DE3420414C2 - Lichtdurchlässige Leuchtenabdeckung zur Entblendung von Leuchten mit langgestreckten Lampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtdurchlässige Leuchten­ abdeckung zur Entblendung von Leuchten mit langge­ streckten Lampen nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs.

Die Blendung durch Beleuchtungsanlagen vermindert phy­ siologisch die Sehleistung und führt psychologisch zu Unbehagen. Aus diesem Grund müssen Lichtverteilungen von Leuchten so gestaltet sein, daß eine Blendung auf ein Minimum reduziert wird.

In der Innenraumbeleuchtung werden häufig langge­ streckte Lampen, zum Beispiel einseitig oder zweiseitig gesockelte Niederdruckleuchtstofflampen, eingesetzt.

In Ebenen quer zu ihrer Lampenachse lassen sich derartige Lampen leicht entblenden. Dies kann durch Einbau der Lampe 2 in einen Kasten 3 (Fig. 1) geschehen, dessen zur Lampe parallele Begrenzungen der Lichtaus­ trittsöffnung die Lampe von einem gewissen Winkel, dem Abschirmwinkel abschirmt. Der Abschirmwinkel α_q wird gebildet durch den Tangentenstahl von der Ge­ häusekante 1 zur Lampe 2.

Bei Vorhandensein eines Reflektors, der im allgemeinen längs der Lampenachse translationssymmetrisch ist, wird der Strahlengang so ausgelegt, daß sämtliche Lichtstrahlen innerhalb des Abschirmwinkels α_q abgestrahlt werden.

In Ebenen dagegen, welche die Lampenachse enthalten, ist die Erzielung eines gleichgroßen Abschirmwinkels nicht mehr möglich, weil sonst eine zu große Gehäuse­ tiefe entstehen würde. Dies ist in Fig. 2 darge­ stellt.

Wird der Abschirmwinkel nach gleicher Vorschrift er­ mittelt wie quer zur Lampenachse, so ergibt sich ein Abschirmwinkel von α_L<α_q.

Um den Abschirmwinkel α_L zu verkleinern, werden deshalb querliegende senkrechte Lamellen 4 gemäß Fig. 3 eingesetzt. Somit läßt sich ein Abschirmwinkel von α_L′<α_L erzielen. Die Oberfläche der Lamellen 4 muß entweder, wie in Fig. 3 dargestellt, bei stegförmiger Ausführung eine matte Oberfläche besitzen, um bei über dem Abschirmwinkel hinausgehenden Winkeln nur geringe Leuchtdichten zu besitzen, oder aber die La­ mellen 4 müssen eine gekrümmte Form besitzen (Fig. 4), bei denen trotz hochglänzender Verspiegelungen leuchtende Teile der Lampe nur in Richtung innerhalb des Abschirmwinkels umgelenkt werden.

Lamellenraster sind aufwendig herzustellen und ver­ mindern außerdem erheblich den Leuchtenwirkungsgrad. Darüber hinaus beanspruchen sie eine zusätzliche Bau­ höhe der Leuchte.

Neben Lamellen werden zur Entblendung von Leuchten mit langgestreckten Lampen häufig prismatische Ab­ deckungen aus klar durchsichtigem Material einge­ setzt.

Diese Prismen dienen dazu, auch ohne Reflektor bzw. lichtundurchlässige Seitenflächen in Ebenen quer zur Lampenachse die benötigte Entblendung zu besorgen, wobei meistens die Prismen so ausgeführt werden, daß sie näherungsweise rotationssymmetrische Wirkungen haben und so gleichzeitig eine Entblendung längs der Lampenachse vornehmen.

Derartige Prismen bewirken, daß Lichtstrahlen unter keinen größeren Winkel als einem vorgegebenen Ab­ schirmwinkel aus der Scheibe austreten können. Das übrige Licht wird in die Leuchte zurückreflektiert. Dies bedeutet eine starke Verminderung des Leuchten­ wirkungsgrades und nur eingeschränkte Möglichkeiten die Lichtlenkung in Ebenen quer zur Lampenachse zum Beispiel durch eine Spiegeloptik.

Die US 3 671 101, von dessen Gegenstand die Erfindung ausgeht, offenbart eine Abdeckung für Leuchten mit regelmäßigen hexagonalen Pyramiden, dessen Oberflächen mit der Ebene der Abdeckung einen Winkel begrenzen, wodurch alle in die Lichteintrittsfläche eintre­ tenden Lichtstrahlen bei einem Eintrittswinkel größer als ein vorgegebener Winkel, die nicht durch die Ab­ deckung hindurchgehen, total reflektiert werden. Es wird eine Beziehung für den Grenzwinkel der Totalre­ flexion in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Materials der Leuchtenabdeckung angegeben.

