-
Elektrischer Scheinwerfer zur Beleuchtung einer rechteckigen Fläche
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Scheinwerfer für die Beleuchtung einer
rechteckigen Fläche mit Hilfe einer im wesentlichen punktfönnigen Lichtquelle und
eines länglichen Hohlreflektors.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Beleuchtung von rechtwinkligen
Flächen durch längliche Hohlreflektoren zu bewirken. Letztere bestanden entweder
aus einer glatten Fläche oder aus stufenförmigen oder nicht stufenförmigen in der
Querrichtung angeordneten Abschnitten, die senkrecht zur Längsachse des Rechtecks
gerichtet waren. Durch solche Reflektoren konnte längs der Längsachse des Rechtecks
eine entweder gleichmäßige oder nach einem bestimmten Gesetz veränderliche Beleuchtung
erhalten werden.
-
Diese Reflektoren hatten jedoch den Nachteil, daß bei denselben in
der Richtung der kleinen Achse des zu beleuchtenden Rechtecks für die Verteilung
der Beleuchtung kein Gesetz gegeben war. In der Nähe der Längsachse erzielte man
eine starke Beleuchtung, die aber in *dem Maße, wie man sich von dieser Längsachse
nach den Längsrändern des Rechtecks entfernte, rasch abnahm.
-
Dieser Nachteil macht sich besonders dann störend bemerkbar, wenn
das zu beleuchtende Rechteck einen Teil einer öffentlichen Straße, beispielsweise
einer Fahrstraße, bildet, auf welcher Fahrzeuge verkehren. In diesem Fall soll nämlich
nicht die Längsachse der Fahrstraße durch eine starke Beleuchtung hervorgehoben
werden, sondern es soll die Beleuchtung vielmehr in der Nähe der Längsränder, d.
h. dort, wo die Fahrzeuge in den beiden Fahrtrichtungen verkehren, am stärksten
sein.
-
Die mit den bisher bekannten Vorrichtungen erzielte übermäßige Beleuchtung
längs der Längsachse konnte die Fahrzeugführer dazu verleiten, sich in der Mitte
der Fahrbahn zu halten, wodurch die Gefahr von Zusammenstößen mit in entgegengesetzter
Richtung kommenden Fahrzeugen erhöht wurde.
-
Durch die vorliegende Erfindung soll dieser Nachteil beseitigt und
gleichzeitig die Leistung der Reflektoren erhöht werden. Zu diesem Zweck verwendet
man erfindungsgemäß einen länglichen aus einzelnen Abschnitten bestehenden Reflektor,
die ungefähr parallel ztar Längsrichtung des zu beleuchtenden Rechtecks gerichtet
und so angeordnet sind, daß jeder derselben einen rechteckigen mit der Längsachse
des Rechtecks parallelen Streifen beleuchtet.
-
Da jeder Abschnitt so hergestellt werden kann, das -man für jeden
entsprechenden rechteckigen Streifen eine bestimmte Beleuchtung erhält, so ist es
klar, daß es auf diese
Weise möglich ist,. in der Querrichtung des
zu beleuchtenden Rechtecks eine nach einem bestimmten- Gesetz veränderliche Beleuchtung,
und war beispielsweise im Fall einer Fahrstraße eine Beleuchtung zu erhalten, die
auf den Rändern etwas stärker ist als in der Mitte.
-
Mit der Vorrichtung nach der Erfindung ist es ebenso wie mit den bekannten
Vorrichtungen möglich, in der Richtung der Längsachse des zu beleuchtenden Rechtecks
für die Beleuchtung eine bestimmte Änderung aüfrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck
besteht jeder Abschnitt aus nebeneinander in passender Richtung angeordneten spiegelnden
Elementen, deren Brennpunkte mit der Lichtquelle zusammenfallen.
