EP2112428A1 - Tunnelleuchte sowie Tunnelbeleuchtungssystem mit einer Vielzahl solcher Tunnelleuchten - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Straßen-, insbesondere Tunnelleuchte mit einer asymmetrischen Lichtstärkeverteilung sowie ein Straßen-, insbesondere Tunnelbeleuchtungssystem (9) umfassend eine Vielzahl solcher Leuchten (1), die linienförmig hintereinander über der Fahrbahn (12) und/oder an einer Fahrbahnseite angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Lichtstrom der Leuchte (1) auf einen in Fahrtrichtung betrachtet hinter der Leuchte liegenden Halbraum (21) beschränkt. Die Leuchte (1) besitzt insbesondere einen Ausblendraum, der den in Fahrtrichtung betrachtet vor der Leuchte liegenden Halbraum (20) umfasst. Durch das Ausleuchten des Tunnels (10) bzw. des Straßenbereichs in Fahrtrichtung werden vor einem bestimmten Fahrzeug herfahrende Fahrzeuge sozusagen von hinten beleuchtet, so dass sie für den dahinter herfahrenden Fahrer gut sichtbar sind. Andererseits wird durch das Ausblenden des entgegen der Fahrtrichtung orientierten Halbraums eine Blendungsfreiheit erreicht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Straßen-, insbesondere Tunnelleuchte mit einer asymmetrischen Lichtstärkeverteilung sowie ein Straßen-, insbesondere Tunnelbeleuchtungssystem umfassend eine Vielzahl solcher Leuchten, die linienförmig hintereinander über der Fahrbahn und/oder an einer Fahrbahnseite angeordnet sind.
• Für die Tunnelsicherheit spielt die visuelle Wahrnehmung eine entscheidende Rolle. Insbesondere hängt die Erkennbarkeit von Hindernissen stark von der Art der Tunnelbeleuchtung ab.
• Hierbei gibt es verschiedene, auseinander laufende Anforderungen, die von bisherigen Tunnelbeleuchtungen in nicht vollständig zufriedenstellender Weise gelöst werden. Ein Problem ist hierbei die Blendungsfreiheit. Einerseits sind im Tunnel natürlich hohe Leuchtdichten erwünscht, um eine gute Erkennbarkeit von Hindernissen zu erreichen. Andererseits führen bisherige Leuchten, die hohe Leuchtdichten im Tunnel bewirken, bislang oftmals zu Blendungserscheinungen, insbesondere zur Direktblendung, wenn die jeweiligen Personen im Strahlungsbereich der Leuchten näherungsweise oder gar ganz entgegen der Strahlungsachse in das Zentrum des Strahlungsbereichs blicken. Auch ist bei bisherigen Tunnelbeleuchtungen oftmals die Streuleuchtdichte, also die Leuchtdichte im Ausblendbereich, d.h. außerhalb des Strahlungsbereichs so hoch, dass eine Blendung der im Tunnel befindlichen Personen auftritt, auch wenn diese gar nicht in das Zentrum des Strahlungsbereichs blicken.
• Eine andere Problematik bei bisherigen Tunnelbeleuchtungen ist die gleichermaßen konstante und dennoch kontrastreiche Ausleuchtung von einerseits der Tunneloberflächen, insbesondere der Fahrbahnoberfläche und andererseits den sich darin bewegenden Fahrzeuge. Einerseits soll bei freiem Tunnel ohne Verkehr eine optimale Ausleuchtung der Tunneloberflächen erfolgen, andererseits sollen sich darin bewegende Fahrzeuge an ihren Oberflächen gleichmäßig ausgeleuchtet werden, wobei gleichermaßen eine optimale Kontrastwirkung und damit Erkennbarkeit der unterschiedlichen Oberflächen von Fahrzeugen einerseits und Tunnel andererseits gewährleistet sein muss. Die Ausleuchtung soll dabei sowohl über die Fläche als auch zeitlich gleichmäßig erfolgen, auch wenn sich ein Fahrzeug bewegt. Dies wird bislang von den üblichen Straßenleuchten nicht erreicht.
• Ferner treten bei herkömmlichen Tunnelbeleuchtungen oftmals Abschattungen durch die Fahrzeuge auf, die große Schattenräume im Tunnel bewirken und dessen Ausleuchtung beeinträchtigen.
