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Optisches System für Scheinwerfer, insbesondere Flugplatzbodenfeuer
Die Erfindung geht von einem optischen System für Scheinwerfer derjenigen Art aus,
bei dem die Strahlenbündel die durch die im wesentlichen ebene Außenfläche des Systems
definierte Lichtaustrittsfläche fast streifend verlassen, und beschäftigt sich in
der Hauptsache mit der Aufgabe, einen wesentlichen Teil des Gesamtlichtstroms in
diesen flachen Ausstrahlungswinkel zu richten. Für Scheinwerfersysterne mit dieser
Ausstrahlungscharakteristik gibt es in der Technik verschiedene Anwendungsgebiete.
An einem der wichtigsten, nämlich der Flugplatzbefeuerung, soll die Erfindung im
nachstehenden im einzelnen erläutert werden.
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In der Fluglandetechnik bzw. in der Flughafenbefeuerung werden als
»Bodenfeuer« bezeichnete Positionsleuchten verwendet, die an den Rändern oder in
der Mitte der Lande- und Zubringerbahnen in den Boden eingelassen sind und durch
ihr Licht dem Flugzeugführer bei oder nach der Landung die Lage der von dem Flugzeug
zu befahrenden Wege anzeigen. Bei in der Mitte angebrachten Bodenfeuern ist vorgesehen,
daß die Räder des Flugzeuges über sie hinweggleiten; man spricht dann von überrollbaren
Bodenfeuern. Um die überrollbarkeit zu gewährleisten, besitzt ein solches Bodenfeuer
auf seiner Oberfläche ein sehr starkwandiges Glas, Abdeckglas Genannt, welches den
Druck des darüberrollenden Flugzeugrades aushalten muß. Die gesamte optische Ausrüstung
des Bodenfeuers ist unterhalb dieses Abdeckglases untergebracht und sendet ihr Licht
durch das Abdeckglas hindurch.
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Mit der Einführung des Düsenflugzeugverkehrs mit seinen wesentlich
höheren Geschwindigkeiten hat sich die Konstruktion derartiger Bodenfeuer bedeutend
erschwert. Während beim jetzigen Flugzeugverkehr das Abdeckglas etwa 5 bis
6 cm über die Startbahnoberfläche herausstehen kann, darf es bei der rasanten
Landegeschwindigkeit der Düsenflugzeuge überhaupt nicht mehr über die Flur herausragen.
Dabei wird noch zusätzlich gefordert, daß das abgestrahlte Licht schon bei einem
Winkel von 31 gegen die Horizontale so stark ist, daß auch der schon gelandete
Flugzeugpilot in der Nacht die Bahnbegrenzungen und auch die Bahnmitte gut erkennen
kann. Der geringe Winkel von 3' erklärt sich - außer der hohen Geschwindigkeit
bei und nach der Landung -
dadurch, daß die Kanzeln der neuen Maschinen ziemlich
niedrig sind. Das Bodenfeuer muß also bereits aus etwa 100 bis
150 m Entfernung unter einem sehr flachen Winkel für den Piloten erkennbar
sein.
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Die Hauptschwierigkeit, die sich dem optischen Konstrukteur entgegenstellt,
besteht darin, daß man Lichtstrahlen nur unter sehr großen Reflexionsverlusten streifend
aus einer planen Glasoberfläche in Luft austreten lassen kann. Der im Glasinnem
zur Oberfläche kommende Lichtstrahl wird an der Glasoberfläche in zwei Teile zerlegt,
ein geringer Teil tritt streifend zur Oberfläche aus dem Glas heraus, ein sehr großer
Teil wird von der Glasoberfläche in das Innere des Glases zurückgespiegelt.
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Es kommt noch eine weitere Schwierigkeit hinzu: Im Gebiet des streifenden
Lichtaustritts bewirkt eine Vergrößerung des Winkels, welchen der im Glas verlaufende
Lichtstrahl mit dem Einfallslot bildet, um wenige Minuten eine Verschwenkung des
Lichtstrahls außerhalb des Glases um einige Grade, also eine ganz minimale Schwenkung
des Strahls im Glas bedeutet eine starke Schwenkung des Strahls außerhalb des Glases.
