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Glockenförmiger Refraktor für Leuchten Die Erfindung bezieht sich
auf einen glockenförmigen Refraktor für Leuchten mit einer in der senkrechten Achse
angeordneten Lichtquelle und im wesentlichen parallel zur Refraktorachse verlaufenden,
zu beiden Seiten einer senkrechten Längsmittelebene (Symmetrieebene) symmetrisch
angeordneten Wänden, die auf ihrer Innenfläche innerhalb eines gewissen Winkelbereiches
in bezug auf die Lichtquelle zu jeder Seite der Mittelebene aneinandergrenzende,
symmetrisch angeordnete, sich in Richtung der Achse erstreckende Prismen aufweisen,
die das Licht der Lichtquelle in bevorzugte Richtungen ablenken, um es in einem
bestimmten Raumbereich auszubreiten.
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Zum Beleuchten größerer Flächen, wie Höfe, Straßen od. dgl., werden
Refraktoren verwendet, die im allgemeinen symmetrische Refraktionsschalen aufweisen.
Diese besitzen innere, das Licht zerstreuende und mit einer gewissen Gleichmäßigkeit
aussendende symmetrische Diffusionsriffeln. Hierbei geht jedoch vergleichsweise
viel Licht verloren, welches außerhalb der auszuleuchtenden Fläche fällt. Dies wirkt
sich insbesondere dann aus, wenn die Leuchte an der Längsseite oder in der Ecke
der auszuleuchtenden Fläche angeordnet ist. Das Lichtverteilungsmuster der bekannten
Leuchten weist ein ausgesprochenes Maximum in der Projektion eines Kegels auf die
auszuleuchtende Fläche auf. Diese Verteilung wird insbesondere bei an der Straßenseite
angebrachten Leuchten verwendet, wo die Straßenbreite drei- bis fünfmal so groß
ist wie die Anbringungshöhe der Leuchte.
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Es ist bereits bekannt, der Straßenbeleuchtung dienende Refraktoren
glockenförmig auszubilden, wobei die äußere und innere Oberfläche der Glocke mit
lichtbrechenden bzw. lichtstreuenden Prismen versehen sind, deren Begrenzungsflächen
geradlinig verlaufen.
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In Erkenntnis der unvollkommenen Ausleuchtung durch die bekannten
Refraktoren hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, durch eine neuartige Ausbildung
der Refraktorglocke einen besonders zweckmäßigen Beleuchtungseffekt zu erzielen,
nämlich eine allseitig blendfreie und außerdem vollkommen gleichmäßige Ausleuchtung
eines bestimmten Raumes bzw. einer entsprechenden Fläche.
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Diese Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß die
lichtbrechenden Flächen der teils streuenden, teils sammelnden bzw. bündelnden Prismen
des Refraktors auf einer oder mehreren Glocken derart angeordnet und so konkav-konvex
gewölbt sind, daß durch vertikale Lichtablenkung und horizontale, fächerartig sich
überlappende Lichtstreuung eine blendfreie, gleichmäßige Lichtverteilung in Form
eines senkrechten Halbkegels entsteht, dessen Spitze in der Leuchte und dessen halbkreisförmige
Grundfläche in der zu beleuchtenden Fläche liegt. Bei Betrachtung erscheint eine
in dieser Weise ausgebildete Leuchte aus jedem gewünschten Winkel völlig gleichmäßig
hell, so daß jede Blendwirkung vermieden wird. Sie unterscheidet sich dadurch wesentlich
von allen bekannten älteren Geräten, die dadurch blendend wirken, daß durch Beeinflussung
der ausgesandten Lichtstrahlen in bestimmten Winkelrichtungen dem Betrachter eine
unterschiedliche Helligkeitsverteilung dargeboten wird, da nicht sämtliche Prismen
des Refraktors in gleicher Weise Strahlen aussenden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtstreuprismen
mindestens an der Vorderwand und den beiden Seitenwänden der sich von einem kreisringförmigen
Querschnitt oben zu einem etwa quadratischen Querschnitt unten verjüngenden Glocke
vorgesehen, deren leicht gewölbte Seitenwände parallel bzw. deren ebenfalls leicht
gewölbte Vorder- und Hinterwände senkrecht zur Mittelebene verlaufen. Hieraus folgt
eine Lichtverteilung, die besonders förderlich im Sinne des obigen Zweckes ist.
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An der Innenseite der Hinterwand des Refraktors können in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung symmetrisch zur Mittelebene liegende Prismen vorgesehen
sein, die das von der Lichtquelle nach hinten abgestrahlte Licht durch Totalreflexion
wieder auf die Lichtquelle zurückwerfen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Leuchte
beträchtlich gesteigert, da die Lichtverluste auf ein Minimum reduziert werden können.
Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktors ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Refraktor einen geschlossenen, nach unten konvexen Boden
mit innenliegenden gekrümmten Prismen aufweist, die sich symmetrisch, im wesentlichen
senkrecht zur Längsmittelebene erstrekken und die die von der Lichtquelle steil
einfallenden Strahlen nach vorn ablenken. Nach einer anderen Ausführung der Erfindung
verläuft der hintere Teil der Prismen auf dem konvexen Boden konzentrisch um einen
in der Mittelebene, etwa an der Hinterkante des Bodens gelegenen Mittelpunkt und
der vordere Teil der Prismen konzentrisch um einen hinter dem ersten Mittelpunkt
in der gleichen Ebene gelegenen Mittelpunkt. Durch diese Ausbildung des Bodens des
Refraktors wird eine wirksame Beeinflussung des in weniger steilem Winkel ausgesandten
Lichtes erzielt, so daß auch der in unmittelbarer Nähe des Refraktors befindliche
Teil der auszuleuchtenden Fläche beleuchtet wird, während gleichzeitig sowenig wie
irgendmöglich Licht in Richtung der Rückseite der Leuchte verlorengeht.
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Auf der Außenseite des Refraktors können in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung zusätzlich vertikale Streuriffeln vorgesehen sein und auf seinem Boden
zu den Streuriffeln der Vorder- und Hinterwand parallel verlaufende Streuriffeln.
Diese Riffeln sind verhältnismäßig flach ausgebildet. Ihre maximale Diffusionswirkung
besitzen sie im Bereich von etwa 5=, so daß sich keine Abweichung ergibt, die wesentlich
über dem 60--Winkel der normalen Ringform liegt. Die Riffelung trägt außerdem zur
Vermeidung von Lichtverlusten an der Rückseite der Lampe bei und verbessert deren
Aussehen erheblich.
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Es kann ferner zur Erreichung bestimmter Lichteffekte zweckmäßig sein,
auf der Außenseite des auf seiner Innenseite die Lichtstreuimpulse aufweisenden
Refraktors über einen Winkelbereich von etwa 120° beiderseits der Längsmittelebene
horizontal verlaufende Lichtsammelprismen vorzusehen, welche die Strahlen in parallelen
Richtungen unter einem Winkel von etwa 75= zum Fußpunkt aussenden, während
in dem übrigen Winkelbereich horizontal verlaufende Totalreflexionsprismen vorgesehen
sind. Die Innenseite des Bodens kann gegebenenfalls auf ihrer vorderen Hälfte um
einen mit dem Mittelpunkt des Bodens zusammenfallenden Mittelpunkt gekrümmte Prismen
und auf ihrer hinteren Hälfte senkrecht zur Längsmittelebene parallel zueinander
verlaufende Prismen und die Außenseite des Bodens Lichtsammelprismen aufweisen,
wobei die hinteren Innenwände von der Begrenzungskante des Bodens ausgehende, vergleichsweise
kurze, etwa vertikal verlaufende Prismen besitzen, die im gleichen Sinn wie die
Totalreflexionsprismen wirken.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Refraktors ist darauf
gerichtet, daß die Prismen auf zwei Refraktorglocken derart verteilt sind, daß der
äußere Refraktor im wesentlichen senkrecht verlaufende, konkav-konvexe, lichtstreuende
Prismen, der innere Refraktor dagegen im Bereich der Vorderwand und der beiden Seitenwände
des äußeren Refraktors horizontal verlaufende, lichtsammelnde Prismen und im Bereich
der Hinterwand des äußeren Refraktors horizontal verlaufende, totalreflektierende
Prismen aufweist.
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Weiterhin können am Boden des inneren Refraktors unter den horizontal
verlaufenden, lichtsammelnden Prismen ringförmige Prismen und unter den horizontal
verlaufenden, totalreflektierenden Prismen weitere ringförmige Prismen vorgesehen
sein, die das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht nach vorn bzw. gegen den Fußpunkt
ablenken.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Lichtstreuprismen in Gruppen
symmetrisch zur Längsmittelebene (Symmetrieebene des Refraktors) anzuordnen, wobei
diejenigen in der vordersten, ersten Gruppe rechts und links der Längsmittelebene
symmetrische, konkav-konvexe, zylinderlinsenartige Lichteinfallflächen von solchem
Brechungsvermögen aufweisen, daß die ausgesandten Strahlen in einen Winkelbereich
bis zu je etwa 60° zu beiden Seiten der Normalen auf der Refraktorwand fallen, ferner
diejenigen in der hinteren, rechts und links am entferntesten von der Längsmittelebene
liegenden Gruppen Lichteinfallflächen von solchem Brechungsvermögen aufweisen, daß
die ausgesandten Strahlen nach vorn in einen Winkelbereich zwischen etwa 30 und
60' zur Normalen fallen, und diejenigen in den zwischen der vorderen und
den hinteren Gruppen angeordneten Gruppen asymmetrische, ebenfalls konkav-konvexe
Lichteinfallflächen von solchem Brechungsvermögen aufweisen, daß die ausgesandten
Strahlen nach vorn in einen Winkelbereich zwischen etwa 0 und 60' zur Normalen auf
der Refraktorwand fallen.
