EP0953800A1 - Vorrichtung zur Lichtführung für eine langgestreckte Lichtquelle - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Lichtführung für eine langgestreckte Lichtquelle (1), insbesondere Leuchtstoffröhre, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen rohr- oder rohrsektorförmigen Körper (3) aus transparentem Material zur im wesentlichen koaxialen Aufnahme der Lichtquelle (1), welcher an seiner Innenseite mit axialparallelen aneinandergrenzenden Riefen (5), Kerben od.dgl. versehen ist. <IMAGE>
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Lichtführung für eine langgestreckte Lichtquelle, insbesondere
Leuchtstoffröhre.
Bei langgestreckten Lichtquellen, wie Leuchtstoffröhren,
ist in der Praxis häufig eine Lichtführung erwünscht, um einen
vorgegebenen Strahlungswinkel einzuhalten, außerhalb dessen eine
weitgehende Ausblendung des von der Lichtquelle ausgesandten
Lichtes erfolgt. Dazu können refraktierende oder reflektierende
Vorrichtungen eingesetzt werden; eine bekannte Art von reflektierenden
Vorrichtungen sind Spiegelraster aus Längs- und Querreflektorlamellen.
Auch Kombinationen aus refraktierenden und
reflektierenden Einrichtungen sind möglich.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer
Lichtführungsvorrichtung vom refraktierenden Typ, welche
alleine oder in Verbindung mit reflektierenden Elementen eingesetzt
werden kann. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine refraktierende
Lichtführungsvorrichtung zu schaffen, welche einen
vereinfachten Aufbau von Leuchten ermöglicht, insbesondere einer
kostengünstigen Alternative zu Spiegelrasterleuchten.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung erreicht, die sich
gemäß der Erfindung auszeichnet durch einen im wesentlichen
rohr- oder rohrsektorförmigen Körper aus transparentem Material
zur im wesentlichen koaxialen Aufnahme der Lichtquelle, welcher
an seiner Innenseite mit axialparallelen aneinandergrenzenden
Riefen, Kerben od.dgl. versehen ist.
Dadurch ergibt sich eine Art Prismenstruktur mit über die
Längsrichtung des Körpers konstantem Profil, deren Wirkungsweise
später noch ausführlicher beschrieben wird. Im Effekt bewirkt
diese Struktur eine Umlenkung von axialrichtungsnahen
Lichtstrahlen in eine der Radialen nähere Richtung. Die
Lichtabstrahlung einer von einer solchen Vorrichtung (zumindest
teilweise) umhüllten Leuchtstoffröhre wird in einem Winkelkegel
um die Axiale ausgeblendet, d.h. der Abstrahlwinkel normal zur
Leuchtstoffröhrenachse (z.B. nach unten) wird eingeschränkt. Im
Ergebnis kann auf die bei Spiegelrasterleuchten üblichen axialnormalen
Lamellen verzichtet werden, da die erfindungsgemäße
Lichtführungsvorrichtung die Lichtausblendung in Längsrichtung
übernimmt.
Bevorzugt werden die Riefen gleichmäßig über den Innenumfang
des Körpers verteilt, und besonders bevorzugt sind zumindest
20 Riefen vorgesehen. Dadurch wird die Lichtverteilung
über den Abstrahlbereich vergleichmäßigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß die Riefen in einem axialnormalen Schnitt
gesehen konkave Flanken aufweisen. Dadurch können die Streuungseigenschaften
der Riefenstrukturen minimiert werden, was
die Abschattungsgrenze verschärft, und der gesamte Lichttransmissionsgrad
(= Wirkungsgrad) wird maximiert. Bevorzugt beträgt
der Radius der Flanken das 0,5- bis 2,0-fache des Abstandes
zwischen halber Tiefe der Riefen und Achse des Körpers.
Eine in Bezug auf ihre Strahlungseigenschaften optimierte
Ausführungsform ergibt sich, wenn gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung die Flanken der Riefen in einem axialnormalen
Schnitt gesehen in einem Winkel von 40° bis 46°, bevorzugt 43°,
gegenüber der Radialrichtung geneigt sind.