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Aus den eben dargelegten Gründen vern-ded man es bisher. bei einem
Bodenfeuer eine praktisch horizontale Lichtaustrittsfläche vorzusehen, und man hat
daher jetzt Konstruktionen solcher Feuer auf den Markt gebracht, die darin bestehen,
daß eine senkrecht nach oben gerichtete Parallelstrahlung von einem reflektierenden
Kegel fast in die Horizontale abgelenkt wird. Um die Strahlen nun aus einem praktisch
senkrecht zu ihnen stehenden Fenster austreten zu lassen, mußte man unter Flur liegende
sehr lange Metallgitter vorsehen, so daß derartige Bodenfeuer nach Kenntnis des
Erfinders einen Durchmesser von etwa 3 m haben.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit der Konstruktion eines optischen
Systems für ein Bodenfeuer, welches den eingangs geschilderten neuen Ansprüchen
genügt. Es soll ein starkes Licht in einen flachen
Winkel vorzugsweise
von 3' über die Horizontale senden, es soll nicht über die Fluroberfläche
hinausragen, und die Strahlung der vorhandenen Lichtquelle soll weitgehend ausgenutzt
werden. Gegenüber den bekanntgewordenen kompendiösen Vorrichtungen mit ihren riesigen
Durchmessern soll die Größe des neuen Bodenfeuers nicht über die der seit Jahrzehnten
im Gebrauch befindlichen hinausgehen.
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Die Erfindung gibt unter anderem einen Weg an, wie man die Reflexionsverluste
vermindern kann, und berücksichtigt auch die bei streifenden Lichtaustritten auftretende
Winkelempfindlichkeit.
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Bevor der Gegenstand der Erfindung im einzelnen beschrieben wird,
sei noch auf folgendes hingewiesen: Man kennt Bodenfeuer, die ihr Licht praktisch
in alle Richtungen rings um das Bodenfeuer her-um senden, und solche, die ihr Licht
nur nach zwei meist entgegengesetzten Richtungen strahlen. Der erste Typ
wird
im nachfolgenden Rundumstrahler, der zweite Zweirichtungsstrahler genannt. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf beide Arten von Bodenfeuern.
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Der Gegenstand der Erfindung sowie weitere Einzelheiten werden an
Hand der Fig. 1 bis 11 erläutert. In den Zeichnunaen stellen dar:
Fig. 1 einen Teilmittelschnitt durch einen rundum strahlenden Scheinwerfer
mit den Merkmalen der Erfindung, Fig. 2 eine ähnliche Darstellung einer abgewandelten
Ausführungsform des gleichen Scheinwerfertyps, Fig. 3 einen ähnlichen Mittelschnitt
durch eine noch andere Ausführungsform des gleichen Scheinwerfertyps, Fig. 4 eine
Aufsicht auf den Scheinwerfer gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine Unteransicht
auf das optische System des Scheinwerfers gemäß Fig. 3,
Fig. 6 einen
Mittelschnitt ähnlich Fig. 3 eines Zweirichtungsstrahlers mit den Merkmalen
der Erfindung, Fig. 7 eine Aufsicht auf den Strahler gemäß Fig.
6,
Fig. 8 eine Unteransicht auf das optische System des Strahlers gemäß
Fig. 6,
Fig. 9 eine weitere Ausbildung der Erfindung, dargestellt an
einem Teilmittelschnitt durch eine rundum strahlende Scheinwerferoptik, Fig.
10 die weitere Ausbildung der Erfindung, dargestellt an einem Teilmittelschnitt
durch einen Zweirichtungsstrahler, Fig. 11 eine Unteransicht auf das optische
System des Strahlers gemäß Fig. 10.
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In allen Zeichnungen sind gleiche oder gleichwirkende Gegenstände
und optisch wirksame Flächen mit gleicher Grundbezugsziffer versehen, wobei die
Elemente des Zweirichtungsstrahlers durch eine um den Betrag 30 höhere Bezifferung
gekennzeichnet wurden.
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Der in den Figuren dargestellte Lichtaustrittswinkel von
30 gegenüber der Horizontale stellt nur eine bevorzugte Größe dar. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diese Winkelgröße beschränkt.
