EP0854317A2 - Reflektor und Leuchte mit einem derartigen Reflektor - Google Patents

Reflektor und Leuchte mit einem derartigen Reflektor Download PDF

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EP0854317A2
EP0854317A2 EP98100232A EP98100232A EP0854317A2 EP 0854317 A2 EP0854317 A2 EP 0854317A2 EP 98100232 A EP98100232 A EP 98100232A EP 98100232 A EP98100232 A EP 98100232A EP 0854317 A2 EP0854317 A2 EP 0854317A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflector
involute
light source
contour
legs
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98100232A
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English (en)
French (fr)
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EP0854317A3 (de
Inventor
Dieter Dr. Hofman
Ulrich Binder
Lothar Dr. Hitzschke
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP0854317A2 publication Critical patent/EP0854317A2/de
Publication of EP0854317A3 publication Critical patent/EP0854317A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00Lighting devices intended for fixed installation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/005Reflectors for light sources with an elongated shape to cooperate with linear light sources
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/0058Reflectors for light sources adapted to cooperate with light sources of shapes different from point-like or linear, e.g. circular light sources
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/30Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
    • F21Y2103/37U-shaped

Definitions

  • the invention is based on a reflector according to the preamble of the claim 1. It is particularly a reflector for extended Light sources, especially around elongated light sources such as multi-legged ones or ring-shaped fluorescent lamps or similar shaped electrodeless, Microwave excited lamps (see DE-OS 2 601 666). Under The term light source is also intended to be a radiation source, the IR or UV radiation emitted can be understood.
  • DE-OS 27 55 253 is already a channel reflector for an elongated one rod-shaped light source, in particular a fluorescent lamp, is known, whose intersection curve consists partly of two adjoining involutes (see below) is formed.
  • the two involute branches either touch each other not at all and end on the light source, in relation to the light exit opening behind the light source, or they touch behind the Light source (related to the light exit opening) at a certain distance from the light source. This intersection of the two involutes should be in the hereinafter referred to as the vertex.
  • EP-A 442 246 describes a very similar reflector for a rod-shaped one Light source known, the intersection of two mirror-symmetrical involute branches form, whose apex is also behind the light source and exactly in the normal to the light exit opening. The involutes leave towards the light exit opening in parabolic branches.
  • the following is a reflector for a radiation source with two legs with circular or elliptical or similar Cross section (e.g. a fluorescent lamp in compact form or U-shaped bent) described, which reflects all light past the light source and thus avoids losses due to self-absorption.
  • a radiation source with two legs with circular or elliptical or similar Cross section (e.g. a fluorescent lamp in compact form or U-shaped bent) described, which reflects all light past the light source and thus avoids losses due to self-absorption.
  • the reflector has the property of being the smallest possible Has dimensions.
  • the angular distribution of the radiation intensity remains (Indicatrix) open. This can be achieved through specific deviations from the described Reflector profile can be influenced.
  • the calculation principle developed here provides a limit curve that in practice applies to the respective Application can be adapted, with compromises then Efficiency and / or reflector size can be entered.
  • the cutting contour of the reflector can be found near the light exit opening described, for example, by parabolas or oblique plane surfaces be.
  • a radiation source 1 has a circular cross-section with the radius R.
  • the radiation it emits is completely reflected past the source when the cutting line of the reflector is an involute (a simple derivation of this spiral curve is given, for example, in K. S ⁇ RENSEN: Design of Optical Systems for Luminaires, The Lighting Journal, pp. 5-7, March 1990).
  • An involute fulfills the condition that the following applies to every part of the reflector: The boundary beam emitted tangentially from a point K on the surface of the light source 1 in the direction of any reflector point L must be reflected past the source on the right.
  • the starting point of the involute on the surface of the light source is indicated by ⁇ 0 .
  • ⁇ 0 The size ⁇ 0 is referred to below as the angle of rotation.
  • any section of the above involute can be used as a reflector to be chosen.
  • a section can be used that does not attach to the surface of the light source. It can also be additional the mirror image can be used, i.e. an involute that opposes each other opens.
  • FIG. 1 shows as an example a reflector 2 for a light source 1 with a circular cross-section, whose intersection curve 3 meets the above conditions.
  • From two opposing involute branches 3a and 3b become the curve parts AB and BF used.
  • the light exit opening 4 (level through the Points A and F) is at the height of the lower edge of the lamp.
  • This arrangement only radiates into the lower half space.
  • the two involute branches were put together so that they were in the apex, namely the common point B, start from the lamp surface.
  • the above principle can be modified by a suitable modification can also be applied to lamps with two legs.
  • the cut surface of the reflector consists of a total of four involute branches. Two each are one leg of the light source assigned. The arrangement with respect to the other leg is mirrored axially symmetrical, with the axis in the middle between the Thighs runs.
  • the apex of the two involute branches assigned to one leg is not arranged behind the light source as before (i.e. from the plane of the Light exit opening seen approximately in their normal), but on the other hand, rotated by 90 ° and towards the second leg.
  • a certain margin is allowed, the size of which is approximately as defined above Corresponds to the angle diameter.
  • the vertex is between the two Don’t.
