DE486327C - Lampenschirm - Google Patents

Description

• Lampenschirm Dien Gegenstand der Erfindung bildet ein Lampenschirm, der die von .einer Strahlenquelle ausgesandten Strahlen so reflektiert, daß sie bei kleinstmöglichen Abmessungen des Schirmes im Raum unterhalb des Schirmes gleichmäßig und so verlaufen, daß keiner von ihnen wieder- durch die Strahlenquelle geht und daß alle in der nächsten Nähe des Lampenschirmes 'bereits divergieren.
• Bai den bisher bekannt gewardenen-- Schirmen dieser Art wird von der selten zutreffenden Voraussetzung ausgegangen., daß die Strahlenquelle ein Punkt ist. Annähernd ist dies der Fall, wenn die Strahlenquelle gegenüber den Abmessungen, des Schirmes räumlich sehr klein ist oder der Schirm so groß gemacht wird, daß man die Lichtquelle als punktförmig ansehen kann.
• Zu vollkommeneren Ergebnissen gelaugt man aber erst, wenn man von den einzelnen leuchtenden Punkten der räumlich aus,-edel n.-ten Lichtquelle ausgeht und sich den Schirm in kleine Elementarspiegel zerlegt dankt, wobei -es genügt, wenn man zunächst die Re- -flexionswirkun@g jener Elementarspiegel untersucht, welche entlang - der Erzeugenden des Schirmes liegen. Im Interesse eines möglichst großen Wirkungsgrades liegt .es, daß keine Strahlen in sich selbst reflektiert oder von der Strahlenquelle und deren Umhüllung aufgefangen werden und daß durch Anwendung kleinster Krümmungskreise bei jedem Elementarspiegelchen die zu ihmkonvergierenden Strahlen der Strahlenquelle möglichst stark divergierend reflektiert _ werden. Diese B din@gung wird am besten dann erfüllt, wenn man um die Strahlenquelle eine sie so :eng als möglich umschließende krumme Begrenzungsfläche legt und die Elementarspiegel so richtet, daß kein vom Schirm reflektierter Lichtstrahl in den Raum innerhalb dieser Begrenzungsfläche dringt. Die Festlegung der Begrenzungsfläche und der Schirmfläche erfolgt am :einfachsten durch die Schnittlinien, welche beide mit der Bildebene Iahen. Die Bildebene liefert mit der Schirmfläche die Erzeugende des Schirmes, entlang welcher die obenerwähn@ten Elementarspiegel liegen, mit der Begrenzungsfläche Schnittlinien, welche kaustische Kurven bzw. Brennlinien des Schirmes in, beug auf jene Strahlen der Strahlenquelle sind, welche auf die Elementarspiegel unter dem größtenWinkel auftreffen.
• Fällt die Achse dieser Begrenzungsfläche mit jener der Lampe nicht zusammen, wählt man die Schnitt- bzw. Bildebene derart, daß sie durch die Achse der Begrenzungsfläche geht und parallel zur Lampenachse liegt.
• Der Beweis sei durch die Untersuchung eines Spiegelschirmes nach Abb. 6 erbracht. Der Schirm ist perspektivisch dargestellt.
• Betrachtet werden die Reflexionsverhältnisse derElementarspiegelchenri, r2, r3, r4, r5, welche auf der Erzeugenden des Schirmes liegen, die aus zwei Kreiisb-ogen mit den Alittelpunktenyi und y2 besteht.
• Die Strahlenquelle ist kreiisförmig. Es sind die Punkte L', L2, L3, L4 besonders .eingezeichnet. Die Strahlen zum Punkte ri hüllen einen Kegel ein, werden. reflektiert und hüllen nach der Reflexion wieder eine Kegelfläche ein, und zwar 1(l; ähnlich liegen die Verhältnisse bei r2 mit der Kegelfläche I(2 usw" bei r5 mit 1(5.
• Die reflektierten Lichtstrahlen sind mit Indices bezeichnet; es bezeichnet der erste Index den Index des Punktes der Strahlenquelle, der zweite Index den Index des Elementarspiegels, der den StrahlLr reflektiert. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, hüllen die Strahlens',' bis s1,5, welche von jenem Strahlenpunkte L1 kommen und von. denn aus die Strahlen auf den Lampenschirm am steilsten auffallen, eine Kurve x ein, die weiterhin als Brennlinie bezeichnet wird.
• Die BrenuHnie x im, Abb. 6 ist auf der Strecke I-II stark, auf der Strecke II-III schwach :gekrümmt. Die Lichtkegel I(3, 1(l, K5 zeigen, daß die Grundfläche, die sie im weiteren Verlaufe treffen, sehr dicht, also intensiv bestrahlt wird, wogegen die Kegel 1(l, I(2, 1(a stark auseinanderstreben, so daß die Streuung schon vom Schirm weg stark ist. Aus den vorstehenden Ausführurngen bzw. aus der Zeichnung geht hervor, da.ß es am besten ist, wenn der Schirm auf Grund der Brennlinie desjenigen strahlenden; Punktes entwerfen wird, von welchem die Strahlen auf den Schirm am steilsten auffallen und daß diese Brennlinie auch charakteristisch für die Streuung .eines Spiegelschirmes ist. Ist die Brenn:-linie des ein Kre@ssboigen, also von konstanter Krümmung, dann ist die Streuung des Schirmes gleichmäßig, ist sie ein Ellipsenbogen oder einte andere stetig gekrümmte Kurve, deren Krümmung sich allmählich verkleinert, deren Krümmungsradius also allmählich wächst, dann wirkt der Schirm als Tiefstrahler mit gleichmäßiger Verteilung der Strahlen, rin entgegengesetzten Falle ist er ein Breitstrahler, denn je größer die Krümmung, also je kleiner der Krüm.-mungsradius ist, um sa größer ist die Streuung, und umgekehrt, je kleiner die Krümmung, also je größer der Krümmungsradius, um so kleiner ist die Streuung. Dieses Gesetz gilt nur insolange, als die Bremenlinie zwischen dar Strahlenquelle und dem Schirme liegt.
• Bei den üblichen Schirmen habe: die Brennlinien meist Spitzen., Rückkehxpunkte, o der ihre Krümmung ändert sich: zwiischen Null und Unendlich, also innerhalb sehr großer Grenzen, wie z. B. bei parabolischen Spiegteln (s. Abb.6).
• Besondexs zw=eckmäßig si=nd für diese Brennlinien Kreise, Ellip=sen oder stetig und möglichst stark gekrümmte Kurven bzw. Schirme, die von solchen BrennEnien nach den bekannten Reflexionsgesetzen abgeleitet sind. Die Ableitung eines Schirmes von einer be-

