DE2201442C3 - Signalleuchte - Google Patents

Description

von der Parabelform abweicht, worin I« die Abweichung der Steigung der gesuchten Erzeugenden in dem Punkt ist, der sich im Abstand r von der Drehachse befindet.

2. Signalleuchte mit einem Reflektor, der eine rotationssymmetrische Fläche besitzt, innerhalb einer feststehenden, durchscheinenden Abdeckhaube angeordnet und vorzugsweise um eine vertikale Achse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor eine kontinuierlich gekrümmte Fläche hat, deren Erzeugende nach der Funktion

fix

\a = —

I₁ Vr₀/

von der Parabelform abweicht, worin la' die Abweichung der Steigung der gesuchten Erzeugenden in dem Punkt ist, der sich im Abstand r von der Drehachse befindet.

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Die Erfindung betrifft eine Signalleuchte mit einem Reflektor, der eine rotationssymmetrische Fläche besitzt, innerhalb einer feststehenden, durchscheinenden Abdeckhaube angeordnet und vorzugsweise um eine vertikale Achse drehbar ist.

Derartige Signalleuchten sind als Rundumkennleuchten in der Ausführung mit einer gelben oder blauen Kunststoffhaube bekannt, innerhalb welcher ein Reflektor mitsamt einer Lichtquelle von einem Elektromotor um eine vertikale Achse gedreht wird. Diese Signalleuchten werden z. B. an bevorrechtigten Fahrzeugen der Polizei, der Feuerwehr, des Krankentransportdienstes odftr an Abschleppwagen angebracht und zumeist zusammen mit akustischen Signalen benutzt. Sie dienen dazu, andere Verkehrsteilnehmer auf Gefahrenpunkte im Verkehr aufmerksam zu machen oder die Fahrzeuge, auf denen solche Signalleuchten montiert sind, als im Verkehr bevorrechtigte Fahrzeuge kenntlich zu machen und ihnen somit ein schnelles Fahren zu den Gefahrenpunkten zu ermöglichen. Derartige Rundumkennleuchtcn müssen in einem bestimmten Winkelbereich ein möglichst auffälliges Lichtbündel aussenden, welches auch bei Tag einem nicht zufällig in Richtung auf die Signalleuchte schauenden Verkehrsteilnehmer auffällt. Dies wird bei den meisten Anwendungsfällen dadurch erreicht, daß durch den sich mit einer bestimmten Umdrehungszahl um eine vertikale Achse drehenden Reflektor ein stark konzentriertes Lichtbundel ausgestrahlt wird, so daß nach allen horizontalen Richtungen hin für einen Beobachter der Eindruck entsteht die Signalleuchte würde ein in bestimmten, zeitlich aufeinander folgenden Abstanden kurz aufblitzendes Lichtbündel ausstrahlen. In Einzelfällen kann jedoch auch von der rotierenden Bewegung des Reflektors abgesehen werden, z. B. dann, wenn ein Warnsignal nur in einer bestimmten Richtung ausgestrahlt zu werden braucht.

Aus der DT-OS 19 59 220 ist es bekannt, die bei Signalleuchten der oben beschriebenen Art geforderte Lichtverteilung dadurch zu erreichen, daß der Reflektor aus mehreren, konzentrisch zur optischen Achse angeordneten Kegelstumpf-Mantelflächen zusammengesetzt ist, welche eine rotationssymmetnsche Reflektorfläche bilden. Bei dieser Anordnung erreicht man zwar durch entsprechende Dimensionierung und durch eine entsprechende Abwinklung der verschiedenen Kegelstumpfflächen die gewünschte Lichtverteilung, ein so geformter Reflektor ist jedoch in der Herstellunu äußerst kompliziert, insbesondere was die erforderlichen Werkzeuge anbetrifft. Weitet hin besitzt ein derartiger Reflektor den Nachteil, daß die Lichtverteilung über der Spiegelfläche nicht völlig uleichmäßig ist.