Bevorzugt ist der Abstand zwischen halber Tiefe der Riefen
und Achse des Körpers das 1,4- bis 1,7-fache des Radius der
aufzunehmenden Lichtquelle, was eine besonders kompakte Bauform
ermöglicht.
In jedem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Brechungsindex
des transparenten Materials zumindest 1,45 beträgt,
was einen größeren Abschattungswinkel, d.h. einen geringeren
Abstrahlwinkel ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung
einer Leuchte mit einer langgestreckten Lichtquelle, insbesondere
Leuchtstoffröhre, die von einem dachartigen Reflektor
übergriffen ist und mit einer erfindungsgemäßen Lichtführungsvorrichtung
mit rohrförmigem Körper ausgestattet ist, welcher
die Lichtquelle umschließt. Wenn eine Lichtführungsvorrichtung
mit rohrsektorförmigem Körper verwendet wird, umgibt dieser die
Lichtquelle an ihrer dem Reflektor abgewandten Seite.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Leuchte enthält eine
langgestreckte Lichtquelle 1 in Form einer Leuchtstoffröhre mit
einer Längsachse 2, welche im Inneren eines im wesentlichen
rohrförmigen Körpers 3 aus transparentem Material mit einem
Brechungsindex von z.B. n = 1,5 koaxial mit Spiel angeordnet
ist. Die Lichtquelle 1 und den Körper 3 dachartig überspannend
bzw. umgreifend ist ein Trog-, umgekehrt-U- bzw. teilparabelförmiger
Reflektor 4 üblicher Bauart angeordnet.
Die Länge der in Fig. 1 im Schnitt gezeigten Leuchte in
Richtung der Achse 2 kann beliebig gewählt werden. Anstelle
einer Leuchtstoffröhre ist jede bekannte Form einer "langgestreckten
Lichtquelle" möglich, z.B. Halogenstäbe, Ketten von
einzelnen Lichtquellen wie Glühlampen usw. Die Achse 2 der
Lichtquelle 1 muß nicht notwendigerweise gerade sein, sondern
kann auch leicht gekrümmt oder polygonzugförmig sein, in welchen
Fällen der Körper 3 entsprechend an den Verlauf der Lichtquelle
1 angepaßt ist.
Der Körper 3 ist an seiner Innenseite mit zur Achse 2 parallel
verlaufenden, aneinander angrenzenden Riefen 5, Kerben
od.dgl. versehen. Im gezeigten Beispiel sind 12 Riefen 5
gleichmäßig über den Innenumfang des Körpers 3 verteilt.
Gemäß Fig. 3 besitzen die Riefen 5 in einem axialnormalen
Schnitt gesehen konkave Flanken 6, 7. Der Radius R1 der Flanken
6, 7 beträgt etwa das 0,5- bis 2,0-fache des Abstandes R2 zwischen
der halben Tiefe der Riefen 5 und der gemeinsamen Achse 2
von Lichtquelle 1 und Körper 3. Der mittlere Winkel (ϕ1+ϕ2)/2
der Flanken 6, 7 zur Radialen 8 liegt im Bereich von 40° - 46°,
bevorzugt bei etwa 43°. Der Abstand R2 zwischen etwa der halben
Tiefe der Riefen 5 und der gemeinsamen Achse 2 von Lichtquelle
1 und Körper 3 beträgt etwa das 1,4- bis 1,7-fache des Radius
RL der Lichtquelle 1. Der Außenradius R3 des Körpers 3 wird so
gering wie möglich gewählt, d.h. so, daß gerade noch eine ausreichende
Festigkeit für den Körper 3 gegeben ist. Die Talsohlen
9 der Riefen 5 reichen daher bis nahe an den Außenumfang
des Körpers 3.
Die Anzahl der Riefen 5 kann beliebig groß gewählt werden
und ist in der Praxis durch Fertigungseinschränkungen begrenzt.
Die Flanken 6, 7 der Riefen 5 können selbstverständlich auch
eben ausgebildet sein.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt.