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Sind bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Refraktors die
Lichtstreuprismen im wesentlichen über einen Winkelbereich von mehr als 90'
beiderseits
der Längsmittelebene angeordnet, so können insbesondere die von der Längsmittelebene
entfernt liegenden Prismen so ausgebildet sein und einen solchen Einfallwinkel ergeben,
daß die an den Wendepunkten der lichtbrechenden Flächen einfallenden Strahlen im
Zusammenwirken mit der äußeren Fläche des Refraktors eine einheitliche Ablenkung
von etwa 60° gegen die Symmetrieebene erfahren, wobei sich das Grenzbrechungsvermögen
der Prismen beiderseits der Symmetrieebene derart verändert, daß die Strahlenemission
unter Ablenkung von der Längsmittelebene auf einen Winkelbereich von etwa 90° beiderseits
derselben beschränkt ist.
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Schließlich ist es denkbar, die Lichtstreuprismen gruppenweise so
auszubilden, daß sie vergleichsweise schmale Strahlenbündel aussenden, wobei deren
erste Gruppen beiderseits der Längsmittelebene symmetrische Lichteinfallflächen
von solchem Brechungsvermögen aufweisen, daß die ausgesandten Strahlen in Abstand
von der Längsmittelebene fallen und eine Streubreite von etwa 15° aufweisen, wobei
die letzten Gruppen im Abstand von etwa 120° beiderseits der Längsmittelebene einfach
wirkende asymmetrische Lichteinfallflächen von solchem Brechungsvermögen aufweisen,
daß die Streubreite der ausgesandten Strahlen etwa 30° beträgt, wobei ferner die
zwischen den vorgenannten Gruppen liegenden Gruppen asymmetrisch ausgebildete Lichteinfallflächen
von solchem Brechungsvermögen aufweisen, daß die Streubreite der ausgesandten Strahlen
etwa 60° beträgt und daß die Grenzstrahlen der Strahlenbündel zur Längsmittelebene
hin dem entsprechenden Grenzstrahl der Strahlen der ersten Gruppen parallel und
die von der Längsmittelebene abgewandten Grenzstrahlen parallel zu den entsprechenden
Grenzstrahlen der Strahlen der letzten Gruppen verlaufen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile von Ausbildungsformen
der Leuchte nach der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einiger besonders zweckmäßiger Ausführungsformen sowie an Hand der Zeichnungen,
deren Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer an einer Gebäudewand angebrachten
Leuchte sowie die hierbei erzielte Lichtverteilung, Fig. 2 eine perspektivische
Ansicht der Leuchte, Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die größtmögliche Strahlenverteilung
für einen horizontalen Sehwinkel von 180g, Fig. 4 eine Draufsicht gemäß Fig. 3 mit
einer zur Vermeidung hoher Lichtübertragungs.verluste geeigneten Strahlenbegrenzung,
Fig. 5 eine Draufsicht gemäß Fig. 4 auf eine Leuchte von etwa quadratischem Querschnitt,
Fig. 6 einen vertikalen Schnitt durch die Leuchte gemäß Fig. 2, Fig. 7 einen Schnitt
nach der Linie 7-7 der Fig. 6 unter Berücksichtigung lediglich des äußeren Refraktors,
Fig. 8 eine Draufsicht auf den umgekippten äußeren Refraktor, Fig. 9 einen gegenüber
Fig. 6 vergrößerten Querschnitt des inneren und äußeren Refraktors sowie der Lichtwege
in der Schnittebene, welche der Symmetrieebene oder der Linie A-A der Fig. 3, 4,
5, 8 und 10 entspricht, Fig. 10 eine Draufsicht auf den umgekippten inneren Refraktor,
Fig. 11 eine schematische Darstellung des lediglich von dem inneren Refraktor erzeugten
Lichtmusters auf dem Boden, Fig. 12 eine Darstellung gemäß Fig. 11 des durch die
kombinierten inneren und äußeren Refraktoren erzeugten Lichtmusters, Fig. 13 ein
Polardiagramm der Lichtverteilung der Leuchte gemäß Fig. 1 bis 12, Fig. 14 eine
schematische Draufsicht gemäß Fig. 4 mit der Strahlenverteilung einer an einer Straßenseite
angebrachten Leuchte, Fig. 15 einen horizontalen Schnitt durch einen Refraktor zur
Erzielung der in Fig. 14 wiedergegebenen Strahlenverteilung, Fig. 16 ein Polardiagramm
der Lichtverteilung der Leuchte gemäß Fig. 14 und 15, Fig. 17 einen horizontalen
Schnitt durch eine Leuchte mit nur einem die Prismen für die vertikale und seitliche
Lichtsteuerung tragenden Refraktor, Fig. 18 einen Schnitt nach der Linie 18-18 (entsprechend
0 bis 180°, Ebene A'-A') der Fig. 17 und Füg. 19 einen Teilschnitt nach der Linie
19-19 der Fig. 18 zeigt.
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Um eine Lichtverteilung mit hohem Wirkungsgrad und ein befriedigendes
Aussehen der in einer geeigneten Anbringungshöhe M über der Hoffläche
Y angebrachten Leuchte zu erreichen, wird eine Beleuchtungsform gewählt,
die das Licht unter einem geeigneten Winkel, wie z. B. 75° gegen die Senkrechte,
so über dem Fußpunkt aussendet, daß es sich über einen halbkreisförmigen Bereich
ausbreitet, dessen Radius annähernd viermal so groß ist wie die Anbringungshöhe.