" Bei K e i t ζ »Lichtberechnungen und Lichtmessungen«, CEAG-Philips-Veröffentlichung, 1951. S. .121. wird festgestellt, daß kontinuierlich gekrümmte Spiegelflächen oft gefleckte oder gestreifte Bündel ergeben: durch die Einschränkung »oft« sagt Keit/ eindeutig, daß dies nicht immer der Fall sein muß und gibt keine Gründe dafür an. weshalb oder wodurch eefleckle oder gestreifte Lichtbündel bei kontinuierlich eek'ümmten Spiegelreflektoren entstehen. Der Lkhttechniker weiß jedoch, daß die Entstehung von Streifen oder Flecken eine Frage der Lichtquelle ist. Verwendet man punktförmige oder nahezu punktförmig Lichtquellen, dit möglichst genau im Brennpunkt eines Paraboloid-Spiegels angeordnet sind, so gibt es keine fleckigen Lichtbündel. Statt Brennpunkt würde vielleicht zweckmäßiger das Wort Brennraum verwendet, weil es einen eigentlichen Brennpunkt bei industriel! gefertigten Paraboloid-Spiegeln wegen der unvermeidlichen Abweichungen von der jieometrisch idealen Form nicht gibt. Punktförmige Lichtquellen können aber wegen ihrer hohen Kosten, ihrer Lageempfindlichkeit und wegen der erforderlichen Brennspannung nur beschränkt Anwendung finden. Werden Lichtquellen für normale Netzspannungen verwendet, z. B. für Schaufenster-Reflektoren, die auch von Keit/ erwähnt werden, so werden die Lichtquellen räumlich relativ groß, und ihre Leuchtdichte unterliegt innerhalb einer den Leuchtkörper umschrieben gedachten Raumfläche Schwankungen zwischen Null und der bei vernünftiger Lebensdauer technisch möglichen Leuchtdichte des glühenden Drahtes. Dieser glühende Leuchtkörper wird nun. wenn er sich so gut wie möglich im Brennpunkt eines Paraboloid-Spiegels befindet, von jedem einzelnen Spiegelelement, auf einem Schirm, der senkrecht zur optischen Achse des Paraboloid-Spiegels aufgestellt ist, mehr oder weniger verzerrt und im Maßstab »Absland des Brennpunktes vom jeweiligen Spiegelelement zu Schirmabstand« abgebildet. Dies kann mit einer vor dem Reflektor senkrecht zur

optischen Achse verschiebbaren Lochblende leicht nachgewiesen werden. Normalerweise überlagern sich die einzelnen Leuchtkörperabbildungen auf dem Schirm. 1st der Leuchtkörper räumlich _;.;roß und zerklüftet, so entsteht ein fleckiger oder streifiger Lichtbündelquerschnitt; die natürliche Streuung" ist uroß; ist der Leuchtkörper klein und konzentriert, so ist der Lichtbündelquerschnitt bis zu seinem Rand, der durch die öffnung des Paraboloids und die natürliche Streuung begrenzt ist, sehr homogen. Die natürliche Streuung ist klein.

Bei Kraftfahrzeugen, bei denen die erfindungsgemäße Signalleuchte mit Vorzug Anwendung findet, wird für gewöhnlich eine Nennspannung von 12 V verwendet. Für diese Spannung kann man Lampen mit recht kleinen und konzentrierten Leuchtkorpern bauen, die homogene Lichtbündelquerschnitte erzeugen, sofern der Leuchtkörper möglichst genau im Brennpunkt sitzt und der Spiegel eine möglichst genaue Paraboloid-Form hat. Benutzt man bei horizontaler Spiegelachse einen kurzen geradlinigen Leuchtkörper in vertikaler Laue, so erhält man eine im Fall der Rundumkennleuchten erwünschte, etwas größere Vertikalstreuung. Man kann also nicht nur dann eine so Keitz — größere Gleichmäßigkeit der Bündel erhalten, wenn man Spiegelreflektoren verwendet, deren kontinuierlich gekrümmte Oberfläche mehr oder weniger regelmäßig verzerrt ist.

Als Maß fur die Auffälligkeit und Wirksamkeit eines Blinklichts ist in der Straßenverkehrszulassungsordni.ng die Blinkstärke definiert, die sich aus der Formel

vorgegebenen Lichtv^rteilung entsprechen soll, die bei den gewöhnlich verwendeten Parabolspiegeln durch einfache Entfokussierung des Leuchtkörpers nicht erzielt werden kann, so bleibt nur die Möglichkeit, andere Spiegelformen als die übliche Paraboloidform zu wählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotationssymmetrischen, leicht herstellbaren Spiegel für eine Signalleuchte zu schaffen, dessen Form von

ίο der Parabelform derart abweicht, daß die oben beschriebene Lichtverteilung erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Reflektor eine kontinuierlich gekrümmte Fläche hat, deren Erzeugende nach der Funktion

Aa = 1

oder

in = -^-

Bl =

0,15
0,15 +

errechnet.

In dieser Formel ist mit / der zeitliche Mittelwert der Lichtstärke in der Beobachtungsrichtung und mit f„ die Hellzeit bezeichnet. Die Hellzeit t„ ist die Zeitspanne, während der die Lichtstärke des Blinksignals größer ist als der zehnte Teil des Höchstwertes /,„„. In der Straßenverkehrszulassungsordnung ist weiter vorgeschrieben, daß die nach der obengenannten Formel errechnete Blinkstärke bei Rundumkennleuchten fur blaues Blinklicht in einem Winkelbereich von ± 4 Grad in bezug auf die Fahrbahnebene mindestens 10 cd und parallel zur Fahrbahnebene mindestens 20 cd betragen soll.