• Schließlich bringen herkömmliche Tunnelbeleuchtungen oftmals ein Flickern mit sich. Insbesondere auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeuges ist ein ständiger Wechsel zwischen hell und dunkel zu beobachten, wenn das Fahrzeug im Tunnel unterschiedlich ausgeleuchtete Bereiche durchfährt. Das gleiche tritt auf der Rückwand von vorausfahrenden LKW's auf, die im Rhythmus der Leuchtenanordnung hell-dunkel blinkt.
• Um die oftmals spürbare Blendungswirkung üblicher Deckenstrahler bzw. hoch über der Fahrbahn montierter Strahler zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, anstelle dessen Leuchten in etwa 1 bis 2m Höhe über dem Mittelstreifen zu montieren und diese nach Art von Scheinwerfern auszubilden, die mittels eines Reflektors einen im wesentlichen parallelgerichteten Lichtstrom entlang einer bis auf einen Winkel von ± 5° horizontalen Achse mit einem Gesamtöffnungswinkel in einer vertikalen Ebene von weniger als 10° auf die Rückseite der vorausfahrenden Fahrzeuge zu richten. Dieses Ausleuchten hat zum Ziel, vertikale Flächen mit einem möglichst großen Kontrast gegenüber dem Hintergrund wie beispielsweise Tunneloberflächen zu beleuchten. Dies wird erreicht, indem der Tunnel fast parallel (Öffnungswinkel max. 10°) zur Fahrt- (= Tunnel)richtung ausgeleuchtet wird. Dabei erzielt man sehr hohe Leuchtdichten auf diesen vertikalen Flächen, währenddessen die Tunnelbegrenzungsflächen (Straße, Wand und Decke), insbesondere die Straße, dunkel bleiben, was im Sinne eines möglichst großen Kontrastverhältnisses (= Leuchtdichteverhältnis zwischen vertikaler Fläche und Umgebungsfläche) natürlich erwünscht ist. Eine stabile Wahrnehmung ist allerdings nicht gegeben, die Kontraste (Verhältnis Infeld-Leuchtdichte zu Umfeld-Leuchtdichte) gehen hier weit über 100 hinaus. Auch werden durch diese 'quasiparallele' Strahlung starke Reflexblendungen (Rückspiegel, glänzende Oberflächen, etc.) und eine starke Schattigkeit erzeugt, während andererseits bei Fehlen vertikaler Flächen, d.h. ohne vorausfahrendes Fahrzeug alles dunkel bleibt, da die Lichtstärkeverteilung extrem eng ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Straßen-, insbesondere Tunnelleuchte der genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbildet. Insbesondere soll eine blendfreie, abschattungsarme und dennoch kontrastreiche Ausleuchtung sowohl der Tunneloberflächen als auch der sich darin bewegenden Fahrzeuge erreicht werden, die stabile Wahrnehmung ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leuchte gemäß Anspruch 1 sowie ein Straßen-, insbesondere Tunnelbeleuchtungssystem gemäß Anspruch 13 gelöst.
• Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Es wird also vorgeschlagen, die Straßenleuchten sowie das diese umfassende Straßenbeleuchtungssystem derart auszubilden, dass eine Ausleuchtung der Straße bzw. des Tunnels nach dem Mitstrahlprinzip erfolgt. Die Leuchten strahlen zumindest im Wesentlichen nur in Fahrtrichtung mit einer asymmetrischen Lichtstärkeverteilung dergestalt, dass nur der Halbraum in Fahrtrichtung umfasst wird. Erfindungsgemäß ist der Lichtstrom der Leuchte auf einen in Fahrtrichtung betrachtet hinter der Leuchte liegenden Halbraum beschränkt. Die Leuchte besitzt insbesondere einen Ausblendraum, der den in Fahrtrichtung betrachtet vor der Leuchte liegenden Halbraum umfasst. Durch das Ausleuchten des Tunnels bzw. des Straßenbereichs in Fahrtrichtung werden vor einem bestimmten Fahrzeug herfahrende Fahrzeuge sozusagen von hinten beleuchtet, so dass sie für den dahinter herfahrenden Fahrer gut sichtbar sind. Andererseits wird durch das Ausblenden des entgegen der Fahrtrichtung orientierten Halbraums eine Blendungsfreiheit erreicht.