Dieser Bereich befindet sich innerhalb des gepunkteten Bereichs der Fig. 1.
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Eine diesem Zweck dienende Leuchte 10 ist in den Zeichnungen
veranschaulicht. Sie besitzt einen geeigneten Arm 12, der eine hängende Glühlampe
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trägt und zwei Refraktionsschalen aufweist, die, wie bei 14 und
15 (Fig. 6) gezeigt, ineinandergesetzt sind. Der innere Refraktor 14 ist,
wie insbesondere die Fig. 9 und 10 veranschaulichen, eine verhältnismäßig tiefe
Schale oder Glocke mit steilen Seitenwänden, unterhalb deren oberem Rand sich die
Lichtquelle befindet. Liegt der Lichtmittelpunkt an der mit LC (Fig.9) angegebenen
Stelle, so verlaufen die vertikalen Lichtstrahlenwege in der 0- bis 180'-Symmetrieebene
A-A der Fig. 10, wie in Fig. 9 angegeben. Über einen Winkel von annähernd -I-120
und -120= (Fig. 10) von der Symmetrieebene aus oder insgesamt 240° weist der innere
Refraktor 14 über und unter der Lichtquelle horizontale Lichtsammelprismen
20
auf, welche die Lichtstrahlen 21 in vertikalen Winkeln von annähernd 75°
vom Fußpunkt aus in einem Winkel von 240° um die vertikale Achse konzentrieren.
Der gegenüberstehende oder hintere Teil der Refraktionsschale 14 besitzt über einen
Winkel von 120= äußere horizontale Totalreflexionsprismen 22, welche die Lichtstrahlen
auf dem bei 23 angedeuteten Wege zum Lichtmittelpunkt zurückwerfen. So erfolgt die
Hauptlichtabgabe der Lichtquelle über einen horizontalen Winkel von ungefähr 240°
und einen vertikalen Winkel von ungefähr 75°.
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Unterhalb der Refraktionsprismen 20 weist der innere Refraktor 14
ringförmige Refraktionsprismen 24 auf, welche das Licht, vom Fußpunkt aus gesehen,
nach vorn ausbreiten. Unterhalb der Reflexionsprismen 22 an der hinteren Seite des
Refraktors 14 besitzt dieser ringförmige Refraktionsprismen 25, welche das Licht
gegen den Fußpunkt hin umlenken.
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Das Lichtmuster, das lediglich der innere Refraktor 14 (Fig. 9 und
10) auf dem Boden entwirft, ist in Fig. 11 veranschaulicht. Die Linie V umgrenzt
den Bereich, außerhalb dessen Licht von den Seitenteilen des Refraktors für die
Bodenbeleuchtung fällt. Sie entspricht den steilsten Strahlen des inneren Refraktors
14. Der schraffierte Bereich R zeigt das Bodenmuster, das vom Licht der Refraktionsprismen
24 erzeugt wird. Da diese Refraktionsprismen 24 mehr als 180° Bodenfläche beleuchten,
wird etwas Licht nach hinten über die -90- und +90°-Linien geleitet. Dieses Licht
würde nach hinten gestreut werden und verlorengehen, wenn es nicht in nutzbare Richtungen
umgelenkt würde. Das Licht aus dem hinteren Drittel des inneren Stückes fällt auf
die kleinen gepunkteten Bereiche S, S'. Der Streifen zwischen V und R erhielte bei
Verwendung allein des inneren Refraktors kein Licht.
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Der Refraktor 14 (Fig. 9 und 10) zeigt, wenn er ohne jegliche Abdeckung
betrachtet wird, im Bereich des Winkels von 240' außerordentlich helle vertikale
Lichtscheinlinien auf seiner Oberfläche. Der Rest des Refraktors im Gesichtsfeld
würde »dunkel« sein.
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Der äußere Refraktor 15, welcher den inneren Refraktor 14 aufnimmt,
schützt dessen äußere Refraktions- und Reflexionsprismen vor Schmutz und ist dazu
bestimmt, das Helligkeitsbild der Leuchte zu verbessern, ohne die vorherrschende
Richtung der durch den inneren Refraktor erzeugten Lichtstrahlen nachteilig zu beeinflussen.
Er führt außerdem nach rückwärts gestreutes Licht in eine nutzbare Richtung zurück.
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Zur Verbesserung des Aussehens der Leuchte und um am Boden der refraktierenden
Schalen einen größeren Bereich für die Umlenkung des von dem inneren Refraktor abwärts
gerichteten Lichtes zu schaffen, ist der äußere Refraktor 15 am oberen Rand ringförmig
und am Boden 16 (Fig. 9) etwa
quadratisch ausgebildet, wobei der
Boden nach unten konvex ist. Eine solche Umhüllung schafft, wenn sie im üblichen
Beobachtungswinkel betrachtet wird, einen relativ weiten und vertikal tiefen Bereich,
über welchen das Licht verteilt wird. Wenn eine solche Leuchte von vorn, in der
Diagonalen oder von der Seite aus gesehen werden will, ist es wünschenswert, die
nutzbare Lichtabgabe soweit wie möglich auf den Bereich innerhalb eines Winkels
von 180° zu beschränken, statt sie auf einen Winkel von 240° entsprechend der Ausbildung
der Reflexions- und Refraktionsprismen, wie in Fig. 9 und 10 und in dem Lichtmuster
von Fig. 11 gezeigt, zu verteilen.
