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Lichtverteilungsscheibe für einen seitlich eines langgestreckten Verkehrsstreckenabschnittes
angeordneten Signalscheinwerfer Die Erfindung geht von einer Lichtverteilungsscheibe
für einen seitlich eines langgestreckten Verkehrsstreckenabschnittes angeordneten
Signalscheinwerfer mit einer gerippten, das- ausgestrahlte Licht seitlich ablenkenden
Lichtaustrittsfläche aus und beschäftigt sich in erster Linie mit der Aufgabe, die
Ausstrahlungsverhältnisse des Scheinwerfers derart zu regeln, daß der gewünschte
oder gegebenenfalls vorgeschriebene Gesamtstreubereich mit Lichtverteilungsscheiben
einfacher optischer Bauart erzielt werden kann. Die Erfindung ist in erster Linie
für Eisenbahnsignale und für Straßenwarnsignale an Eisenbahnübergängen geeignet.
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Bei einem Signal dieser Art besteht im allgemeinen die Aufgabe, daß
das neben und etwas über dem Verkehrsweg angeordnete Signal von einem herannahenden
Beobachter bereits aus ziemlicher, gegebenenfalls mehrere hundert Meter betragender
Entfernung eimwandfei erkannt, beim weiteren Herankommen laufend gesichtet werden
und auch noch innächster Nähe erkennbar bleiben muß. Der Signalscheinwerfer muß
also ein Lichtbündel aussenden, das von der Ferne bis zur größten Nähe reicht. Dieser
sogenannte Gesamtstreubereich eines Verkehrssignals umfaßt für gewöhnlich etwa 70°,
wenn man sich die optische Achse parallel zum Verkehrsweg gelegt denkt. Diese Achseinstellung
ist auch die bisher übliche.
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Um bei solchen Signalleuchten mit zum Verkehrsweg paralleler optischer
Achse den vorerwähnten Gesamtstrenbereich von rund 70° zu erzielen, sind Streuscheiben
notwendig, die optisch ablenkende und optisch nicht ablenkende Flächenelemente haben.
Die optisch nicht ablenkenden Teile der Lichtverteilungsscheibe ergeben das Fernlicht
und die optisch ablenkenden Teile das Streulicht Um die große Seitenstreuung von
70° zu gewährleisten, müssen die für die optische Ablenkung bestimmten Flächen der
Lichtverteilungsscheibe ziemlich steil zur optischen Achse gerichtet sein, und sie
müssen infolge des fast streifenden Auffalles der sie treffenden Lichtstrahlen außerdem
noch eine ziemlich große axiale Höhe besitzen.
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Es ist auch bereits bei einem optischen Signal, insbesondere für Eisenbahnsicherungen,
mit einer eine Riffelung tragenden Sammellinse beiläufig erwähnt worden, das Signal
so aufzustellen, daß die optische Achse der Sammellinse in die Richtung des signalnächsten
Verkehrsstreckenpunktes fällt. Dieser Signalscheinwerfer muß lichtablenkende Flächen
haben, die noch viel höher sind als die des mit der optischen Achse nach dem Fernpunkt
gerichteten Scheinwerfers.
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Es ist fernerhin ein Fahrzeugscheinwerfer bekannt, bei dem das von
einer Lichtquelle ausgehende Licht einerseits durch eine Presnellinse in den fernen
und mittleren Bereich des Verkehrsweges und andererseits durch eine zusätzliche,
baulich getrennte, lzalbkreisförmige Kugelsegmentlinse auf den fahrzeugnahen Bereich
des Verkehrsweges gelenkt wird, wobei durch zusätzliche lotrechte Zylinderlinsen
auch eine seitliche Streuung hervorgerufen wird. Bei einem solchen Scheinwerfer
mit mehrteiligem, also kompliziert aufgebautem optischem System ist das der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegende Problem, wenn überüberhaupt, nur von so geringer Bedeutung,
daß kein Anlaß besteht, der optischen Achse des Hauptausstrahlungsorgans, nämlich
der Fresnellinse, eine anomale, von der Längsachse des Verkehrsweges abweichende
Stellung zu geben.
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Die Erfindung beseitigt diese bisherigen Unzulänglichkeiten durch
eine bestimmte gegenseitige Zuordnung der Ausdehnung des zu bedienenden Verkehrsstreckenabschnittes,
der Stellung der optischen Achse des Signalscheinwerfers und der optischen Wirkung
der Lichtverteilungsscheibe.
