DE3324028A1

DE3324028A1 - Leuchte mit einer lichtquelle hoher leuchtdichte

Info

Publication number: DE3324028A1
Application number: DE3324028A
Authority: DE
Inventors: Christian 8000 München Bartenbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3324028C2

Description

BERG &TAPF; !"SCHWADE: SANDMAIR

'PATENTANWÄLTE ^ , _

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Patent und Gebrauchsmusterhilfanmeldung - 3-

Anwaltsakte: 32 907 , * h. Juli 1983

Christian Bartenbach Lindenschmitstr. 23 8000 München 70

Leuchte mit einer Lichtquelle hoher Leuchtdichte

Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einer Lichtquelle hoher Leuchtdichte - insbesondere einer Halogen Glüh- oder -Metalldampflampe-, deren Licht von einem Reflektor gerichtet wird.

Derartige Leuchten eignen sich beispielsweise zur Beleuchtung von Räumen und Arbeitsplätzen,aber auch von Wegen und für sonstige Zwecke. Sie haben den Vorteil geringen Bauvolumens. Sie lassen sich darüber hinaus auch optisch genau auslegen, da die Lichtquellen hoher Leuchtdichte, normalerweise nur eine geringe. Ausdehnung aufweisen' und damit einer punktförmigen Lichtquelle wesentli näher kommen als übliche Glühlarapen oder gar Leuchtststoff.lampSTf?*^-·

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Ein wesentliches Problem bei den durch die Erfindung zu'verbessernden Leuchten liegt darin, daß wegen der hohen Leuchtdichte eine Blendung vermieden werden muß;, das heißt, es muß verhindert werden, daß Personen im Leuchtbereich der Leuchte - oder genauer gesagt im Bereich des Ausblendswinkels der Leuchte - geblendet werden, wenn sie in die Leuchte schauen. Zu diesem Zwe.ck kann die Leuchte beispielsweise mit einer Mattscheibe versehen werden. Dann läßt sich jedoch die- Richtung des Lichteustritts nicht mehr genau bestimmen. Auserdem ist auch noch durch die Mattscheibe hindurch ein sehr helles Zentrum der Leuchte zu erkennen. Dennoch sind die Verluste hoch. Ähnliches gilt für die· Verwendung von gerippten Streuscheiben und dergleichen.

Die Erfindung will daher die eingangs dargelegte Leuchte die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, so weiterbilden, daß sie folgende Bedingungen erfüllt:

a) Eine gleichmäßige Lichtverteilung soll über dem Austrittswinkel bei minimalem Lichtverlust und vorgegebenem Ausblendwinkel erreicht werden.

b) Die Blendwirkung soll gering sein. Zu diesem Zweck soll eine • gleichmäßige Verteilung einer Vielzahl scheinbar leuchtender Stellen über der gesamten Lichtaustrittsfläche erreicht werden.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß dem Reflektor eine . Kondensorlinse nachgeschaltet wird, deren Lampe zugewandte gewölbte Ober-'-fläche das Licht angenähert - vorzugsweise nicht genau - parallel .

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richtet (diese parallele Richtung entspricht der Axialrichtung des Reflektors), daß die andere Oberfläche der Kondensorlinse von einem Feld von konkaven Linsen—Oberflächen gebildet wird, welche jeweils den aus der Kondensorlinse durch sie durchtretenden Lichtstrahl aufweiten, und daß der Kondensorlinse eine durchsichtige Platte nachges.chaltet ist, die optischaus einer Vielzahl von Zerstreuungslinsen zusammengesetzt ist.

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Es versteht sich, daß nicht nur die Kondensorlinse sondern auch

die durchsichtige Platte in der Regel senkrecht zu der Axial- i

richtung des Reflektors und damit der Hauptleuchtrichtung anzuordnen sind. Mit der Aussage, daß die durchsichtige Platter optisch aus einer Vielzahl von Zerstreungslinsen zusammen gesetzt ist, soll zum Ausdruck gebracht werden, daß es insoweit nicht auf den techni- '. sehen Aufbau dieser Platte aufkommt, sondern primär darauf, daß :

diese die optische Wirkung einer Vielzahl nebeneinander angeord- j neter Zerstreuungslinsen hat. · ,