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Wenn das Licht von dem äußeren Refraktor 15 so breit wie möglich gestreut
wird, entspricht die Breite der strahlenden Fläche der Leuchte, bei Betrachtung
in Richtung der Symmetrieebene A-A dem Durchmesser des Refraktors 15, also dem Abstand
der Linien a-a der Fig. 3. Diagonal betrachtet hat die strahlende Fläche dieselbe
Breite (Abstand der Linien b-b). Wenn der Refraktor von der äußeren rechten oder
linken Seite der Symmetrieebene aus betrachtet wird, wird die strahlende Fläche
schmaler (Abstand der Linien (-c).
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Die Linien a-a, b-b und eine der Linien c sind Tangenten an die Oberfläche
des Refraktors, während die Linie c rechts in der Fig. 3 dem hintersten Strahl von
+ 90" entsprechen soll, der von dem horizontalen Refraktionsprisma ohne rückwärtige
Streuung verfügbar ist. Um eine solche Größe der hell strahlenden Oberfläche zu
erhalten, muß die Breite des ausgestrahlten Lichtsektors d (Winkel von 0=) 1803,
der Sektoren e und f (Winkel von +30 und - 30@) 150=, der Sektoren g und h 120°,
der Sektoren i und j 90'= und der Sektoren k und 1 60° betragen.
Ein solcher Verlauf von Grenzstrahlen ist jedoch nicht praktisch, wo eine wirksame
Lichtabgabe beabsichtigt ist. Wie die Sektoren d-1 erkennen lassen, erfolgt
eine wesentliche Ausstrahlung in Richtungen tangential zur Refraktoroberfläche.
Die Lichtaussendung in tangentialer Richtung ist jedoch Null, weil bei großen Refraktionswinkeln
jenseits ungefähr 85- ein beträchtlicher Teil des Lichtes in dem Medium nahe
des kritischen Winkels einfällt und so innerhalb des Mediums reflektiert wird.
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Anstatt das Licht von Punkten auf der äußeren Reflektoroberfläche
in oder ungefähr in Richtung der Tangente auszusenden, wird nach der Erfindung die
Lichtausstrahlung so gelenkt, daß sie nicht unter solch großen Winkeln von der Normalen
zur Reflektoroberfläche erfolgt. Ein wirksamer maximaler Refraktionswinkel bei Refraktoren,
wie sie hier in Betracht gezogen werden, beträgt ungefähr 60°. Die gemäß der Erfindung
angestrebte bevorzugte Verteilung für den ringförmigen Refraktor ist in Fig. 4 dargestellt.
Hier verlaufen die Linien a'- a' und b'-b' und c'-c' mit geringerem Abstand
voneinander als die entsprechenden Linien a bzw. b bzw. c der Fig.
3. Diese Abstände geben die Breite der Lichtfläche des Refraktors, also der strahlenden
Fläche, wieder bei Verminderung der Lichtstreuung, um eine wirksame Lichtabgabe
zu ermöglichen. Der Sektor d' in der Richtung des Winkels von 0° hat nunmehr eine
Breite von 120=, so daß der maximale Refraktionswinkel 60" beträgt. Entsprechende
60°-Grenzen für die Refraktionswinkel werden bei allen Sektoren verwendet. Die Sektoren
e', f' sind 120°, g', h' 90°, i'. j' 60@ und k', 1' 30i breit. Nach
dem Boden des Refraktors hin, wo sich dessen Querschnitt einer etwa quadratischen
Form nähert, werden die Krümmungsradien der Oberflächen größer, und es ist nicht
leicht möglich, dieselbe Winkelweite der Sektoren, wie die in Fig. 4 gezeigte, aufrechtzuerhalten
und die sich aus den größeren Refraktionswinkeln ergebenden höheren Verluste zu
vermeiden. Um ein besser ausgeleuchtetes Bild zu erhalten, ist es vorteilhaft, über
die gesamte Höhe des Refraktors dieselbe winkelförmige Strahlenausbreitung in entsprechenden
Winkeln aufrechtzuerhalten und gegebenenfalls in solchen Bezirken geringe Verluste
in Kauf zu nehmen. Die vorherrschende Lichtabgabe wird natürlich durch die steileren,
stärker ringförmigen Teile des Refraktors bewirkt, und die Lichtabgabe in den unteren
Zonen ist verhältnismäßig klein. In Fig. 5 sind in vergrößertem Maßstab Linien gezeigt,
welche den Linien a, b und c der Fig. 3 und 4 entsprechen und mit a' usw.
bezeichnet sind. Die entsprechenden Sektoren sind mit d"-1" bezeichnet.