Die von der Lichtquelle 2 ausgehenden Lichtstrahlen werden
durch die von den Riefen 5 gebildete prismenartige Struktur des
Körpers 3 nicht nur in der axialnormalen Ebene (wie in Fig. 1
gezeigt) umgelenkt, sondern auch in jeder axialparallelen
Ebene, von der eine beispielhafte in Fig. 2 gezeigt ist. Wie
aus dieser Figur ersichtlich, werden zur Achse 2 unter einem
Winkel δL geneigte Lichtstrahlen SL beim Durchgang durch den
Körper 3 näher in Richtung der Radialen 8 abgelenkt, u.zw. unter
einem Winkel δR > δL.
Wie aus Fig 1 ersichtlich, leuchtet der Körper 3 in jeder
Richtung senkrecht zur Achse breiter als die Lichtquelle 1.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine räumliche Darstellung der
Kombination der in den Fig. 1 und 2 skizzierten Brechungseffekte.
Alle Lichtstrahlen, die von einem Punkt 10 auf der Lichtquelle
2 unter einem Kegelmantelwinkel 11 bezogen auf die Achse
2 ausgehen (Fig. 4), werden bei Zwischenschaltung des Körpers 3
(Fig. 5) in Form eines "gestauchten" Kegelmantels 12 ausgesandt,
wobei um die Achse 2 ein Abschattungskegel 13 entsteht.
Der Abschattungskegel 13 erzeugt eine Beschränkung des Abstrahlwinkels
der in Fig. 1 dargestellten Leuchte normal zur
Zeichnungsebene in Fig. 1, wie er sonst nur durch axialnormale
Querlamellen innerhalb des Reflektors 4 erreicht werden könnte,
nach unten. Ein Vorzug dieser Lichtführung ist, daß ab einer
Größe von ca. R2 = 1,4 x RL praktisch sämtliches Licht die
Lichtführung verläßt, d.h. kaum mehr Abschattungsverluste auftreten,
wie sie z.B. durch Rückspiegelung in die Lichtquelle
von den Querlamellen einer Spiegelrasterleuchte verursacht
werden, deren oberer Steg schwarz ist.
Auch in Richtung nach oben, d.h. zum Reflektor 4 gerichtet,
hat die Abschattung in axialer Richtung eine vorteilhafte
Wirkung, da die aus dem Abschattungsbereich umgelenkten Lichtstrahlen
die Strahlungsintensität der Lichtquellen/Körper-Anordnung
auf den Reflektor 4 erhöhen, so daß dieser besser ausgenützt
wird. Ein besonderer Vorzug ergibt sich in Verbindung
mit Reflektoren, welche den Winkel von Strahlen zur Achse nicht
verändern, der Scheitelwinkel des Abschattungskegels der gesamten
Leuchte also nicht kleiner ist als jener der Lichtführung.
Das sind z.B. axialnormale ebene Reflektoren, welche als beidseitiger
Abschluß des Reflektors 4 dienen, oder auch axialparallele
rinnenförmige Reflektoren, bei denen jeder Punkt des
Reflektors eine axialparallele Tangentialebene besitzt, an welcher
der Winkel jedes Strahles zur Achse nur gespiegelt,wird,
sich im Betrag aber nicht ändert. Mit derartigen Reflektoren
wird die Längsausblendung der Lichtführung nicht verkleinert.
In einer vereinfachten Ausführungsform muß der Körper 3
die Lichtquelle 2 nicht allseitig umschließen, es genügt beispielsweise
ein rohrsektorförmiger Körper, welcher die Lichtquelle
2 z.B. an ihrer dem Reflektor 4 abgewandten Seite teilringförmig
umgibt, beispielsweise zu 1/4, zur Hälfte oder zu
3/4. Alternativ können sowohl der Reflektor als auch der Körper
zusammenfallende offene Stellen, axialparallele Schlitze oder
offene Sektoren usw. haben, welche einen ungehinderten Durchgang
bestimmter Lichtstrahlen der Lichtquelle ermöglichen.
Diese Variante ist beispielsweise für abgehängte Deckenleuchten
sinnvoll, bei denen der Körper und der Reflektor an der Oberseite
einen Längsschlitz aufweisen, durch welchen die Decke von
unten direkt angestrahlt wird, um dadurch eine teilweise indirekte
Beleuchtung des Raumes zu schaffen.