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird von der der Lampe zugewandten, gewölbten Oberfläche der Kondensorlinse das Licht .zunächst genau oder angenähert parallel gerichtet, so daß alle Lichtstrahlen entweder in Richtung der Beleuchtungsachse oder - wie das bervorzugt wird - nur mit einem geringen Winkel - beispielsweise 5° - von dieser Richtung abweichend verlaufen. In den an der anderen Oberfläche der Kondensorlinse sitzenden Linsenoberflächen werden dann wegen derer konkaver Ausbildung, also wegen derer.Wirkung als Zerstreuungslinsen, die durch jede "Zerstreu- " ungslinse" -austretenden "Lichtstrahlen stärker aufgefächert. Dadurch "*"""- '

wird das Licht aus der jeweiligen Linsenoberfläche auf einen größeren Querschnitt verlegt. Darüber hinaus wird durch die dargelegte Kondensorlinsenausbildung erreicht, daß * _f der Betrachter der von unten in die Kondensorlinse hineinblickt, nicht mehr eine einzige leuchtende Stelle, sondern in jeder konkaven Linsenoberlfäche der Kondensorlinse eine leuchtende Stelle sieht, die nun natürlich wesentlich kleiner ist als die leuchtende Stelle der Lichtquelle. Bereits das verringert die Blendwirkung sehr. Durch die der Kondensorlinse nachgeschaltete durchsichtige Platte wird erreicht, daß jemand der in die durchsichtige Platte schaut in jeder der Zerstreungslinsen der durchsichtigen Platte eine Vielzahl von Linsenoberflächen der Kondensorlinse oder.genauer, eine Vielzahl leuchtender Stellen der Lichtquelle sieht. Da beim Austritt aus der Kondensorlinse die Lichtstrahlen weiter aufgefächert werden, sieht der Beschauer nicht nur in jeder Zerstreungslinse der durchsichtigen Platte eine der Größe dieser Zerstreungslinse entsprechende Anzahl von leuchtenden Stellen. Er sieht vielmehr eine erheblich höhere, beispielsweise die doppelte Anzahl. Dadurch wird die Blendwirkung auf ein Minimum reduziert. Hat beispielsweise die Kondensor!inse 250 konkave Linsenoborflachen und die durchsichtige Platte 50 solche Oberflächen, so läßt sich leicht erreichen, daß in jeder der Zerstreungslinsen der durchsichtigen Platte 10 oder 15 leuchtende Stellen zu sehen sind. Vieviele auf der durchsichtigen Platte erscheine^ hängt vom Abstand der durchsichtigen Platte von der

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Kondensorlinse ab. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erscheint etwa die doppelte Anzahl von leuchtenden Stellen auf der durchsichtigen Platte. Das Ergebnis ist praktisch eine Blendungsfreiheit wie sie bisher bei Verwendung von Lichtquellen hoher Leuchtdichte nur durch Inkaufnahme wesentlicher Nachteile erreicht werden konnten. -- '

• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch entsprechende Bemessung oder Dimensionierung der Zerstreuungslinsenober flächen und der Wölbung der Kondensorlinse nicht nur die Lichtverteilung über dem Austrittswinkel aus der Leuchte, sondern auch der Ausblendwinkcl sehr genau und im gewünschten Sinne bestimrren werden kann.

Der Reflektor der Leuchte kann beispielsweise seidenglanzverspiegel sein. Um eine möglichst exakte Bestimmung des Strahlenganges zu gewährleiste^wird es jedoch bevorzugt, daß der Reflektor hochglanz verspiegelt ist."

Will man den Reflektor sehr kurz halten,so kann der leuchtenden Stelle der Lampe ein entgegengesetzer Reflektor vorgeschaltet werden_/ wie dies bei Kraftfahrzeugscheinwerfern üblich ist. Bevor- . zugt ist jedoch eine Konstruktion bei welcher dies nicht der Fall ist und statt dessen der Reflektor selbst entsprechend, mehr in Leuchtrichtung verlängert ist.

Die Kondensorlinse...und auch die durchsichtige Platte können aus ' ^, Glas bestehen. Sie können geschliffen .ssein. Aus Gründen des COPY

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Fertigungsaufwandes bestehen beide jedoch vorzugsweise aus glasklarem Kunststoff und sind durch ein spanloses Fertigungsverfahren wie beispielsweise durch Gießen oder Spritzgießen hergestellt.

Dem Grunde nach können die Linsenoberflächen der Kondensorlinse in geringem Abstand von einander in die entsprechende - normalerweise ebene der Lampe abgekehrte Fläche der Kondensorlinse einlaufen. Bevorzugt wird es jedoch, daß die Linsenoberflächen der Kondensorlinse zwischenraumlos aneinander grenzen.' Die Stoßflächen zwischen den einzelnen Linsenoberlfächen sollten möglichst scharfkantig sein. Je scharfkantiger sie sind, um so geringer ist die Ablenkung von Licht iri unerwünschte Richtungen.