• Die asymmetrische Lichtstärkeverteilung (LVK) der Tunnelleuchte ist insbesondere derart gestaltet, dass die Leuchtenanordnung in Summe, d.h. in Überlagerung von allen Leuchten den gesamten Tunnelraum gemäß den visuellen Anforderungen blendfrei ausleuchtet. Diese visuellen Anforderungen bestehen darin, dass die Tunneloberflächen (Straße, Wände und Decken) und der gesamte dazwischenliegende Raum so ausgeleuchtet werden, dass eine sogenannte stabile Wahrnehmung gewährleistet wird. Eine solche stabile Wahrnehmung wird dann erreicht, wenn die Leuchtdichten im Fokus der Aufmerksamkeit, dem sog. Infeld, hier die Straße sowie voraus fahrende Fahrzeuge bzw. potentielle Hindernisse, ca. das 1-3fache der Umgebungsleuchtdichten an Tunnelwänden und -decke beträgt. Die Leuchtdichtewerte im Gesichtsfeld des Fahrers sind daher vorteilhafterweise im zentralen Sichtbereich (Straße = visuelles Infeld) mindestens gleich groß, im Idealfall können sie sogar das 3fache der Leuchtdichten im peripheren Gesichtsfeldbereich, das in einem Tunnel von dessen Decke und desse Wände gebildet wird, d.h. im visuellen Umfeld betragen (z. Bsp. eine normgemäße Straßenleuchtdichte von 4cd/m² und eine Wand- und Deckenleuchtdichte von ca. 1,3cd/m²).
• Bei der konventionellen Tunnelbeleuchtung (Gegenstrahlprinzip) sind die Leuchten mit mittleren Leuchtdichten von ca. 1000cd/m² bis 100.000cd/m² im Gesichtsfeld des Fahrers die dominierenden Helligkeiten und bilden Blendquellen, eine stabile Wahrnehmung ist nicht möglich. Mit dem Mitstrahlprinzip ist eine solche indes möglich.
• Dabei ermöglicht die asymmetrische Lichtstärkeverteilung, die durch eine geeignete, dem Leuchtmittel bzw. den Leuchtmitteln der Leuchte zugeordnete Optik erreicht werden kann, eine homogene Tunnel-Raumausleuchtung und einen optimalen Kompromiss zwischen den teilweise gegenläufigen Anforderungen an die Tunnelbeleuchtung, insbesondere der gleichmäßigen Beleuchtungsstärke- und Leuchtdichteverteilung auf den Tunneloberflächen, der gleichmäßigen Ausleuchtung jedes Raumpunktes zwischen den Tunneloberflächen, Blendungsfreiheit und geringer Lichtdruck. Dabei bedeutet "Ausleuchtung eines Raumpunktes", dass für jeden Raumpunkt im Tunnel Beleuchtungsstärken in alle Raumrichtungen, insbesondere auch Vertikalbeleuchtungsstärken mehr oder weniger gleicher Größe auftreten bzw. sich diese in einem gewissen Bereich befinden. Damit ist gewährleistet, dass sich im Tunnel bewegende Fahrzeuge optimal ausgeleuchtet werden, d.h. dass ihre Oberlächen während der Bewegung im Tunnel gut ausgeleuchtet sind und keinen großen zeitlichen Schwankungen unterworfen sind.
• In Weiterbildung der Erfindung kann die Leuchte insbesondere einen im Wesentlichen kegel- oder keulenförmigen Strahlungsraum besitzen, dessen Hauptachse spitzwinklig zur Fahrtrichtung geneigt ist. Der Strahlungsraum bildet sozusagen eine Beleuchtungskeule, die - grob gesprochen - einen sozusagen unregelmäßigen Kegel bilden kann. Mit anderen Worten wird von der Leuchte ein Lichtkegel - der nicht im mathematischen Sinne exakt kreiskegelförmig zu sein braucht, sondern auch unregelmäßige Querschnitte besitzen und sozusagen eine Keule bilden kann - abgestrahlt, dessen Hauptachse bei Deckenmontage der Leuchte leicht abschüssig nach unten in Fahrtrichtung und bei Seitenwandmontage schräg nach unten vorne in Fahrtrichtung geneigt ist. Insbesondere kann bei Positionierung der Leuchte oberhalb der Fahrbahn, insbesondere an der Tunneldecke, der Strahlungsraum schräg nach unten auf die Fahrbahn geneigt im Wesentlichen in Fahrtrichtung ausgerichtet den Tunnelraum beleuchten.
