DE4240915A1 - Leuchte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte mit einem Leucht­ mittel, das eine längliche Lichterzeugungseinrichtung aufweist, einem Reflektor, der eine Austrittsöffnung aufweist, und einer lichtbeeinflussenden Abdeckung, die vor der Austrittsöffnung des Reflektors angeordnet ist.

Leuchten dieser Art können zur Beleuchtung oder Aus­ leuchtung eines Raumes mit Kunstlicht verwendet werden. Bei derartigen Raumbeleuchtungen sind in den letzten Jahren Leuchtmittel entwickelt worden, die trotz rela­ tiv kleiner elektrischer Leistungen eine große Licht­ ausbeute gewährleisten. So kann mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von nur 70 Watt ein normaler Wohn- oder Arbeitsraum ausreichend erhellt werden. Beispiels­ weise werden hierfür Quecksilberdampf-Hochdrucklampen oder andere Halogen- oder Halogenid-Leuchtmittel ver­ wendet.

Derartige Leuchtmittel sind sehr hell. Diese Helligkeit wird beispielsweise durch einen Lichtbogen erzeugt und konzentriert sich auf einen kleinen Bereich, der aller­ dings nicht punktförmig ist, sondern länglich, also in eine Richtung eine größere Ausdehnung als in anderen Richtungen aufweist. Derartige Leuchtmittel müssen in der Regel waagerecht eingebaut werden, was unter ande­ rem auf thermische Gründe zurückzuführen ist. Die läng­ liche Ausdehnung läßt sich also nicht durch eine andere Anordnung des Leuchtmittels zum Verschwinden bringen. Die längliche Ausdehnung des Leuchtmittels führt, auch wenn sie nur sehr klein ist, zu einer ungleichmäßigen Lichtverteilung im Raum, die in vielen Fällen uner­ wünscht ist.

Die Lichtverteilung läßt sich durch die Form des Re­ flektors beeinflussen. In vielen Fällen ist es möglich, das Licht durch einen sogenannten Freiformreflektor in der gewünschten Art und Weise zu verteilen. Derartige Freiformreflektoren sind aber sehr aufwendig in der Konstruktion. Ihr Anwendungsgebiet ist in der Regel auf ein bestimmtes Leuchtmittel beschränkt. Als Vereinfa­ chung ist vorgeschlagen worden (DE 37 40 901 A1) dem Reflektor eine reflektierende Oberfläche zu geben, die aus verschiedenen Abschnitten zusammengesetzt ist. Im Zusammenhang mit Projektionssystemen sind weitere Re­ flektoren vorgeschlagen worden (DE 30 27 774 C2, DE 30 27 719 A1), die über eine Aufteilung der Reflek­ tionsfläche in mehrere ringförmige Bereiche, die auf verschiedenen Konturen liegen, eine Vergleichmäßigung des projizierten Lichtes erreichen. Die Herstellung derartiger Reflektoren ist jedoch relativ aufwendig.

Es ist ferner bekannt, die Reflektoren ohne die Abdec­ kung zu mattieren, wodurch sich eine bessere Licht­ streuung ergibt. Diese verwischt jedoch nur die scharfe Kontur des Leuchtmittels, kann die Ausleuchtung jedoch nicht im gewünschten Maß vergleichmäßigen. Außerdem ergibt sich hier ein vergrößerter Streulichtanteil, der dem Nutzlichtstrom fehlt, so daß der erzielte Vorteil, nämlich mit geringen elektrischen Leistungen eine aus­ reichende Beleuchtung sicherstellen zu können, zum Teil wieder verlorengeht.

Eine Leuchte der eingangs genannten Art schließlich ist aus FR 2 623 597 bekannt. Diese Leuchte weist als Ab­ deckung eine Pyramide oder einen Kegel auf, der mit seiner Grundfläche die Austrittsöffnung des Reflektors abdeckt. Ein Leuchtmittel ist so im Reflektor angeord­ net, daß seine Längserstreckung im wesentlichen senk­ recht auf der Grundfläche steht. Mit dieser Anordnung soll ein relativ helles und damit weit sichtbares Licht erzeugt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ gleichmäßige Ausleuchtung auch bei einer nicht-punkt­ förmigen Lichterzeugungseinrichtung erzeugen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer Leuchte der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Abdeckung als Scheibe ausgebildet ist, und auf ihrer dem Reflektor zugewandten Seite in Richtung auf den Reflektor vorste­ hende Strukturelemente aufweist.

