davon ausgehend, dass eine symmetrische Vergrößerung eines
runden Lichtkegels gewünscht
wird, ist es zweckmäßig, um
eine mittleres Leuchtelement, (1) (dessen Mittellängsachse der
Mittellängsachse
des Gesamtlichtkegels entspricht) in mehreren Reihen und in etwa
kreisförmig,
weitere Leuchtelemente (2) anzuordnen. Die dichteste Kugelpackung
annehmend ergäbe
sich hier ein sechseckiges Kristallmuster (1). Es sind aber auch andere Anordnungsmuster
möglich.
Um einen engen Gesamtlichtkegel darzustellen, kann man alle Leuchtelemente
achsparallel ausrichten, so dass sich die Lichtkegel der einzelnen
Leuchtelemente fast komplett überschneiden.
Um den Durchmesser des Gesamtlichtkegels symmetrisch zu vergrößern, müssen die Leuchtelemente
radial in alle Richtungen von dem mittleren Leuchtelement weggerichtet
werden. Und zwar von innen nach außen hin streng proportional
stärkerwerdend.
Das heißt,
bezogen auf den radialen Vektor, müssen alle relativen Ausrichtungswinkel,
also die Winkel zwischen den Mittellängsachsen benachbarter Leuchtelemente, in
der gesamten Beleuchtungsvorrichtung gleich sein. Soll also der
Abstrahlwinkel, der hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung,
um 20 Grad vergrößert werden
und besteht die Anordnung von Leuchtelementen aus zehn von innen nach
außen
größer werdenden
Kreisen von Leuchtelementen, die um ein mittleres angeordnet sind,
so gilt folgendes: Die Leuchtelemente des am engsten um das mittlere
Leuchtelement angeordneten Kreises werden um ein Grad radial nach
außen
gelenkt, der zweite etwas weitere Kreis wird um zwei Grad ausgelenkt,
der dritte um drei Grad u.s.w., die Leuchtelemente des zehnten und äußersten
Kreises werden um zehn Grad radial nach außen gelenkt. Da dies vom mittleren Leuchtelement
ausgehend zu allen Seiten hin passiert ergeben sich 20 Grad für die Gesamtvergrößerung.
Die Ausrichtungsdifferenz zwischen den einzelnen Kreisen beträgt ein Grad
und ist also vom mittleren Leuchtelement ausgehend in radialer Richtung
bis ganz nach außen
hin immer gleich. Auch die Winkel zwischen den Mittellängsachsen
benachbarter Leuchtelemente auf der Linie eines Kreises sind immer
gleich. Es gib auch Ausrichtungsschemata bei denen zu der radialen Komponente
noch eine tangentiale hinzukommt (siehe Ausführungsbeispiel 5.),
doch auch hier gilt für
den Betrag der Ausrichtung das Prinzip der Addition des immer gleichen
Betrages von innen nach außen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden: Vom mittleren Leuchtelement
ausgehend werden alle Leuchtelemente gleichmäßig radial in alle Richtungen
ausgelenkt, wobei der Betrag der Ausrichtung eines jeden Leuchtelementes
streng proportional zum Abstand des mittleren Leuchtelementes ist.
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Das beschriebene Ausrichtungsschema
alleine löst
die Aufgabe nicht. Auch die richtige Anordnung der Leuchtelemente
alleine löst
die Aufgabe nicht. Nur die Kombination aus der richtigen Anordnung
der Leuchtelemente mit dem obenbeschriebenen Ausrichtungsschema
löst die
Aufgabe. Dies ist im Anspruch 1. zusammengefasst.