• Dabei kann die Lichtstärkeverteilung insbesondere dergestalt ausgebildet sein, dass der Lichtkegel bzw. die Strahlungskeule nur eine begrenzte Aufweitung besitzt und in vertikalen Schnittebenen betrachtet einen im Wesentlichen spitzwinkligen Strahlungssektor definiert, der vorteilhafterweise weniger als 75°, vorzugsweise 60° oder weniger Öffnungswinkel besitzt.
• Dabei kann die Abstrahlungskeule derart ausgerichtet und ausgebildet sein, dass ein Lichtstärkemaximum bei einem Winkel von etwa 15° bis 75°, insbesondere bei etwa 60° bis 70° zur Vertikalen auftritt. Dies ist ein sehr guter Kompromiss dahingehend, dass einerseits eine hervorragende Ausleuchtung des in Fahrtrichtung orientierten Halbraums erreicht wird, andererseits jedoch auch im Falle eines kurzfristig notwendig werdenden Gegenverkehrs keine übermäßige Blendung eintritt, sondern nur eine im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften noch zulässige Blendung eintritt.
• In Weiterbildung der Erfindung ist dabei die den Leuchtmitteln zugeordnete Optik derart beschaffen, dass die Lichtstärkeverteilung auch innerhalb des ausgeleuchteten Halbraums über den Betrachtungswinkel gemessen zur Fahrtrichtung variiert. Insbesondere ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Lichtstärkeverteilung in verschiedenen vertikalen Ebenen, die zur Fahrtrichtung unterschiedlich stark verdreht sind, voneinander abweichen, insbesondere dergestalt, dass in vertikalen Ebenen, die zur Fahrtrichtung unter einem Winkel von mehr als 45° gedreht sind, d.h. schon recht stark quer orientiert sind, deutlich kleinere Lichtstärken vorliegen als in vertikalen Ebenen, die zur Fahrtrichtung nur um einen Winkel zwischen 15° und 30° gedreht sind. Vorteilhafterweise ist die Lichtstärkeverteilung derart getroffen, dass eine maximale Lichtstärke in einer vertikalen Ebene auftritt, die von der Fahrtrichtung nur wenig divergiert, in jedem Falle zur Fahrtrichtung unter einem Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise weniger als 30° gedreht ist.
• Um eine weitgehend völlige Blendungsfreiheit zu erzielen, besitzt in Weiterbildung der Erfindung die Leuchte in ihrem Ausblendbereich, der den in Fahrtrichtung betrachtet vor der Leuchte liegenden Halbraum umfasst, eine mittlere Leuchtdichte von weniger als 200 cd/m², vorzugsweise weniger als 100 cd/m².
• In Weiterbildung der Erfindung besitzt die Leuchte Mittel zur Lichtpunktzerlegung. An jedem Aufpunkt der zu beleuchtenden Fläche trifft Licht auf, das von Leuchtflächen an der Leuchte stammt, die einzeln und getrennt wahrnehmbar sind und eine gewisse Größe nicht überschreiten. Durch eine derartige Lichtpunktzerlegung wird erreicht, dass die Blendwirkung der Leuchte in alle Richtungen, vor allem aber im Strahlungsbereich und bei Blickrichtungen entgegen der Strahlungshauptachse, stark reduziert wird. Weiterhin wird durch eine derartige Lichtpunktzerlegung erreicht, dass der sog. Lichtdruck im Strahlungsbereich stark abnimmt, dass die Ausleuchtung des Tunnels wesentlich gleichmäßiger und unproblematischer wird und dass zu guter Letzt nichtsdestotrotz die Kontraste und die Lichtrichtung bzw. Schattigkeit im Tunnel optimiert sind.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jeder Aufpunkt der zu beleuchtenden Fläche von zumindest 25, vorzugsweise mindestens 50 und vorteilhafterweise mehr als 100 separat wahrnehmbaren Lichtpunkten her beleuchtet ist.
• Dabei können die Mittel zur Lichtpunktzerlegung vorteilhafterweise derart ausgebildet sein, dass die in Blickrichtung projizierte Größtabmessung D jeder separat wahrnehmbaren Leuchtfläche an der Leuchte durch folgende Beziehung definiert ist: $$\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{2}\mathrm{\cdot }\mathrm{a}\mathrm{\cdot }\tan \left(\mathrm{x}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