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Die Fig. 1 zeigt das Prinzip des optischen Systems am Beispiel
eines Rundumstrahlers im senkrechten Mittelschnitt. L ist die Lichtquelle, K ihr
Glühlampenkolben. 1 ist ein starkwandiges, oben horizontales, unten eine
Höhlung aufweisendes Abdeckglas; in seine untere Höhlung ragt die Glühlampe hinein,
so daß also das Abdeckglas diese mit großer Apertur umschließt. Die die Lichteintrittsfläche
bildende Höhlung weist einen konvexen, toroidischen Linsenring 3
auf, der
im nachfolgenden als der erste Teil der Lichteintrittsfläche bezeichnet wird. Er
ist so gestaltet und so zur Lichtquelle und zur die Lichtaustrittsfläche bildenden
horizontalen Oberfläche 2 des Abdeckglases 1 ausgerichtet, daß er die auf
ihn fallenden Lichtstrahlen durch Brechung in der Zeichnungsehene parallel in Richtung
des Pfeiles 4 gegen die Oberfläche 2 des Abdeckglases 1 sendet. An dieser
Oberfläche 2 werden sie so gebrochen, daß sie unter einem Winkel von 31 zu
dieser Oberfläche in Luft austreten.
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Ein anderer Teil der Strahlen der Lichtquelle L tritt durch die im
nachfolgenden als der zweite Teil der Lichteintrittsfläche bezeichnete Bäche
5, die vorzugsweise eine Hohlkugelzone mit der Lichtquelle L als Mittelpunkt
ist, in den Glaskörper 1 ein. Diese Strahlen gehen ungebrochen durch die
Fläche 5 hindurch und gelangen auf den äußeren Seitenflächenteil
6 des Glaskörpers, der durch eine - nicht nütgezeichnete
- Versilberung reflektierend und so gestaltet ist, daß er die auf ihn divergent
auffallenden Strahlen in der Zeichnungsebene parallel richtet und in Richtung des
Pfeiles 7 ebenfalls der Oberfläche des Glases 1 zuführt. Die Gestalt
der Fläche 6 entsteht dadurch, daß ein Teil einer Parabel, deren Brennpunkt
L und deren Mittelachse parallel zur Linie 7
sind, um die durch L gehende
senkrechte Achse 8
rotiert.
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Die Linien 4 und 7 bilden nun mit der horizontalen Lichtaustrittsfläche
2 solche Winkel, daß die Lichtstrahlen die Oberfläche des Glaskörpers unter einem
Winkel von 3' gegen die Horizontale H verlassen. Alle optischen Vorgänge
in der Zeichnungsebene spielen sich in gleicher Weise in allen Ebenen ab, die durch
Rotation der Zeichnungsebene um die Achse 8
entstehen. Betrachtet man in der
Zeichnungsebene die rechts und links von 8 liegenden Hälften einzeln, so
erkennt man, daß die in Richtung 4 gehenden Strahlen, die vom ersten Teil der Lichteintrittsfläche
kommen, sich mit den in Richtung 7 gehenden, vom zweiten Teil der Lichteintrittsfläche
stammenden Strahlen kreuzen und nach entgegengesetzten Seiten aus der Ebene 2 austreten.
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Erfindungsgemäß werden die vom zweiten Teil der Lichteintrittsfläche
kommenden Strahlen gewissermaßen über die vom ersten Teil stammenden nach der Mitte
zu herübergeklappt.
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Diese Strahlenführung wird möglich, weil es sich bei dem Gegenstand
der Erfindung um einen nach mindestens zwei entgegengesetzten Richtungen, im hier
beschriebenen Beispiel sogar um einen nach allen Richtungen flach strahlenden Scheinwerfer
handelt; sie hat den Vorteil, daß durch diese Übereinanderklappen der Strahlen eine
wesentliche Verkleinerung des optischen Systems ermöglicht wird. Außerdem gibt die
Umlenkung der äußeren Lichtstrahlen nach der Mitte der Lichtaustrittsfläche 2 hin
dem austretenden Licht eine hohe Leuchtdichte, was für die Beobachtung aus der Nähe
vorteilhaft ist. Die Mitte der Lichteintrittsfläche des Glaskörpers 1
kann
gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung mit konzentrischen Riefen versehen
sein, deren Flächen 9 und 10 so gestaltet sind, daß auch sie eine
Umlenkung der auf sie auffallenden Lichtstrahlen derart bewirken, daß diese die
Oberfläche 2 des Glases 1 ebenfalls unter einem Winkel von 31 zur
Horizontalen verlassen. Auch hier kann natürlich eine Kreuzung der Lichtstrahlen
vorgesehen werden.
In der Fig. 1 sind die der Mittellinie
8 abgewandten Flächen der Riefen mit 9, die der Mittellinie
8 zugewandten mit 10 bezeichnet. Man kann die Riefen, wie in Fig.