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Demgemäß betrifft die Erfindung eine Lichtverteilungsscheibe für einen
seitlich eines langgestreckten Verkehrsstreckenabschnittes angeordneten Signalscheinwerfer
mit einer gerippten, das ausgestrahlte Licht seitlich ablenkenden Lichtaustrittsfläche
und besteht darin, daß der Scheinwerfer mit seiner optischen Achse in einem solchen
Winkel zur Streckenachse hin ausgerichtet ist, daß die auf der Lichtaustrittsfläche
angeordneten, an sich bekannten, flach konvex gewölbten, parallel nebeneinander,
im wesentlichen hochkant stehenden zylinderlinsenförmigen Rippen mit asymmetrischer
Erzeugungskurve ein Lichtbündel ergeben, dessen äußerster, etwas schwächer abgelenkter
Fernlichtstrahl
etwa parallel zur Streckenachse verläuft, während der äußerste, stärker abgelenkte
Lichtstrahl, der den in nächster Nähe des Signals befindlichen Streckenabschnitt
anstrahlt, eine auf die Verkehrsstrecke gerichtete Ablenkung von höchstens 45° gegenüber-
der optischen Scheinwerferachse hat.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Herstellungsschwierigkeiten
und die optischen Mängel einer Lichtverteiiungsscheibe mit Größerwerden des Ablenkungswinkels
stark anwachsen und daß es daher deshalb und auch wegen leichterer Fabrikation und
niedriger Bauhöhe zweckmäßiger ist, den Streuwinkelbereich auf beiderseits der optischen
Achse liegende Bereiche zu verteilen. Berechnungen haben ergeben, daß eine Seitenstreuung
bis zu rund 45° noch mit optisch wirksamen Flächen mit weniger tiefen prismatischen,
optischen Flächen erzielt werden kann. Solche flachprismatischen Flächen lassen
sich durch Preßverförmung leicht, billig und genau herstellen und ergeben auch infolge
des kleineren Lichteinfallwinkels und der kürzeren Lichtwege im Scheibenwerkstoff
höhere Lichtausbeute.
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Die nachfolgend zur Kennzeichnung des allgemeinen Erfindungsgedankens
verwendeten Ausdrücke »signalfern, signalnah und signalnächst« in bezug auf die
Stellung des Beobachters zum Verkehrssignal. sollen dabei den Bereichen der Beleuchtungszone
des Verkehrsweges entsprechen, die in der Verkehrssignaltechnik als Ferne, mittlere
Tiefe und Nähe bezeichnet werden und beispielsweise bei einem Straßensignal den
Entfernungsbereich von etwa 400 bis etwa 5 m vor dem Verkehrssignal umfassen.
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Die Profilierung der ablenkenden Rippen der Lichtverteilungsscheibe
gemäß -der Erfindung richtet sich natürlich im wesentlichen nach den für die einzelnen
Verkehrsstrecken-Unterabschnitte benötigten Lichtströmen. Man wird verständlicherweise
dem signalfernen Unterabschnitt einen wesentlich größeren Lichtstrom als dem signalnächsten
Unterabschnitt zuordnen. Demgemäß besitzen die Rippen der Lichtverteilungsscheibe,
wie später an Hand der Figuren näher erläutert wird, ein Querschnittsprofil, dessen
dem signalfernen Streckenunterabschnitt zugeordneter Teil schwächer als der dem
signalnahen Unterabschnitt zugeordneter Teil gekrümmt ist. Dies kann man in güns.tigsterWeise
mitLichtverteilungsscheib.en der vorstehend gekennzeichneten Art erreichen. Für
den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß auch andere Scheibenausgestaltungen ähnliche
Wirkungen ergeben.
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Es bedarf keiner besonderen Erklärung, daß bei in beträchtlicher Höhe
über dem Niveau des Verkehrsweges angeordneten Signalscheinwerfern den ablenkenden
Flächenelementen eine- Stellung oder Gestaltung gegeben wird, die neben der geforderten
Seitenstreuung auch die erforderliche Tiefenstreuung gibt.
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In der Beschreibung ist die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Schemazeichnung einer Signalleuchtenanlage bekannter
Anordnung, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Verkehrssignalanordnung mit
den Merkmalen der Erfindung, Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teilabschnitt
einer -Lichtverteilungsscheibe für einen Signalscheinwerfer bekannter Bauart in
stark vergrößertem Maßstab und Fig. 4 einen Querschnitt durch einen der entsprechenden
Teilabschnitte einer Lichtverteilungsscheibe für einen Signalscheinwerfer mit den
Merkmalen der Erfindung in der-Breitenanordnung und im Maßstab der Fig. 3. In den
Fig. 1 und 2 ist der Verkehrsweg W durch zwei außen gestrichelte Linien angedeutet.