  

  
  wobei a der Betrachtungsabstand, also der Abstand des Aufpunktes von den jeweiligen Leuchtflächen in Metern gemessen ist und für den am Aufpunkt durch die Teillichtbündel der Leuchtfläche gebildeten Öffnungswinkel x gilt: $$\mathrm{x}\mathrm{=}\mathrm{(}\mathrm{-}\mathrm{1}\mathrm{/}\mathrm{g}\mathrm{\cdot }\ln \left[\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{B}\right)\mathrm{/}\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{1}\right)\right]\mathrm{-}\mathrm{s}$$

  

  
  wobei der Öffnungswinkel x in Winkelminuten (mit 1 Winkelminute = 1/60 Grad mit 360 Grad = Kreis) angegeben ist und für die Parameter g, K, B und s die Ungleichungen $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{5}\mathrm{\le }\mathrm{g}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{9}$$

  

  $$\mathrm{6}\mathrm{\le }\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{9}$$

  

  $$\mathrm{1}\mathrm{\le }\mathrm{B}<\mathrm{5}\mathrm{,}\mathrm{8}$$

  

  $$\mathrm{0}\mathrm{\le }\mathrm{s}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{3}$$

  

  
  gelten und ferner der in Blickrichtung projizierte Mindestabstand benachbarter Leuchtflächen durch die Beziehung definiert ist: $$\mathrm{b}=\mathrm{2}\mathrm{\cdot }\mathrm{a}\mathrm{\cdot }\tan \left(\mathrm{y}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

  