  • the length of the two involute branches is determined by this arrangement very different.
  • the angular length of the longer branch is more than 180 °, that of the shorter branch significantly less than 90 °. Especially the shorter branch ensures that no radiation from the first leg falls on the second.
  • the contour of the reflector at least partially from sections of involutes is formed. Two sections touch at a vertex.
  • the contour has a total of four involute sections, one of which two oppositely oriented involutes each one leg of the Light source are assigned.
  • the arrangement is rotationally symmetrical (in Case of ring-shaped lamps) or axially symmetrical (in the case of an elongated one Light source) with respect to an axis that lies in the middle between the is stretched two legs, the apex approximately on the the middle of the legs connecting straight lines lies, so that a longer one and a shorter involute section (branch) is assigned to one leg is.
  • Both the two longer and the two shorter involute branches usually touch between the two legs.
  • the two Points of contact span an (imaginary) straight line that defines the axis of symmetry of the reflector.
  • the contour of the reflector can have other sections that form the indicatrix the radiation emitted to the target to adjust.
  • another section can be longer Apply involute branch and in particular have parabolic shape or as be inclined plane surface.
  • a support or Partition made.
  • the partition can in particular between the two points of contact (B and D in Fig. 2) of the involutes extend.
  • the partition has at least the two shorter ones Involute branches as a contour.
  • the partition can also include a contour near the vertex of the longer involute. Some of the shorter involute branches can also be missing, in particular these branches can also be missing entirely.
  • the partition often has a simplified one compared to the involute Contour, for example an oblique or straight wall.
  • the reflector according to the invention can be used as a channel reflector for a lamp be used, the light source is a lamp, the bulb two parallel Owns thigh.
  • the light source is a lamp, the bulb two parallel Owns thigh.
  • it can be an electrodeless one Act lamp with a closed bulb, the bulb in plan view, be a tube with an oval or approximately rectangular shape can.
  • a conventional fluorescent lamp with a curved U-shaped tube or other light source can be used.
  • an annular or two-legged light source is used Electrodeless lamp in question, in which the two legs of the lamp vessel are connected at both ends and so a closed Form tube.
  • the self-contained tube preferably forms one Oval or rounded rectangle.
  • Such a lamp is for example in PCT / EP96 / 03180 (Art. 54 (3)). In principle, however, is any other Radiation source with two legs is also suitable.
  • Figure 2 shows a reflector 5 according to the invention for a lamp whose Piston has a first and second elongated legs 6a and 6b.
  • the reflector contour consists of a total of four involute branches 7a-d, von which the two oppositely oriented involute sections 7a and 7b are assigned to the first leg 6a of the light source, while the two oppositely oriented involute sections 7c and 7d the second Leg 6b of the light source are assigned.
  • the arrangement of the involute branches is axially symmetrical with respect to a plane Z that spans in the middle between the two legs 6a and 6b is.
  • the two oppositely oriented involute sections 7a and 7b associated with the first leg 6a of the light source a common vertex C, this vertex on the
  • the middle of the two legs 6a and 6b connecting straight line X lies so that each a longer (7a) and a shorter (7b) involute section (branch) is assigned to the first leg 6a.
  • the longer one Branch 7c and the shorter branch 7d have a common vertex E on the straight line X.
  • the height h 4.6 R.
  • the reflector contour here consists of the curve sections AB, BC, CD, DE, EB and BF. They are designed so that no radiation on the source is reflected back.
  • the two lower reflector parts CD and DE and possibly also the upper BC and EB can at least partially disappear when radiation is abandoned.
  • FIG. 3 shows a reflector which essentially corresponds to that in FIG. 2.
  • the involute branches 10a and 10b associated with the first leg 11a are, however, have a different origin on the piston surface, accordingly another, smaller difference in the angle of rotation.
  • a, b and h leg distance, width and Height of the reflector
  • a 1.35 R
  • b 12.9 R
  • h 4.2 R. So a decreases most strongly. That is, the closer points C and E are to move the piston surface, the smaller the distance a between the thighs without radiation being reflected on the lamp.
  • a, b and h given in FIGS. 2 and 3 are calculated values without considering the physical reflector wall thickness d. In the Practice must be added to d or 2d. The thickness of a partition (see below) is not considered.
  • FIG. 4 shows a reflector which is modified in such a way that the longer involute branch 14a, starting from the vertex C, does not reach the light exit opening (point A), but only up to point T 1 .
  • a section of the reflector contour is designed as a parabola 14c (or also as an oblique plane surface 14d, shown in broken lines in FIG. 4).
  • a separating web 16 Between the two legs 15a and 15b there is a separating web 16, the contour of which follows the sections BC and BE of the longer involute branches and part of the shorter involute branches 14b, namely CD and ED. The remaining part of the shorter involute branch 14b is omitted.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a rotationally symmetrical or axially symmetrical reflector, in which the apices S 1 and S 2 lie on a straight line inclined upward by approximately 10 ° with respect to the connecting line X, specifically between the two intersecting circles of the ring or the two legs 22a and 22b of a piston shaped as a U.