1 angedeutet, so gestalten, daß sowohl die Flächen 9 als auch die
Flächen 10 von Lichtstrahlen getroffen werden, wodurch ein zusätzliches Streulicht
entsteht; man kann aber auch die Flächen 9 als Kegdstumpfmäntel nüt L als
Mittelpunkt ausführen und die Lichtablenkung nur den Flächen 10 übertragen.
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Auf der Unterseite des Abdeckglases 1 befindet sich eine Kreisringfläche
11, die vorteilhaft als Auflagefläche in der - nicht mitgezeichneten
- Gehäusefassung verwendet werden kann, damit eine gute Abstützung des Glases
gegenüber dem starken Druck des darüberrollenden Flugzeugrades gewährleistet ist.
In an sich bekannter Weise kann am Rand des Abdeckglases 1 eine konische
Ringfläche 12 vorgesehen sein, damit durch einen - nicht mitgezeichneten
- metallischen Fassungsring das Abdeckglas 1
in der Armatur festgehalten
werden kann.
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Zwischen der Fläche 6 und der Fläche 12 liegt die Fläche
13. Man kann nun vorteilhaft die Fläche 13 ganz oder teilweise durch
einen - nicht mitgezeichneten - Belag spiegelnd machen und derart
ausgestalten, daß sie diejenigen Lichtstrahlen, die in Richtung des Pfeiles 4 im
Inneren des Glases an die Oberfläche 2 gelangen und von ihr durch im Glasinneren
stattfindende Oberflächenreflexion zurückgeworfen werden, in sich selbst zurückwirft.
Diese Strahlung gelangt nun unter den gleichen Winkel, aber in entgegengesetzter
Richtung zur Oberfläche 2 und wird dort wieder zum Teil durchgelassen und zum Teil
reflektiert.
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Die reflektierten Strahlen durchsetzen den Toroidring 3, der
sie auf die Lichtquelle konzentriert, und divergent die Lichtquelle L und können
dann von einem kugelförmigen Fangspiegel, der bei der Beschreibung der Fig.
3 näher erläutert werden wird, wieder in sich selbst zurückgeworfen werden.
Die Lichtstrahlen werden also immer wieder der Lichtaustrittsfläche 2 zugeworfen,
und immer wieder wird ein Teil derselben durch die Fläche 2 aus dem Glaskörper
1 austreten. Auf diese Weise kann trotz der ungünstigen inneren Oberflächenreflexionsverhältnisse
theoretisch der gesamte Lichtstrom, praktisch ein großer Teil desselben, zum streifenden
Austritt aus der Glasfläche 2 gebracht werden. Der Lichtstrom tritt natürlich nach
zwei entgegengesetzten Richtungen, aber unter dem gleichen Lichtaustrittswinkel
aus der Fläche 2 aus, was aus den weiter oben dargelegten Gründen im Sinne der gewünschten
Lichtausstrahlung liegt.
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Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung, die Fläche 13 so
zu gestalten, daß eine Aufstreuung der im Glas zurückgeworfenen Lichtstrahlung erfolgt,
wodurch die austretenden Strahlen ganz oder teilweise größere Lichtaustrittswinkel
zur Horizontalen H aufweisen.
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Statt eines spiegelnden Belages kann die Fläche 13
und übrigens
auch die weiter oben erwähnte Fläche 6 - mit Dachkantprismenringen oder -streifen
bedeckt sein, die in an sich bekannter Weise durch zweimalige Totalreflexion einen
im Inneren des Glases auf sie fallenden Lichtstrahl parallel zu sich oder in einem
gewünschten Winkel zurückwerfen; auch Tripelprismen wirken in ähnlicher Weise. In
einer abgewandelten Ausbildung der Erfindung (s. Fig. 2) wird derjenige Teil der
Oberfläche des Scheinwerfers, welcher von den Lichtstrahlen in Richtung 4 getroffen
wird, etwas, und zwar vorzugsweise nicht mehr als lO', nach unten abgeschrägt. Im
gezeichneten Beispiel beträgt die Abschrägung etwa 70 gegen die Horizontale
H, so daß bei einem gewünschten Lichtaustrittswinkel von 3' gegen die Horizontale
die austretenden Strahlen mit der Glasoberfläche an dieser Stelle einen Winkel von
101
bilden. Das hat den Vorteil, daß etwa die doppelte Lichtmenge aus diesem
Flächenteil der Lichtaustrittsfläche herausgelangt, weil nach den Fresnelschen Formeln
die innere Oberflächenreflexion mit steigendem Lichtaustrittswinkel gegen die Glasaustrittsfläche
in Luft außerordentlich zurückgeht. In der Fig. 2 ist diese Schrägfläche mit 14
bezeichnet. Sie ist ein Kegelstumpfmantel. Natürlich ist die Richtung 4 in Fig.