Diese Forderungen können mit den bei blauen Rundumkennleuchten bisher verwendeten Spiegeln wegen des geringen Transmissionsgrades derselben nicht immer eingehalten werden. Wird r.ämlich bei einem parabolischen Reflektor die Lichtquelle im Brennpunkt angeordnet, so erhält man keine genügend große Streuung des vom Reflektor gespiegelten Lichtbündels in vertikaler Richtung. Durch eine Entfokjssierung der Lichtquelle kann man zwar eine größere Streuung des Lichtbündels erreichen, gleichzeitig wird dadurch jedoch der Maximalwert der Lichtstärke in Richtung der optischen Achse geringer.

Ferner ist es bei Signalleuchte!!, welche als Rundumkennleuchten mit rotierendem Spiegel ausgebildet sind, nur schwer möglich, die Lichtverteilung durch lichtbrechende Mittel in der Abdeckhaube zu beeinflussen, da die Abdeckhauben aus fertigungstechnischen Gründen und wegen der vorgeschriebenen Farbgrenzen überall die gleiche Wandstärke haben sollen. Wenn das ausgestrahlte Lichtbündel einer von der Parabelform abweicht, worin la bzw. I«' die Abweichung der Steigung der gesuchten Erzeugenden in dem Punkt ist, der sich im Abstand r von der Drehachse befindet.

Die Funktion I «(r) bzw. I α (r) ist ihrerseits von dei Art der vorgegebenen Lichtverteüung abhängig. Bei der in F i g. 2 dargestellten Lichtverteüung in Abhängigkeit vom Ausstrahlwinkel fl — wobei fi gleich Null die Achsrichtung angibt — läßt sich die Lichtverteüung in guter Näherung durch die Formel

angeben.

Die Erfindung ermöglicht also die Berechnung für eine kontinuierlich gekrümmte Spiegelfläche, die von

4S der Paraboloid-Form abweicht und mit der man eine vorgegebene Lichtverteüung erzeugen kann. Ein besonderer Vorteil von kontinuierlich gekrümmten, rotationssymmetrischen Spiegeln ist die leichte Herstellbarkeit der Preß- und Ziehwerkzeuge für solche Spiegel. Gegenüber einer Entfokussierung der Lichiquelle bei herkömmlichen Anordnungen vermeidet die Erfindung den Nachteil, daß man bei Entfokussierung nur ganz bestimmte Lichtverteilungen erzeugen kann, die den Gesetzen der geometrischen Optik unterliegen; durch Entfokussierung kann man keine vorgegebenen Lichtverteilungen erzeugen, es sei denn, diese würden zufällig derjenigen Lichtverteüung entsprechen, die bei einer bestimmten Entfokussierung erreicht wird. Zwar geht eine größere Streuung bei jedem optischen System auf Kosten der Lichtstärke >n der optischen Achse, jedoch hat man es in der Hand, bei gegebener Lampe, also gegebenem Lichtstrom, und gegebener Spiegelöffnung, die Lichtstärke in Achsrichtung soweit abzusenken, daß gleichzeitig

fi.s die geforderten Werte in Achsrichtung und die geforderten Seitenstreuwerte mit guter Sicherheit erreicht weiden. Versuche, die geforderten Werte nur durch Entfokussierung zu erreichen, haben gezeigt.

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daß entweder die verlangte Lichtstärke in Achsrichtung oder die Seitenwerte erfüllbar waren, obwohl die gegebene Glühlampe einen genügend großen Lichtstrom besaß.

Die Gleichung für eine Parabel mit der Brennweite / lautet r² = 4Jx. Ein gegebener Spiegel habe die öffnung 2r₀. Die gesuchte Form des neuen rotationssymmetrischen Spiegels, bei dem eine im fiktiven Brennpunkt angebrachte punktförmige Lichtquelle die vorgegebene Lichtverteilung erzeugt, ergibt sich nun dadurch, daß die Steigung der Erzeugenden in jeder Entfernung r von der Achse um einen Winkel la von der Steigung der Parabel so abweicht, daß das ringförmige Spiegelelement bei r₀ Licht achsparallel reflektiert (Ia = O) und die ringförmigen Spiegelelemente im Absland r < r„ von der Achse Licht in stetig zunehmendem Maße in Richtungen reflektieren, die von der Achsrichtung nach der vorgegebenen Lichlverteilung abweichen.