Das Gleiche gilt sinngemäß für die Zerstreungslinsen der durchsichtigen Platte.

Die durchsichtige Platte 'kann beispielsweise leicht gewölbt ausgebildet sein," bevorzugt ist die durchsichtige Platte als ebene Platte ausgebildet. Dem Grunde nach können die einzelnen Zerstreungslinsen der durchsichtigen Platte von zwei einander gegenüber liegenden entsprechend konkaven Oberflächenbereichen der Platte gebildet sein.■Bevorzugt ist jedoch die eine Oberfläche der Platte glatt, während in der anderen gegenüber liegenden Oberfläche ein Feld konkaver Linsenoberflächen gebildet ist. Dann ist die Platte auf einer Seite glatt (vorzugsweise eben) und nur auf der anderen Seite durch entsprechende konkave Linsenoborf1ächon ausgezeichnet,

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so kann dem Grunde nach die glatte Oberfläche der Platte,der ;

Kondensorlinse zugekehrt sein. Bevorzugt wird es jedoch, daß ^:

das Feld konkaver Linsenoberflächen der durchsichtigen Platte ^: der Kondensorlinse zugekehrt ist.

Die Linsenoberflächen des Feldes der Kondensorlinse sind vorteil- · haft verhältnismäßig klein, wobei der Krümmungsradius in der \ gleichen Größenordnung wie der der konkaven Linsenoberflächen der durchsichtigen Platte liegen kann· Da vorzugsweise die Zahl der Linsenoberflächen in der Kondensorlinse weitaus größer ist als die der Linsenoberfläche in der durchsichtigen Platte_/ sind die Linsenoberflächen in der Kondensorlinse relativ flach eingwölbt. Dementsprechend sind die konkaven Linsenoberflächen in der durchsichtigen Platte vorzugsweise um ein Vielfaches tiefer als die in der Kondcnsorlinse.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der als Ausführungsbeispiel erläuterten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung hervor.

Fig.1 zeigt schematisch einen Axialschnitt durch eine'Leuchte nach der Erfindung wobei die optisch unwesentlichen Teile der Leuchte der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die angegebenen Maße entsprechen der bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt in gleichem Maßstab wie Fig. 1 die Ansicht von der Lampenseite her auf die durchsichtige Platte.

ΐ Fig. 3 zeigt den Schnitt III-III aus Fig.2 . ^

Fig.4 zeigt die Ansicht von der durchsichtigen Platte her auf ein. Viertel der Kondensorlinse mit deren Feld von konkaven Linsenoberflächen in vergrößertem Maßstab.. -. ·

Die dargestellte Leuchte kann beispielsweise mittels eines der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigten Gehäuses in eine untergehängte Decke eines Raumes eingebaut sein. In diesem Fall kann das Gehäuse beispielsweise aus einem Kunststoff- oder .■Blechzylinder bestehen der nahe seinem unteren Rand Halterungen für die .durchsichtige Platte 1 und die Kondensorlinse 2 besitzt. Am oberen Rand des Zylinders kann beispielsweise mittels dreier Speichen die Fassung 3- für die Lichtquelle hoher Dichte, im Ausführungsbeispiel eine Halogönlampe 4 vorgesehen sein. Die Fassung 3 für die Lampe 4 trägt zugleich den Reflektor _>.

Der Aufbau der Lampenfassung 3 und der Halogenglühlampe 4 sind von üblicher Art und daher nicht näher erläutert. Man erkennt in Fig. 1 die beiden von der leuchtenden Stelle 6. der Glühlampe ausgehenden Grenzstrahlen 7 und 8. Im Bereich des durch diese beiden Grenzstrählen definierten Kegels verlaufen auch die von ...-?-. dem Reflektor 5 nach unten reflektierten Strahlen. Wie aus . ' ./ der Zeichnung ersichtlich^ ist der Reflektor ro.lnt-iv lang in Strahl-

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richtung vorgezogen. Seine Länge ist etva gleich

seinem größtem Durchmesser. Der Reflektor kann Seidenglanz—verspiegelt sein. Das hat den Vorteil eines "weicheren" Lichtes , jedoch den Nachteil etwas erhöhter Verluste. Ist der Reflektor hochglanzverspiegelt, so hat dies den Vorteil minimaler Verluste und optimaler Beeinflußbarkeit des Strahlenganes.

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Wie aus der Zeichnung ersichtlich endet der Reflektor in einem i Abstand von 60 mm von der leuchtenden Stelle der Lampe 4\ |.

