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Anordnung zur Beleuchtung von Straßen mittels ortsfester Leuchten
Es sind Anordnungen zur Beleuchtung von Verkehrsstraßen bekannt, bei denen - die
Leuchten ausschließlich in Fahrtrichtung strahlen. Es ist ferner bekannt hierbei
eine Blendung der entgegenkommenden Fahrer dadurch zu vermeiden, daß die Leuchten
mit Jalousie-, Flächen- oder Rohrblenden nach der anderen Fahrbahn zu abgeschirmt
werden. Die im allgemeinen über der Straßenmitte angebrachten bekannten Leuchten
sind mit einem Spiegelreflektor ausgerüstet, der ein langgestrecktes, annähernd
rechteckiges Leuchtfeld erzeugt, das sich vom Fußpunkt unter der Leuchte bis etwa
zur nächstfolgenden Leuchte erstreckt. Die Achse des Spiegelreflektors ist bei dieser
Anordnung nicht parallel zur Straßenachse, sondern etwas schräg nach dem äußeren
Rand der Straße zu gerichtet, so daß Licht vom Reflektor über den äußeren Rand der
Straße hinausstrahlen kann. Das nach der benachbarten Fahrbahn zu gestrahlte Licht
wird durch eine Blende oben beschriebener Form derart abgeschirmt, daß es nicht
über eine entlang der Straßenmitte errichtete Vertikalebene strahlen kann. Das beleuchtete
Feld ist also nur nach einer Seite, nämlich auf der Mitte zwischen den beiden Fahrbahnen
scharf begrenzt.
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Es sind fernerhin Beleuchtungsanordnungen bekannt, bei denen sich
die Leuchten unterhalb der Augenhöhe des Autofahrers befinden und in ihrer Strahlung
so begrenzt sind, daß keine Lichtstrahlen in und über die durch das Auge des Fahrers
gelegte Horizontalebene gelangen. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß nur der
untere Teil von auf der Fahrbahn befindlichen Hindernissen bzw. vorausfahrenden
Wagen beleuchtet wird, und daher ihre rechtzeitige Wahrnehmung in Frage gestellt
ist. Bei dieser niedrigen Anordnung ist es auch sehr schwierig, eine gleichmäßige
Beleuchtung des Bodens zu erhalten. Es sind dazu sehr geringe Leuchtenabstände erforderlich,
wodurch eine solche Anlage teuer und unrentabel wird.
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Bei der Erfindung werden die Leuchten in einer Höhe von mehreren Metern
über Augenhöhe des Autofahrers angeordnet, und ihre Lichtbündel überlagern sich
dabei derartig, daß Hindernisse und vorausfahrende Wagen in ihrer vollen Höhe beleuchtet
werden. Infolge der größeren Aufhängehöhe können große Lichtpunktabstände gewählt
werden, so daß sich die Herstellungskosten einer solchen Anlage verhältnismäßig
niedrig halten lassen.
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Die für die Anordnung gemäß der Erfindung zur Verwendung kommende
Leuchte
ist mit einer Projektionsoptik in Verbindung mit .einer
in der Bildebene des Objektivs befindlichen Blende ausgerüstet, die es gestattet,
das beleuchtete Feld nicht nur nach einer Seite, sondern nach allen Seiten scharf
abzublenden. Dadurch ist es möglich, das Leuchtfeld auf der Straßenmitte, am äußeren
Rand der Straße und in der Verkehrsrichtung selbst scharf zu begrenzen. Die Projektionsoptik
gestattet es bei geeigneter Gestalt der Blendenöffnung ferner, die Ränder des beleuchteten
Feldes nicht nur geradlinig verlaufen zu lassen, sondern es kann ihnen auch jede
beliebige Krümmung gegeben werden, was insbesondere bei Kurven von großem Vorteil
ist. Gegenüber den bekannten Beleuchtungssystemen sind noch weitere Vorteile insofern
vorhanden, als die allseitige Begrenzung des beleuchteten Feldes auf die Fahrbahn
nicht nur Blendung entgegenkommender Fahrer verhindert, sondern auch vermeidet,
daß andere Verkehrswege, Eisenbahnlinien oder Schiffahrtswege, die parallel der
beleuchteten Straße laufen, störendes Streulicht erhalten. Die Möglichkeit der scharfen
Abblendung in der Verkehrsrichtung selbst gibt ferner die Möglichkeit der Abblendung
bei Straßen mit Gefälle oder Steigungen. Die allseitige Begrenzung des beleuchteten
Feldes macht die Lage des Lichtpunktes weitgehend unabhängig von der Lage des beleuchteten
Feldes, so daß der Lichtpunkt über jeden Punkt der Straße, also z. B. auch über
die Straßenmitte oder sogar auf den äußeren Rand der benachbarten Fahrbahn gelegt
werden kann, wobei dann die Beleuchtung der der Leuchte gegenüberliegenden Fahrbahn
über die benachbarte Fahrbahn hinweg erfolgt.