Die Strukturelemente haben Grenzflächen zur Luft bzw. zu dem den Raum zwischen Abdeckung und Reflektor aus­ füllenden Medium, so daß beim Eintreten von Lichtstrah­ len in die Strukturelemente einer Brechung der Licht­ strahlen erfolgt. Eine weitere Brechung erfolgt beim Austritt aus der Scheibe. Ein Teil der Strahlung tritt, je nach Auftreffwinkel, nicht in die Scheibe ein, son­ dern wird zum Reflektor zurück reflektiert, von wo er dann mit einem anderen Winkel auf die Scheibe auf­ trifft. Durch eine geschickte Auswahl der Strukturele­ mente, d. h. durch eine Anordnung der Grenzflächen, die das Reflektions- und Durchlaßverhalten der Scheibe so steuern, daß nur unter bestimmten Winkeln einfallendes Licht durchtreten kann, läßt sich nun eine sehr gleich­ mäßige Lichtverteilung im Raum und damit eine gleichmä­ ßige Helligkeit der auszuleuchtenden Fläche gewährlei­ sten.

Hierbei ist bevorzugt, daß die Strukturelemente im we­ sentlichen kreisförmig um einen Mittelpunkt der Scheibe herum periodisch wiederkehrend angeordnet sind, wobei alle Strukturelemente jeweils mit zwei benachbarten Strukturelementen ohne Lücke zusammenstoßen und die Strukturelemente punktsymmetrisch um den Mittelpunkt der Scheibe herum angeordnet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Scheibe ohne Beachtung der Aus­ richtung zum Leuchtmittel verwendet werden kann. Dies erleichtert die Montage und die Wartung einer derarti­ gen Leuchte ganz erheblich. Die Strukturelemente decken die Oberfläche der Scheibe, die der Austrittsöffnung des Reflektors zugewandt ist, so ab, daß keine Lücken zwischen benachbarten Strukturelementen verbleiben, durch die Lichtstrahlen ungebrochen durch die Scheibe hindurchtreten könnten. Zumindest auf einem Kreisring ist damit eine Struktur der Scheibe auf der dem Reflek­ tor zugewandten Seite vorgegeben, die es ermöglicht, die Lichtverteilung durch wiederholtes Brechen und Re­ flektieren der Lichtstrahlen so zu gestalten, daß auf der anderen Seite der Scheibe die gewünschte gleichmä­ ßige Lichtverteilung entsteht.

Bevorzugterweise sind die Strukturelemente als Tetrae­ der ausgebildet, die mit einer Spitze zum Mittelpunkt weisen, wobei eine Seite parallel zur Ebene der Scheibe angeordnet ist. Mit anderen Worten liegen also diese Seiten aller Tetraeder in einer Ebene. Diese Ebene steht senkrecht auf der Hauptachse des Reflektors.

Durch die Ausbildung der Strukturelemente als Tetraeder steht nicht nur ein Keil in Richtung auf den Reflektor vor. Dieser Keil hat auch eine in Richtung zum Mittel­ punkt abnehmende Höhe, wodurch sich eine doppelte Drei­ eckswirkung und damit eine entsprechende Brechung und Reflektion der Lichtstrahlen ergibt, die zur gewünsch­ ten Vergleichmäßigung der Helligkeit beiträgt.

Bevorzugterweise ist eine der Spitze gegenüberliegende Fläche als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet. Un­ abhängig von der Richtung, aus der die Lichtstrahlen auf den Tetraeder fallen, stellen sich die Tetraeder gleich dar. Auch dies trägt zu einer Vergleichmäßigung der Helligkeit bei.