  • the dividing wall 20 has a contour which comprises the section BS 1 of the longer involute branch 21a and a replacement contour for the shorter involute branch, namely a slope 21b.
  • the right half of the cut surface of the reflector is designed to be rotationally symmetrical or, again, a mirror image of the left half.
  • FIG. 6a is a lamp 30 is a highly schematic plan view of the light exit opening shown in the case of an annular compact electrodeless Fluorescent lamp 31 with a bulb 22.
  • FIG. 6b shows one similar lamp 40 with a channel reflector and a U-shaped Fluorescent lamp 44, in which the connecting bow 41 (shown in dashed lines) and the base 42 are each covered by panels 43.
  • FIG. 7 shows a lamp 50 in plan view from the light exit opening, that of a channel reflector 51, as shown below in FIG. 8 (or also for example in Figure 4 or 5), in connection with a electrodeless fluorescent lamp 52 exists.
  • the lamp consists of a Housing with two long sides 53 and two short sides 55.
  • the fluorescent lamp 52 is centered in the housing. It consists of one tubular discharge vessel that forms a closed loop that there are two long legs 54, 56 and two short connecting parts 58, 60.
  • the connecting parts 58, 60 are each of ferrite transformer cores 62, 64 surrounded with windings, with the help of which the lamp is also fixed in the reflector is.
  • the long legs 54, 56 are axially parallel to the axis of the channel reflector 51 arranged.
  • the short sides 55 of the reflector are mirrored.
  • the reflector contour consists of a longer involute branch which extends from the apex line S 1 to the opening on the line containing the point A.
  • the shorter involute branch lies between the two legs 54, 56 and extends from the apex S 1 to the line containing the end point D at the light exit opening.
  • a simplified curve shape for example a slope as in FIG. 5 can also be used.
  • Figure 8 is the section of the reflector 51 for the electrodeless fluorescent lamp 52 shown with two legs 54 and 56.
  • the legs 54 and 56 are by connecting parts 58, 60 (the latter is not visible) with at least connected to a ferrite core 62.
  • the core 62 is through a support member 65 attached to the housing.
  • an electrodeless fluorescent lamp with an output of 150 W is used as the lamp, the legs of which have a tube diameter of approximately 52 mm and are therefore much thicker than conventional fluorescent lamps.
  • this lamp achieved a luminaire efficiency of almost 90% compared to approximately 70% for a conventional channel reflector.
  • the reflector housing has a width of approximately 350 mm and a height of 110 mm.
  • the distance T between the lamp legs is about 33 mm.
  • the reflector 51 is a minimal reflector whose vertices (or actually lines) S 1 and S 2 lie on the connecting line X and lie directly on the legs.
  • the reflector contour consists of two short and long involute branches 59a, 59b and 61a, 61b.
  • the attached Cartesian coordinate system gives an impression of the size of the lamp (details in mm).
  • bevel Flat surfaces (or parabolas), you get a lamp with an almost cosine shape Light distribution.

Abstract

Die Kontur eines Reflektors (51) für eine zweischenkelige Lampe (52) ist aus vier Evolventenzweigen (21a-d) zusammengesetzt, wobei je zwei Zweige (21a, b) einem Schenkel (56) der Lampe zugeordnet sind. Der Scheitel S1 zwischen den beiden zusammengehörigen Zweigen (21a, b) liegt zwischen den beiden Lampenschenkeln (54, 56). <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Reflektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um einen Reflektor für ausgedehnte Lichtquellen, insbesondere um langgestreckte Lichtquellen Wie mehrschenkelige oder ringförmige Leuchtstofflampen oder ähnlich geformte elektrodenlose, mikrowellenangeregte Lampen (siehe DE-OS 2 601 666). Unter dem Begriff Lichtquelle soll im folgenden auch eine Strahlungsquelle, die IR- oder UV-Strahlung emittiert, verstanden werden.
Stand der Technik
Aus der DE-OS 27 55 253 ist bereits ein Rinnenreflektor für eine langgestreckte stabförmige Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtstofflampe, bekannt, dessen Schnittkurve teilweise aus zwei aneinandergrenzenden Evolventen (s.u.) gebildet ist. Die beiden Evolventenzweige berühren entweder einander gar nicht und enden auf der Lichtquelle, und zwar bezogen auf die Lichtaustrittsöffnung hinter der Lichtquelle, oder sie berühren sich hinter der Lichtquelle (bezogen auf die Lichtaustrittsöffnung) in einem gewissen Abstand von der Lichtquelle. Dieser Schnittpunkt der beiden Evolventen soll im folgenden als Scheitel bezeichnet werden.
Aus der EP-A 442 246 ist ein ganz ähnlicher Reflektor für eine stabförmige Lichtquelle bekannt, dessen Schnittkurve zwei spiegelsymmetrische Evolventenzweige bilden, deren Scheitel ebenfalls hinter der Lichtquelle liegt und zwar exakt in der Normalen zur Lichtaustrittsöffnung. Die Evolventen gehen zur Lichtaustrittsöffnung hin in parabelförmige Zweige über.