2 etwas anders als in Fig. 1. Der Pfeil 15 in Fig. 2 hat die gleiche
Richtung wie der Pfeil 4 in Fig. 1. Für die Konstruktion der Toroidfläche
6 gilt als Symmetrieachse des um 8 rotierenden Parabelstückes ebenfalls
wieder eine durch L gehende Parallele zur Linie 7.
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Die - nicht mitgezeichnete - eiserne Fassung des Bodenfeuers
muß natürlich vom Ende der Fläche 14 ab in einem Winkel von 3' gegen die
Horizontale ansteigen, damit wirklich alle Lichtstrahlen, die von 14 kommen, an
dieser Fassungsfläche vorbeikönnen. Die Gestalt der Fläche 3 muß auch ersichtlicherweise
sinngemäß auf die Gestalt der Fläche 14 abgestimmt sein. Das von der Fläche
13 in Fig. 2 in sich selbst reflektierte Licht verläßt die Fläche 14 unter
einem Winkel von 10' und einem solchen von 17' in bezug auf die Horizontale.
Man kann die spiegelnde Fläche 13 auch so stellen, daß dieser Winkel
31 zur Fläche 14, also 101 zur Horizontalen ist. Man kann auch durch
entsprechende Krümmung der Fläche 13 eine Aufstreuung des austretenden Lichtes
nach größeren Winkeln gegen die Horizontale erreichen und sogar womöglich im Extrem
diese Fläche diffus reflektierend machen, wodurch dann das austretende Licht einen
großen Winkelbereich erfüllt.
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Da bei der Ausführungsforrn nach Fig. 1 die Oberfläche 2 in
ihrer Gesamtheit und bei der Ausführungsform nach Fig. 2 in der Mitte eben ist,
kann sie leicht geschliffen und poliert werden. Um eine erhöhte Ausbeute an austretendem
Licht zu erreichen, kann man sie aber auch als Hohlkegelmantel ausbilden (s. Fig.
3,
Fläche 16), wobei der Kegelwinkel mindestens 180 - 2 al (a
= Ausstrahlungswinkel auf die Horizontale bezogen), im Ausführungsfalle also
1740 betragen muß, damit das Licht ungehindert mit 31 zur Horizontalen austreten
kann.
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In der Fig. 3 sind noch zwei zusätzliche Konstruktionselemente
dargestellt, mit denen das neuartige optische System für Scheinwerfer ausgestattet
werden kann. Wenn der Scheinwerfer farbiges Licht ausstrahlen soll, kann zwischen
Lichtquelle L und Glaskörper 1 ein Farbglas vorgesehen werden. Im gezeichneten
Beispiel ist das Farbglas 17 eine Hohlkugelkalotte, deren Mittelpunkt zweckmäßig
die Lichtquelle L ist. Unterhalb der Lichtquelle kann ein vorzugsweise kugelförmiger
Spiegel 18 angeordnet sein, der nach Art eines bekannten Fangspiegels die
auf ihn fallenden Strahlen wieder der Lichtquelle zuwirft und damit nutzbar macht.
Die Lichtquelle L kann Mittelpunkt dieses Fangspiegels sein, wobei auf
die
weiter oben gegebenen Erklärungen zur Wirkungsweise der Spiegelfläche
13 verwiesen wird. Es sind auch andere Formen des Fangspiegels
18, wie z. B. solche denkbar, die eine Streuung des Lichtes mit dem Ziel
ergeben, an den Austrittswinkel von Y-' eine Lichtstrahlung mit zunehmend größer
werdendem Lichtaustrittswinkel gegen die Horizontale in Luft anzuschließen. Auch
eine Rippung, Noppung oder Mattierung des Spiegels 18 kann vorgesehen werden.
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Fig. 4 zeigt das Abdeckglas 1 gemäß Fig. 3 in der Ansicht
von oben, Fig. 5 in der Ansicht von unten. Die bisherige Beschreibung bezog
sich auf ein rundum strahlendes Bodenfeuer.