Hierbei ist es bevorzugt, daß die Fläche als ungleich­ seitiges Dreieck ausgebildet ist, dessen in der Ebene der Scheibe liegender Schenkel länger als die beiden anderen gleichlangen Schenkel ist. Dies begrenzt die Steilheit der Flanken des Tetraeders so, daß die ge­ wünschte Brechung der einfallenden Lichtstrahlen er­ zeugt wird.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Dreieck zwei gleiche Winkel im Bereich von 20° bis 40° aufweist. Bei einer derartigen Neigung ist sichergestellt, daß das vom Reflektor einfallende Licht teilweise gebrochen und teilweise wieder in den Reflektor zurückreflektiert wird, von wo es erneut auf die Scheibe zurückreflek­ tiert wird.

Bevorzugterweise ist eine Anzahl n von Tetraedern vor­ gesehen, wobei

0,35 × r n 0,85 × r,

n eine ganze Zahl und r der Abstand der Fläche vom Mit­ telpunkt, ausgedrückt in Millimetern, ist. Mit dieser Maßnahme läßt sich die Höhe der einzelnen Tetraeder unterhalb eines vorbestimmten Maximalwerts halten. Je größer der Radius der Scheibe wird, desto mehr Tetrae­ der werden verwendet. Die Zahl der Tetraeder sollte allerdings in einem bestimmten, durch den obigen Aus­ druck definierten Bereich bleiben, um die gewünschte Brechungswirkung sicherstellen zu können.

Vorzugsweise ist zwischen den Spitzen der Tetraeder eine plane Fläche vorgesehen. Dies erleichtert die Fer­ tigung. Die Struktur im Bereich des Mittelpunktes würde ansonsten zu fein werden. Die plane Fläche, in der kei­ ne Lichtstrahlen durch Tetraeder oder andere Struktur­ elemente gebrochen werden, ist hierbei an einer Posi­ tion angeordnet, an der praktische keine parasitären Lichtstrahlen entweichen können.

Bevorzugterweise ist die plane Fläche zumindest annä­ hernd kreisförmig ausgebildet, wobei der Kreis einen Radius aufweist, der 10% oder weniger des Abstandes der Fläche vom Mittelpunkt beträgt. Die plane Fläche ist damit relativ klein. Andererseits ist damit sicher­ gestellt, daß die Struktur der Tetraeder bis zur Be­ grenzungslinie dieses Kreises nicht zu fein wird.

Bevorzugterweise ist die dem Reflektor abgewandte Seite der Scheibe plan. Lichtstrahlen, die aufgrund der beim Eintritt erfolgten Brechung die Scheibe senkrecht durchqueren, treten ungebrochen aus der Scheibe aus. Lichtstrahlen, die eine Neigung haben, werden hier er­ neut gebrochen. Neben diesen optischen Effekten hat die Planheit dieser Austrittsseite der Scheibe den Vorteil, daß das Aussehen der Scheibe die Gestaltungsmöglichkei­ ten beim Einrichten eines auszuleuchtenden Raumes weni­ ger stark beeinflußt.

Vorteilhafterweise weist die Scheibe eine Dicke auf, die größer als die größte Höhe der Strukturelemente ist. Dies gibt einerseits die erforderliche Festigkeit der Scheibe. Andererseits ergeben sich dadurch für die Brechung der Lichtstrahlen und damit für die Vergleich­ mäßigung der Helligkeit optimale Verhältnisse.

Mit besonderem Vorteil sind die Scheibe und die Struk­ turelemente einstückig ausgebildet. Beim Übergang von den Strukturelementen in die Scheibe erfolgt damit kei­ ne erneute Brechung. Außerdem läßt sich ein derartig monolitisch ausgebildeter Gegenstand relativ leicht fertigen, etwa durch Gießen, ohne daß weitere Bearbei­ tungsschritte erforderlich wären, wie etwa das Zusam­ mensetzen der Strukturelemente und der Scheibe.

Mit Vorteil ist die Scheibe als UV-Filter ausgebildet. Neben der Funktion der Vergleichmäßigung des Lichtes übt sie damit auch noch eine Schutzfunktion aus.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Leuchte,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Scheibe und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Scheibe.