Eine derartige Technik, wie sie für einschenkelige Lichtquellen geeignet ist, läßt sich jedoch nicht gut für langgestreckte Lichtquellen mit zwei Schenkeln verwenden, weil ein derartiger Reflektor nicht mehr sämtliches Licht an der Lichtquelle vorbeireflektieren könnte.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Reflektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, der auch im Falle einer langgestreckten Lichtquelle mit zwei Schenkeln sämtliches Licht an der Lichtquelle vorbei reflektiert. Eine weitere Aufgabe ist es, eine entsprechende Leuchte mit einem derartigen Reflektor anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Wenn Strahlung, die von einer ausgedehnten Lichtquelle emittiert wird, auf die Quelle zurückreflektiert wird, geht im allgemeinen ein Teil davon durch Absorption verloren. Nachfolgend wird ein Reflektor für eine Strahlungsquelle mit zwei Schenkeln mit kreisförmigem oder elliptischem oder ähnlichem Querschnitt (z.B. eine Leuchtstofflampe in Kompaktform oder U-förmig gebogen) beschrieben, der alles Licht an der Lichtquelle vorbei reflektiert und damit Verluste durch Selbstabsorption vermeidet. Im einfachsten Fall werden außer der Forderung, daß keine Strahlung auf die Lichtquelle zurückreflektiert wird, keine weiteren Bedingungen berücksichtigt. In diesem Fall besitzt der Reflektor die Eigenschaft, daß er die kleinstmöglichen Abmessungen hat. Insbesondere bleibt die Winkelverteilung der Strahlungsstärke (Indikatrix) offen. Diese kann durch gezielte Abweichungen vom beschriebenen Reflektorprofil beeinflußt werden. Das hier entwickelte Berechnungsprinzip liefert also eine Grenzkurve, die in der Praxis an den jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden kann, wobei dann Kompromisse hinsichtlich Wirkungsgrad und/oder Reflektorgröße eingegangen werden können. In der Nähe der Lichtaustrittsöffnung kann die Schnittkontur des Reflektors beispielsweise durch Parabeln oder schräge Planflächen beschrieben sein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist zunächst eine nähere Erläuterung der Eigenschaften von Evolventenreflektoren notwendig.
Der Grundgedanke ist an sich schon lange vorbekannt und wird anhand von Fig. 1 demonstriert. Eine Strahlungsquelle 1 hat einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Radius R. Die von ihr emittierte Strahlung wird gerade dann vollständig an der Quelle vorbei reflektiert, wenn die Schnittlinie des Reflektors eine Evolvente ist (eine einfache Ableitung dieser spiralartigen Kurve ist beispielsweise gegeben in K. SÖRENSEN: Design of Optical Systems for Luminaires, The Lighting Journal, S. 5-7, März 1990). Eine Evolvente erfüllt die Bedingung, daß für jeden Teil des Reflektors gilt: Der von einem Punkt K auf der Oberfläche der Lichtquelle 1 tangential in Richtung auf einen beliebigen Reflektorpunkt L emittierte Grenzstrahl muß rechts an der Quelle vorbei reflektiert werden. Infolgedessen werden alle anderen von der Quelle in Richtung des Punktes L emittierten Strahlen bis hin zu einem auf der gegenüberliegenden Seite der Lichtquelle angeordneten Grenzpunkt M, einschließlich des von M ausgehenden Grenzstrahls (gestrichelte Linie), erst recht an der Lichtquelle vorbei reflektiert. Im Grenzfall, der die kleinstmögliche Reflektorform liefert, wird der Strahl KL in sich selbst reflektiert. Gemäß Fig. 1 ergibt sich daraus die mathematische Definition dieser Grenzkurve in differentieller Form: dϕ = (1/R)2-(1/r)2 dr ϕ und r sind die Polarkoordinaten der Reflektorkurve. Die kleinstmögliche Reflektorkurve selbst erhält man durch graphische oder mathematische Integration von (1). Die Lösung läßt sich in geschlossener Form angeben: Φ(r)=Φ0± {(r/R)2-1 + arccos(R/r)}
Durch Φ0 wird der Ansatzpunkt der Evolvente an der Oberfläche der Lichtquelle angegeben. Für obige Betrachtungen ist angenommen, daß die Lampenachse im Koordinaten-Ursprung (bei r = 0) liegt. Die Größe Φ0 soll im folgenden als Drehwinkel bezeichnet werden.
Es ergibt sich eine Spirale, die im einfachsten Fall radial von der Lichtquellenoberfläche (Punkt B) ausgeht, siehe Fig. 1, und die in Fachkreisen als Evolvente bezeichnet wird. Die Evolvente ist eindeutig dem Umfang des Lampenquerschnitts, und damit i.a. dessen Radius R, zugeordnet.
Allgemein gilt, daß auch Reflektoren mit größeren als minimalen Abmessungen verwendet werden können: dϕ ≤ (1/R)2-(1/r)2 dr
Von obiger Evolvente können im Prinzip beliebige Abschnitte als Reflektor ausgewählt werden. Insbesondere kann ein Abschnitt verwendet werden, der nicht an der Oberfläche der Lichtquelle ansetzt. Es kann auch zusätzlich das Spiegelbild verwendet werden, also eine Evolvente, die sich gegenläufig öffnet.