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Die Fig. 6 bis 8 stellen ein erfindungsgemäßes optisches
System für einen Bodenfeuer-Scheinwerfer dar, der als sogenannter Zweirichtungsstrahler
sein Licht unter den gleichen Winkeln zur Horizontalen wie das vorstehend beschriebene
rundum strahlende Bodenfeuer, jedoch nur nach zwei praktisch entgegengesetzten Richtungen
' aussendet. Wie oben erwähnt, sind die Indizes für gleiche und gleichwirkende
Teile gegenüber dem Rundumstrahler Fig. 1 bis 5 um 30 erhöht.
Das optische System des Rundumstrahlers verhält sich zu dem eines Zweirichtungsstrahlers
ebenso wie ein Ringtoroid zu zwei einander gegenüberliegenden sphärischen Linsen.
Als Ausführungsform ist in den Fig. 6 bis 8 das optische System gemäß
Fig. 3 bis 5 des Rundumstrahlers gewählt worden.
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Das Abdeckglas mit mit 31 und der Kolben der Glühlampe mit
K bezeichnet. Ein Teil der Lichtstrahlen tritt von der Lichtquelle L ausgehend durch
die einander gegenüberliegenden Flächen 33 und 33'.
welche dem ersten
in Fig. 1 mit 3 bezeichneten Teil der Lichteintrittsfläche entsprechen
und konvexe Linsenflächen sind. Sie richten die auffallenden Strahlen parallel und
senden sie in Richtung der Pfeile 34 und 34' den Oberflächenteilen 44 und 44' unter
einem solchen Winkel zu, daß sie diese Flächen unter Winkeln von 3' zur Horizontalen
verlassen. In dem _gezeichneten Beispiel sind diese beiden Flächen Planflächen,
die mit der HorizontaIebene Winkel von 7-- bilden.
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Der zweite Teil der Lichteintrittsfläche besteht aus den beiden Flächen35
und 35'. die zweckmäßigerweise aus die Strahlen nicht ablenkenden Hohlkugelflächen
mit L als Mittelpunkt bestehen. Die sie durchsetzenden Strahlen gelangen
divergent auf die außen verspiegelten, als Paraboloide ausgebildeten Flächen
36 und 36', werden von dort parallel in Richtung der Pfeile37 und
37' reflektiert und den Oberflächen des Abdeckglases unter einem solchen
Winkel zugeworfen. daß ein Austritt des Lichtes unter einem Winkel von zur Horizontalen
erfol-t. Die Flächen 36 und 36' sind zwei Paraboloidteile mit L als
Brennpunkt und mit Symmetrielinien, die durch L gehen und parallel zu den
Pfeilen 37 und 37' verlaufen. In der inneren Mitte sind parallele
Riefen mit den Flächen 39 und 40 solcher Formgebung vorgesehen. daß sie das
auffallende Licht derart umlenk-en, daß es die Oberfläche des Abdeckglases ebenfalls
unter einem Winkel von 3 -- zur Horizontalen verläßt. Einige Lichtstrahlen
sind gestrichelt gezeichnet. über die Gestaltung dieser Riefen gilt sinngemäß
das gleiche wie für die Riefen 9 und 10.
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Die Oberfläche des Abdeckglases kann ähnlich wie beim Rundumstrahler
eben gestaltet sein oder abgeschrägte Seitenflächen oder eine keilförmige Ausbildung
der Mittelfläche aufweisen. Das in Fig. 6
dargestellte Beispiel zeigt ein
Abdeckglas mit abgeschrägten, planen Seitenflächen 44 und 44', die mit der Horizontalen
Winkel von etwa 7' bilden, so daß das Licht unter einem Lichtaustrittswinkel
von 10 -- 7 = -i' zur Horizontalen austritt, um eine Verringerung der inneren
Oberflächenreflexionsverluste und damit eine erhöhte Leuchtkraft zu erreichen. Die
Mittelflächen 46 und 46' bilden miteinander einen Winkel von etwa 1741, der den
Strahlen einen ungehinderten Austritt von Y' zur Horizontalen ermöglicht. Auf die
Winkelstellung der Flächen 44 und 44' müssen natürlich die Mittelachsen der Paraboloide
36 und 36' abgestimmt sein.