Der Signalscheinwerfer ist mit S und seine optische Achse mit 0 bezeichnet. Auf
der Straße ist fernerhin in gestrichelten Linien der Verkehrsweg B eines Beobachters
angedeutet und auf diesem die Punkte NN, N und F eingezeichnet, die jeweils
den Beginn des früher erwähnten signalnächsten, signalnahen und signalfernen Bereiches
anzeigen sollen. Zu diesen Punkten ist jeweils der mittlere, vom Signalscheinwerfer
S ausgehende Lichtstrahl eingezeichnet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die
Zeichnung in bezug auf die Längserstreckung des Verkehrsweges maßstäblich stark
verzeichnet ist. -Bei der in Fig. 1 dargestellten, bekannten Anordnung der Signalscheinwerfer
ist seine optischeAchse 0 auf den Anfangspunkt des Fernbereiches gerichtet, und
die gesamte Seitenstreuung von F bis NN wird durch einseitig ablenkende optische
Elemente der Lichtverteilungsscheibe erzielt, was die früher erwähnten Schwierigkeiten
bereitet.
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Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß der Signalscheinwerfer, wie
in Fig. 2 dargestellt, derart schräg zur Straßenachse angeordnet, daß seine optische
Achse 0 beispielsweise den Anfangspunkt N der signalnahen Zone durchstößt. Die Anstrahlung
der Strecke zwischen N und F und darüber hinaus wird dabei durch - im Sinne des
Pfeils 0 in Fig. 2 - nach links ablenkende Flächenelemente und der signalnächste
Bereich N bis NN durch entsprechend nach rechts ablenkende Flächenelemente
der Lichtverteilungsscheibe bewirkt.
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In Fig. 3 ist ein Teilausschnitt einer Lichtverteilungsscheibe dargestellt,
wie sie für Signalscheinwerfer alter Anordnung und Bauart gemäß Fig. 1 erforderlich
war. b ist die lichtbrechende Fläche und c die sogenannte Entformungsfläche. Um
den von F bis NN reichenden Bereich auszuleuchten, muß eine Streuscheibe
benutzt werden, bei der der extreme Lichteintrittswinkel bei a etwa 80° betragen
muß. Infolge des hierdurch bedingten, fast streifenden Lichtausfalls ist der Durchtrittsquerschnitt
der Glasoberfläche an sich sehr klein und kann daher nur durch übermäßige Erhöhung
der optisch wirksamen Fläche auf das zur Erzielung ausreichender Lichtausbeute erforderliche
Maß gebracht werden. Die Lichtverteilungsscheibe besitzt daher Streuriefen, deren
Höhe - j e nach der gewünschten Lichtverteilung - gleich oder größer als ihre Breite
ist und die in scharfkantigen Rinnen aneinanderschließen. Die Rinnenform entspricht
dabei der Außenform des Preßwerkzeuges, und es bedarf keiner besonderen Erläuterung,
daß ein solches Preßwerkzeug nicht nur schwer herstellbar ist, sondern auch infolge
der unvermeidlichen Verzunderung an den überheiß werdenden Messerkanten eine nur
kurze Lebensdauer besitzt.
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In der Fig. 4 ist ein Teilausschnitt einer Lichtverteilungsscheibe
dargestellt, die in Verbindung mit einem erfindungsgemäß gemäß Fig. 2 schräggestellten
Signalscheinwerfer den gleichen Gesamtstreubereich von NN bis F auszuleuchten
gestattet wie der alte Signalscheinwerfer gemäß Fig. 1. Zwecks besseren Vergleichs
wurden Streurippen gleicher Basisbreite eingezeichnet. Wie man sieht, sind die optischen
Elemente b' der neuen Lichtverteilungsscheibe wesentlich flacher und niedriger als
die Streuelemente der bekannten Scheibe gleicher Wirkung. Es macht daher keine fabrikatori@schen
Schwierigkeiten, sehr viele schmale Streuelemente auf der Lichtverteilungsscheibe
anzuordnen und die Lichtausbeute insbesondere da.-durch
zu verbessern,
daß die Entformungsflächen entweder ganz oder bis auf nur kurze Abschnitte fortgelassen
werden können.
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Im Vergleich zu den eingangs erwähnten bekannten Signalscheinwerfern
mit auf den einen oder anderen Grenzpunkt des langgestreckten Verkehrsstreckenabschnittes
ausgerichteter Achse besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Achsenausrichtung
auf einen mittleren Unterabschnitt des Verkehrsstreckenweges darin, daß das Signal
dem Beobachter längs des gesamten Verkehrsabschnittes infolge der überall klein
bleibenden perspektivischen Verkürzung der Kreisfläche flächig erscheint, während
bei den bekannten Scheinwerfern der am nicht angezielten Grenzpunkt stehende Beobachter
die Signalscheibe nur noch als fast strichförmige Ellipse wahrnimmt.