In einem Abstand von 160 mm von der leuchtenden Stelle 6 ist die Kondensorlinse 2 angeordnet. Der Abstand ist dabei auf die Außenkante der Kondensorlinse bezogen. Die Kondensorlinse die in der Mitte eine Dicke von 50 mm aufweist, ist auf ihrer der Lampe zugewandten Seite gewölbt. Die Wölbung ist derart berechnet, daß das auf sie aus der Lampe und dem Reflektor auffallende Licht aus der gewölbten Fläche in das innere der Linse angenähert paralle zur Achse 10 der Lampe eintritt. Das Licht tritt jedoch nicht genau parallel ein. Das heißt, die aus der Lampe und dem Reflrktor

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beispielsweise auf irgendeinen Punkt 11 der gewölbten Linsenober- j fläche auffallenden Lichtstrahlen werden dort so gebrochen, daß sie |

ι von dem Punkt 11 innerhalb der gezeichneten Kegelmantelfläche 12 ' !

weiter zum Zerstreuungslinsenfeld der Kondensorlinse verlaufen-

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An ihrer der Lampe 4 abgewandten ebenen Steite ist die Kondensorlinse 2 von einem Feld konkaver Linsenoberflächen 14 bedeckt. Diese sind am besten in Fig. 1 und 4 erkennbar. Die um ihre Mitte rotationssymetrischen Linsenoberflächen 14 schließen nahtlos aneinander an, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der Krümmungsradius der konkav eingewölbten Linsenoberflächen 14 beträgt 20 bzw. 13 mm. Der Maximaldurchmesser der jeweils längs Sechseckkanten aneinader stoßenden einzelnen Konkavlinsenoberflachen liegt bei etwa 11,5 mm·. Auf diese Weise erscheint beim Blick von unten in die Kondensorlinse nicht mehr nur eine einzige leuchtende Stelle 6. Vielmehr erscheint in heder einzelnen Konkavlinsenoberflache eine entsprechende kleinere leuchtende Stelle, wodurch bereits hier die Blendwirkung wesentlich reduziert wird.

Die Konkavlinsenoberf lachen 14 wirken als Zerstreungslinsen; das heiß^ sie fächern das in sie einfallende Licht weiter auf

und werfen es auf die durchsichtige Platte 1_ydie an ihrer der Kondensorlinse 2 zugewandten Oberfläche ein Feld von wesentlich größeren konkaven Linsenoberflächen 16 aufweist, während die der Lichtquelle abgewandte Seite der durchsichtigen Platte eben ausgebildet ist.

In der Regel wird man die durchsichtige Platte so wie die dargestellte Platte eben ausbilden. In manchen Fällen ist es jedoch von Vorteil wenn man die durchsichtige Platte in ihrer Gesamtheit wölbt. Das kann zum Beispiel für besondere dekorative Zwecke bei der Raumbeleuchtung erwünscht sein, in diesem FaUo.. ist die Wölbung in der Gesamtheit der Platte derart yewähJt/ ____„-,-

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daß die Platte auf ihrer der Lichtquelle abgewandten Seite konvex ist.

Dem Grunde nach kann auch das Feld von Linsen 16 im Gegensatz zur dargestellten Ausführungsform auf der der Lichtquelle abgewandten Seite der Platte 1 angeordnet sein. Die dargestellte Form hat jedoch in optischer Hinsicht Vorteile und ist darüber hinaus auch durch eine ebene Außenfläche günstiger.

Die als Zerstreungslinsen gewölbten Vertiefungen 16 auf der durchsichtigen Platte besitzen einen mittleren Durchmesser· in der Größer Ordnung von 30 mm. Sie sind so angeordnet und verteilt, daß sich ein dekoratives Bild der Lampenunterseite ergibt. Die aus Fig.2 ersichtliche Anordnung ist also weniger aus optischer Gründen als vielmehr aus dekorativen Gründen getroffen. Sie könnte beispie^ weise durch ein Feld von längs Sechseckrändern aneinader stoßenden Vertiefungen 16 ersetzt werden. Auch die Zerstreuungslinsenflächen sind um iliren Mittelpunkt symetrisch.

Der Vollständigkeit halber ist noch darauf hinzuweisen, daß in Fig. 3 nicht die gesamte Schnittansicht der Platte sondern- lediglich die Schnittfläche des Schnittes III-III dargestellt ist.

Die durchsichtige Platte hat eine Dicke von 20 mm. Die konkaven Zerstreungslinsenoberflächen besitzen einen Krümmungsradius in der Größenordnung von 10 mm bis 20 mm.Der Krümmungsradius ist bei. den Linsenoberflächen 16 jedoch nicht konstant, .er ist vielmehr so berechnet, daß eine optimale optische Wirkung erzielt und-der ' gewünschte. Ausblendwinkel erreicht wird. COPY

Der Abstand der durchsichtigen Platte 1 von der entsprechenden Oberfläche der Kondensorlinse 2 beträgt 20 mm. Die Tiefe der Linsenoberflächen 16 in der durchsichtigen Platte beträgt 14,7 mm.

