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BELEUCHTUNGSANLAGEN AUF GRUNDLAGE EINES LICHTIEITERS
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Lichttechnik, insbesondere
auf Beleuchtungsanlagen auf Grundlage eines Lichtleiters.
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Die vorliegende Erfindung verwendet man in Produktionsraumen ohne
natürliche Beleuchtung mit feuer- und explosionsgefahr lichten Medien, insbesondere
wenn ein hoher Pegel der Gesamtbeleuchtung gefordert; wird.
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Der mögliche Anwendungsbereich der vorgeschlagenen Beleuohungsanlage
umfaßt außerdem ihre Verwendung zur Beleuchtung von öffentlichen Gebauden: Konstruktionsbüros,
Gebaude für kulturelle und gesellschaftliche Veranstaltungen, Warenhäuser usw. sowie
auch zur Beleuchtung von landwirtschaftlichen Räumen, Treibhäusern und verschiedenen
geschlossenen Räumen, Hohlräumen, z. B.
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Vegetationsklimakammern und Schränke. Möglich ist auch die Verwendung
der Erfindung zur Schaffung von Anlagen örtlicher Beleuchtung
in
der elektronischen Industrie, im Präzisionsgerätebau, Werkzeugmaschinenbau.
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Bekannt sind Beleuchtungsanlagen auf Grundlage von hohlen zylindrischen
Schlitzlichtleitern (Urheberschein der UdSSR Nr. 209302, USA-Patent Nr. 3902066),
in denen die Lichtenergie von Lichtquellen mit genügend großer Leistung durch optische
Einf\;ihrungseinrichtungen konzentriert und über einen Illuminator in den Lichtleiter
geführt wird, wo sie mehrfach von der inneren Oberfläche reflektiert wird, von der
ein Teil mit einer reflektierenden Schicht bedeckt ist, und über einen lichtdurailässigen
"Schlitz", der sich im unteren Teil längs des gesamten Lichtleiters befindet, in
den zu beleuchtenden Raum austritt.
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In Systemen mit zylindrischen Schlitzlichtleitern ist es jedoch praktisch
nicht möglich, ausgedehnte Lichtquellen großer Leistung (Xenonlampen mit natürlicher
Kühlung mit einer Leistung von 10, 20 kW und mehr, Leuchtstofflampen, insbesondere
hochintensive Halogenglühlampen und andere Quellen mit Leuchtkörperabmessungen über
250-300 mm) zu verwenden, und zwar wegen Schwierigkeiten bei der Durchführung der
erforderlichen Umverteilung ihres Lichtstroms im Raum.
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Bekannt ist ebenfalls eine Vorrichtung (Patent Japans Nr. 44-22277),
die auf der Verwendung eines planparallelen Lichtleiters beruht, dessen eine Oberfläche
lichtreflektierend und dessen andere Oberfläche lichtdurchlässig ist.
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Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann man keine gleichmäßige
Helligkeitsverteilung
der lichtdurchlässigen Overfläche in einer relativ großen Entfernung von der Lichtquelle
gewährleisten, was die vJichtigste Aufgabe der Verwendung von Lichtleitern für die
Gesamtbeleuctung von Räumen ist. Die Notwendig keit, kostspielige Stoffe zu verwenden,
die ubelt einen hohen Transmisiunsgrad sowie über hohe Interferenzeichtenschaften
verfügen, verringert wesentlich den praktischen sJert dieser Vorrichtung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe der Sicherung einer gleichmäßigen
Helligkeitsverteilung vonk lichtstreunden Oberflachen mit großen Flächen bei geringer
Höhe der Beleuchtungsanlage und der Verwendung von ausgedehnten linearen Lichtquellen
zugrunde, durch Schaffung eines Lichtlliters, der eine folgerichtige Fallwinkelverrchtungerung
des Lichtstroms bei mehrfachen Lichtreflexion ermöglicht.
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Das wird dadurch erreicht, daß die Beleuchtungsanslage ac-t Grundlage
eines Lichtleiters einen Lichtleiter, der zwei Oberflächen hat, von denen die eine
zu dem zu beleuchtenden Raum gewandt ist, und mindestens eine Lichtquelle enthält,
die sich in der Einführungsienrichtung befindet, die einen optischen Teil umfaßt,
der den Lichtstrom der Lichtquelle in den Lichtleiter leitet, und erfindungsgemäß
die Oberflächen des Lichtlters unter einem spitzen Winkel zueinander angeordnet
sind,der durch die abnessungen des zu 6leuchtenden Raums und die genormte Beleuchtungsstärke
bestimmt wird, wobei eine der Oberflächen
lichtstromreflektierend
ausgeführt ist, und auf der anderen Oberflache, die zu dem zu beleuchtenden Raum
gewandt ist, sich abwechselnde lichtstromdurchlässige und lichtstromreflektierende
Zonen angeordnet sind.