Die US 3 265 887 betrifft eine Leuchte mit einer Ab­ deckung, wobei die Abdeckung mit Prismen versehen ist, die konus- oder pyramidenförmig ausgebildet sind, und in einem Netzwerk angeordnet sind. Zwischen den Prismen sind Vertiefungen oder Nuten vorgesehen, wobei zur Verhinderung von Blendung in die Nuten ein lichtreflektierendes Material eingelassen ist, das einen relativ niedrigen Reflexionsgrad aufweist. Die Prismen sind regelmäßig angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung der im Prinzip vorteilhaften Anordnung der Reflektoren, die einen hohen Leuchtenwirkungsgrad garantieren, eine prismatische Anordnung auf einer Leuchtenabdeckung auszubilden, die geeignet ist, die Funktion eines Lamellenrasters zu übernehmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Leuchtenabdeckung läßt sich die Bauhöhe solcher Leuchten reduzieren, die nicht allein durch die Reflektoranordnung, sondern auch durch ein zusätzliches Lamellenraster geprägt wurde.

Gegenüber herkömmlichen prismatischen Leuchtenabdeckungen hat eine Leuchtenabdeckung gemäß der Erfindung den Vorteil eines höheren Leuchtenwirkungsgrades, da die Lichtverteilung quer zur Lampenachse nur unwesentlich beeinflußt würde. Ein weiterer Vorteil stellt das geschlossene Erscheinungsbild der Leuchten dar, ohne daß die großen lichttechnischen Vorteile einer Rasterleuchte dabei verloren gehen.

Die Prismen der Leuchtenabdeckung gemäß der Erfindung sind derart ausgebildet, daß sie die Lichtverteilung der Leuchte quer zur Lampenachse möglichst wenig be­ einflussen, jedoch den Ausstrahlungswinkel der Leuchte längs der Lampenachse, also den Abblendwinkel, der sonst durch Lamellen beeinflußt wird, zu begrenzen.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Schnitt durch eine Leuchte nach dem Stand der Technik mit Angabe des Ab­ schirmwinkels in einer Ebene quer zur Lampenachse,

Fig. 2 Schnitt durch eine Leuchte nach dem Stand der Technik mit Angabe des Ab­ schirmwinkels in einer Ebene längs der Lampenachse,

Fig. 3 Darstellung gemäß Fig. 2 mit querliegend senkrecht angeordneten Lamellen,

Fig. 4 Teilansicht gemäß Fig. 3 mit gekrümmten Lamellen,

Fig. 5 Längsschitt durch eine Leuchte mit der erfindungsgemäßen Leuchtenabdeckung, und

Fig. 6 bis 11 Darstellungen für die winkelmäßigen Zusammenhänge, die zu der erfindungs­ gemäßen Leuchtenabdeckung führen.

Gemäß Fig. 5 befinden sich die Prismen 5 auf der der Lampe 2 abgewandten Seite der Leuchtenabdeckung. Das Material der Leuchtenabdeckung ist transparent.

Der Basiswinkel β der Prismen 5 muß in einem Größen­ bereich liegen, der im folgenden erläutert wird.

Aufgrund der mathematischen Zusammenhänge kann gezeigt werden, daß der Basiswinkel β gemäß Fig. 5 gleichzeitig den Grenzwinkel für die maximale Aus­ strahlung zur Lampenachse darstellt.

Da die Prismen 5 mit dem Basiswinkel β sich auf der Außenseite der Leuchtenabdeckung befinden, kann die Innenseite der Leuchtenabdeckung für die Aufbringung weiterer, der Entblendung dienender optischer Mittel, zweckmäßigerweise in Translationssymmetrie quer zur Symmetrieachse der Prismen, benutzt werden.

Damit kann zusätzlich zur Wirkung des Reflektors die Lichtverteilung der Leuchte quer zur Lampenachse be­ einflußt werden, ohne daß weitere Verluste dadurch entstehen.

Aus Fig. 6 geht hervor, daß alle unter Winkeln ε<ε_i,grenz einfallenden Lichtstrahlen an der Grenzfläche der Prismen 5 total reflektiert werden und somit nicht unter flacheren Winkeln als β aus dem Prisma austreten können, wobei ε_i,grenz=arc sin (1,5 sin(ε_grenz-β)) ist.

Die Fig. 7 zeigt, daß an der Grenzfläche I reflektierte Lichtstrahlen an der Grenzfläche II total re­ flektiert werden, wenn die Bedingung gilt:
90°-ε_grenz<β, wobei ϕ<ε_grenz, d. h. ε=ε_grenz und 180°-2β- ε_grenz<ε_grenz ist.

Aus Fig. 8 geht hervor, daß an der Grenzfläche II total reflektierte Lichtstrahlen die Grenzfläche III immer dann passieren, wenn gilt: β60°-2/3 · ε_grenz. Folgende Voraussetzungen sind dafür gegeben:
εε_grenz, 180°-3β-ε=ε_grenz bzw. ε=180°-3β-ε_grenzε_grenz, also 3β180°-2ε_grenz.

Der Fall, daß an der Grenzfläche III Totalreflexion auftritt, ist in Fig. 10 betrachtet.