  stimmten Brenupunkrkurve ist in, Abb. y dar-

  gestellt. L1 bis L7, s ist der strahlende Körper

  bzw, die Strahlenquelle, x ist die angenom-

  mene gleichmäßig und stark gekrümmte

  Bre.nnpunkukurve, bezogen auf L1 als jenen

  Punkt der Strahlenquelle, von welchen aus

  die Strahlen auf den Spiegel am steilsten

  auftreffen sollen. Man zieht in den Punkten P1

  bis PLt an die Bremslinie Tangenten s1,1, s1, 2

  bis siR, wählt auf s1,1 den Punkt r1 als erstes

  Spiegelelement, zeichnet rl-Ll und die Mittel-

  linie von Winkel Ll-rl-sl,1, d. h. die Tangente

  tet,l an die Evolute der Spiegelfläche vorn

  Punkte r1.

  Auf tevl wählt man einen Punktyl als

  Mittelpunkt des Krümmurngskreises zu r1,

  zeichnet den IZ--r eisb-oigen von r1 bis zum

  Schnitt mit der Tangente s1, 2, erhält r2 und

  dann den S=rahl Ll-r-' und die Mittellinie tev=

  des Winkels Ll-r2-si, -', welche sich mit tewl

  schneidet, deren Schnittpunkt konstruktions-

  gemäß so. nahe als möglich an y1 liegt, und

  so erhält man Punkt y1 als Ausgan:gspudct

  der Evolute des Spiegelmeridians r-rn. Ehenso

  konstruiert man die Evolvente x der Evolute y

  und mittels der Strahlen l rl-sl, i bis l rn-s",

  und nach bekannten, optischen Reflexionsre-

  geln die Schirmerzeugende r-rtt als Evolvente

  der Evolubey. Durch die Konstruktion wird

  die Spiegelform so genau, daß die wirkliche

  Brennlinie mit der angenemmenen x identisch

  wird. Aus der Konstruktion geht auch her-

  vor, daß die von L2, Ls, L¢ usw. bis L$ aus-

  gehenden Lichtstrahlen nicht in den von der

  Kurve x umschlossenen Raum eintreten, und

  daß die Streuung des Spiegels sehr groß

  und gleichmäßig ist. Solche Brennpunkt-

  kurven liefern aber auch. Spiegelflächen, die

  im Radialschnitt nach Kreiss und K egel-

  schnitbevolvenrten und Cyclolden oder @oga-

  rithmischen Spiralen :gekrümmt sind. Die

  nach diesen Gesetzen stark gekrümmten Spie-

  gelfläclien können am zweckmäßiigeten aus

  Metall oder aus metalibelegbem Glas her-

  gestellt werden, wogegc bei den ngch loga-

  rithmi5chen SpiralengekrÜmmten, total reflek-

  tierende ReUktoren aus Glas verwendet

  werden können,.