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Um die in den Fig.4 und 5 schematisch veranschaulichte Lichtverteilung
zu erreichen, ist die innere Oberfläche des äußeren Refraktors mit vertikalen Lichtstreu-
und Umlenkprismen ausgestattet. deren lichtbrechende Oberflächenform ' sich über
die entsprechend der jeweiligen Verwendung der Leuchte verschiedenen Winkel des
Refraktors ändert.
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Die Fig. 7 veranschaulicht die Anordnung der die Umlenkung des Lichtes
bewirkenden Prismen. In dem Mittelsektor, zwischen den Winkeln von + 30 und -- 30°,
ist die innere Oberfläche des Refraktors mit Lichtstreuprismen 30 ausgestattet,
die in dem ganzen Sektor vorhanden sein können und bezüglich der durch Lichtquelle
und Prismensymmetrieebene gelegten Radialebene symmetrisch angeordnet sind. Sie
haben konkav-konvexe Profile, und zwar vorzugsweise so, daß die größte Ablenkung
der Strahlen, die an den Wendepunkten auftreffen, z. B. die Strahlen 30a, 60= beträgt.
Dies entspricht einem Einfallwinkel von 75° an den Wendepunkten der Kurve. Demnach
verlaufen, wie auch bei d in Fig. 4 veranschaulicht, die ausgesandten
Strahlen 30 b, 30 b in Winkeln von 60° von der Radialebene.
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Seitlich des Mittelsektors der symmetrischen Prismen 30 über einen
Winkel zwischen - 30 und +60° sowie auch zwischen -30 und -60° weist die innere
Oberfläche des Refraktors asymmetrische Refraktionsprismen 31 auf. Diese Prismen
31 haben konkav-konvexe Oberflächen, welche in unterschiedlicher Weise auf solche
Strahlen einwirken, welche zur Symmetrieebene hin-, und auf solche, die von der
Symmetrieebene weggebogen werden sollen. An dem Wendepunkt der hinteren Seite des
Prismas (entfernt von der Ebene A-A) ist der Einfallwinkel derselbe wie oben, und
die radialen Strahlen, wie z. B. 32.a, haben eine größte Ablenkung von der Radialebene
von 60° und werden, wie bei 31b gezeigt, abgelenkt. Der Wendepunkt der vorderen
Seite des Prismas ist so, daß der einfallende Strahl 31c in der Richtung,
wie bei 31d gezeigt, oder mit einem Winkel von maximal + 90° abgelenkt wird. Die
asymmetrischen Prismen 31 werden durch radiale, optisch unwirksame Flächen 32 getrennt.
Die Asymmetrie der Prismen in diesen seitlichen Sektoren wird vorzugsweise mit dem
Anwachsen des Winkels des Prismas größer, oder sie sind alle gleich auf Kosten der
Helligkeit des Lichtmusters.
In den äußeren seitlichen Sektoren
zwischen einem Winkelbereich von -f- 60 und -f- 120° sowie zwischen - 60 und --
120° sind die Prismen asymmetrisch, jedoch von anderer Gestalt als diejenigen in
den 30 bis 60°-Sektoren. Hier haben die Prismen 33 konkavkonvexe wellenförmige Oberflächen
mit maximalem Refraktionswinkel für radiale Strahlen, wie 33 a, an dem Wendepunkt,
so daß diese so abgelenkt werden, daß sie mit nicht mehr als 60° zur Normalen verlaufen,
wie bei 33b angegeben. Die Krümmung der unwirksamen Flächen der Prismen 33 ist so,
daß der maximale Ausstrahlungswinkel von einfallenden Strahlen, wie 33e,
nicht größer ist als der Winkel von 90°, wie bei 33 d wiedergegeben ist. Die Refraktionsprismen
33 werden durch die radialen, optisch unwirksamen Flächen 34 getrennt. Bei diesen
Prismen ändert sich ebenfalls vorzugsweise das Brechungsvermögen, um Strahlen zwischen
Winkeln von 90 und 60° von der Radialebene auszusenden.
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über den ganzen Bereich von -I- 120 bis - 120° strahlt jedes Prisma
einen sich ausbreitenden Lichtstrahl aus, und diese Strahlen überdecken sich derart,
daß sie die ganze projizierte Fläche innerhalb der Grenzstrahlen bei dazwischen
eingeschlossenem Beobachtungswinkel leuchtend machen.
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Der Teil des äußeren Refraktors 15 in der Zone zwischen -'- 120 und
-- 120° gegenüber dem Totalreflexionsprisma 22 des inneren Teiles erhält wenig Licht,
und zwar lediglich das, welches zwischen den Prismen hindurchgeht. Er ist vorzugsweise
mit vertikalen Prismen 35 einheitlicher Richtung ausgestattet und dazu bestimmt,
das Licht von der 180°-Richtung hinweg zu zerstreuen und eine Ausbreitung nach rückwärts
zu verhindern.