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Auf Abb. i bis 9 ist der Erfindungsgegenstand dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Verkehrsstraße mit zwei durch einen Grünstreifen
voneinander getrennten Fahrbahnen mit den Verkehrsrichtungen i und 2. An den Punkten
3 bis 6 sind an Masten von beispielsweise 6 m Höhe Leuchten gemäß der Erfindung
angeordnet, die in die Richtungen io, i i und 12 entsprechend der Verkehrsrichtung
i strahlen. Die Leuchten 7, 8 und 9 am Rande der benachbarten Fahrbahn mit der Verkehrsrichtung
2 strahlen in die Richtungen 12, 13 und 1d.. Das z. B. von der Leuchte q. erzeugte
Leuchtfeld ist mit 15 bezeichnet und wird begrenzt durch die Schattenkanten 16,
17 und 18. Der abgeblendete Teil des vom Lichtbündel der Leuchte q. erzeugten elliptischen
Leuchtfeldes ist schraffiert gezeichnet. Das in der Strahlungsrichtung i9 von der
Leuchte 4. beleuchtete kleinere Leuchtfeld 2o wird von einer ITilfsöptik in der
Leuchte q. erzeugt, die in den Abb. 3, q. und 5 dargestellt und später noch näher
beschrieben ist.
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Abb. 2 zeigt die Fahrbahn mit der Verkehrsrichtung i (Abb. i) im Aufriß.
3 bis 0 sind die Lichtmaste, an denen die Leuchten angeordnet sind. a, ist der Winkel
des unteren Grenzstrahles, a. der des oberen Grenzstrahles des Lichtbündels der
Leuchte 3 gegen die Vertikale.
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Abb. 3 stellt eine Ausführungsform der Leuchte in Ansicht, teilweise
geschnitten, Abb. 4. im Querschnitt von vorn gesehen, Abb. 5 in Aufsicht, geschnitten,
dar.
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In einem zylindrischen Gehäuse 21 ist eine Lichtquelle 22 vor einem
Hohlspiegel 23 angeordnet. 2.4 ist eine Blende, von der zwei Ausführungsformen in
den Abb. 6 und 8 näher dargestellt sind. 25 ist das Objektiv, dessen Bildebene in
der Ebene der Blende 2.l liegt. 26 ist eine Linse, die zusammen mit dem Spiegel
27 eine Hilfsoptik darstellt, deren Wirkungsweise noch näher beschrieben wird.
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Abb. 6 stellt eine Blende für geradlinig verlaufende Straßen dar,
bei der die einzelnen Blendenkanten 28, 29 und 3o, die den Ausschnitt 31 bilden,
mittels Handgriffen eingestellt werden können.
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Abb. 7 zeigt den Blendenausschnitt dieser Blende spiegelverkehrt,
nämlich so, wie der zu beleuchtende Straßenabschnitt vom Lichtpunkt aus gesehen
erscheint. Der Pfeil gibt die Verkehrsrichtung an. Der zu beleuchtende Straßenabschnitt
ist bis zum Fluchtpunkt 32 gestrichelt fortgeführt, um die Perspektive der Fahrbahn
besser erkenntlich zu machen.
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Abb. 8 zeigt die Gestalt einer nicht einstellbaren Blende für eine
Straßenkurve, bei der die Blendenkanten 33, 34 und 35 den Ausschnitt 36 bilden.