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Die Zergliederung eines großen Leuchtelementes
in mehrere hat den Vorteil, dass sich die Brennweiten erheblich
verkürzen,
wodurch eine flache, leichte und raumsparende Bauweise der Beleuchtungsvorrichtung
möglich
wird. Durch die Erfindung kann erstmals ein regulierbarer Lichtkegel
mit allen Vorteilen einer flachen, leichten und raumsparenden Bauweise
kombiniert werden, was ganz neue Märkte für regulierbare Lichtkegel eröffnet und
neue Wege im Design aufzeigt. Die Verwendung vieler kleiner Leuchtmittel
legt den Einsatz von z.B. Leuchtdioden nahe, wodurch sich ein regulierbarer
Lichtkegel mit allen Vorteilen der LED-Technik kombinieren lässt, wie
lange Lebensdauer, hohe Energieeffizienz oder die Möglichkeit
dynamisch, mit entsprechenden Vorschaltgeräten, die Lichtfarbe zu wechseln.
Für die Ausrichtung
kleiner Leuchtelemente muss, im Vergleich zu herkömmlichen
Systemen, nur wenig Masse bewegt werden. Durch die Erfindung werden schnelle
und dynamische Lichtwechsel erleichtert, da keine zusätzlichen
Ablenkspiegel notwendig sind, weil das Leuchtelement die Bewegung
sehr leicht selbst ausführen
kann. Das System arbeitet vollkommen verzerrungsfrei, deshalb sind
sehr große
Zoombereiche von starker Konzentration bis zu extremsten Weitwinkel
leicht realisierbar, die mit herkömmlichen Reflektor- oder Linsensystemen
nicht erreichbar sind. Es zeigt sich, dass durch die Erfindung ungeahnt
flexible Beleuchtungskonzepte realisierbar werden, die den Anspruch
an eine zukunftsorientierte Beleuchtung prägen werden.
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Von der abstrakten Lösung durch
den Anspruch 1. ausgehend ergeben sich mehrere Vorschläge für die technische
Umsetzung, von denen hier insgesamt sechs beispielhafte Lösungen im
folgenden beschrieben sind.
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Zum besseren Verständnis zeigen:
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1:
eine exemplarische Anordnung von Leuchtelementen;
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2:
A:
die zylindrische Wölbung
eines flexiblen Materials um die Y-Achse;
B: die zylindrische
Wölbung
eines flexiblen Materials um die X-Achse;
C: den Versuch ein
flexibles Material dreidimensional zu wölben;
D: die räumliche
Wölbung,
um eine Kugelmantelfläche
die beispielhaft für
die Ausrichtung nach Anspruch 1. ist;
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3:
ein in seinem Umfang stauchbares Netz mit rautenförmigen Maschen
nach Anspruch 2;
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4:
ein Ausführungsbeispiel
mit dehnbarer Trägervorrichtung
und Bedienzylinder nach Anspruch 3;
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5:
eine schematische Darstellung einer mechanischen Ausrichtungsvorrichtung
mit tangentialen Drehachsen nach Anspruch 4. (A: Leuchtelemente
achsparallel, B: Leuchtelemente in Konvex-Ausrichtung);
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6:
eine schematische Darstellung einer mechanischen Ausrichtungsvorrichtung ähnlich der in 5 in zweischenkliger Ausführung (A:
Leuchtelemente achsparallel, B: Leuchtelemente in Konvex-Ausrichtung);
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7:
eine schematische Darstellung einer alternativen Ausrichtungsmechanik
nach Anspruch 4. in einschenkliger Ausführung (A: Leuchtelemente achsparallel,
mit Vorausrichtung, B: Leuchtelemente in Konvex-Ausrichtung, Vorausrichtung
neutralisiert);
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8:
eine schematische Darstellung einer Ausrichtungsmechanik mit radialen
Drehachsen der Leuchtelemente und rückwärtiger Platte (A: Leuchtelemente
achsparallel, B: Leuchtelemente in Konvex- Ausrichtung);
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9:
eine schematische Darstellung einer Ausrichtungsmechanik mit einzeln
adressierbaren Leuchtelementen
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10:
die kardanische Aufhängung
der Leuchtelemente mit Nadellagern und elektrischen Leitungen als
Schnitt A-A von 9.