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Der Boden 16 des äußeren Refraktors 15 ist, wie in den Fig. 2, 6,
7 und 8 gezeigt, durch die vier gebogenen Linien 40, 40' begrenzt. Diese
Linien verlaufen angenähert senkrecht und parallel zur Symmetrieebene, so daß die
Leuchte bei Betrachtung von vorn oder von der Seite schmaler ist als bei Betrachtung
in der Diagonalen. Die Kantenlinien 41 erstrecken sich aufwärts und laufen mit der
ringförmigen Außenlinie zusammen. Dieser Bodenteil 16 des äußeren Refraktors 15
erhält Licht von den Prismen 24 und 25 auf dem inneren Refraktor 14 (Fig. 9) und
ist an seiner Oberseite mit Prismen ausgestattet, welche sich quer zur Symmetrieebene
erstrecken und dem Zweck dienen, das nach unten gehende Licht über die benachbarten
Flächenbereiche auszubreiten. An Stelle eines Systems von rechtwinklig zur Symmetrieebene
verlaufenden Prismen lassen sich bessere Ergebnisse erzielen durch die Verwendung
von zwei Systemen von Sammelprismen. Das bei 42 angedeutete hintere System hat seinen
Mittelpunkt bei 43 in der Symmetrieebene und an der Rückseite des hinteren Quadranten
des äußeren Refraktors 15 (Fig. 7). Vor diesem im wesentlichen halbkreisförmigen
Bereich von konzentrischen Prismen 42 ist der Boden 16 mit einer zweiten Reihe von
konzentrischen Prismen 44 mit viel größerem Krümmungsradius ausgestattet. Die hinteren
konzentrischen Prismen 42 erhalten das Licht von der Rückseite der Refraktionsprismen
25 des inneren Refraktors 14, während die vorderen konzentrischen Prismen 44 das
nach vorn abgelenkte Licht der Prismen 24 des inneren Refraktors 14 erhalten.
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Um das Aussehen sowohl des leuchtenden als auch des nichtleuchtenden
Refraktors 15 zu verbessern, um die inneren Refraktionsprismen zu verwischen, und
um zu erreichen, daß sowenig Licht wie möglich nach hinten gestreut wird, weist
seine äußere Oberfläche verhältnismäßig flache vertikale Riffeln auf. An den Vorder-
und Hinterflächen und am Boden verlaufen die Riffeln 45, 46 und 47 parallel zu der
Symmetrieebene (Fig. 8). An den Seitenflächen verlaufen die Riffeln 48 und 49 parallel
zueinander, aber mit rechten Winkeln zur Symmetrieebene. Die Streuwirkung erstreckt
sich vor allem auf die -I- 90 und -90°-Richtungen, und es wird verhältnismäßig wenig
Licht nach hinten gestreut. Die Riffeln sind verhältnismäßig flach, vorzugsweise
mit einer maximalen Streuung in dem Bereich von 5°, so daß sie keine Abweichung
erzeugen, die wesentlich über dem 60°-Winkel der allgemeinen Ringform liegt.
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Ein Vergleich der Fig. 11 und 12 ergibt die durch den äußeren Refraktor
15 erzielte Änderung des Lichtmusters. Der schraffierte Bereich R' zeigt nun, daß
das Licht von den vorderen zwei Dritteln des Refraktors so gestreut wird, daß es
sich vor den 90°-Linien und außen nahe der Linie V befindet, während das Licht in
dem gepunkteten Bereich S" über eine größere Grundfläche verbreitet und über die
90°-Linien hinausgezogen ist.
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Die Leistungsfähigkeit der Leuchte wird durch die photometrischen
Kurven der Fig.13 gezeigt. Hier veranschaulicht die Kurve 50 die vertikale Lichtverteilung
über seitlich 65° und die Kurve 51 die horizontale Lichtverteilungskurve in einem
75°-Kegel. Die maximale Lichtstärke liegt hiernach bei 75° über dem Fußpunkt, und
die horizontale Verteilung über den vor der Leuchte liegenden 180°-Bereich ist sehr
groß. Lediglich ein vergleichsweise kleiner Betrag an Licht wird nach rückwärts
gestreut und ist nicht für die Beleuchtung des Hofbereichs verfügbar.
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Es wurde gefunden, daß nach der Erfindung hergestellte Refraktoren
eine sehr hohe Leuchtfähigkeit haben, durch welche Lichtabgaben erzielt werden,
die in der nutzbaren Zone um etwa 30°/a besser sind als asymmetrische Einheiten
entsprechender Eingangsleistungen, die bisher für Hofbeleuchtung od. dgl. verfügbar
waren. Diese Leistungssteigerung ergibt sich zu einem großen Teil aus der Beschränkung
der Lichtausstrahlung auf solche Winkel, bei welchen eine wirksame Lichtübertragung
erhalten werden kann. Die Wirkung wird noch deutlicher, wenn innen mattierte Lampen
verwendet werden, weil bei solchen Lampen ein wesentlicher Teil der gesamten Lichtabgabe
von dem großen Bereich des Kolbens herrührt und weil mit Prismen der hier beschriebenen
und in den Zeichnungen dargestellten Art mehr Licht von der Oberfläche der großen
Lichtquelle durch den Refraktor aufgenommen und durchgelassen wird. Eine 3 m über
dem Boden angebrachte Leuchte mit einer 200-Watt-Lampe beleuchtet z. B. einen Halbkreisbereich
mit einem Radius von 10,5 m mit einer durchschnittlichen Beleuchtungsstärke von
etwa 6,3 Lux (bzw. 0,5 Fußkerzen, wobei die Einheit »Fußkerze« als die Beleuchtungsstärke
einer Kugelfläche definiert wird, die von einer Lichtquelle mit der Lichtstärke
einer sphärischen Kerze in einem Umkreis von 1 Fuß bzw. 30,48 cm liegt und die damit
pro Quadratfuß - 0,093 m- - 1 Lumen Lichtstrom aufnimmt).