  
  wobei a der Betrachtungsabstand in Metern gemessen ist und y ≥ 10 Winkelminuten ist, wobei y der durch die benachbarten Teillichtbündel zweier Leuchtflächen gebildete Öffnungswinkel ist.
• Die genannte Lichtpunktzerlegung kann hierbei grundsätzlich in verschiedener Art und Weise erfolgen, beispielsweise über facettenartige Reflektoren. Insbesondere jedoch wird die Lichtpunktzerlegung durch eine rasterartige Anordnung punktförmiger Lichtquellen erreicht. In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung umfaßt die Leuchte eine Mehrzahl punktförmiger Lichtquellen in Form von LEDs, die vorteilhafterweise in einer der vorgenannten Beziehung genügenden Anordnung positioniert sind, so dass es zu einer Lichtpunktzerlegung kommt.
• In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung umfasst die Leuchte dabei eine Mehrzahl von Linsen, die den punktförmigen Lichtquellen jeweils zugeordnet sind. Insbesondere können diese Linsen als Freiformlinsen zur Erzeugung der jeweils asymmetrischen Lichtstärkeverteilung ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Linsenanordnung können den punktförmigen Lichtquellen auch Reflektoren zugeordnet sein, die derart beschaffen sind, daß die gewünschte asymmetrische Lichtstärkeverteilung erzielt wird.
• Um eine weitgehend flickerfreie Ausleuchtung zu erreichen, sind die Straßen- bzw. Tunnelleuchten in vorteilhafter Weise linienförmig bzw. in Reihe hintereinander über der Fahrbahn bzw. seitlich neben der Fahrbahn angeordnet.
• In Weiterbildung der Erfindung ist dabei bei mehrspurigen Fahrbahnen mit Gegenverkehr die Anordnung der Leuchten derart getroffen, dass zumindest zwei Reihen von Leuchten vorgesehen sind, die reihenweise gegenläufig ausgerichtete Abblendräume besitzen und mit ihrem Lichtstrom jeweils auf eine Fahrbahnhälfte beschränkt sind. Bei gleichzeitiger Ausblendung entgegen der Fahrtrichtung ist damit vorteilhafterweise die Lichtstrahlung der Leuchten auf einen Viertelraum begrenzt, der in Fahrtrichtung weist und auf die mit dieser Fahrtrichtung korrespondiere Fahrbahn beschränkt ist. Insbesondere kann beispielsweise eine rechte Reihe von Straßen- bzw. Tunnelleuchten viertelraumförmig in Fahrtrichtung nur die rechte Fahrspur ausleuchten, während die linke Fahrbahn ausgeblendet ist ebenso wie der gesamte entgegen der Fahrrichtung orientierte Halbraum. Die zweite Reihe von Leuchten hingegen ist sozusagen umgekehrt orientiert, d.h. sie leuchtet die linke Fahrspur in entgegengesetzter Fahrtrichtung aus, während die rechte Fahrspur ausgeblendet ist sowie der (umgekehrte) Halbraum entgegen der Fahrtrichtung der linken Fahrspur.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:

eine schematische Darstellung eines Tunnelbeleuchtungssystems nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, wonach die Tunnelleuchten linienförmig an der Tunneldecke angebracht sind, wobei die Teildarstellung (a) einen Querschnitt des Tunnels und die Teildarstellung (b) einen Längsschnitt durch den Tunnel zeigt,

Fig. 2:

eine schematische Darstellung eines Tunnelbeleuchtungssystems nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung, bei der zwei Reihen von Tunnelleuchten seitlich neben den Fahrspuren an den Tunnelseitenwänden angeordnet sind, wobei ähnlich Fig. 1 in den Teildarstellungen (a) und (b) ein Querschnitt und ein Längsschnitt dargestellt sind,

Fig. 3:

eine perspektivische, schematische, teilweise als Explosionsdarstellung ausgeführte Darstellung einer Tunnelleuchte mit einer Mehrzahl von LEDs nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, denen jeweils eine Optik in Form einer Freiformlinse zugeordnet ist, um die erwünschte asymmetrische Lichtverteilung zu erreichen,

Fig. 4:

einen Querschnitt durch die Tunnelleuchte aus Fig. 3,

Fig. 5:

eine perspektivische Ansicht der einer LED der Tunnelleuchte zugeordneten Freiformlinse,

Fig. 6:

eine grafische Darstellung der Lichtstärkeverteilungskurven der Tunnelleuchte aus den vorhergehenden Figuren in verschiedenen, zur Fahrtrichtung unterschiedlich gedrehten Betrachtungsebenen, wobei Fig. 6a die Lichtstärkeverteilung für seitliche Anordnung (Fig. 2) der Tunnelleuchte und Fig. 6b die Lichtstärkeanordnung für die Deckenanordnung (Fig. 1) der Tunnelleuchte zeigt,