Eine Leuchte 1 weist ein Leuchtmittel 2 auf. Das Leuchtmittel 2 weist eine Lichterzeugungseinrichtung 3 auf, die im vorliegenden Fall als Wendel dargestellt ist und die eine gewisse Ausdehnung in Längsrichtung hat. Die Ausdehnung in Längsrichtung ist hier aus Grün­ den der Anschauung übertrieben groß dargestellt. Das Leuchtmittel ist in einer Aufhängung 4 innerhalb eines Reflektors 5 aufgehängt. Der Reflektor 5 hat eine Quer­ schnittsform, die einem Kegelschnitt entspricht, wie dies allgemein bekannt ist. Der Reflektor 5 hat eine Austrittsöffnung 6, die durch eine Scheibe 7 abgedeckt ist. Die Scheibe 7 ist auf ihrer dem Reflektor 5 zuge­ wandten Seite mit einer Vielzahl von Strukturelementen in Form von Tetraedern 8 versehen. Die Tetraeder 8 ha­ ben Spitzen 9, die zum Mittelpunkt 10 der Scheibe 7 weisen. Die Tetraeder 8 sind auf einem Kreis um den Mittelpunkt 10 angeordnet und zwar so, daß die Grund­ flächen 11 aller Tetraeder in einer gemeinsamen Ebene liegen. Diese Ebene ist parallel zur Ebene der Scheibe, d. h. senkrecht zur Hauptachse 12 des Reflektors 5. Die verbleibenden drei Seiten 13, 14, 15 der Tetraeder 8 stehen in Richtung auf den Reflektor 5 vor. Die Fläche 15 des Reflektors, die dem Mittelpunkt 10, d. h. der Spitze des Tetraeders 8, abgewandt ist, bildet ein gleichschenkliges, aber ungleichseitiges Dreieck. Die beiden gleichen Winkel a, b haben im vorliegenden Fall eine Größe von etwa 30°. Unabhängig also, von welcher Seite aus Licht auf die Tetraeder 8 auftritt, wird die­ ses Licht in gleicher Weise gebrochen. Bei dem gewähl­ ten Winkel wird allerdings nicht das gesamte Licht ge­ brochen. Vielmehr wird ein Teil des Lichtes wieder zum Reflektor 5 zurückreflektiert, von wo es erneut zur Scheibe 7 gesandt wird, bis es auf die Tetraeder 8 in einem Winkel auftritt, der ein Eintreten des Lichtes in die Scheibe 7 erlaubt.

Durch die Ausbildung der Strukturelemente als Tetraeder 8 ergibt sich nicht nur eine Neigung, die der Seiten­ linien der Fläche 15 entspricht, sondern die Seiten 13, 14 sind auch nach innen hin geneigt, d. h. die Höhe der Strukturelemente nimmt mit abnehmendem Radius ab.

Die Spitzen 9 der Tetraeder 8 sind nicht bis zum Mit­ telpunkt 10 geführt. Hier würde die Struktur so fein werden, daß sie nur unter großen Schwierigkeiten her­ stellbar wäre. Die Spitzen 9 der Tetraeder 8 lassen daher um den Mittelpunkt 10 herum eine plane Fläche 16 frei, die im wesentlichen die Form eines Kreises hat, wobei der Radius dieses Kreises 10% oder weniger des Abstandes der Fläche 15 vom Mittelpunkt 10 hat. Die plane Fläche 16 ist also so klein, daß keine nennens­ werten Lichtmengen mehr durch sie hindurchtreten und zu einer Verungleichmäßigung der Helligkeit im unter der Leuchte 1 liegenden Raum beitragen können.

Die Scheibe 7 ist einstückig mit den Tetraedern 8 ge­ bildet, d. h. die Scheibe 7 und die Tetraeder 8 zusammen bilden einen monolitischen Block aus einem lichtdurch­ lässigen Material. Dieses Material hat aber die zusätz­ liche Eigenschaft, daß es als UV-Filter dient, so daß problemlos ein Leuchtmittel 2 verwendet werden kann, in dessen Emissionsspektrum ein gewisser UV-Anteil vorhan­ den ist. Es können also auch Quecksilber-Hochdrucklam­ pen verwendet werden.