Für den an sich bekannten Fall der einschenkeligen Lichtquelle zeigt Figur 1 als Beispiel einen Reflektor 2 für eine Lichtquelle 1 mit kreisförmigem Querschnitt, dessen Schnittkurve 3 die oben genannten Bedingungen erfüllt. Von zwei gegenläufigen Evolventenzweigen 3a und 3b werden die Kurventeile AB und BF verwendet. Die Lichtaustrittsöffnung 4 (Ebene, die durch die Punkte A und F aufgespannt wird) liegt auf der Höhe der Lampen-Unterkante. Diese Anordnung strahlt damit nur in den unteren Halbraum. Die beiden Evolventenzweige wurden so zusammengefügt, daß sie im Scheitel, nämlich dem gemeinsamen Punkt B, von der Lampenoberfläche aus starten. Diese Anordnung liefert theoretisch die kleinsten Abmessungen für die Breite b und die Höhe h eines solchen Reflektors, nämlich b = 6,3 R und h = 2,5 R.
In der Praxis verwendet man zwei gegenläufige Evolventenzweige, deren Scheitel oberhalb der Oberfläche der Lichtquelle angeordnet ist.
Erfindungsgemäß kann durch eine geeignete Abwandlung obiges Prinzip auch auf Lampen mit zwei Schenkeln angewendet werden.
Um zu erreichen, daß trotz des zweiten Schenkels kein Licht auf die Lichtquelle zurückgeworfen wird, besteht die Schnittfläche des Reflektors aus insgesamt vier Evolventenzweigen. Je zwei sind einem Schenkel der Lichtquelle zugeordnet. Die Anordnung in bezug auf den anderen Schenkel ist axialsymmetrisch gespiegelt, wobei die Achse in der Mitte zwischen den Schenkeln verläuft.
Der Scheitel der beiden einem Schenkel zugeordneten Evolventenzweige ist nicht wie bisher hinter der Lichtquelle angeordnet (also von der Ebene der Lichtaustrittsöffnung gesehen in etwa in deren Normalen liegend), sondern dagegen um 90° gedreht und zwar zum zweiten Schenkel hin. Auch hier ist ein gewisser Spielraum zulässig, dessen Größe etwa dem oben definierten Winkeldurchmesser entspricht. Der Scheitel liegt also zwischen beiden Schenkein. Die Länge der beiden Evolventenzweige wird durch diese Anordnung sehr unterschiedlich. Die Winkellänge des längeren Zweigs beträgt mehr als 180°, die des kürzeren Zweigs deutlich weniger als 90°. Insbesondere der kürzere Zweig sorgt dafür, daß keine Strahlung vom ersten Schenkel auf den zweiten fällt.
Es handelt sich also erfindungsgemäß um einen Reflektor für eine ringförmige Lichtquelle oder eine langgestreckte Lichtquelle mit zwei Schenkeln, wobei die Kontur des Reflektors zumindest teilweise aus Abschnitten von Evolventen gebildet wird. Dabei berühren sich zwei Abschnitte in einem Scheitelpunkt. Insgesamt weist die Kontur vier Evolventenabschnitte auf, von denen je zwei gegenläufig orientierte Evolventen jeweils einem Schenkel der Lichtquelle zugeordnet sind. Die Anordnung ist rotationssymmetrisch (im Falle ringförmiger Lampen) oder axialsymmetrisch (im Falle einer langgestreckten Lichtquelle) in bezug auf eine Achse, die in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln aufgespannt ist, wobei der Scheitelpunkt in etwa auf der die Mitte der Schenkel verbindenden Geraden liegt, so daß jeweils ein längerer und ein kürzerer Evolventenabschnitt (Zweig) einem Schenkel zugeordnet ist.
Der Scheitelpunkt S kann gegenüber der Verbindungsgeraden etwas versetzt sein. Er kann typisch um den Winkel ε = 10° bis 20° versetzt sein, wenn ε der Winkel zwischen der Geraden SO (Scheitelpunkt-Ursprung) und der Verbindungsgeraden zwischen den Schenkeln ist.
Sowohl die beiden längeren als auch die beiden kürzeren Evolventenzweige berühren sich normalerweise zwischen den beiden Schenkeln. Die beiden Berührungspunkte spannen eine (gedachte) Gerade auf, die die Symmetrieachse des Reflektors darstellt.
Die Kontur des Reflektors kann weitere Abschnitte besitzen, die die Indikatrix der nach außen abgegebenen Strahlung besser an die gewünschte Zielvorgabe anpassen. Insbesondere kann ein weiterer Abschnitt am längeren Evolventenzweig ansetzen und insbesondere Parabelform besitzen oder als schräge Planfläche ausgeführt sein.
Bevorzugt ist im Reflektor zwischen den beiden Schenkeln eine Stütz- bzw. Trennwandung ausgeführt. Die Trennwandung kann sich insbesondere zwischen den beiden Berührungspunkten (B und D in Fig. 2) der Evolventen erstrecken.
