DE930593C

DE930593C - Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbuendels

Info

Publication number: DE930593C
Application number: DEW3057A
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Brake and Signal Co Ltd
Current assignee: Siemens Mobility Ltd
Priority date: 1949-07-29
Filing date: 1950-07-22
Publication date: 1955-07-21

Description

Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbündels Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels in einer bestimmten Projektionsrichtung oder -achse und bezweckt, Einrichtungen ,dieser Art zu verbessern.
Die Erfindung ist insbesondere auf beleuchtete Eisenbahnsignale u. dgl. anwendbar, bei denen das Licht einer elektrischen Leuchte in einem im wesentlichen parallelenoder kegelförmigen Stra:hlenbündel derart zu sammeln und auszustrahlen ist, daß das Strahlenbündel bzw. eine von ihm beleuchtete Fläche von allen innenhalb eines bestimmten Blickwinkels von der Projektionsachse liegenden Stellen aus sichtbar ist. Die Erfindung macht es möglich, diese Forderung auf besonders wirksame und praktische Weise zu erfüllen.
Es ist bisher üblich gewesen, das von einer Lichtquelle ausgehende Licht in einem im wesentlichen parallelen oder kegelförmigen Bündel mit Hilfe von reflektierenden Flächen oder Spiegeln zu sammeln.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, diese reflektierendien Flächen von der inneren Oberfläche eines Blockes aus lichtdurchlässigem Material von geeigneter Form bilden zu lassen, so daß innerhalb dieses Blockes eine Totalreflexion stattfindet und die reflektierten Lichtstrahlen durch das lichtdurchlässige Material hindurch ausgestrahlt werden, um ein äußeres Strahlenbündel bzw. einen äußeren Lichtkegel zu bilden. Die im Innern befindliche reflektierende Oberfläche bleibt von atmosphärischen Einflüssen unberührt, und,sie kann hochwirksam gemacht und dauernd betriebsfähig gehalten werden.
Die letztgenannte Anordnung leidet jedoch an dem Mangel, daß für einen im Weg des Lichtbündels stechenden Beobachter das Bündel keine gleichmäßige Helligkeit über seine ganze Breite aufweist und daß außerdem eine beträchtliche Menge des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes unmittelbar durch den Block hindurch und aus seiner Vorderseite heraustritt, ohne von einer totalreflektierenden Fläche reflektiert zu werden, so daß dieser- Lichtanteil nicht in dem Bündel gesammelt wird und dadurch einen Lichtverlust bildet. Um diesen Lichtverlust herabzusetzen, ist bereit:s vorgeschlagen worden, der Vorderseite des Blockes eine Linsenausbildung zu geben, um dadurch das Streulicht in einen Teil,des Hauptbündels zu konzentrieren.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist, eine Einrichtung zu .schaffen, bei welcher über die ganze Breite des. Bündels in jeder gegebenen Entfernung von seinem Ausgangspunkt eine gleichmäßigere Helligkeit erreicht wird und bei welcher außerdem der die Streulichtstrahlen umfassende Kegelwinkel herabgesetzt ist, um dadurch zu .gewährleisten, daß ein entsprechend größerer Anteil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes in die gewünschte Richtung gelenkt wird.
Gemäß, der Erfindung -ist der aus lichtdurchlässigem Material bestehende Block aus einer Anzahl getnenmter Elemente derart zusammengesetzt, daß an den aneinan:dergrenzenden Flächen,der Elemente eine Innen- oder Totalreflexion der Lichtstrahlen stattfindet.
Das lichtdurchlässige Material, aus welchem die Elemente des Blockes bestehen., ist vorzugsweise ein Preßstoff, wie z. B. das im Handel unter der geschützten Bezeichnung »Perspex« erhältliche Material.
Die Erfindung wird an Handader Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Fig. i, a und 3 sind schematische Schnittansichten verschiedener Ausführungsformen einer Einrichtung gemäß der Erfindung für Eisenbahnsignale od. dg1.