Die Scheibe 7 ist an ihrer Unterseite 17 plan.

Im vorliegenden Fall sind 36 Tetraeder 8 dargestellt. Die Anzahl der Tetraeder richtet sich nach dem Radius der Scheibe. Je größer der Radius der Scheibe ist, de­ sto größer ist auch die Anzahl der Tetraeder, wobei man die Anzahl n nach folgender Formel abschätzen kann:

0,35 × r n 0,85 × r

wobei r in Millimetern eingesetzt wird und n natürlich eine ganze Zahl bildet. In vielen Fällen ist es vor­ teilhaft, wenn n eine durch 2 oder durch 4 teilbare Zahl ist.

Die Tetraeder 8 sind rotationssymmetrisch um den Mit­ telpunkt 10 herum angeordnet, d. h. sie bilden eine in Umlaufrichtung um den Mittelpunkt 10 herum periodisch wiederkehrende Struktur. Es ist also unerheblich, in welche Orientierung man die Scheibe 7 und den Reflektor 5 zusammenbaut.

Die größte Höhe der Tetraeder 8, d. h. die Höhe der Flä­ che 15, ist kleiner als die Dicke der Scheibe 7 ohne Tetraeder 8. Dies führt einerseits zu einer gewissen mechanischen Stabilität der Scheibe 7. Andererseits wird damit ein Brechungsverhalten erreicht, daß das austretende Licht sehr stark vergleichmäßigt.

Claims (13)

1. Leuchte mit einem Leuchtmittel, das eine längliche Lichterzeugungseinrichtung aufweist, einem Reflek­ tor, der eine Austrittsöffnung aufweist, und einer lichtbeeinflussenden Abdeckung, die vor der Aus­ trittsöffnung des Reflektors angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckung als Scheibe (7) ausgebildet ist, und auf ihrer dem Reflektor (5) zugewandten Seite in Richtung auf den Reflektor (5) vorstehende Strukturelemente (8) aufweist.

2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (8) im wesentlichen kreis­ förmig um einen Mittelpunkt (10) der Scheibe herum periodisch wiederkehrend angeordnet sind, wobei alle Strukturelemente (8) jeweils mit zwei benach­ barten Strukturelementen ohne Lücke zusammenstoßen und die Strukturelemente punktsymmetrisch um den Mittelpunkt (10) der Scheibe (7) herum angeordnet sind.

3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strukturelemente als Tetraeder (8) ausgebildet sind, die mit einer Spitze (9) zum Mittelpunkt (10) weisen, wobei eine Seite (11) par­ allel zur Ebene der Scheibe (7) angeordnet ist.

4. Leuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spitze (9) gegenüberliegende Fläche (15) als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist.

5. Leuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (15) als ungleichseitiges Dreieck ausgebildet ist, dessen in der Ebene der Scheibe (7) liegender Schenkel länger als die beiden ande­ ren gleichlangen Schenkel ist.

6. Leuchte nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dreieck zwei gleiche Winkel (a, b) im Bereich von 20° bis 40° aufweist.

7. Leuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl n von Tetraedern (8) vorgesehen ist, wobei 0,35 × r n 0,85 × r,n eine ganze Zahl und r der Abstand der Fläche (15) vom Mittelpunkt (10) ist.

8. Leuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Spitzen (9) der Tetraeder (8) eine plane Fläche (16) vorgesehen ist.

9. Leuchte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Fläche (16) zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet ist, wobei der Kreis einen Radius aufweist, der 10% oder weniger des Abstan­ des der Fläche (15) vom Mittelpunkt (10) beträgt.

10. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Reflektor (5) abgewand­ te Seite (17) der Scheibe (7) plan ist.

11. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (7) eine Dicke auf­ weist, die größer als die größte Höhe der Struktur­ elemente (8) ist.

12. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (7) und die Struk­ turelemente (8) einstückig ausgebildet sind.

13. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (7) als UV-Filter ausgebildet ist.