Für die Ausgestaltung der Trennwandung gibt es mehrere Möglichkeiten. In einem Ausführungsbeispiel hat die Trennwand zumindest die beiden kürzeren Evolventenzweige als Kontur. Insbesondere kann die Trennwand auch einen scheitelnahen Bereich der längeren Evolvente als Kontur mitumfassen. Ein Teil der kürzeren Evolventenzweige kann aber auch fehlen, insbesondere können diese Zweige auch ganz fehlen.
Häufig besitzt die Trennwand eine gegenüber der Evolvente vereinfachte Kontur, beispielsweise eine schräge oder gerade Wand.
Der erfindungsgemäße Reflektor kann als Rinnenreflektor für eine Leuchte verwendet werden, deren Lichtquelle eine Lampe ist, deren Kolben zwei parallele Schenkel besitzt. Dabei kann es sich insbesondere um eine elektrodenlose Lampe mit einem in sich geschlossenen Kolben handeln, wobei der Kolben in Draufsicht ein Rohr mit ovaler oder annähernd rechteckiger Form sein kann. Alternativ kann auch eine konventionelle Leuchtstofflampe mit gebogenem Rohr in U-Form oder eine andere Lichtquelle verwendet werden.
In der Praxis ist allerdings abzuwägen, ob die komplizierte Gestaltung der Trennwandung zwischen den Schenkel zugunsten eines schlechteren Leuchtenwirkungsgrads vereinfacht wird. Beispielsweise kann ein Teil des kürzeren Zweigs entfallen. Oder im Trennbereich wird die Reflektorkontur vereinfacht gewählt oder lediglich als gerader Trennsteg ausgeführt.
Als Lichtquelle kommt insbesondere eine ringförmige oder eine zweischenkelige elektrodenlose Lampe in Frage, bei der die beiden Schenkel des Lampengefäßes an beiden Enden miteinander verbunden sind und so ein geschlossenes Rohr bilden. Das in sich geschlossene Rohr bildet bevorzugt ein Oval oder abgerundetes Rechteck. Eine derartige Lampe ist beispielsweise in der PCT/EP96/03180 (Art. 54(3)) beschrieben. Im Prinzip ist aber jede andere Strahlungsquelle mit zwei Schenkeln ebenso geeignet.
Selbstverständlich können mehrere derartige Reflektorsysteme nebeneinander angeordnet werden, wobei im Prinzip auch Lampen mit vier oder auch mehr Schenkeln nebeneinander verwendet werden können.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:
Figur 1
das Grundprinzip der Evolvente
Figur 2
ein Ausführungsbeispiel eines Reflektors für eine zweischenkelige Lampe im Schnitt
Figur 3
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines derartigen Reflektors
Figur 4
ein drittes Ausführungsbeispiel eines derartigen Reflektors
Figur 5
ein viertes Ausführungsbeispiel eines derartigen Reflektors
Figur 6
ein Ausführungsbeispiel einer Leuchte mit Reflektor
Figur 7
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leuchte mit Reflektor
Figur 8
ein fünftes Ausführungsbeispiel eines derartigen Reflektors
Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 wurde bereits weiter oben ausführlich erläutert.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Reflektor 5 für eine Lampe, deren Kolben einen ersten und zweiten langgestreckten Schenkel 6a und 6b besitzt. Die Reflektorkontur besteht aus insgesamt vier Evolventenzweigen 7a-d, von denen die beiden gegenläufig orientierten Evolventenabschnitte 7a und 7b dem ersten Schenkel 6a der Lichtquelle zugeordnet sind, während die beiden gegenläufig orientierten Evolventenabschnitte 7c und 7d dem zweiten Schenkel 6b der Lichtquelle zugeordnet sind.
Die Anordnung der Evolventenzweige ist axialsymmetrisch in bezug auf eine Ebene Z, die in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln 6a und 6b aufgespannt ist. Die beiden gegenläufig orientierten Evolventenabschnitte 7a und 7b, die dem ersten Schenkel 6a der Lichtquelle zugeordnet sind, haben einen gemeinsamen Scheitelpunkt C, wobei dieser Scheitelpunkt auf der die Mitte der beiden Schenkel 6a und 6b verbindenden Geraden X liegt, so daß jeweils ein längerer (7a) und ein kürzerer (7b) Evolventenabschnitt (Zweig) dem ersten Schenkel 6a zugeordnet ist. In gleicher Weise, aber spiegelsymmetrisch, sind die beiden gegenläufig orientierten Evolventenabschnitte 7c und 7d dem zweiten Schenkel 6b der Lichtquelle zugeordnet, wobei der längere Zweig 7c und der kürzere Zweig 7d einen gemeinsamen Scheitelpunkt E auf der Geraden X besitzen.
Bei dieser Anordnung ist der Abstand a zwischen den beiden Schenkeln 6a und 6b gleich a = 2,1 R, die Breite des gesamten Reflektors ist b = 14,4 R und die Höhe h = 4,6 R.
Die Reflektorkontur besteht hier aus den Kurvenabschnitten AB, BC, CD, DE, EB und BF. Sie sind so ausgeführt, daß keine Strahlung auf die Quelle zurückreflektiert wird.