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Die Straßenleuchte der Fig. 14 bis 16 besitzt einen Reflektor 22'
ähnlich dem Reflektor 22 und einen äußeren Refraktor der oben im einzelnen beschriebenen
Form,
jedoch mit einer unterschiedlichen Anordnung der vertikalen Lichtstreuprismen. An
der Vorderseite des Refraktors (Fig. 14), entsprechend dem Bereich d
der Fig. 4, wird das Licht in Sektoren m und m' von annähernd 15'
Breite mit dem größten Brechungswinkel in Luft von 60° durchgelassen, d. h. dem
größten Winkel von der Normalen zur Glasoberfläche. Soll sowenig Licht wie möglich
über -!- 90= und soviel wie möglich über -'_- 45= ausgestrahlt werden, sind die
Sektoren nri ,
o o' und p p' nahezu 45' breit. Die Sektoren
q q' sind zu 30= verengt, so daß der maximale Brechungswinkel von 60' beibehalten
wird.
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Die Prismen 60 (Fig. 15) in der 0°-Richtung sind zweifach wirksame
symmetrische Prismen mit nahezu geraden Flächen. Die Profile ändern sich allmählich,
so daß die Prismen 61 bei + 30° einfach wirkend asymmetrisch, die Prismen 62 bei
-I- 60° zweifach wirkend asymmetrisch und die Prismen 63 und 64 bei -;- 90 und
4- 120= einfach wirkend asymmetrisch ausgebildet sind. Auf der Hälfte zwischen
± 90 und 45' oder ± 671!2- würden die Prismen symmetrisch sein. Lichtstrahlenwege
an den Wendepunkten der Prismenflächen sind durch die Linien 60
a, 60 a';
61 ri , 61d ; 62a, 62a': 62 aa,
62 aä ; 63a, 63a' und 64a, 64a' angegeben. Andere typische
Strahlen sind bei 60b, 60b'; 61b, 61b'; 62b, 62b'; 63b,
63b';
64 b, 64 b'; 63 c, 63 c und 64 c, 64 c angegeben.
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Wird der Refraktor der Fig. 14 und 16 in diagonaler Richtung, wie
bei x-x (Fig.l4), oder in Straßenrichtung, wie bei w-w, betrachtet, so ist er über
im wesentlichen seine ganze Breite und von der Spitze bis zum Refraktorboden leuchtend.
Die horizontale Lichtverteilung ist in Fig. 16 bei 65 dargestellt.
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Bei der in den Fig. 17, 18 und 19 veranschaulichten Form trägt ein
nur aus einem Stück bestehender Refraktor 70 alle prismatischen Lichtlenkungsmittel.
Er hat die gleiche allgemeine Form wie der äußere Refraktor der Fig. 1 bis 13 und
erzeugt eine Lichtverteilung, wie sie durch die dort gezeigte, aus zwei Stücken
bestehende Konstruktion erhalten wird.
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An den inneren Wänden des Refraktors zwischen 0 und 120" haben beide
Seiten der Symmetrieebene A'-A' Prismen wie diejenigen in dem entsprechenden Bereich
der Fig. 7, und die Bezugsziffern 30 bis 34
sind in ähnlicher Weise
angewandt. Anstatt daß die äußeren Wände des Refraktors 70 Riffeln aufweisen
wie die eingangs beschriebenen Ausführungsformen, sind auf den äußeren Oberflächen
in dem 0- bis 1201 -Bereich horizontale Lichtsammelprismen71 vorgesehen, welche
die Strahlen in im allgemeinen parallelen Richtungen in etwa 75° über dem Fußpunkt,
wie bei 71a dargestellt, konzentrieren.
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Die hintere äußere Fläche des Refraktors 70 zwischen -!- 120 und -
120° ist mit horizontalen Totalreflexionsprismen 72 versehen, welche, wie bei 73
gezeigt, das Licht gegen die Quelle reflektieren. In der Nähe des Bodens des Refraktors
70 weisen die inneren hinteren Oberflächen kurze vertikale Prismen 74 auf, die mit
den ihnen gegenüberliegenden Totalreflexionsprismen 72 zusammenwirken, um das Licht
zum Lichtmittelpunkt zurückzuführen, wie bei 75 veranschaulicht. Die innere Fläche
des Bodens des Refraktors 70 weist Systeme von gebogenen Prismen 76 nahe der Vorderseite
und von parallelen Prismen 77 an der Hinterseite auf, während an der äußeren Oberfläche
Refraktionsprismen 78 vorgesehen sind. Diese sammeln Licht unter den Refraktorwänden
und richten die Strahlen in allgemeiner Richtung nach vorn.