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1. Elastische Ausrichtung (Anspruch
2.) Entsprechend des Anspruchs 1. werden die Leuchtelemente (
2)
im gleichen Abstand angeordnet (
1). Im
Fall, dass runde Leuchtelemente Verwendung finden und die dichteste
Packung angenommen wird, ergibt sich eine Art Kristallmuster, das
bei größerer Anzahl
von Leuchtelementen die Form eines Sechsecks annimmt. Eine solche
Anordnung kann mit jeder der folgenden Ausrichtungstechniken verwendet werden.
2 zeigt das Wölbungs-
und Ausrichtungsverhalten eines flexiblen Materials (A; B; C) mit der
ein gleichmäßiges Vergrößern des
Lichtkegels nicht möglich
ist. D zeigt eine als Kugelmantelfläche gewölbte Oberfläche. Die Oberfläche einer
Kugel weist in jedem Punkt die gleiche Wölbung auf, daher sind alte
relativen Ausrichtungswinkel gleich. D zeigt exemplarisch das in
Anspruch 1. beschriebene Wölbungs-
und Ausrichtungsverhalten, bei dem alle Lichtkegel gleichmäßig in alle
Richtungen gestreut werden. Die Leuchtelemente sind durch ein Drahtnetz
mit rautenförmigen
Maschen miteinander verbunden. Das Drahtnetz dient als Trägervorrichtung und
als elektrischer Leiter für
die Versorgung der Leuchtelemente. Es gibt zwei Netze: eines das
mit allen Katoden der Leuchtelemente in den Knotenpunkten (
3)
verbunden ist, und eines das mit allen Anoden der Leuchtelemente
verbunden ist. Da die Netze sich nicht in ihrer Wölbungsfähigkeit
gegenseitig absperren sollen, liegen sie dicht übereinander und sind, z.B.
durch eine Lackierung oder eine Folie elektrisch voneinander isoliert.
Alle Leuchtelemente sind parallel geschaltet. (
3). Im Gegensatz zu allen anderen "Leuchtelementen-Matrizen" (siehe
DE 199 16 238 A1 ), ist
diese mit dem Rautennetz in der Lage, in Richtung des Umfangs gestaucht
zu werden und damit eine Faltenbildung zu vermeiden. Durch Verkleinern
des Umfangs (
4) wird das Rautennetz in eine vorbestimmte
dreidimensionale Wölbung
gezwungen, die der einer Kugelmantelfläche entspricht, wodurch die
Mittellängsachsen
aller Leuchtelemente gleichmäßig in alle
Richtungen gestreut werden. Durch Verkleinern des Umfangs wird der
Radius der virtuellen Kugel kleiner und die Ausrichtung der Leuchtelemente
stärker.
Diese Vorrichtung stellt eine relativ einfache Lösung ohne bewegliche Teile
dar. Sie ist eher für
kleinere Leuchtelemente geeignet und hat durch ihre filigrane fast
durchsichtige Anmutung einen besonderen Reiz im Design.
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2. Ausrichtung mit einer dehnbaren
Trägervorrichtung 4 (siehe Anspruch 3.) Eine
elastisch dehnbare Membran (5) ist Teil eines gas- oder
flüssigkeitsdichten
Behälters
(6). Die Leuchtelemente sind außen auf der Membran befestigt.
Die elektrischen Zuleitungen sind in Falten gelegt oder zu Spiralen
gedreht und lassen die gleichmäßige Vergrößerung des
Abstandes der Leuchtelemente zu. Es ist vorgesehen den Druck über eine
Pumpe oder einen Druckzylinder zu steuern. Durch Erhöhen des
Gas- oder Flüssigkeitsdruckes
im Behälter
(6) wird die Membran (5) "ausgebeult" und bekommt die Wölbung einer Kugelmantelfläche, die
für die
Ausrichtung der Leuchtelemente (2) wünschenswert ist. Diese Vorrichtung
hat den Vorteil, dass durch geschicktes Wählen des Dickenverlaufes der
Membran in radialer Richtung die Vorbestimmung einer Wölbung in Form
einer Kugelmantelfläche
leicht realisierbar ist. Die Vorrichtung ist vor allem für leichte
Leuchtelemente aus Kunststoff geeignet.