Der Körper 3 kann aus einem transparenten Kunststoff extrudiert
werden. Alternativ kann der Körper 3 aus einer entsprechend
profilierten Folie gefertigt werden, welche um die
Lichtquelle 2 teilweise oder diese ganz umschließend herumgebogen
wird. Es ist auch möglich, mehrere koaxiale Körper 3 einander
umschließend oder umgebend (anliegend oder mit Spiel) zu
verwenden, so daß sich eine Kaskadierung ihre Effekte, d.h. eine
Vergrößerung des Abschattungswinkels 13 ergibt.
Die Lichtquelle 1 kann auch einen anderen als kreisförmigen
Querschnitt haben und muß nicht koaxial zum Körper 3 angeordnet
sein.
Unter dem Begriff "rohrförmiger" Körper 3 wird nicht nur
ein zylindrisch rohrförmiger Körper verstanden, sondern ein
allgemein rohrförmiger Körper, z.B. mit elliptischem Profil,
abgerundet-eckigem Profil usw.
Der Körper 3 kann anders als dargestellt an der Lichtquelle
1 anliegen, d.h. die zwischen den Flanken 6, 7 benachbarter
Riefen 5 gebildeten Scheitel 14 liegen an der Außenoberfläche
der Lichtquelle 1 an. Alternativ kann der Körper 3 einstückig
mit der Außenwand der Lichtquelle 1 ausgeführt werden,
beispielsweise als Hülle einer Leuchtstoffröhre.
In einer beispielhaften Ausführungsform mit 20 Riefen, einem
Brechungsindex von n = 1,5; einem Flankenwinkel (ϕ1 +
ϕ2 )/2 von etwa 43° und Verhältnissen von R1/R2 0,5 bis 2,0;
R2 /RL = 1,4 bis 1,7 und R3/RL so klein wie möglich wurde eine
axiale Abschattung 13 von etwa 60° (Kegelscheitelwinkel) erreicht.
Claims (10)
- Vorrichtung zur Lichtführung für eine langgestreckte Lichtquelle (1), insbesondere Leuchtstoffröhre, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen rohr- oder rohrsektorförmigen Körper (3) aus transparentem Material zur im wesentlichen koaxialen Aufnahme der Lichtquelle (1), welcher an seiner Innenseite mit axialparallelen aneinandergrenzenden Riefen (5), Kerben od.dgl. versehen ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Riefen (5) gleichmäßig über den Innenumfang des Körpers (3) verteilt sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest 20 Riefen (5) vorgesehen sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Riefen (5) in einem axialnormalen Schnitt gesehen konkave Flanken (6, 7) aufweisen.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R1) der Flanken (6, 7) das 0,5- bis 2,0-fache des Abstandes (R2) zwischen halber Tiefe der Riefen (5) und Achse (2) des Körpers (3) beträgt.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (6, 7) der Riefen (5) in einem axialnormalen Schnitt gesehen in einem Winkel (ϕ1, ϕ2) von 40° bis 46°, bevorzugt 43°, gegenüber der Radialrichtung (8) geneigt sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für zylindrische Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (R2) zwischen halber Tiefe der Riefen (5) und Achse (2) des Körpers (3) das 1,4- bis 1,7-fache des Radius (RL) der aufzunehmenden Lichtquelle (1) ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des transparenten Materials zumindest 1,45 beträgt.
- Leuchte mit einer langgestreckten Lichtquelle (1), insbesondere Leuchtstoffröhre, die von einem dachartigen Reflektor (4) übergriffen ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem im wesentlichen rohrförmigen Körper (3), welcher die Lichtquelle (1) umschließt.
- Leuchte mit einer langgestreckten Lichtquelle (1), insbesondere Leuchtstoffröhre, die von einem dachartigen Reflektor (4) übergriffen ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem im wesentlichen rohrsektorförmigen Körper (3), welcher die Lichtquelle (1) an ihrer dem Reflektor (4) abgewandten Seite umgibt.
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