In Fig. 9 wird gezeigt, daß eine Totalreflexion an der Grenzfläche I, die eine Totalreflexion an der Grenzfläche III zur Folge hat, ebenfalls eine Total­ reflexion an der Grenzfläche II zur Folge hat (wenn ε< ε_grenz, wegen ϕ=ε), so daß derartige Lichtstrahlen nicht in den Außenraum dringen können.

In Fig. 10 wird ein Strahlengang betrachtet, bei dem ein von der Grenzfläche III reflektierter Lichtstrahl auf die Grenzfläche II auftritt. Der austretende Licht­ strahl tritt dann nicht flacher als durch den Abstrahlwinkel ϑ vorgegeben aus, wenn die Bedingung gilt:
180°-4 · β-arc sin ( · sin (90°-β-ϑ))ε_grenz.

Entsprechend Fig. 11 ist ϕ=arc sin (1,5 sin (ε_grenz-β)) und ϕ90°-2β, d. h. sin (90°-2β)≧ 1,5 sin (ε_grenz-β).

Geht man von einem Brechungsindex des Materials von n=1,5 aus, so ergibt sich ein Grenzwinkel der Total­ reflexion von ε_grenz=41,8°,
bei n=1,4 gilt: ε_grenz=45,6°.

Rechnet man eine erfindungsgemäße Leuchtenabdeckung für n=1,4 durch, so ergibt sich:
größter Eintrittswinkel in Grenzfläche III ohne Totalreflexion an Fläche I (Fig. 6)
ε_i,grenz=23,8°;
Prüfung auf Totalreflexion (Fig. 7)
90°-ε_grenz-90°-45,6°=44,4°;
Prüfung nach Abb. 8
60°-2/3 · ε_grenz=29,6°;
Prüfung nach Fig. 10 (Mehrfachreflexion)
180°-4 · β-ε₁=44,46°45,6°
mit ε₁=arc sin (1/1,5 · sin (90°-β-ϑ))=19,47°
für β=ϑ=28°.

Für einen anderen Brechungsindex, zum Beispiel n=1,5, würde der kleinste Winkel, für den die Be­ deutung nach Fig. 10 erfüllt ist, sich ergeben zu:
β=ϑ=30°.

Der Abschirmwinkel γ nach Fig. 11 ergibt sich für n=1,4
und β=28° zu: ϕ+β=53°.
Für n=1,5 und β=30° gilt:ϕ+β=53,8°.

Es zeigt sich demnach, daß eine erfindungsgemäße Leuchtenabdeckung eine Abblendung bewirkt, wenn gilt:

β90°-ε_grenz

und

180°-4β-arc sin (1/1,5 · sin (90°-β-ϑ))ε_grenz.

Die Leuchtenabdeckung wird in den meisten Fällen eben sein, häufig werden jedoch Leuchten in Rohre eingelassen, dann kann die Leuchtenabdeckung gekrümmt sein und zweckmäßigerweise die Krümmung der Rohre an­ nehmen.

Claims (5)

1. Lichtdurchlässige Leuchtenabdeckung zur Entblen­ dung von Leuchten mit langgestreckten Lampen und einem oberhalb der Lampe angeordneten Reflektor, wobei die Ebene seiner Öffnung und die die Längs­ achse der Lampe enthaltende Ebene parallel zuein­ ander verlaufen und wobei die Leuchtenabdeckung die Öffnung des Reflektors abschließt und aus klar durchsichtigem Material mit einem Grenzwinkel ε_grenz der Totalreflexion von ε_grenz=arc sin(1/n) besteht, wobei "n" den Brechungsindex des Materials bezeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der der Lampe (2) abgewandten Seite der Leuchtenabdeckung quer zur Lampenlängsachse ver­ laufende Prismen (5) angeordnet sind, wobei der Prismenquerschnitt die Form eines gleichschenkligen Dreiecks besitzt, dessen Hypotenuse der Lampe (2) zugewandt ist,
daß für den Basiswinkel β der Prismen (5) (gemessen im Prismenquerschnitt) in Abhängigkeit vom Brechungsindex n des Materials der Leuchtenabdeckung gilt: β<60°-2/3 arc sin (1/n)und daß für alle Abstrahlwinkel ϑβ - wobei ϑ de­ finiert ist als Winkel zwischen dem über die Ka­ thete des Dreiecks des Prismenquerschnitts ausfal­ lenden Lichtstrahls und der die Hypotenuse des Dreiecks enthaltenden, senkrecht zum Prismenquer­ schnitt verlaufenden Ebene, - gemessen in der den Prismenquerschnitt enthaltenen Ebene - gilt:180°-4β-arc sin (1/n sin (90°-β-ϑ))ε_grenz.

2. Leuchtenabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie auf der Innenseite glatt ist.

3. Leuchtenabdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie auf der Innenseite strukturiert ist.

4. Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eben ist.

5. Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie quer zur Lampen­ achse gekrümmt ist.