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Die Flächen 42 und 42" dienen ähnlich wie die Fläche 12 zum Festhalten
des Glaskörpers im Gehäuse. 41 und 41' sind zwei Abstützflächen, 47 ist ein etwa
benötigtes Farbglas, 48 ein aus einer Kugel mit dem Mittelpunkt L herausgeschnittener
Fangspiegel -, der auffallende Strahlen wieder der Lichtquelle zuwirft. Für diesen
Spiegel gilt das gleiche, was über die Ausbilduno, und Variation des Spiegels
18 gesagt wurde.
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Fig. 7 zeigt eine Ansicht des Abdeckglases 20 von oben und
Fig. 8 eine solche von unten.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß auch bei dieser Ausführungsform
des Bodenfeuers durch Ausstattung der Flachen 43 und 43' mit lichtreflektierender
Wirkung ein wesentlicher Vorteil erreicht werden kann. Vorzugsweise werden diese
Bächen Ebenen sein; es sind aber auch zylindrische Gestaltungen denkbar, wenn eine
Auffächerung der das Bodenfeuer verlassenden Strahlung gewünscht wird. Es wird hier
auf das Über die Fläche 13 Gesagte verwiesen.
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Aus Stabilisierungs- ünden können bei den Zwei-, gr richtungsstrahlem
an den Längsseiten SeitenwändeS und S' vorgesehen werden. wie sie in Fig.
8 dargestellt sind. Das Glas liegt dann nicht nur auf den Flächen 41 und
41', sondern auch auf den mit ihnen zweckmäßig eine Ebene bildenden Unterseiten
von S und S' auf.
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Glaskörper gemäß den Fig. 1 bis 8 können mit einem Preßstempel
erzeugt werden, der die Flächen 13, 6, 11, 5, 3, 9 und 10 gemäß
Fig. 1 als Negativ enthält. Diese Flächen haben dann stets die gleiche Stellung
zueinander, und die bei der Herstellung solcher Körper unvermeidliche Dickentoleranz
wirkt sich nur durch einen verschieden großen Abstand dieser Flächen von der Oberfläche
2 aus, was für die Wirksamkeit des optischen Systems praktisch bedeutungslos ist.
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Es hat nun herstellungsmäßig Vorteile, nur die gegenseitige Zuordnung
einerseits der Flächen 13
und 6 und andererseits der Flächen
5, 3, 9 und 10
konstant zu halten. Das bedeutet aber -, daß
der Ab-
stand der zweiten Gruppe von der ersten bei den einzelnen Preßlingen
innerhalb der Preßtoleranz unter-C schiedlich -roß sein kann, was das optische Zusammenwirken
z. B. der Flächen 5 und 6 beeinträchtigen könnte.
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Durch die nachfolgend beschriebene weitere Ausbildung der Erfindung
wird eine erleichterte Preßmöglichkeit geschaffen und trotzdem das exakte Zusammenarbeiten
aller optischen Teile aufrechterhalten. Diese besonders günstige Ausbildung des
Gegenstandes der Erfindung ist in den Fig. 9 bis 11 dargestellt, wobei
sich die Figl. 9 auf einen Rundumstrahler
ähnlich Fig.
3 bis 5 und die Fig. EI Lind 11 auf einen Zweirichtungsstrahler
ähnlich Fi-. 6 bis 8 beziehen.
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In Fig. 3 ist, wie früher berichtet, der zweite Teil der Lichteintrittsfläche
eine Kugellzene 5, die die von der Lichtquelle L kommenden Lichllstrahlen
unbeeinflußt auf die spiegelnde Fläche 6 gelangen läßt, von der sie parallel
gerichtet und in Richtung 7 der Fläche 16 zugeworfen werden. Demgegenüber
ist bei der Ausführungsform nach Fig. 9 an Stelle der Kugel-zone
5 ein konvexer Toroidring 19 vorgesehen, der die auffallenden
Lichtstrahlen parallel richtet und als paralleles Bündel der spiegelnden Kegelstumpffläche
20 zuwirft, die sie ihrerseits in Richtung 7 der Fläche 16 zuführt.
In Fig. 9 haben also gegenüber Y-ig. 3 Lichteintrittsfläche und spiegelnde
Fläche ihre optischen Funktionen vertauscht. Es ist aus preßtech.-nischen Gründen
vorteilhaft, der Toroidfläche 19 eine solche Gestalt zu -eben, daß sie an
der der Fläche 3
anliegenden Zone 21 ihren kleinsten Durchmesser hat, weil
dadurch eine gute Preßbarkeit gewährleistet ist und die Aufsetzfläche
11 genügend breit wird.