Fig.4 ist eine schematische Vorderansicht der Einrichtung gemäß Fig. 3.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. i wiedergegeben ist, ist eine von, einer elektrischen Glühlampe i gebildete Lichtquelle innerhalb -einer Vertiefung- z an der Spitze eines Blockes 3 aus Preßstoff angeordnet, der aus einer Anzahl von Paraboloidschalen oder -hüllen 3a, 3b, 3°, 311 zusammengesetzt isst, !die gleichachsig ineinahdergeschachtel-t sind, wobei die Lichtstrahlen des Lampenglühfadens 4, die in das benachbarte Ende eines jeden Elementes des zusammengesetzten Körpers eintreten, von der Außenfläche des betreffenden Elemaentes derart totalreflektiert werden, daß ,sie als ein im wesentlichen zylindrisches Hohlbündel ausgestrahlt werden, wie dies durch die gestrichelten Pfeillinien angedeutet ist.
Die Dicke der schalenförmigen Elemente 3a, 3b, 3c, 3d ist derart, daß die Lichtstrahlen, welche in ein Element an dem .an die Vertiefung 2 angrenzenden Ende eintreten, nach einer einmaligere Reflexion an der Außenfläche des Elementes aus diesem am anderen Ende als Teil eines parallelen Bündels austreten, öhiie die Innenfläche .des Elementes zu treffen und von dieser reflektiert zu werden, wie dies die strichpunktierten Pfeillinien in Fig. i erkennen lassen. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen gleichmäßige Ausleuchtung der ganzen ringförmigen Vorderfläche des Blockes 3 erzielt. Der Winkel des zentralen Lichtstrahlenkegels, der von dem Glühlampenfaden 4 unmittelbar ohne Reflexion ausgestrahlt wird, ist bei dieser Ausbildung des Blockes beträchtlich verringert, und es wird ein größerer Anteil des von der Lampe ausgehenden Lichts in das austretende Bündel eingeschlossen. .Ein Teil dies zentralen Lichtstrahlenkegels kann gewünschtenfalls, wie dies in Fig. i wiedergegeben ist, durch Totalreflexion in einem zentralen paraboloidförmigen Kernteil 8 konzentriert wer-den.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist eine solche, bei welcher die von einer konzentrierten Lichtquelle, wie z. B. einem Glühlampenfaden, ausgehenden Lichtstrahlen als ein im wesentlichen paralleles Bündel ausgestrahlt werden. Anordnungen dieser Art sind besonders wertvoll, wenn sie in Verbindung mit den soggenannten Scheinwerfer- oder Fernsignalen für die Eisenbahn verwendet werden, bei denen das Signal aus einer verhältnismäßig großen Entfernung innerhalb eines ziemlich beschränkten Blickwinkels sichtbar sein soll.
Die Erfindung ist jedoch auch auf optische Projektionseinrichtungen derjenigen Art anwendbar, bei denen eine Fläche gleichmäßig und hell ausgeleuchtet werden soll, um ,sie innerhalb eines weiten Blickwinkels sichtbar sein zu lassen, wie z. B. im Fall eines Verschiebe- oder Nachsignals.
In Fig.2 ist eine Ausführungsform dieser Art gemäß der Erfindung wiedergegeben. Hier ist ein zusammengesetzter Block g verwendet worden, der ineinandergeschachüelte hohle Paraboloidelemente aufweist und der zwischen der zu beleuchtenden Fläche und der Lichtquelle angeordnet ist. Die letztere kann, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, eine Glühlampe i mit einem klaren, mattierten oder Milchglaskolben sein, aber in jedem Falle habendie Elemente ga, gb u.s:w. des zusammengesetzten Blockes solche Formen und Abmessungen, daß die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen von den inneren und äußeren Oberflächen der Elemente mehrfach reflektiert werden, um die Strahlen nach der zu beleuchtenden Fläche zu leiten.
Der zentrale Teil des zusammengesetzten Blockes besteht aus einem paraboloi.dförmigen Kernelement io aus Preßstoff, das auf Grund innerer Totalreflexion die volle Ausleuchtung der zu beleuchtenden Fläche vervollständigt, welche die Form eines nicht dargestellten Deckglases von linsenförmiger oder prismatischer Gestalt haben kann.