Die Abschnitte CD, DE, BC und EB sorgen aber zusätzlich auch dafür, daß keine Strahlung des einen Schenkels auf den anderen fällt. Natürlich ist im Einzelfall zu prüfen, welchen Lichtgewinn die an dieser Stelle komplizierte Reflektorform liefert.
Die beiden unteren Reflektorteile CD und DE und evtl. auch die oberen BC und EB können unter Preisgabe von Strahlung zumindest teilweise wegfallen.
Figur 3 zeigt einen Reflektor, der im wesentlichen dem in Figur 2 entspricht. Die Evolventenzweige 10a und 10b, die dem ersten Schenkel 11a zugeordnet sind, besitzen jedoch einen anderen Ursprung auf der Kolbenoberfläche, entsprechend einer anderen, kleineren Differenz des Drehwinkels. Bemerkenswert ist, daß die Abmessungen a, b und h (= Schenkelabstand, Breite und Höhe des Reflektors) kleiner werden. Es gilt hier: a= 1,35 R; b = 12,9 R und h = 4,2 R. Am stärksten nimmt also a ab. D.h., je näher die Punkte C und E an die Kolbenoberfläche rücken, um so kleiner kann der Abstand a zwischen den Schenkeln sein, ohne daß Strahlung auf die Lampe reflektiert wird.
Die in Figur 2 und 3 angegebenen Abmessungen a, b und h sind Rechenwerte ohne Berücksichtigung der physikalischen Reflektor-Wanddicke d. In der Praxis ist d bzw. 2d hinzuzurechnen. Auch die Dicke einer Trennwand (s.u.) ist nicht berücksichtigt.
In Figur 4 ist ein Reflektor gezeigt, der dahingehend modifiziert ist, daß der längere Evolventenzweig 14a, ausgehend vom Scheitel C, nicht bis zur Lichtaustrittsöffnung (Punkt A), sondern nur bis zum Punkt T1 reicht. Von T1 bis A ist ein Abschnitt der Reflektorkontur als Parabel 14c (oder auch als schräge Planfläche 14d, in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnet) ausgeführt. Zwischen den beiden Schenkeln 15a und 15b ist ein Trennsteg 16 vorhanden, dessen Kontur den Abschnitten BC und BE der längeren Evolventenzweige und ein Teil der kürzeren Evolventenzweige 14b, nämlich CD bzw. ED, folgt. Der restliche Teil des kürzeren Evolventenzweigs 14b entfällt.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines rotationssymmetrischen oder axialsymmetrischen Reflektors gezeigt, bei dem die Scheitel S1 und S2 auf einer um etwa 10° gegenüber der Verbindungsgeraden X nach oben geneigten Geraden liegen, und zwar zwischen den beiden Schnittkreisen des Rings bzw. den beiden Schenkeln 22a und 22b eines als U geformten Kolbens. Die Trennwand 20 weist eine Kontur auf, die den Abschnitt BS1 des längeren Evolventenzweigs 21a sowie eine Ersatzkontur für den kürzeren Evolventenzweig, nämlich eine Schräge 21b, umfaßt. Im Querschnitt ist die rechte Hälfte der Schnittfläche des Reflektors rotationssymmetrisch bzw. wieder spiegelbildlich zur linken Hälfte ausgeführt.
In Fig. 6a ist stark schematisch eine Leuchte 30 in Draufsicht von der Lichtaustrittsöffnung aus gezeigt für den Fall einer ringförmigen kompakten elektrodenlosen Leuchtstofflampe 31 mit einem Kolben 22. Figur 6b zeigt eine ähnliche Leuchte 40 mit einem Rinnenreflektor und einer U-förmigen Leuchtstofflampe 44, bei der der Verbindungsbogen 41 (gestrichelt eingezeichnet) und der Sockel 42 jeweils durch Blenden 43 kaschiert sind.
Figur 7 zeigt eine Leuchte 50 in Draufsicht von der Lichtaustrittsöffnung aus, die aus einem Rinnenreflektor 51, wie er nachfolgend in Figur 8 (oder auch beispielsweise in Figur 4 oder 5) beschrieben ist, in Verbindung mit einer elektrodenlosen Leuchtstofflampe 52 besteht. Die Leuchte besteht aus einem Gehäuse mit zwei langen Seiten 53 und zwei kurzen Seiten 55. Die Leuchtstofflampe 52 ist zentriert im Gehäuse untergebracht. Sie besteht aus einem rohrförmigen Entladungsgefäß, das eine geschlossene Schleife bildet, die aus zwei langen Schenkeln 54, 56 und zwei kurzen Verbindungsteilen 58, 60 besteht. Die Verbindungsteile 58, 60 sind jeweils von Ferrit-Trafokernen 62, 64 mit Wicklungen umgeben, mit deren Hilfe die Lampe auch im Reflektor befestigt ist. Die langen Schenkel 54, 56 sind achsparallel zur Achse des Rinnenreflektors 51 angeordnet.