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3. Mechanische Ausrichtung mit tangentialen Drehachsen
der Leuchtelemente 5 (siehe
Anspruch 5.) Eine Vielzahl von Leuchtelementen (2) sind
um ein mittleres (1) gruppiert, wobei die Drehachsen der Leuchtelemente
tangential ausgerichtet sind, so dass die Lichtkegel der beweglichen
Leuchtelemente (2) zum mittleren Leuchtelement (1)
hin oder von ihm weggerichtet werden können. Alle Leuchtelemente haben
rückwärtige Verlängerungen (11).
Diese Verlängerungen
sind durch dehnbare Stahlfederchen (10), Gummis oder eine
flächige, dehnbare
Membran, die etwa die Größe der Trägervorrichtung
hat, miteinander verbunden. Die Anordnung der Stahlfederchen oder
Gummis entspricht der eines Rautennetzes. Die Membran ist homogen. Durch
Ziehen von allen Seiten wird das Netz oder die Membran gedehnt.
Die Vorrichtung, die diese Dehnung bewerkstelligt, kann man sich ähnlich der
einer stimmbaren Pauke vorstellen. Ein Gewindemechanismus erzeugt
Zugkräfte,
die das Paukenfell um eine kreisförmige Kante zieht und spannt.
Durch die Dehnung entsteht ein Teilungsunterschied zwischen der
unveränderten
Matrix der Trägervorrichtung
(9) und dem gedehnten Rautennetz bzw. der Membran, mit
dem die Leuchtelemente auch verbunden sind. Dieser Teilungsunterschied
bewirkt eine Auslenkung der Leuchtelemente, wie sie in Anspruch
1. beschrieben ist, weil sich die Zugkräfte gleichmäßig über das Rautennetz bzw. die
Membran verteilen, solange gleichmäßig von allen Seiten gezogen
wird.
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Diese Mechanik kann ein- oder zweischenklig
ausgeführt
sein (6), das heißt, die
Drehachsen (12), um welche die Leuchtelemente ausgelenkt werden,
können
sich genauso am Ende der rückwärtigen Verlängerung
(11) befinden und das Federnetz zwischen den Leuchtelementen
oder umgekehrt. Wichtig ist vor allem ein Teilungsunterschied zwischen
fester und dehnbarer Matrix oder zwei dehnbaren Matrizen, in denen
die Leuchtelemente befestigt sind. Diese Vorrichtung ist fertigungstechnisch
besonders leicht herzustellen und ist besonders für eine waagerechte
Anwendung geeignet.
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4. Spreizen 7 (siehe Anspruch 6.) Hier entsteht die
Ausrichtung durch einen festen Teilungsunterschied zweier unelastischer
Matrizen, deren Abstand zueinander verändert wird. Alle Leuchtelemente
(2) sind mit langen Kontakten (13) auf eine Trägerplatine
(9) gelötet
oder dort in tangential ausgerichteten Lagern beweglich befestigt.
Alle Kontakte (13) sind durch die Führungslöcher (15) der Platte
(14) gesteckt, die in ihrer Anordnung der Trägerplatine entsprechen,
bis auf den Umstand, dass ihre Teilung geringfügig größer ist, das heißt, alle
Abstände
zwischen den Führungslöchern sind
alle um den gleichen geringen Betrag größer als die Abstände, mit der
die Leuchtelemente auf der Trägerplatine
befestigt sind. Nach dem Satz des Pythagoras vergrößern sich
die Ausrichtungswinkel der Leuchtelemente, je näher die Platte (14)
an die Trägerplatine
(9) herangeführt
wird. Der Betrag des Teilungsunterschiedes der Platte (14)
addiert sich relativ zur Trägerplatine von
Loch zu Loch und von innen nach außen. Dadurch ergibt sich hier
ein Ausrichtungsverhalten wie es in Anspruch 1. beschrieben wird.