  Bei den Reflektoren aus Glas .ohne S.pi:egel-

  h,elag ist wichtig, daß der Winkel q) zwischen

  dem :einfallend=en Strähle im Glgse und der

  Tangente an. den Radialschnitt gleich bcw,

  kleiner ist als d=er Winkel, bei dem Totgl-

  reflexion eintritt.

  In der Ab:b. r ist ein zylinMscher Schirm

  für Sofineaglühlampen mit gera4llinigem

  Glühfaden dargestellt. Die Leitkurve das

  Zyllndempiegels isst von dem Kreisquerscimitt

  des Sofittezglaskärpers abgeleitet, Mr zu-

  gleich .die Brennlinie inie fit. l ist der Pufft der

  Strahlenquellle., Y die Reflexstellen am Schiinn,

  r s )der reflektierende Strahl, ;o = x die mit der Kontur des Glaskörpers zusammenfallende Brennlinienkurve, y ist die Evolute (Leitlkurve) des Schirmmeridians, t ist eine Tangente am Anfang der Schirmfläche, die so beschaffen sein muß, daß der Strahl an dieser Stelle tangential am Glaskörper der Birne weitergeht. Der solcherart entwickelte Schirm ist der kleinstmöglichste, im Materialverbrauch der sparsamste, wenn man die Bedingung in Erwägung zieht, daß die Strahlen nach der Reflexion eine Brennpunktkurve liefern, die mit der Kontur des Glaskörpers zusammenfällt.
• In Abb. 2 ist ein Schirm a dargestellt, dessen Leitkurve die Evolvente des Kreises y ist, x ist die Brennlinie, o die Kontur des Gla.skörpers. Die Strahlen werden gleichförmig nach der offenen Seite des Schirmes reflektiert bzw. zerstreut.
• In Abb.3 ist der Schirm nach einer logarithmischen Spirale als Meridiankurve gebaut. Der Winkes cp zwischen dem von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahl l-r-s und d,2r Tangente an die Spiegelfläche r-t ist entlang der Meridiankurve konstant und gleich arcsin zz/n'=.15°, bei Flintglas 52-°, da n für Luft= i,oo5 und n' für Glas= 1,6g bis i,75. Jedenfalls empfiehlt es sich. den Winkel etwas kleiner zu halten, damit Totalreflexion erreicht wird.
• In diesem besonderen Falle ist der Winkel den ganzen, Schirm entlang konstant, und es sind überall die Bedingungen für Totalreflexion vorhanden); ein besonderer Spiegelbelag ist somit nicht erforderlich. In Abb. 4. und 5 sind aligemeiine Rillernformen dargestellt.
• Bei allen diesen Schirmen ist das Hauptmerkmal und der wesentliche Unterschied gegenüber den gebräuchlichen Schirmen darin gelegen, daß die Brennlindenkurve einen stetigen Verlauf besitzt, dabei aber die Strahlenquelle so eng als möglich umschließt und zwischen Schirm und Lichtquelle liegt, auf welche Umstände die gleichmäßige-Streuung der Strahlen durch den Schirm und sein hoher Wirkungsgrad zurückgeführt werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE i. Lampenschirm, dadurch gekennzeichnet, daß jede seiner Meridiankurvan (a) von einem Kreis, .einer Ellipse oder einer stark und stetig gekrümmten Kurve (x) als Brennlinäenkurve abgeleitet ist, welche die Strahlenquelle möglichst eng umschließt und mit :einer Ebene liegt, welche durch die Schirmachse oder Lampenachse geht oder zu dieser parallel ist.
2. 2. Lampenschirm nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da:ß seine Meridiankurven Kreis-, Ellipsenevolventen; oder Cycloide oder logarithmisch .e Spiralen sind, deren Brennlinienkurve sich einem Kreis oder einer Ellipse so nähert, d.aß deren Krümmung nur innerhalb kleiner Grenzen sich ändert.
3. 3. Lampenschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine Meridiankurven derart beschaffen sind, daß der vom nächstlnegenden Punkte der Strahlenquelle ausgehende Strahl im Glase mit der Tangente an die Meridiankurve im--ner einen Winkel einschließt, der so groß oder kleiner ist als jener, bei welchem Totalreflexion eintritt, so d.aß entlang des ganzen Schirmes mach der der Strahlenquelle zugekeUrten Seite des Schirmes Totalreflexion eintritt.