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Vorzugsweise ist für zu beleuchtende Räume zylindrischer Form eine
der Lichtleiteroberflächen kegelförmig ausgeführt.
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Vorzugsweise weist bei der erfindungsgemaßen Beleuchtungsanlage der
Lichtleiter auf der Seite der Lichtquelle Anfangsabschnitte auf, die mit dem optischen
Teil der Einführungseinrichtung verbunden sind.
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Ferner sind vorzugsweise eine der Lichtleiteroberflächen, die den
Lichtstrom reflektiert, und die lichtstromreflektierenden Zonen der anderen Oberfläche
aus einer metallisierenden Pol%thylenterephthalat-Folie und die lichtdurchlässigen
Zonen der anderen Lich-tleiteroberfläche aus einer nichtmetallisierenden Polyäthylenterephthalat-Folie
ausgeführt.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanlage auf Grundlage
eines Lichtleiters mit leistungsfahigen Lichtquellen gibt die Möglichkeit, - die
Zahl der Lichtquellen in den Räumen durch Verwendung einer geringeren Zahl leistungsfähiger
Lampen, in einer Reihe von Fällen mit einer größeren Lichtausbeute, wesentlich zu
reduzieren;
- moderne leistungsfähige Lichtquellen ausgedehnter
linearer Form wirksam auszunutzen; - die Montage der Beleuchtungsanlage zu vereinfachen;
- die Möglichkeit der Schaffung einer architektonischen Beleuchtung von Räumen durch
Auftragen eines Dekors auf die untere Oberfläche des Lichtleiters und Veränderung
des Aussehens des Innenraums durch Auswechseln des unteren Lichtleiterteils und
Verwendung einer neuen Oberfläche mit einem anderen Dekor zu sichern; - den Wärmestrom
von Lichtquellen in den zu beleuchtenden Raum oder Volumen wesentlich zu reduzieren,
die Möglichkeit einer leichten zentralisierten Wärmeentfachung aus hintereinander
verbundenen zylindrischen Hohlräumen der Einführungseinrichtungen und einer longitudinalen
(zu Lampen und Rückstrahlern) Durchlüftung zu sichern; - die Höhe der Beleuchtungsanlagen
im Vergleich zu bestehenden rapide zu reduzieren, so daß sie in dem zu beleuchtenden
Raum bzw. Volumen eine minimale Höhe einnehmen; - den materiellen Aufwand für Errichtung
und Betrieb der Beleuchtungsanlagen wesentlich einzuschränken.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird
die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanlage
auf Grundlage eines Lichtleiters im Schnitt;
Fig. 2 den Schnitt
II-II der Beleuchtungsanlage der Fig. 1 mit der unteren Oberfläche des Lichtleiters;
Fig. 3 die Ausbreitung des Lichtstroms im Lichtleiter; Fig. 4 die Lichtstromreflexion
durch ein Stirnelement des Lichtleiters; Fig. 5eine Beleuchtungsanlage auf Grundlage
des erfindungsgemaßen Lichtleiters fur zylindrische Raume im Schnitt; Fig. 6 den
Schnitt VI-VI der Fig. 5 mit der unteren Lichtleiteroberfläche; Fig. 7 eine andere
Variante der Ausfahrung der unteren Lichtleiteroberfläche; Fig. 8 die Einführungseinrichtung
des Lichtleiters; Fig. 9 die Abhängigkeitskurve zwischen der Lichtstärke der EinfUhr
ung seinricht ung und dem Ausstrahlungswinkel in Längs- und Querflächen.
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Die Beleuchtungsanlage auf Grundlage eines Lichtleiters enthalt einen
Lichtleiter n (Fi6. 1), der eine obere Oberfläche2 und untere Oberfläche 3 umfaßt,
auf der abwechselnde durchlassise Zonen 4 und reflektierende Zonen 5, ein Stirnelement
6 und Anfangsabaschnitte 7 ausgeführt sind. Der Lichtleiter 1 ist an einer Decke
8 des zu beleuchtenden Raums befestit. Die Anfangsabschnit te 7 des Lichtleiters
1 sind mit einem optischen Teil 9 der Einführungseinrichtungen 10 verbunden, in
denen Lichtquellen 11 untergebracht sind. Die Einführungseinrichtung 10 sind an
Begrenzungskonstruktionen
12 des zu beleuchtenden saums untergebracht.