Ergänzend ist in Bezug auf die Kondensorlinse 2 noch darauf hinzuweisen, daß im mittleren Bereich derselben der konstante Krümmungsradius der konkaven Linsensoberflächen 20 mm beträgt.

Dadurch, daß die Zerstreungslinsenoberflachen 14 das auf sie aus der Köndenrisorlinse 2 auftreffende- Licht noch weiter auffächern fällt··auf jede Zerstreuungslinsenoberfläche 16 der durchsichtigen Platte 1 Licht aus einer relativ großen Zahl von Linsenoberflächen 14, so daß'für den den Beschauer der von unten in die Leucht schaut, im Bereich jeder Linsenoberfläche 16 eine relativ große Zahl von leuchtenden Stellen erscheint. Auf diese Weise ist die Zahl der leuchtenden Stellen die der Beschauer sieht, und die bei Betrachtung der Kondensorlinse von unten im Ausführungsbeispiel gleich der Zahl der Linsenoberflächen 14 ist, also 240 beträgt noch einmal wesentlich erhöht. Bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten und verwendeten Dimensionierung sieht der Betrachter beim Blick· auf die durchsichtige Platte etwa 500 leuchtende Stellen. Dadurch.ist keine Blendwirkung mehr vorhanden. Dennoch entsteht in der Leuchte· nur' ein minimaler Lichtver]ust, da praktisch kaum Strcustrahlung entsteht, welche die Leuchte nicht mehr.in der gewünschten Richtung verlassen könnte. * . - - " -

Die Kondensorlinse 2--und die durchsichtige Platte 1 können' aus Glas bestehen. Das gewährleistet einerseits optimale und im

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Bereichen liegende optische Eigenschaften erfordert andererseits aber auch einen hohen Bearbeitungsaufwand. In der Praxis wird man aus-Aufwandsgründen die Herstellung der Kondensorlinse und der durchsichtigen Platte aus einem glasklaren Kunststoff wie zum Beispiel Acrylglas vorziehen.

Bei Herstellung aus Acrylglas werden.die durchsichtige Platte und' die Kondensor linse 2 vorteilhaft gegossen. Dabei ist darauf zu achten, daß die Kanten, längs welcher die die Zerstreuungslinsen bildenden Vertiefungen aneinander-stoßen möglichst scharfkantig werden um Verluste zu vermeiden.

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Claims

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Patentansprüche

/·1 ; Leuchte mit einer Lichtquelle (4) hoher Leuchtdichte - insbesondere einer Halogenglüh- oder -Metalldampflampe -, deren ! Licht von einem Reflektor (5) gerichtet wird, dadurch ge.kennzeichnet, daß dem Reflektor* (5) eine Kondensorlinse (2) nachgeschaltet ist, deren der Lampe zugewandte gewölbte Oberfläche das Licht angenähert parallel richtet, daß die andere Oberfläche der Kondensorlinse (2) von einem Feld konkaver Linsenoberflächen (14) gebildet ist, welche jeweils das aus der Kondensorlinse (2) durch sie durchtretende Lichtstrahlenbüschel aufweiten, und daß der Kondensorlinse (2) eine durchsichtige Platte (1) nachgeschaltet ist, die optisch aus einer Vielzahl von Zerstreungslinsen (16) zusammengesetzt ist.
2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Reflektor (5) hochglanzverspiegelt ist.
■ 3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenoberflächen (14) der Kondensorlinse abstandslos aneinander grenzen.
4. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch ge-, .kennzeichnet, daß die durchsichtige Platte (Ί) eine ebene Oberfläche aufweist.
5. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e η η ζ e i c h..n e t, daß die durchsichtige Platte (1) eine Oberfläche aufweist, die aus einem Feld konkaver Linsenr- —'

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oberflächen (16) gebildet ist.
6. Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenoberfläche (16) der durchsichtigen Platte (1) abstandslos aneinander grenzen.
7. Leuchte nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Feld konkaver Linsenoberflächen (16) der durchsichtigen Platte (1) der Kondensatorlinse (2) zugekehrt ist.
8. Leucht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linserioberflächen (14) des Feldes der Kondensorlinse (2) erheblich flacher eingetieft sind, als die Linsenoberflächen (-16) des Feldes der durchsichtigen Platte (1).