EP0580631B1

EP0580631B1 - Leuchtenabdeckung, insbesondere für leuchtstofflampen

Info

Publication number: EP0580631B1
Application number: EP92907486A
Authority: EP
Inventors: Günther SEJKORA
Original assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Current assignee: Zumtobel Lighting GmbH Austria
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2012-03-27
Also published as: ATE152820T1; DE9104316U1; WO1992018805A1; US5486990A; EP0580631A1; DE59208463D1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Leuchtenabdeckung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Leuchtenabdeckung ist durch die US-A-2,334,005 bekannt geworden.
Bei derartigen Leuchtenabdeckungen besteht das grundsätzliche Problem, daß die Leuchtenabdeckung in ihrer lichtlenkenden Beschaffenheit so ausgebildet sein muß, daß keine störenden Schatten auftreten, sofern lichtundurchlässige Körper im Strahlengang liegen und ferner eine gewisse lichtlenkende Wirkung erwünscht wird; ferner ist es bekannt, an einer Seite der Leuchtenabdeckung die Oberfläche mindestens an einer Seite mit einer bestimmten Struktur zu versehen.
Eine bekannte derartige Struktur sind z. B. in Längsrichtung der Leuchtenabdeckung verlaufende, parallel zueinander gerichtete und einen gegenseitigen Abstand voneinander einnehmende Rillen, die im Querschnitt (Profil) eine Dreiecksstruktur (Prismenstruktur) bilden wie z. B. in der EP-A- 0 318 908 beschrieben. Nachteil dieser bekannten Leuchtenabdeckung mit Prismenstruktur ist, daß es zu Schlierenbildungen an beleuchteten Flächen kommen kann und daß im Strahlengang liegende, abschattende Elemente zu einer unerwünschten Sichtbarkeit führen, d. h. derartige Elemente können noch leicht von außen erkannt werden. Soweit man derartige Schattenbildungen vermeiden will, ist es bekannt, derartige Leuchtenabdeckungen auch opal zu gestalten. Dabei besteht aber der Nachteil, daß relativ hohe Streuverluste entstehen. Damit ist der Nachteil verbunden, daß die Leuchtenabdeckung auch von relativ flachen Blickwinkeln her noch hell erscheint, was in manchen Anwendungsfällen unerwünscht ist.
Im übrigen widerspricht dies der einschlägigen Norm.
Ferner streut derartiges opales Material auch rückwärts in die Leuchte hinein, was zu Wirkungsgradverlusten führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchtenabdeckung der eingangs genannten Art so weiter zu verbessern, daß unter Vermeidung einer opalen Struktur, welche Wirkungsgradverluste mit sich bringt, eine gezielte Strahlaufweitung ohne Streuverluste und mit einer Art von Weichzeichner-Effekt erzielt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Wesentlich ist, daß an mindestens einer Seite der Leuchtenabdeckung die Oberfläche mit einer wellenförmigen Struktur versehen ist, wobei sich diese wellenförmige Struktur ggf. senkrecht zur Längsachse der Leuchtenabdeckung erstreckt und die Anzahl der Wellenzüge im Bereich von mindestens drei, bevorzugt zehn und maximal tausend pro Lampenbreite beträgt, und daß die Wellenzüge stetig sich ändernde Kurven sind, wobei diese Kurven entweder als Sinuskurven oder als stetig sich ändernde Radiuskurven ausgebildet sind. Eine Radiuskurve stellt eine Annäherung an eine Sinuskurve dar und wird mit Bezug auf Figur 7 näher erläutert. Die wellenförmige Struktur bildet demgemäss in Längsrichtung verlaufende Rillen, die parallel zur Längsachse der Leuchtstofflampe verlaufen.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also, daß mit der erfindungsgemässen Struktur eine Art von Weichzeichner-Effekt erzielt wird, d.h. es kommt zu einer "Strahlaufweitung", unter der folgendes verstanden wird:
Wenn man von einem schmalen, auf die Struktur einfallenden Strahlenbündel ausgeht (wobei unter dem Begriff "schmales Bündel" eine Kurve im Polardiagramm der Intensität gemeint ist), dann erreicht die technische Lehre nach der vorliegenden Erfindung, daß in der gleichen Richtung das Strahlenbündel beim Durchstrahlen der Struktur aufgeweitet wird und breiter geworden ist, ohne daß zusätzliche Streuanteile erzeugt werden.
Hier liegt der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den vorher erwähnten Prismen-Strukturen, weil bei den bekannten Prismen-Strukturen die Strahl lenkung im Vordergrund steht und bei den Opalstrukturen der Streuanteil diffus ist, d.h. ein relativ großer Wirkungsgradverlust in Kauf genommen werden muß. Bei Prismenstrukturen hat also das einfallende Strahlbündel eine andere Richtung als das ausfallende Strahlenbündel.
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist, daß im Strahlengang liegende - wenig durchscheinende Gegenstände - nun über den erfindungsgemässen Weichzeichner-Effekt von außen schwer sichtbar sind und die Schatten und Schlieren, die an der beleuchteten Fläche entstehen würden, vermieden werden.
Weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß mit der erfindungsgemässen Leuchtungsabdeckung in einem ganz bestimmten Bereich eine gerichtete Strahlung erzeugt werden kann, so daß - wenn man die Leuchtenabdeckung von einem flachen Winkel betrachtet, diese dunkel erscheint, weil in derartigen flachen Abstrahlbereichen eine Abstrahlung nicht mehr gegeben ist.
Bevorzugt wird eine derartige Leuchtenabdeckung für die Abdeckung einer Leuchtstofflampe verwendet, wobei Voraussetzung ist, daß sich die beschriebenen Strukturen (Rillen) in ihrer Längsachse parallel zur Längsachse der Leuchtstofflampe erstrecken.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile hervor.
Es zeigen:

Figur 1:: Polardiagramm der Intensität eines auf die Struktur einfallenden Strahlenbündels;
Figur 2:: Polardiagramm der Intensität eines die Struktur verlassenden Strahlenbündels;
Figur 3:: Darstellung des Brechungsgesetzes auf einer brechenden Oberfläche;
Figur 4:: die Darstellung der Lichtbrechung eines Teils einer brechenden Struktur;
Figur 5:: ein Anwendungsbeispiel einer brechenden Struktur mit Angabe der Maßverhältnisse;
Figur 6:: eine Stirnansicht einer Leuchtenabdeckung nach der Neuerung;
Figur 7:: ein größerer Teilschnitt durch die Leuchtenabdeckung nach Figur 6.

Gemäss Figur 1 fällt ein Strahlenbündel 1 auf eine durchscheinende Struktur, wobei im Polardiagramm der Intensität dieses auf eine Struktur einfallende Strahlenbündel relativ schmal ausgebildet ist, d.h. bezogen auf die Intensität stark gerichtet ist.
Die Figur 2 zeigt den Erfolg der vorliegenden Erfindung, nämlich , daß ein die Struktur verlassendes Strahlenbündel 2 stark gerichtet ist, jedoch eine gewisse Strahlaufweitung aufweist, wobei der Winkel γ die Hälfte der gewünschten Strahlaufweitung darstellt.
Wichtig ist, daß auch das Strahlenbündel 2, welches die Struktur verlässt, relativ stark gerichtet ist und im wesentlichen keinen Streuanteil enthält. Im übrigen ist wesentlich, daß es in die gleiche Richtung gerichtet ist, wie das einfallende Strahlenbündel 1, woraus sich ergibt, daß die erfindungsgemässe Leuchtenabdeckung ein gerichtetes Licht abgibt, dies im Gegensatz zu opalen Abdeckungen, die nur streuen. Im übrigen besteht auch ein Unterschied zu den vorher erwähnten Prismen-Strukturen, weil derartige Prismen-Strukturen keine Strahlenaufweitung durchführen, sondern nur eine Strahlumlenkung, d.h. das einfallende Strahlenbündel wird in einer anderen Richtung abgestrahlt. Dies ist nicht Zweck der vorliegenden Erfindung.
Durch die beschriebene Strahlaufweitung wird also der vorher erwähnte Weichzeichner-Effekt erreicht, so daß von vornherein störende Schlieren und Schattenabbildungen auf bestrahlten Wänden vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf die späteren Zeichnungen werden folgende Parameter definiert

γ = Hälfte der Strahlenaufweitung
α = Maximaler Tangentenwinkel der wellenförmigen Struktur
β₁, β₂ = Brechungswinkel
h = halbe Tiefe der Struktur
a = halbe Breite der Struktur