-
Der Reflektor nach der Erfindung kann aus Abschnitten bestehen, die
gegenüber der Lichtquelle derart unsymmetrisch angeordnet sind, daß das beleuchtete
Rechteck seitlich von der durch den Scheinwerfer gehenden Lotrechten liegt, was
im Falle der Beleuchtung einer Fahrstraße die Anordnung der elektrischen Scheinwerfer
seitlich auf den Bürgersteigen oder Nebenwegen ermöglicht und die wirtschaftlichste
Lösung darstellt.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Scheinwerfers sind die
Abschnitte derart stufenförmig angeordnet, daß ihre parallel zur Längsachse des
zu beleuchtenden Rechtecks gemessene mittlere Abmessung für alle Abschnitte (mit
Ausnahme der beiden äußersten Abschnitte) etwa gleich ist, so daß die von den Abschnitten
reflektierten Lichtbündel die gleiche Winkelöffnung erhalten können, ohne daß die
Gefahr besteht, daß die Beleuchtung der von der Lichtquelle entfernten Abschnitte
kleiner wird.
-
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt Fig. i eine erste Ausführungsform
eines Reflektors nach der Erfindung im Aufriß, teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen
Schnitt durch einen Abschnitt dieses Reflektors, Fig. 3 eine Draufsicht auf den
Reflektor, Fig. q. die zu beleuchtende Flache mit darüber befindlichem Reflektor,
Fig. 5 und 6 eine erste Abänderung des Reflektors im Aufriß bzw. in der Draufsicht,
Fig.7 und 8 zwei weitere Abänderungen im Aufriß.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. i bis 4 besteht der Reflektor nach
der Erfindung aus einem länglichen reflektierenden Hohlkörper i i, der selbst aus
einer endlichen und unendlichen Anzahl- von aneinandergereihten oder miteinander
verbundenen Spiegelflächenelementen besteht, die so angeordnet sind, daß sie einen
gemeinsamen in den Figuren mit 1,2 bezeichneten Brennpunkt besitzen. Die durch den
Brennpunkt 12, geführte und nach der größten Abmessung des Reflektors ii gerichtete
Längsachse ist mit AB bezeichnet; senkrecht zu dieser Achse AB ist die durch
den Brennpunkt z2 desselben Reflektors geführte Querachse in den Fig. 3 und q. mit
CD bezeichnet.
-
Erfindungsgemäß ist der Reflektor i i in der Querrichtung in eine
gewisse Anzahl von Abschnitten, und zwar sieben in der Ausführungsform nach Fig.
i bis q. eingeteilt, die mit 13, 14, 15, 16, 17, 18, i 9 bezeichnet
sind.
-
Die die einzelnen Abschnitte bildenden und in den Figuren einzeln
nicht sichtbaren Spiegelflächenelemente können gekrümmt, wie z. B.'Kugeln, Paraboloide,
Zylinder, oder eben sein. Sie können ferner in endlicher Anzahl vorgesehen, nebeneinander
angeordnet oder miteinander verbunden sein, oder es lassen sich auch solche Elemente
in unendlicher Anzahl verwenden, in welchem Fall das Ganze dann für jeden Abschnitt
eine glatte Fläche bilden kann.
-
In jedem einzelnen Abschnitt werden die Spiegelflächen so gewählt
und gerichtet, daß das Licht einer im Brennpunkt 12 liegenden Lichtqzaelle durch
den betreffenden Abschnitt in einem Lichtbündel zurückgeworfen wird, dessen mittlere
Ebene zur Querachse CD des Reflektors parallel liegt.
-
In der Fig. i sind mit P1, P2, P3, P4, P," Pa, P, die mittleren Ebenen
dieser Lichtbrindel bezeichnet, die bei dieser besonderen Ausführungsform auseinandergehend
gedacht sind. In einer zu diesen mittleren Ebenen senkrechten Ebene sollen die Lichtbündel
auseinandergehen oder leicht zusammenlaufen, so daß die einzelnen Lichtbündel auf
der zu beleuchtenden Fläche aneinander grenzen.
-
Dieses läßt sich um so leichter erreichen. als die in der Praxis verwendeten
Lichtquellen nicht durchaus genau punktförmig sind und daher reflektierte Lichtbündel
erzeugen, deren Strahlen selbst dann nicht genau parallel sind, wenn die Reflektorelemente
parabolisch sind.