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Die Fig. 10 und 11 zeigen die soeben beschriebene Ausbildung
der Erfindung für einen Zweirichtungsstrahler, wobei wiederum gegenüber Fig.
9 für entsprechende Teile um 30 höhere Bezugsziffern verwendet wurden
und als Vorbild der Zweirichtungsstra#hler ole iß Fig. 6 bis 8 gewählt
wurde. Die Kugelflächen ,' rn.ä 35 und 35' der Fig.
6 bis 8 sind bei der Ausbildungsform nach Fig. 10 und
11 durch zwei Konvexlinsen 49 und 49' ersetzt, die die zwei auf sie fallenden
divergenten Strahlenbündel der Lichtquelle L parallel richten. Diese parallelen
Bündel gelangen über die spiegelnden Planflächen 50 und 50' zu den
Flächen 46 und 46'.
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Auch bei dem Zweirichtungsstrahler gemäß dieser Ausführungsform der
Erfindung besorgen also die beiden Lichteintrittsflächen die Parallelrichtung der
auftreffenden Strahlen.
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Durch die in den Fig. 9 bis 11 dargestellte Ausführung
der Erfindung wirken sich die durch das Preßverfahren bedingten Dickenschwankungen
nur in Parallelverschiebungen der zur Oberfläche gehenden Strahlen aus, die praktisch
ohne Bedeutung sind.
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Die bereits mehrfach erwähnten, durch das Herstellungsverfahren des
Glaskörpers 1 bedingten Dikkentoleranzen verlangen ersichtlicherweise die
Mög-
lichkeit einer Fokussierung der Lichtquelle L längs der Linie
8, um die Lichtrichtungen 4 und 7 sowie 34 und 37 zu gewährleisten.
Es sei in diesem Zusammenhang nochmals darauf hingewiesen, daß ein wirkungswichtiges
Merkmal der Erfindung darin besteht, daß sich die in Richtung 4 verlaufenden Lichtstrahlen
mit den in Richtung 7 verlaufenden kreuzen. Wenn nämlich z. B. bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 durch andere Gestaltung des Spiegels 6 die Lichtstrahlen
»7« zu den Lichtstrahlen »4« verlaufen würden, müßte der Durchmesser des
Scheinwerfers viel größer sein, und außerdem wäre eine Fokussierung des Feuers unmöglich,
weil dann z. B. beim Ab-
senken der Lichtquelle die durch den Toroidring
3
parallel gerichteten Strahlen steiler, die vom Spiegelring 6 reflektierten
Strahlen jedoch flacher werden würden.
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Die erfinderische Erkenntnis besteht darin, daß bei Kreuzung der Lichtstrahlen
eine Fokussiermöglichkeit der Lichtquelle gegeben ist, weil eine Verlagerung der
Lichtquelle gleichsinnige Richtungsänderungen beider Strahlen 4 und 7 bewirken.
Es besteht also keine Gefahr, daß etwas durch Heben oder Senken der Lichtquelle
die Strahlen »4« zwar einreguliert, die Strahlen »7« jedoch zum Verschwinden
gebracht werden.
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Durch die Erfindung ist ein außerordentlich klein dimensioniertes
optisches Gebilde geschaffen worden, das trotz der unvermeidbaren Oberflächenreflexion
im Inneren des Glaskörpers selbst bei flachen Lichtaustrittswinkeln eine hohe Leuchtdichte
hervorbringt, was nach dem Riccoschen Gesetz gerade für Scheinwerfer, die aus der
Nähe gesehen werden sollen, wesentlich ist. Fernerhin werden nur gut preßbare
Glaskörper benötigt, und der Glaskörper besitzt eine Standfläche, die ihm eine selbst
bei hoher Belastung ausreichende Festigkeit erteilt.
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Wenn auch die Erfindung im vorstehenden Falle an dem Anwendungsbeispiel
der Flugplatzbefeuerung beschrieben worden ist, ist sie für den Fachmann ersichtlicher-weise
auch für andersartige Anwendungszwecke geeignet, bei denen die Aufgabe vorliegt,
das Licht flach zur Oberfläche austreten zu lassen oder eine ausgedehnte ebene Fläche
möglichst streifend zu erhellen, ohne daß die Lichtquelle wesentlich über die zu
beleuchtende Fläche hinausragt. Solche Aufgaben treten beispielsweise bei Flugzeugkennlichtern,
die möglichst in der Tragfläche versenkt sein müssen, in der Reklametechnik usw.
auf.