Auch diese Vorrichtung ist leicht zu produzieren und eignet sich
auch für
eine vertikale Anwendung.
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5. Mechanische Ausrichtung mit radialen Drehachsen
der Leuchtelemente 8 (siehe
Anspruch 4.) Es sind eine Vielzahl von Leuchtelementen (2)
um eine Drehachse beweglich in eine Trägervorrichtung eingebaut. Die
Drehachsen stehen rechtwinklig zur Mittellängsachse der Leuchtelemente. Alle
Drehachsen sind grundsätzlich
radial angeordnet. Sie können
von der radialen Anordnung jedoch abweichen oder in zwei Achsen
kardanisch gelagert sein, um eine stärkere Maximumauslenkung zu
erreichen. Ein Leuchtelement (1) in der Mitte der Anordnung
hat keine Drehachse und wird nicht ausgelenkt. Alle Leuchtelemente
(2), bis auf die mittlere (1), besitzen rückwärtige Verlängerungen
(11). Das können stromführende Teile
der Leuchtelemente sein oder speziell angefertigte Ärmchen.
Alle rückwärtigen Verlängerungen
(11) sind mit einer unelastischen rückwärtigen Platte (16)
beweglich verbunden. Die Führungslöcher der
rückwärtigen Platte
sind mit der gleichen Teilung angeordnet wie die Leuchtelemente
in der Trägervorrichtung
angeordnet sind, so dass alle Leuchtelemente achsparallel ausgerichtet
sind. Die Mitte der rückwärtigen Platte
besitzt eine Drehachse (12), die deckungsgleich mit der
Mittellängsachse des
mittleren Leuchtelementes ist. Durch Verdrehen der rückwärtigen Platte
(16) verschieben sich die Teilungen der rückwärtigen Platte
und der Trägervorrichtung.
Da die Leuchtelemente in beiden Teilungen befestigt sind werden
alle Leuchtelemente, bis auf das mittlere, gemeinsam ausgelenkt.
Nach dem Hebelgesetz ist der Betrag der Auslenkung streng proportional
zum Abstand des mittleren Leuchtelementes wobei die äußeren Leuchtelemente
stärker
ausgerichtet werden als die inneren. Durch die Drehung des Leuchtelementes
auf einer radialen Achse in der Trägervorrichtung ergeben sich
für die
Bewegung der einzelnen Lichtkegel der Leuchtelemente zwei Vektoren:
ein radialer und ein tangentialer Vektor. Für beide Vektoren gilt jedoch
das selbe durch das Hebelgesetz begründete Proportionsgesetz, was
den Betrag der Ausrichtung angeht. Daraus ergibt sich eine Art "Mikado-Effekt", bei dem die Überschneidungen
aller Lichtkegel immer gleich bleiben, denn durch die Mischung der
beiden Vektoren ergibt sich eine Verdrehung und Vergrößerung des
Gesamtlichtkegels gleichzeitig. Da die Drehung eines runden Lichtkegels
nicht zu sehen ist, bleibt als Endeffekt die Vergrößerung des
Gesamtlichtkegels übrig.
Diese Vorrichtung zeichnet sich durch eine besonders präzise Funktion
aus. Sie ist in allen Lagen auch für große und schwere Leuchtelemente
geeignet.