Die Figur 3 zeigt in allgemeiner Form das Brechungsgesetz, wenn ein bestimmtes Strahlenbündel im Winkel α auf eine brechende Oberfläche auftrifft und diese im Winkel β verlässt.
n ist hierbei der Brechungsindex.
Hierbei gilt die Formel $n = \frac{sin α}{sin β}$
In Figur 4 ist eine wellenförmige Struktur 3 dargestellt, wobei mit dieser Struktur die Oberfläche der Leuchtenabdeckung ausgebildet sein soll.
Mit dem Parameter a ist die halbe Breite der Struktur definiert, während mit dem Parameter h die halbe Tiefe der Struktur definiert wird.
Wenn nun ein strahlabgebendes Lichtbündel 1 von unten auf die wellenförmige Struktur 3 auftrifft, dann verlässt dieses Lichtbündel 2 die Struktur 3 in der in Figur 4 dargestellten Form, wobei der Winkel γ die Hälfte der Strahlaufweitung darstellt. D.h. das parallel unterhalb der Struktur einfallende Strahlenbündel 1 wird nach Durchtreten durch die Struktur 3 an jeder Seite um den Winkel γ aufgeweitet.
Man erkennt, daß der Winkel Alpha der Winkel ist, der die maximal zulässige Abweichung der wellenförmigen Struktur 3 von einer parallelen Platte 4 beschreibt.
D.h. der Winkel α ist auch als maximal zulässiger Tangentenwinkel an die wellenförmige Struktur 3 aufzufassen.
Der Winkel α folgt hierbei der nachstehend wiedergegebenen Formel $sin α = \frac{\frac{4h}{a}}{1 + \frac{{4h}^{2}}{a^{2}}}$
Diese Formel beschreibt eine Dimensionsangabe für die wellenförmige Struktur, wobei in Figur 5 einige Werte ausgerechnet sind bezogen auf unterschiedliche Strukturen der wellenförmigen Struktur 3.
Einige Auswertungen dieser Formel ergeben Ergebnisse, wie nachstehend angegeben:

Streuung γ : ± 4° ± 7° ± 10°

Teilung a : 4 4 4

Höhe h : 0,12 0,21 0,30
Nachfolgend wird auch noch der Zusammenhang zwischen dem Winkel α, dem Winkel γ und dem Brechungsindex angegeben. $γ = arcsin {n·sin[α - arcsin((sin α)/n)]};$
Im ausgeführten Beispiel gemäss Figur 5 und den obenstehenden Werten wird hierbei von einer Leuchtenabdeckung aus dem Material Macrolon® ausgegangen mit einem Brechungsindex von n = 1,586.
In den Figuren 6 und 7 ist ein ausgeführtes Beispiel für eine derartige Leuchtenabdeckung 5 angegeben.
Hierbei ist eine Lampe angeordnet, wobei aus Reinhaltungsgründen die von der Lampe abgewandte Oberseite der Leuchtenabdeckung 5 (Oberseite 7) glatt ausgebildet ist. Die Unterseite (die zur Lampe zugewandte Seite 8) trägt die vorher beschriebene, wellenförmige Struktur 3.
Hierbei wird es von der vorliegenden Erfindung umfasst, dass sowohl die Oberseite 7 als auch die Unterseite 8 eine derartige wellenförmige Struktur tragen.
Es versteht sich von selbst, daß die Leuchtenabdeckung 5 den verschiedensten, an sich bekannten, Leuchtenzwecken dienen kann, nämlich zur Abdeckung der Leuchte nach oben und ebenso zur Abdeckung der Leuchte nach unten oder auf eine zu bestrahlende Seite.
Ebenso kann es vorgesehen sein, daß die erfindungsgemässe Leuchtenabdeckung die Leuchte von allen Seiten umgibt. Aus Figur 7 sind weitere Einzelheiten der wellenförmigen Struktur 3 zu entnehmen.
Hier wurde die Sinusfunktion, die vorher errechnet wurde, durch entsprechende Radienkurven angenähert. Von einer Bezugslinie 9 ausgehend sind hierbei Radiusstrecken mit einem Radius von jeweils 3,6mm (ausgehend von der Bezugslinie 9) hintereinanderfolgend in stetiger Aneinanderreihung aneinandergefügt.
Hierbei ist wichtig, daß die in Figur 7 gezeigten "Wellenberge" die Radienstücke betreffen, die von der unteren Bezugslinie 9 ausgehen, während die in Figur 7 dargestellten "Wellentäler" von einer oberen Bezugslinie 9 ausgehen.
Die Bezugslinien 9 sind hierbei zu einer gemittelten Oberfläche 10 symmetrisch.
Die Materialstärke 11 von z.B. 2,4 mm ist in weiten Grenzen variierbar und hängt von den Materialeigenschaften des verwendeten Materials ab.
Die Punkte 12 und 13 beschreiben den Abstand zwischen zwei Wellenbergen, wobei Geraden 14,15 durch diese Punkte 12,13 hindurchgehen und sich in gegenüberliegenden Punkten 16,17 der gegenüberliegenden Bezugslinie schneiden.
Der Winkel 18 zwischen den Geraden 14,15 beträgt dann beispielsweise 33, 42°.
Weil die gesamte Abdeckung noch gemäss Figur 6 sphärisch gebogen ist, ergibt sich ein oberer Winkel 19 mit einem Wert von z.B. 32,91°.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich also um die Verwendung einer "gezielten" Rillenstruktur in einer Leuchtenabdeckung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur für die Verwendung mit einer Leuchtstofflampe beschrieben wurde. In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen jedoch die Anwendungen mit anderen Beleuchtungslampen, wie z.B. Halogenlampen oder Glühlampen.
Bei der Verwendung derartiger Beleuchtungskörper würden die Rillenstrukturen dann nicht parallel zur Längsachse der vorher beschriebenen Leuchtstofflampe verlaufen, sondern die Rillenstrukturen wären konzentrische Rillenstrukturen oder auch lokalkonzentrische Rillenstrukturen, wobei man derartige ringförmige Strukturen über die Oberfläche einer Leuchtenabdeckung verteilt.
Es wurde vorstehend noch darauf hingewiesen, daß bevorzugte Dimensionen für die wellenförmige Struktur vorhanden sind, wobei die obere Grenze nur von den materialtechnischen Eigenschaften des Materials und von dem verwendeten Werkzeug zur Anbringung der wellenförmigen Strukturen abhängt. Dies bedeutet, daß man statt einer z.3. aus Macrolon® bestehenden Leuchtenabdeckung auch eine dünne Folie verwenden kann, wobei die vorher beschriebenen wellenförmigen Strukturen im Mikrometerbereich in diese Struktur eingeformt sind.