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Abb.9 ist ebenfalls eine spiegelverkehrte Darstellung des Blendenausschnittes
der Abb. 8, bei der der Pfeil die Verkehrsrichtung angibt. Auch bei dieser Abbildung
ist die Fahrbahn bis zum Fluchtpunkt 37 gestrichelt verlängert.
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Wie anfangs schon gesagt, beleuchten die bekannten Systeme ein langgestrecktes,
annähernd rechteckiges Feld, das am Fußpunkt i der Leuchte beginnt und sich in Fahrtrichtung
etwa bis zur nächsten Leuchte erstreckt. Vom Lichtpunkt aus gesehen wurde dabei
in Fahrtrichtung ein Ausstrahlungswinkel in der Vertikalebene benutzt, der, beim
Lot von der Leuchte beginnend, sich bis 85° und mehr gegen das Lot erstreckte. Betrachtet
man die Beleuchtungswirkung eines solchen Gerätes, d. h. die erzielte Bodenbeleuchtung
und die Vertikalanstrahlung von Gegenständen auf i der Straße, in der Verkehrsrichtung
gesehen, so ergibt sich folgendes:
Die Bodenbeleuchtung (Horizontalbeleuchtung)
EI, wird bekanntlich errechnet nach der Formel
wobei J a die ausgestrahlte Lichtstärke unter dem Ausstrahlungswinkel a.
gegen die Vertikale und h die Lichtpunkthöhe ist. Will man nun z. B. in einem Ausstrahlungsbereich
von a1 = o° bis a2 = S5° für das Auge genügende Gleichmäßigkeit der Boden-Beleuchtung
erzielen, so ist es erforderlich, die vom Gerät ausgestrahlte Lichtstärke To: von
dem Wert bei a1 = o° bis a2 = 85° anfangs nur wenig, dann aber sehr stark anwachsen
zu lassen.
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Bei einer solchen Strahlung wird andererseits die Vertikalanstrahlung
E, der Gegenstände, die sich nach der Formel
errechnet, sehr starken Veränderungen unterliegen, da sie bei a1 = o°, also am Fußpunkt
der Leuchte den Wert o hat und infolge der für die gleichmäßige Horizontalbeleuchtung
anfangs erforderlichen geringe Lichtstärkenzunahme nur geringe Vertikalwerte in
der Nähe der Leuchte erzielt, die in starkem Mißverhältnis zu den in größeren Entfernungen
vorhandenen hohen Werten steht. Es ist schon schwierig, durch entsprechende Veränderung
der Lichtstärken mittels eines Scheinwerfers dieses Mißverhältnis auszugleichen.
Nahezu unmöglich ist es bei einem Projektionssystem, wie es bei der vorliegenden
Erfindung angewendet werden soll, da hierbei innerhalb des Lichtkegels Lichtstärkenänderungen
vorhanden sind, die ein weit geringeres Intervall aufweisen, als es bei der Art
der Anordnung gemäß der Erfindung erforderlich wäre. Außerdem würde das Ausleuchten
eines Feldes von dem Punkt unter der Leuchte bis zur nächstfolgenden Leuchte den
sehr großen Ausstrahlungswinkel von etwa 85° erforderlich machen, so daß sehr erhebliche
Teile des Lichtkegels, insbesondere zum Zweck der seitlichen Abblendung, abgeschirmt
und große Lichtverluste in Kauf genommen werden müßten.
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Aus diesen Gründen wird die Anordnung gemäß der Erfindung in an sich
bekannter Weise so gewählt, daß das Leuchtfeld nicht am Fußpunkt der Leuchte beginnt,
sondern erst, in Fahrtrichtung gesehen, in einiger Entfernung davon etwa bei einem
Ausstrahlungswinkel von 2l = 45° oder mehr gegen die Vertikale (Abb. z). Man vermeidet
dadurch die für die Bodenbeleuchtung zu stark wirksame Steilbestrahlung unter und
in der Nähe der Leuchten und schneidet für die Vertikalanstrahlung die Zonen geringer
Wirksamkeit weg. Auf diese Weise fallen für die Bodenbeleuchtung als auch für die
Vertikalanstrahlung die die Gleichmäßigkeit des Eindrucks störenden Bereiche fort.