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6. Einzeln adressierbare Ausrichtung
für jedes
Leuchtelement 9 und 10 (siehe Anspruch 7.–9.) Jedes
Leuchtelement (2) besitzt eine eigene Ausrichtungsvorrichtung
mit Stellantrieb. Die Leuchtelemente sind in zwei rechtwinklig zueinander
stehenden Drehachsen kardanisch gelagert (10). Kleine Rückhaltefedern bringen die Leuchtelemente bei
Nachlassen der Ausrichtungskräfte
wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Die Kräfte für die Ausrichtung werden von
elektromagnetischen Wandlern erzeugt. Das können z.B. Elektromagneten (21)
sein wie in 9 dargestellt
oder auch Schrittmotore mit Getriebe, oder winzige Kohlefaserröhrchen im
Nano-Bereich, die sich elektrisch zusammen ziehen (Nanotubes), oder
piezo-elektrische Wandler u.s.w. Alle Leuchtelemente und ihre Ausrichtungsvorrichtungen
mit Stellantrieb sind einzeln adressierbar ausgeführt und
werden zentral von einem Rechner gesteuert. Betrag und Richtung
der Auslenkung sind sehr genau kontrollierbar, so dass das Abstrahlverhalten
der Vorrichtung nun mehr softwareabhänig ist. Elektrische Ansteuerungen
und/oder Stromversorgungen sind organisiert wie in einem TFT-Flachdispaly.
Es ist vorgesehen eine sehr große
Anzahl von Leuchtelementen zu großen Flächen zusammen zu fassen. Durch
die große
Anzahl von Leuchtelementen und die flexible Steuerung über einen
Rechner ist es möglich,
die Leuchtelemente in veränderbaren Funktionsgruppen
zu organisieren und mit einer Beleuchtungsvorrichtung einen oder
mehrere Lichtkegel gleichzeitig abzustrahlen und zu steuern. Somit kann
eine große
Matrix sehr flexibel eingesetzt werden und je nach Situation mehrere
Aufgaben gleichzeitig bewältigen.
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Bewegliche Teile, wie die Leuchtelemente, mit
Strom zu versorgen, ist eine besondere Herausforderung. Deshalb
wird vorgeschlagen die in 10 dargestellten
Nadellager (18) der kardanischen Aufhängung der Leuchtelemente zusätzlich als
bewegliche elektrische Kontakte (17) zu verwenden. Die
Nadeln des Nadellagers (18) können entweder durch die Kontakte
(13) des Leuchtelementes selbst dargestellt werden oder
durch ein spezielles Bauteil (19), auf welchem das Leuchtelement
(2) aufgesteckt wird. Es sind aber auch elektrisch leitende
Folien, Metallfedern und andere Lösungen vorgesehen. Des weitem
ist alternativ zur kardanischen Lagerung ein Kugelgelenk für jedes
Leuchtelement vorgesehen, in deren Gleitflächen elektrische Kontakte zur
Stromversorgung der Leuchtelemente vorgesehen sind. Diese Vorrichtung
ist für
jede Art von Leuchtelement geeignet und kann in jeder Lage verwendet
werden. Die Produktion ist zwar kostenintensiv dafür aber zeigt
diese Beleuchtungsvorrichtung eine Flexibilität in ihrer Funktion, die von
keiner bisher bekannten Vorrichtung erreicht wird. Die hohen Anschaffungskosten
der Vorrichtung werden durch eine erhebliche Personalkostenersparnis
z.B. in Museen bei wechselnden Ausstellungen mehr als ausgezahlt,
da ein zeitintensives Ausrichten und/oder Auswechseln einzelner
Leuchtmittel und Strahler durch Handwerker entfällt. Mit einer schnurlosen
LAN-Verbindung können
auch komplexe Beleuchtungskonzepte bequem von einer Person am Laptop
ausgeführt
werden.
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- 1.
- mittleres
Leuchtelement
- 2.
- Leuchtelement
- 3.
- Knotenpunkt
- 4.
- Umfang
- 5.
- elastisch
dehnbare Membran
- 6.
- gas-
oder flüssigkeitsdichter
Behälter
- 7.
- Gas
oder Flüssigkeit
- 8.
- Bedienzylinder
- 9.
- Trägerplatine
- 10.
- Federchen
- 11.
- rückwärtige Verlängerung
- 12.
- Drehachse
- 13.
- Ständer
- 14.
- Führungsplatte
- 15.
- Führungsloch
- 16.
- rückwärtige Platte
- 17.
- elektrische
Leitungen
- 18.
- Nadellager
- 19.
- Sockel
für Leuchtelement
- 20.
- Permanentmagnet
- 21.
- Elektromagnet