Die kurzen Seiten 55 des Reflektors sind verspiegelt. Die Reflektorkontur besteht aus einem längeren Evolventenzweig, der sich von der Scheitellinie S1 bis zur Öffnung an der den Punkt A enthaltenden Linie erstreckt. Der kürzere Evolventenzweig liegt zwischen den beiden Schenkeln 54, 56 und erstreckt sich vom Scheitel S1 bis zu der den Endpunkt D enthaltenden Linie an der Lichtaustrittsöffnung. Statt des kürzeren Evolventenzweigs kann auch eine vereinfachte Kurvenform (z.B. eine Schräge wie in Fig. 5) verwendet werden.
In Figur 8 ist im Schnitt der Reflektor 51 für die elektrodenlose Leuchtstofflampe 52 mit zwei Schenkeln 54 und 56 gezeigt. Die Schenkel 54 und 56 sind durch Verbindungsteile 58, 60 (letzterer ist nicht sichtbar) mit mindestens einem Ferritkern 62 verbunden. Der Kern 62 ist durch ein Stützteil 65 am Gehäuse befestigt.
In einer konkreten Realisierung wird als Lampe eine elektrodenlose Leuchtstofflampe mit einer Leistung von 150 W verwendet, deren Schenkel einen Rohrdurchmesser von etwa 52 mm haben und damit wesentlich dicker als konventionelle Leuchtstofflampen sind. In einem Rinnenreflektor, der vollständig aus den vier Evolventenzweigen gebildet ist, erzielte diese Lampe einen Leuchtenwirkungsgrad von fast 90% gegenüber etwa 70 % bei einem konventionellen Rinnenreflektor. Das Reflektorgehäuse hat eine Breite von etwa 350 mm und eine Höhe von 110 mm. Der Abstand T der Lampenschenkel ist etwa 33 mm. Der Reflektor 51 ist ein Minimalreflektor, dessen Scheitelpunkte (bzw. eigentlich -Linien) S1 und S2 auf der Verbindungsgeraden X liegen und an den Schenkeln direkt aufliegen. Die Reflektorkontur besteht aus je zwei kurzen und langen Evolventenzweigen 59a, 59b und 61a, 61b. Das beigefügte kartesische Koordinatensystem vermittelt einen Eindruck von der Größe der Leuchte (Angaben in mm).
Verwendet man zur Verbesserung der Lichtverteilung nach außen hin schräge Planflächen (oder Parabeln), erhält man eine Leuchte mit nahezu kosinusförmiger Lichtverteilung.

Claims (14)

  1. Reflektor für eine ringförmige Lichtquelle oder eine langgestreckte Lichtquelle mit zwei Schenkeln, wobei die Kontur des Reflektors zumindest teilweise aus Abschnitten von Evolventen gebildet wird, wobei zwei Abschnitte sich in einem Scheitelpunkt berühren, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur insgesamt vier Evolventenabschnitte (21a-d) aufweist, von denen je zwei gegenläufig orientierte Evolventen (21a, b) jeweils einem Schenkel (22a) der Lichtquelle zugeordnet sind, wobei die Anordnung rotationssymmetrisch oder axialsymmetrisch in bezug auf eine Symmetrieachse (Z) ist, die in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln (22a, b) aufgespannt ist, wobei der Scheitelpunkt (S1) in etwa auf der die Mitte der Schenkel verbindenden Geraden (X) liegt, so daß jeweils ein längerer (21a) und ein kürzerer (21b) Evolventenabschnitt (Zweig) einem Schenkel (22a) zugeordnet ist.
  2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt (S1) gegenüber der Verbindungsgeraden (X) auf einer -vom Ursprung O aus gesehen- um bis zu etwa ± 20° geneigten Geraden liegt.
  3. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Reflektors weitere Abschnitte (14c) besitzt, die die Gleichmäßigkeit der Strahlung verbessern.
  4. Reflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Abschnitt am längeren Evolventenzweig ansetzt und insbesondere Parabelform besitzt.
  5. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Schenkeln eine Trennwandung (20), die teilweise die Symmetrieachse einschließt, eingeführt ist.
  6. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand zumindest die beiden kürzeren Evolventenzweige als Kontur hat.
  7. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand im Bereich der kürzeren Evolventenzweige teilweise oder ganz fehlt.
  8. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand eine gegenüber der Evolvente vereinfachte Kontur (21b) besitzt.
  9. Reflektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand auch einen scheitelnahen Bereich der längeren Evolvente als Kontur mitumfaßt.
  10. Leuchte (50) mit einem Reflektor nach Anspruch 1 und einer Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Lampe (52) ist, deren Kolben zwei parallele Schenkel (54, 56) besitzt und deren Reflektor ein Rinnenreflektor (51) mit zwei langen (53) und zwei kurzen (55) Seiten ist.
  11. Leuchte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine elektrodenlose Lampe mit einem in sich geschlossenen Kolben ist.
  12. Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben eine Schleife mit ovaler oder annähernd rechteckiger Form ist.
  13. Leuchte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Nähe der kurzen Seiten (55) reflektierende Flächen angebracht sind.
  14. Leuchte (30) mit einem Reflektor nach Anspruch 1 und einer Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Lampe (31) ist, deren Kolben Ringform besitzt und deren Reflektor rotationssymmetrisch in bezug auf die Achse des Rings ist.
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