Außerdem kann jetzt für die Projektionsoptik ein weit engerer Lichtkegel gewählt
werden, der bezüglich der geringen Breitenausdehnung des beleuchteten Feldes im
Verhältnis zu seiner Längenausdehnung mit weit geringeren Lichtverlusten eine scharfe
Begrenzung ermöglicht. Selbstverständlich muß bei dieser Anordnung das von einer
Leuchte erzeugte Leuchtfeld über den Fußpunkt der nächstfolgenden Leuchte genügend
weit hinausstrahlen, damit eine Gesamtausleuchtung der Straße erreicht wird, die
für das Auge sowohl genügende Gleichmäßigkeit der Bodenbeleuchtung als auch der
Vertikalanstrahlung erreichen läßt: Die Ausbildung einer solchen Leuchte nach dem
Projektionssystem geschieht derartig, daß das Licht einer möglichst punktförmigen
Lichtquelle, z. B. einer Glühlampe, von einem Spiegelreflektor, der als Kugelspiegel,
Ellipsen spiegel o. dgl. ausgebildet sein kann, erfaßt und in einer Ebene vereinigt
wird, die mit der Bildebene einer dem Spiegel gegenüberliegenden Linse (Objektiv)
zusammenfällt. In dieser Bildebene ist eine Blende angebracht, deren freie Öffnung
so gestaltet ist, wie sich das auszuleuchtende Straßenstück auf einer am Ort der
Blende befindlichen Ebene durch das Objektiv abbilden würde. Da bei Straßen mit
Krümmungen, Steigungen usw. zu rechnen ist, ist zunächst vorgesehen, die Blende
nicht aus einem Stück herzustellen, sondern aus mehreren Teilen zusammenzusetzen
und diese Teile durch einen Mechanismus beweglich zu halten, so daß sie der jeweiligen
Straßengestalt an Ort und' Stelle angepaßt werden können. Es ist außerdem zu berücksichtigen,
daß mit dem Gerät nicht auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse projiziert
wird, sondern auf eine sehr schräg dazu liegende Ebene, und daß daher Teile des
ausprojizierten Feldes sehr verschiedene Abstände vom Lichtpunkt haben. Es ist daher
vorgesehen, die Blende nicht eben auszubilden, da sie sonst nur in einem bestimmten
Abstand eine scharfe Abblendgrenze ergeben würde, sondern die verschiedenen Blendenkanten
so zu neigen oder ihnen so verschiedene Abstände vom Objektiv zu geben, daß jeder
Randpunkt des ausgeleuchteten Feldes einem solchen Blendenpunkt entspricht, der
eine den Gesetzen scharfer optischer Abbildung entsprechende Lage zum Objektiv hat.
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Bei einem Projektionssystem, bei dem die Lichtquelle in der optischen
Achse. angeordnet ist, würde zunächst in einer Projektionsebene
senkrecht
zur optischen Achse ein Leuchtfeld entstehen, bei dem im Zentrum größte Lichtstärken
auftreten und diese nach dem Rande zu kontinuierlich abnehmen, wobei das Maß der
Abnahme in erster Linie von der Ausbildung der Optik und der Größe und Gestalt des
Leuchtsystems der Lichtquelle abhängig ist. Damit aber bei der schrägen Projektion
auf die Straße die entferntesten Teile, also die diesen Teilen entsprechenden Randpunkte
des Strahlenbündels eine größere Lichtmenge erhalten als die näher liegenden zentralen
oder nächstliegenden Randpartien, ist vorgesehen, eine Änderung der Verteilung des
Lichtstromes innerhalb des Strahlenbündels dadurch vorzunehmen, daß das Lichtmaximum
nicht in die Achsrichtung, also in das Zentrum des beleuchteten Feldes, sondern
nach jenem, Rand des Lichtbündels zu verlegt wird, der den weitest entfernt liegenden
Teilen des auszuleuchtenden Feldes zugeordnet ist. Es geschieht dies, indem man
die Lichtquelle bzw. deren Abbild nicht in der optischen Achse des Systems anordnet,
sondern nach dem Blendenrand hin senkrecht zur Achse verschiebt, der den entferntesten
-Teilen des Leuchtfeldes zugeordnet ist. Weiter kann durch eine horizontale Verschiebung
der Lichtquelle quer zur optischen Achse eine Verlagerung des Lichtmaximums nach
der Seite, d. h. eine Verstärkung der Beleuchtungswirkung nach einem Rande des beleuchteten
Feldes zu ermöglicht werden.