Der Lichtstrom, der in den Innenraum des Lichtleiters 1 von der Einführungseinrichtung
10 gelangt, ist durch P1 bezeichnet. Der mehrmals innerhalb des Lichtleiters 1 reflektierte
Lichtstrom ist durch P2 bezeichnet. Der Lichtstrom, der aus de Lichtleiter 1 in
den zu beleuchtenden Raum gelangt, ist durch bezeichnet Die untere Oberfläche 3
(Fig. 2) des Lichteiters 1 hat durchlässige 4 und reflektierende Zonen 5, die abwechselnde
Streifen darstellen.
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In Fig. 3 ist die Veränderung des Fallwinkels Q im Lichtleiter 1
nach jeder Reflexion abgebilden jn Fig, 4 ist der Lichtstrom, der das Stirnelement
6 erreicht hat. durch P4 bezeichnet, der Lichtstrom, der vom Stirnelement 6 reflektiert
wird und in den zu beleuchtenden Raum ge langt, ist durch P5 bezeichnet.
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Der Lichtleiter 1 (Fig. 5) hat eine kegelförmige obere Oberfläche
2.
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Die untere Oberfläche 3 (Fig. 6) hat durchalässige 4 und reflekterende
Zonen 5, die als abwechselnde konzentrische flache Ringe ausgeführt sind.
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Die untere Oberfläche 3 (Fig. ?) hat durchlässige 4 und reflektierende
Zonen 5, die als Dekor ausgeführt sind.
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Die Einführungseinrichtung 10 (Fig.8) ist an einer Begreunzungskonstruktion
12 aufgestellt, Die Einführungseinrichtung
10 enthält einen optischen
Parabolteil 9 und eine Lichtquelle 11.
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Die Anfangsabschnitte 7 des Lichtleiters 1 sind eins Verlägerung
des optischen Teils 9 der Einführungseinrichtung 10.
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Die Aufangsabschnitte 7 sind an einer Begrezungskonstruktion 12 mit
Winkelelementen 13 befestigt. Um das Durchhängen der unteren Oberfläche 3 zu vermeiden,
sich unter ihr Stahl- und Polymerfäden 14 gezogen, die an Haken 15 befestigt sind.
Die Haken 15 sind an der Begrenzungskonstruktion 12 befestige, Die Einfuhrungseinrichtung
10 ist mit einem Illuminator 16 versehen, der die Lichtquelle 11 vom Innenraum des
Lichtleiters 1 isoliert.
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Die Arbeitsweise der Beleuchtunglage ist wie folgt.
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Der Lichtstrom P1 von den Lichtquellen 11 (Fig. 1,2) wird durch den
optischen Teil 9 der Einführungseinrichtung 10 über den Illuminator 16 in den Innenraum
des Lichtleiters zwischen seiner oberen 2 und unteren Oberfläche 3 geführt, er wird
mehrfach im Lichtleiter 1 (Lichtstrom P29 reflektiert und tritt über lichtdurchlässige
(lichtstreuende) Zonen 4 in den zu beleuchtenden Raum (Lichtstrom P3) aus.
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Die Anfangsabschnitte 7 des Lichtleiters 1 vergrößern den Umfassungswinkel
der Erfindungseinrichtung 10 und erhöhen dadurch die lichttechnische Effektivität
der Anlage.
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Die obere 2 und die untere Oberfläche 3 des Lichtleiters 1 (Fig.
1) konvergieren unter einem spitzen dinkel, as eine Verringerung des Strahlenfallwinkels
Q (Lichtstrom P2) nach jeder Reflexion (Q2 < Q1) ermögllicht und dadurch die
Verluste
der Fresnelschen Reflexion des Lichtstroms, der auf lichtdurchlässige
Zonen 4 gelangt, reduziert.
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Der Lichtstrom P 4 (Fig. 4), der den Stirnabschnitt 6 des Lichtleiters
1 erreicht hat, wird von diesem reflektiert und tritt über die lichtdurchlässigen
Zonen 4 in den zu beleuchtenden Raum (Lichtstrom #5) aus.