ZEICHNUNGS-LEGENDE

1: Strahlenbündel
2: "
3: wellenförmige Struktur
4: parallele Platte
5: Leuchtenabdeckung

7: Oberseite
8: Unterseite
9: Bezugslinie
10: Oberfläche
11: Materialstärke
12: Punkt
13: Punkt
14: Gerade
15: Gerade
16: Punkt
17: "
18: Winkel
19: Winkel

Claims

Leuchtenabdeckung, insbesondere für Leuchtstofflampen, bestehend aus einem lichtdurchlässigen Material, welches an mindestens einer Oberfläche (7,8) eine Struktur aufweist, welche die das Material durchsetzenden Lichtstrahlen (1) beeinflußt, wobei die Oberfläche (7,8) an mindestens einer Seite der Leuchtenabdeckung (5) mit einer wellenförmigen Struktur (3) versehen ist, deren Wellenzüge sich stetig ändernde Kurven sind, wobei die Anzahl der Wellenzüge zwischen mindestens drei und maximal tausend pro Lampenbreite beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer gezielten Strahlaufweitung die Wellenzüge entweder als Sinuskurven oder sich stetig ändernde Radiuskurven ausgebildet sind.
Leuchtenabdeckung nach Anspruch 1, die nur auf der dem Leuchtmittel zugewandten Unterseite (8) die wellenförmige Struktur aufweist und auf der Oberseite (7) plan ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Winkel α, den die Tangente mit der größten Neigung bezogen auf die Fläche der Oberseite (7) an der wellenförmigen Struktur (3) beschreibt, folgende Beziehung zwischen der halben Breite a und der halben Tiefe h der Struktur besteht, $sin α = \frac{\frac{4h}{a}}{1 + \frac{{4h}^{2}}{a^{2}}}$
wobei α = Auftreffwinkel des Strahlenbündels (1) auf die wellenförmige Struktur (3) der Leuchtenabdeckung.
Leuchtenabdeckung nach Anspruch 1 oder 2, die nur auf einer Seite (8) die wellenförmige Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Winkel α des einfallenden Strahlenbündels (1) und dem halben Winkel γ der Strahlaufweitung des die Struktur verlassenden Strahlenbündels (2) folgende Beziehung besteht: $γ = arcsin {n·sin[α - arcsin((sin α)/n)]};$
Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich für das Leuchtenabdeckmaterial Makrolon® mit einem Brechungsindex von n = 1,586 folgende Wertepaare ergeben: γ ± 4° ±7° ±10° a(mm) 4 4 4 h(mm) 0,12 0,21 0,30 ;

mit
a = halbe Breite der Wellenstruktur,

h = halbe Tiefe der Wellenstruktur,

γ = halber Winkel der Strahlaufweitung.
Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Leuchtenabdeckung (5) glasklar ist.
Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Leuchtenabdeckung (5) opal gefärbt ist.
Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der wellenförmigen Struktur (3) zusätzlich opalisiert ist.
Leuchtenabdeckung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtenabdeckung (5) eine Längsachse hat und daß die wellenförmige Struktur (3) sich senkrecht zur Längsachse der Leuchtenabdeckung erstreckt.