Außerdem ist eine lineare Abhängigkeit der von den ringförmigen Elementen des Spiegels erzeugten Lichtstärke von der Entfernung /· von der Drehachse vorhanden. Die Lichtstärke kann demnach auch

durch die Näherungsformel / = /„ · - ausgedrückt

werden. Diese Formel kommt durch die Überlegung zustande, daß die Lichtstärke / eines schwach divergierenden Lichtbündels, das von einem nicht paraboloidförmigen Hohlspiegel erzeugt wird, bei Anordnung einer punktförmigen Lichtquelle im »fiktiven« Brennpunkt und bei Beobachtung unter einem bestimmten, relativ kleinen Winkel β gegen die Achse des Rotationskörpers von ringförmigen Spiegelelementen erzeugt wird, deren Leuchtdichte konstant ist und deren in Achsrichtung projizierte Fläche bei gleicher projizierter Breite linear mit dem Abstand r von der Drehachse zunimmt. Es sind für die Aufstellung dieser Formel

/ = /„ · _r also verschiedene vereinfachende Annahmen getroffen worden, die für die Praxis im vorliegenden Fall ohne weiteres vertretbar sind.

Bei Beachtung dieser mathematischen Zusammenhänge erhält man schließlich die Formel

Ια = ^

Bei der Berechnung der Spiegelform kann man auch umgekehrt vorgehen, wobei die achsnahen Spiegelelemente achsparallel bzw. annähernd achs parallel reflektieren. In diesem Fall ist die Form der

Spiegelfläche eines rotationssymmetrischen Spiegels durch die Funktion

gekennzeichnet; in dieser Formel ist la' wiederum die Abweichung der Steigung der gesuchten Erzeugenden in dem Punkt, der sich im Abstand r von der Drehachse befindet.

Zu der mit der Erfindung erzielbaren Lichtverleilung gelangt man, wenn man die Lichtstärkefunktion gleich der vorgegebenen Lichtverteilung setzt. Mit den beiden angegebenen Funktionen für die Abweichung der Steigung von einer Parabel lassen sich die gesuchten Erzeugenden graphisch ermitteln.

Weitere Einzelheiten der Erfindung lassen sich aus den Zeichnungen ersehen.

Es zeigt

F i g. 1 eine Signalleuchte mit rotierendem Spiegel,

F i g. 2 eine vorgegebene Lichtverteilung in Abhängigkeit vom Ausstrahlungswinkel und

F ί g. 3 die von der Parabelform abweichende Form eines erfindungsgemäßen Spiegels.

In F i g. 1 ist mit 10 der Sockel einer als Rundumkennleuchte ausgebildeten Signalleuchte bezeichnet. Auf diesem sitzt eine Abdeckhaube 11 aus farbigem Kunststoff mit überall gleicher Wandstärke. Innerhalb der Signalleuchte ist ein Reflektor 12 zu erkennen, vor welchem eine Lichtquelle 13 angeordnet ist. Der Reflektor 12 wird von einem Motor 14 unter Zwischenschaltung eines Getriebes 15 angetrieben und rotiert im Betrieb um eine vertikale Achse. Da die Form des Reflektors von der Parabelform abgeleitet ist, kann man den Sitz der Lichtquelle in erster Näherung als im Brennpunkt des Reflektors befindlich angeben.

F i g. 2 zeigt eine vorgegebene Lichtverteilung, wobei auf der Abszisse eines Koordinatenkreuzes der Ausstrahlungswinkel β und auf der Ordinate des Koordinatenkreuzes die Lichtverteilung / aufgetragen sind, β = 0 gibt die Achsrichtung der Lichtverteilung an. Diese Lichtverteilung kann in guter Näherung, wie bereits weiter oben ausgeführt, durch die Formel

/ = I₀-[I₀- I₁)

ausgedrückt werden.

F i g. 3 zeigt bei 16 eine Parabel und bei 17 die gesuchte Erzeugende des Reflektors. Die Winkel α und α sind in Fig. 3 eingezeichnet, Λα stellt die Differenz a — α dar. Weiterhin ist der Abstand r₀ von der Achse eingezeichnet sowie die Brennweite /, welche gleichfalls den Abstand der gesuchten Kurvenform vom Brennpunkt der Parabel angibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

22 Ol Patentansprüche:

1. Signalleuchte mit einem Reflektor, der eine rotationssymmetrische Fläche besitzt, innerhalb einer feststehenden, durchscheinenden Abdeckhaube angeordnet und vorzugsweise um eine vertikale Achse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) eine kontinuierlich gekrümmte Fläche hat, deren. Erzeugende nach der Funktion