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Um den etwa störenden, zu harten Ansatz des Lichtbündels in der Nähe
der Leuchte zu vermeiden, können lichtschwächende Mittel in oder außerhalb der Blendenebene
angesetzt werden, etwa derartig, daß man ein Graufilter abnehmender Durchlässigkeit
an den Blendenteil ansetzt, der den nächstliegenden Straßenteilen zugeordnet ist.
Dasselbe kann auch dadurch erreicht werden, daß man eine lichtundurchlässige Hilfsblende
außerhalb .der Blendenebene so anbringt, daß eine unscharfe Abbildung der Kante
dieser Hilfsblende auf dem beleuchteten Feld erzeugt wird. Es kann auch zum gleichen
Zweck die dem Ansatz zugeordnete Blendenkante ganz in Fortfall kommen und an ihre
Stelle können die oben beschriebenen Mittel treten. Um möglichst wirtschaftlich
mit diesem Projektionssystem zu arbeiten, wird ein Lichtbündel mit einem verhältnismäßig
kleinen Streuwinkel benutzt, das die Straßenbreite vom Lichtpunkt aus betrachtet
erst in etwa einem Drittel der Länge des beleuchteten Feldes voll erfaßt, damit
durch die Blende nicht unnötig viel Licht abgeschirmt zu «-erden braucht. Es ergibt
sich dabei auf der Straße eine Gestalt des ausgeleuchteten Feldes, wie sie in Abb.
i dargestellt ist, d. h. es wird in den der Leuchte näherliegenden Teilen des beleuchteten
Feldes die Straßenbreite nur z. T. ausgeleuchtet. Um die dunkel bleibenden Teile
ebenfalls mit Licht zu versehen, kann nun in an sich bekannter Weise, wie in den
Abb. 3, q. und 5 dargestellt, eine Hilfsoptik für die gleiche Lichtquelle vorgesehen
werden, die einen von der Projektionsoptik (dem Spiegel) nicht ausgenutzten Teil
des Lichtstromes der Lichtquelle nach diesen dunklen Teilen der Fahrbahn hin (Abb.
i) "durch Brechung oder Spiegelung strahlt. Es kann z. B. außerhalb des Strahlenganges
der Projektionsoptik eine Sammellinse 25 (Abb. 3 bis 5) angeordnet werden, die einen
Teil des Lichtstromes der Lichtquelle 22 auffängt und mit Hilfe eines Planspiegels
27 eines Prismas oder eines dein gleichen Zweck dienenden optischen Mittels nach
dem vom Projektionssystem ungenügend ausgeleuchteten Teil der Straße 2o (Abb. i)
richtet. Es kann auch ein zweites Projektionssystem ähnlich dem Hauptsystem für
diesen Zweck Verwendung finden, und zwar ebenfalls mit Benutzung der gleichen Lichtquelle.
Wenn es erforderlich ist, können auch mehrere solcher Systeme außerhalb des Strahlenganges
des Hauptsystems angebracht werden, die verschiedenen Zwecken dienen können. So
können dem Straßenverkehr dienende Gegenstände auch außerhalb der Straßenfläche
eine besondere, wenn nötig vollkommen begrenzte Beleuchtung erhalten, z. B. Straßenschilder,
Verkehrszeichen u. dgl. Ein Teil des von der Hauptprojektionsoptik nicht erfaßten
Lichtstromes der Lichtquelle kann auch mit einer solchen Hilfsoptik in i Verbindung
mit einem Spiegel oder einem Prisma in Richtung der Hauptstrahlung gesehen, nach
hinten, also dem Verkehr entgegen umgelenkt werden und so Signalzwecken dienen.
Ferner kann eine ähnliche i Vorrichtung dazu dienen, die Straßenrichtung für den
Flugverkehr zu kennzeichnen durch mit Spiegeln oder Prismen nach oben gelenkte Lichtbündel,
die ebenfalls der Lichtquelle des Hauptprojektionssystems entnom- i men werden.