-
Fig.2 ist ein Schnitt durch den mittleren Abschnitt 16, der durch
die mittlere Ebene P, des durch diesen Abschnitt zurückgeworfenen Lichtbündels geführt
gedacht ist.
-
In der Fig. 2 sind mit E, F, G, H, I, T die Richtungen einzelner
Lichtstrahlen bezeichnet, die durch die diesen Abschnitt bildenden Flächen zurückgeworfen
werden.
-
Für den Gebrauch wird in den Reflektor eine sogenannte punktförmige
Lichtquelle eingesetzt, die beispielsweise durch den Leuchtfaden einer elektrischen
Lampe gebildet wird, wobei der Faden so angeordnet sein soll, daß er möglichst genau
mit dem Brennpunkt 12 des Reflektors zusammenfällt. In der Fig..4
ist
S eine rechtwinklige Fläche, die durch einen Reflektor i i beleuchtet werden soll,
der ähnlich wie der Reflektor nach Fig. i bis 3 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck
wird der Reflektor über der betreffenden Fläche so angeordnet, daß die Achse AL
lotrecht über der Querach se oder kleinen Achse des Rechtecks S und die Achse
CD infolgedessen lotrecht über der Längsachse dieses Rechtecks liegt.
-
Das von jedem der Abschnitte 13 bis 19 zurückgeworfene Lichtbündel
ergibt daher auf dem zu beleuchtenden Rechteck S einen zur Achse CD parallelen
Lichtstreifen, der dieser Achse näher bzw. von derselben entfernter sein wird, je
nachdem die mittlere Ebene P1 bis P;, welche den betreffenden Abschnitt kennzeichnet,
gegenüber der lotrechten Ebene eine größere oder kleinere Neigung besitzt.
-
Beispielsweise können die jeden Abschnitt bildenden Spiegelflächen
aus Teilen bestehen, deren Breite gleich ihrer Länge ist und die aus kugelförmigen
Spiegeln oder Parabolspiegeln, deren Brennpunkt bei 12 liegt, durch zwei benachbarte
Ebenen ausgeschnitten gedacht sind, welche zu den Ebenen P, bis P, senkrecht liegen.
Solche Teile sind auf dem Abschnitt 17 der Fig. 3 punktiert dargestellt.
-
Wenn diese einen Abschnitt bildenden Teile so angeordnet sind, daß
die optischen Achsen der Spiegel, von welchen sie herrühren, sämtlich in einer und
derselben mit der gewählten mittleren Reflektionsebene parallelen Ebene liegen,
so werden sämtliche durch den Abschnitt zurückgeworfenen Strahlen zu dieser Ebene
parallel oder nahezu parallel gerichtet sein.
-
Es ist zu bemerken, daß die Spiegelteile auf Wunsch hinreichend schmal
sein können, damit sie durch ihre Vereinigung für den gesamten Abschnitt eine glatte
Fläche ergeben.
-
Die einzelnen Teile könnten auch je aus einem Teil eines zylindrischen
Spiegels mit parabolischer oder kreisförmiger Richtlinie oder auch aus einer Reihe
von flachen Elementen bestehen, die tangential zu einem Teil einer Parabel, Ellipse
oder Kreislinie oder einer sonstigen passenden Kurve nebeneinander angeordnet sind.
-
Die Krümmung eines Abschnittes in einer zur mittleren Ebene des von
demselben zurückgeworfenen Lichtbündels, wie z. B. der Ebene der Fig.2, parallelen
Ebene oder im allgemeinen die Art und Weise, wie die Flächenelemente des genannten
Abschnittes in solchen Ebenen angeordnet sind, wird durch das Gesetz bestimmt, das
man für die Verteilung der Beleuchtung parallel zur Längsachse des Rechtecks S gewählt
hat.
-
Die aufeinanderfolgenden Krümmungshalbinesser oder Parameter der einen
Abschnitt bildenden Flächenelemente können sich selbst nach diesem Gesetz ändern,
um leine Vereinigung zu ermöglichen, welche die gewählte Längsverteilung für die
Beleuchtung ergibt.