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Die abwechselnden lichtsromdurchlässigen 4 und lichtstromreflektierenden
Zonen 5 der unteren Oberflache 3 des Lichtleiters 1 können als rechtwinklige Streifen
(Fig. ), als konzentrische flache Ringe (Fig.6) für zylindrische Räume oder als
Dekor ig. 7) auf der unteren flachen oder Volumenoberfläche 3 ausgeführt werden.
Für zylindrische Räume ist das Vorhandensein des Stirnelemente 6 nicht unbedingt
erforderlich.
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Möglich sind Varianten der Beleuchtungsanlage bei denen die untere
Oberfläche 3 des Licht;leiters 1 schräg d(Fig. 1) oder horizontal (Fig. 5) ist.
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Sämtliche optischen Elemente des Lichtleiters 1, die an mehrfahren
Lichtstromreflexion der Lichtquellen 11 (Anfangs abschnitte 7, die obere 2 und die
untere Oberfläche 3 der Stirnabschnitte 6) teilnehmen, sind aus leichten Folienstoffen
ausgeführt, z.B. aus metallsierenden Polyäthylenterephthalat-Folien, die den Lichtstrom
#2 und #4 reflektioren, und aus nichtmetallisierenden Folien mit einer Stärks von
12-50 mkm, die den Lichtstrom #3 und P5 unter gleichzeitiger Streuung durchlassen.
Dabei wird als Mittel der Refestigung und Spannung
der oberen lichtreflektierenden
Oberfläche 2 des Lichtleiters 1 die Decke 8 des Raums (Binder,Träger usw. )und zur
Befestigung der unteren Oberfläche 2 die Begrnzungskonstruktion 12 (Wände) des zu
beleuchtenden Raums genutzt.
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Um das Durchhängen der Folie zu vermeiden, wird unter der unteren
Oberfläche 3 des Lichtleiters 1, jeweils mit einem Abstand von 5 bis 6 m, mit Hilfe
von Haken 15 ein dünner Stahl- oder Poaymerfaden 14 gezogen.
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Die Notwendigkeit der Umverteilung des Lichtstroms der Strom quellen
11 nur auf einer Querfläche XOY (Fig. 8? gibt die Möglich.
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keit, in der Releuchtungsanlage leitstungsfähige Lampen ausgedehnter
linearer Form, z. B. Leuchtstofflampen erhöhter Intensität, lIalogenglühlampen,
Xennonbogenlampen usw. zu verwenden.
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Als optischer Teil 9 der Einführungseinrichtung 10 wird ein parabolzylindrischer
Spiegelreflektor verwendet, der die Xöglichkeit gibt, eine genügend spitz verlaufende
kurve der Lichtstärke I1 (Fig. 9) zu schaffen, bei der die maximale Lichtstärke
an der Achse OX (Fig. 8) in den inneren Lichtleiterraum 1 gerichtet wird.
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Für die meisten genannten Lichtquellen 11 ist ein-und dasselbe Reflektorprofil
geeignet. Der Verstärkungskoeffizient des optischen Teils 9 der Einführungseinrichtug
10 liegt, Ln Abhängigkeit vom Bestimmungszweck, zwischen 2 und 10.
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Die Kurvenform der Lichtstärke I2 (Fig. 9) linearer Lichtquellen
11 auf der Längsfläche XOZ (Fig. 8) bleibt genügend breit und kann sich unbedeutend
verformen, hauptsächlich nur durch den
Randeffekt des optischen
Teils der Einführungseinrichtung 10.
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Die Unterbringung leistungsfähiger Lichtquellen, und folglich auch
der elektrischen Versorgung, außerhalb des zu beleuchtenden Raums erhöht wesentlich
die Betriebssicherheit der Beleuchtungsanlage, insbesondere in Räumen mit feuer-
und explosiogegährlichen Medien.
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Für einen Raum mit denAbmessungen von 18 X 18 m,mit einrHöhe von
6 m, mit einer genormten Beleuchtungsstärke von 500 1x für eine Flache, die 0,8
m über dem Fußboden liegt, ist der Lichtquellentyp eine Halohenglühlampe mit einer
Leistung von 1,0 kW, die Lichtquellenzahl beträgt 16 Stück; der Lichtstrom der einen
Quelle beträgt 25.000 lm, die Lichtleiteroberflächen liegen unter einem Winkel von
3°45'.
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Auf diese Weise gibt die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, in
großflächigen Raumen sowie in den feuer- und explosionsgefahrdeten Räumen bei verhältnismäßig
geringen Investitionen unter gleichzeitiger Erfüllung architektonischer Forderungen
den genormten Beleuchtungspegel zu schaffen.