In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Block, der eine paraboloidförmige Außenfläche hat, aus einer Anzahl von Segmenten i i aufgebaut ist, die nach der Art eines Kommutators miteinander vereinigt sind, wobei jedes. Segment im Querschnitt keilförmig .gestaltet ist. Der Block ist auf diese Weise in sich radial erstreckenden Ebenen unterteilt, und die Lichtstrahlen, die in jedes Segment i i an dessen Ende eintreten., welches der Glühlampe i oder einer andpr.en Lichtquelle gegenüberliegt, werden innerhalb des Segments zwischen seinen radial verlaufenden Seitenflächen mehrfach reflektiert, ehe sie austreten, um ein Signaldeckglas oder eine andere am gegenüberliegenden Ende des zusammengsetzten Blockes angeordnete Fläche auszuleuchten. Der zentrale Teil des Blockes besteht, wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, aus einem Kernelement i2 von Paraboloidform.
Bei anderen Ausführungsformen, die für Fern-oder Nahsignale verwendbar sind, kann der zusammengesetzte Block aus lichtdurchlässigem Material von -einem Blatt aus Preßstoff od:. dgl. gebildet werden, das spiralförmig aufgerollt ist, um einen Körper von Paraboloidform zu bilden., wobei für diesen Zweck die Dicke des Blattes zweckmäßig in der Ouerrichtung .abgestuft ist.
Andererseits kann der zusammengesetzte Block auch von einem Bündel sich verjüngender Stabelement.e gebildet werden, die so gekrümmt und miteinander vereinigt .sind, daß sie einen paraboloidförmigen Körper ergeben, wobei jedes Element als Lichtführkanal dient, der Lichtstrahlen von der Lichtquelle durch innere Reflexion innerhalb des Elementes nach dem .entgegengesetzten Ende des Körpers leitet.
Obgleich bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsfarmen der lichtdurchlässige Block ein Paraboloid bildet, das aus .einer Anzahl ineinandergeschachtelter Schalen oder Elemente besteht, ist ersichtlich, daß in .gewissen Fällen auch ein ellipsoid-, hyperboloid- oder sogar kegelförmiger Körper verwendet werden kann, der aus einer Anzahl ineinandergeschachtelter Hüllen oder Elemente von einer dieser Formen zusammengesetzt ist.
Weiterhin kann ein Querschnitt der reflektierenden Fläche des lichtdurchlässigen Körpers in nur einer Ebene ein nicht kreisförmiger Kegelschnitt sein, während ein Querschnitt der reflektierenden Fläche in einer Ebene, die rechtwinklig zu der ersten Ebene steht,. parabolische, elliptische, hyperbolische, konische oder zylindrische Form haben kann. Es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf i,rgendeiin:e besondere Bauart beschränkt ist und daß die hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen nur Beispiele darstellen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtbündels, die einen aus lichtdurchlässigem Material bestehenden Block aufweist, welcher im ganzen oder teilweise die Form eines durch Drehung eines nicht kreisförmigen Kegelschnittes um seine Längsachse entstandenen Umdrehungskörpers !hat und welcher das. Lichtbündel durch Innen- oder Totalreflexion der von einer auf der Längsachse angeordneten Lichtquelle kommenden Lichtstrahlen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus einer Anzahl getrennter Elemente derart zusammengesetzt ist, daß an den aneinandergrenzenden Flächen der Elemente eine Innen- oder Totalreflexion der Lichtstrahlen stattfindet.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente die Form von Schalen oder Hüllen haben, die gleichachsig ineinandergeschachtelt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente die Gestalt von im Querschnitt keilförmigen Segmenten haben, die in der Art eines Kommutators miteinander vereinigt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente die Form sich erweiternder gebogener Stäbe haben, welche zu einem Bündel vereinigt sind, um einen Block von der gewünschten Gestalt zu bilden.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente um ein zentrales Linsen- oder Kernelement herum miteinander vereinigt sind. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 643 364; britische Patentschriften Nr. 3i9 661, 456 52o; USA.-Patentschriften Nr. i 888 995, 2 215 900; deutsche Patentschriften Nr. 593 226, 593 227, 6o8 644 486 303, 714 397, 467 797.