-
Das Verteilungsgesetz, das man sich für die Beleuchtung des Rechtecks
senkrecht zur Längsachse. desselben vorgeschrieben hat, wird dagegen die aufeinanderfolgende
Neigung der einzelnen Abschnitte gegenüber der lotrechten Ebene bestimmen, die durch
die Längsachse der mittleren Reflektionsebene Pu oder P.. . . P, P, geführt wird.
Dasselbe Gesetz wird auch die gegenseitige Bedeutung der einzelnen Abschnitte untereinander
und nötigenfalls die Anzahl derselben bestimmen.
-
Dieses ergibt ein Mittel, um die gewünschte Beleuchtung des Rechtecks
S sowohl in der Länge als auch in der Breite in richtiger genauer Weise zu erzielen.
-
Bei der besonderen Ausführungsform nach den Fsg. i bis ¢ ist der Punkt
12 ein Symmetriepunkt des Reflektors und muß sich daher lotrecht über dem Schnittpunkt
der beiden Achsen des Rechtecks S befinden. Die Helligkeiten der einzelnen Teile
der Fläche S werden sich also gegenüber der Längsachse dieser Fläche symmetrisch-
ändern und es ist ein leichtes, einerseits die allgemeine Krümmung und andererseits
die Neigung der einzelnen Abschnitte 13 bis 1g so zu bestimmen, daß man auf der
ganzen Oberfläche des Rechtecks S eine gleichmäßige Beleuchtung erhält. Es handelt
sich aber offenbar hier um einen besonderen nur beispielsweise angeführten Fall,
.der keineswegs vorliegen muß. Die Beleuchtung könnte sowohl in der Längsrichtung
als auch in der Querrichtung nach beliebigen Gesetzen ohne irgendwelche Symmetrienotwendigkeit
erfolgen.
-
Durch die Ausbildung des erfindungsgemäß aus nebeneinander angeordneten
Abschnitten bestehenden Reflektors ist es möglich, den Abschnitten in dem Maße,
wie man sich von der Lichtquelle entfernt, solche Abmessungen zu geben, daß der
Abstand zwischen den unteren entgegengesetzten Wänden eines und desselben Abschnitts
genügend groß bleibt, um Doppelreflexion°n selbst dann zu vermeiden, wenn die zurückgeworfenen
Lichtstrahlen stark geneigt sind. Aus der Fig.2 ist nämlich ersichtlich, daß Doppelreflexionen
möglich sind, wenn die unteren Teile des Abschnitts beispielsweise einander genähert
werden. Dieses wird durch die charakteristische Anordnung des Reflektors vermieden,
durch welche es möglich ist, den meisten Abschnitten genügende Abmessungen zu geben.
-
Damit. die reflektierten zur Beleuchtung der Enden des Rechtecks bestimmten
Strahlen aus dein Reflektor mit der nötigen Neigung
austreten können,
und zwar sowohl, wenn sie von den anderen Abschnitten als auch vorn mittleren Abschnitt
ausgehen, kann die Anordnung z. B. so getroffen werden, daß die mittlere parallel
zur Querachse des in der Draufsicht gesehen gedachten Reflektors gemessene Abmessung
der Abschnitte, d. h. der Abstand der. unteren entgegengesetzten Ränder eines jeden
Abschnitts voneinander, für alle Abschnitte, natürlich mit Ausnahme der beiden äußersten
Abschnitte, die die beiden Enden des Reflektors abschließen, ungefähr dieselbe bzw.
derselbe ist.
-
Durch den Abstand der unteren Ränder eines jeden Abschnitts von der
waagerechten Ebene, die durch den Punkt 12- führt, wo sich die Lichtquelle befindet,
wird die relative Bedeutung des nach der Zurückstrahlung verwendeten Lichtflusses
und des aus dem Reflektor austretenden direkten Lichtflusses bestimmt.
-
Bei den der Lichtquelle am nächsten gelegenen Abschnitten wird der
direkte Lichtfluß gewöhnlich auf 'dem zu beleuchtenden Rechteck S vollständig ausgenutzt.
-
Für den Fall, daß die unteren Ränder der äußersten Abschnitte sich,
wie bei der Ausführungsform nach Fig. i, waagerecht auf gleicher Höhe wie die Ränder
der mittleren Abschnitte befinden, fällt der unter den äußersten Abschnitten austretende
direkte Lichtfluß außerhalb des zu beleuchtenden Rechtecks und um diesen Lichtverlust
zu vermeiden, ist es nötig, den Abschnitten in dem Maße, wie man sich von dem Punkt
i2 entfernt, wo sich die Lichtquelle befindet, solche Abmessungen zu geben, daß
deren untere Ränder sich immer weiter nach unten erstrecken, damit die Randstrahlen
des direkten Lichtflusses nicht außerhalb der zu beleuchtenden Fläche fallen und
somit verloren gehen.
-
Ein solcher Reflektor ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt, in welchen
der Rand 2o des Reflektors 2i sich beiderseits der Querachse des Reflektors senkt.
-
Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, sind auch hier die Abschnitte des
Reflektors 2i so gerichtet, daß die mittleren Ebenen P, bis P, der von diesen Abschnitten
zurückgeworfenen Lichtbündel wie bei der Ausführungsform nach Fig. i auseinandergehen.
-
Es lassen sich leicht Reflektoren herstellen, bei welchen die einzelnen
Lichtbündel zusammenlaufen. Dieses zeigt z. B. der Reflektor nach .der Fig.-7. Bei
diesem Reflektor 22 laufen die mittleren Ebenen P,' bis P7 der Lichtbündel zusammen.
Ein solcher Reflektor kann dazu dienen, eine sehr schmale Linie des Geländes oder
auch ein Rechteck von beliebiger Breite zu beleuchten, vorausgesetzt, daß die Höhe
des Reflektors über dem Rechteck: so gewählt wird, äaß die genannten Ebenen sich
gegenseitig durchschneiden können, um dann auseinanderzulaufen.
-
Es lassen sich auch Reflektoren ausdenken, bei welchen die mittleren
Reflexionsebenen teils zusammen- und teils auseinanderlaufen.
-
Wenn der@Reflektör nicht mehr -,vie in der Fig. q. über dem Mittelpunkt
des zu beleuchtenden Rechtecks, sondern seitlich gegenüber diesem Mittelpunkt angeordnet
werden soll, sollen die mittleren Ebenen der von den einzelnen Abschnitten ausgestrahlten
Lichtbündel entsprechend gerichtet werden; ein solcher Reflektor ist bei 23 in der
Fig: 8 dargestellt, aus welcher bei PI' bis P5' die geneigten unsymmetrischen Richtungen
der mittleren Ebenen der Lichtbündel ersichtlich sind. Ein solcher Reflektor kann
entweder in einer ,lotrechten Stellung, wie Fig. 5 zeigt, oder in einer etwas geneigten
Stellung angeordnet sein. Außerdem können die mittleren Ebenen der Lichtbündel zusammenlaufen
statt auseinanderzulaufen.
-
Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung von der eigentlichen
Ausbildung des Reflektors unabhängig ist, der entsprechend allen Angaben der Technik
für die Herstellung von Vorrichtungen dieser Art gebaut werden kann. Hierfür kann
man insbesondere einen beliebigen Stoff und beliebige Spiegelflächen verwenden.
-
Endlich kann die eigentliche Lichtverteilung der Lichtquelle so gewählt
werden, daß die Durchführung des gewünschten Beleuchtungsgesetzes erleichtert und
der Wirkungsgrad der Vorrichtung verbessert wird. Will man z. B. eine beträchtliche
Beleuchtung an den Enden des Rechtecks erhalten, so kann man mit den Reflektoren
nach den Fig. i bis 8 eine Lampe mit einem Leuchtfaden verwenden, der in der zur
Längsachse des zu beleuchtenden Rechtecks senkrechten Richtung leicht gestreckt
ist, damit die eigene Leucntstärke der Lampe in der Richtung parallel zur Längsachse
des Rechtecks größer als in der dazu senkrechten Richtung ist.