Fig. 7:

eine schematische Darstellung der verschiedenen Betrachtungsebenen, C0, C30 und C60, deren Lichtstärkeverteilungen in Fig. 6 darstellt sind, wobei Fig. 7 (a) eine Draufsicht auf die Fahrbahn darstellt, in der die genannten Ebenen senkrecht zur Zeichenebene liegen, während Fig. 7(b), 7(c) und 7(d) die C0, C30 und C60-Ebenen in der Zeichenebene liegend zeigen, die gegenüber der Tunnellängsache verschieden stark verdrehten Querschnitten durch den Tunnel entsprechen,

Fig. 8:

eine schematische Darstellung der Lichtpunktzerlegung der Tunnelbeleuchtung,

Fig. 9

einen Längsschnitt durch den Tunnel mit einer Darstellung zur Verdeutlichung des in Fahrtrichtung vor einer Leuchte liegenden Halbraums und des in Fahrtrichtung hinter der Leuchte liegenden Halbraums, und

Fig. 10

eine schematische Darstellung eines Tunnelbeleuchtungssystems für einen Tunnel mit Fahrbahnen mit Gegenverkehr nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, wonach die Tunnelleuchten in zwei Reihen linienförmig an der Tunneldecke angebracht sind, wobei Darstellung (a) einen Querschnitt des Tunnels ähnlich Figur 2 zeigt.

• Fig. 1 zeigt ein Tunnelbeleuchtungssystem 9 für einen Tunnel 10, der zwei in gleiche Fahrtrichtung gehende Fahrspuren umfasst. Das Tunnelbeleuchtungssystem 9 umfasst eine Vielzahl von Leuchten 1, die linienförmig bzw. in Reihe hintereinander angeordnet sind, wobei bei der in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsform die Leuchten 1 über der Fahrbahn 12 leicht außermittig an der Decke 11 des Tunnels 10 angebracht sind.
• Alternativ oder zusätzlich kann das Leuchtenband umfassend eine Vielzahl von Leuchten 1 auch seitlich neben der Fahrbahn 12 an einer Seitenwand oder an gegenüber liegenden Seitenwänden angebracht sein, wie dies Fig. 2 zeigt, wobei vorteilhafterweise die Leuchten 1 in einer Höhe von mindestens 1,5 m, vorzugsweise 2 m oder mehr über dem Fahrbahnboden angebracht sein können.
• Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, sind die Leuchten 1 dabei derart ausgebildet, dass sie den Tunnel in Fahrtrichtung nach dem Mitstrahlprinzip ausleuchten. Wie insbesondere die Figuren 1 (b) und 2 (b) verdeutlichen, geben die Leuchten 1 dabei jeweils spitzwinklig zur Fahrtrichtung geneigte Lichtkegel bzw. -keulen 8 ab, die ein vorausfahrendes Fahrzeug sozusagen von hinten her ausleuchten, so dass ein nachfahrendes Fahrzeug das Heck des vorausfahrenden Fahrzeuges bestens erkennen kann. Die von verschiedenen Leuchten bzw. von verschiedenen Leuchtmitteln mit zugehöriger Optik (Linse oder Reflektor) einer Leuchte abgegebenen Lichtkegel bzw. -keulen überlappen einander dabei, vgl. Fig. 1 (b) und Fig. 2(b).
• Bei der in Fig. 1 und 2 gezeichneten Ausführung strahlen die Leuchten 1 Licht in Form eines Kegels bzw. einer Keule ab, wobei der Strahlungsbereich in der Längsschnittebene des Tunnels betrachtet dabei jeweils auf einen Sektor mit einem Öffnungswinkel von etwa 60° begrenzt ist, wobei der in Fahrtrichtung betrachtet hintere Rand des ausgeleuchteten Bereiches etwa unter einem Winkel von 90° bzw. geringfügig weniger zur Fahrtrichtung geneigt verläuft, während der vordere Rand des Strahlungsbereichs sich mit einem Winkel von etwa 30° zur Fahrtrichtung geneigt erstreckt, vgl. Fig. 1 (b) und Fig. 2 (b).
• Die Leuchten 1 sind dabei derart ausgebildet, insbesondere mit einer geeigneten Optik versehen, so dass die jeweilige Leuchte über eine asymmetrische Lichtstärkeverteilung verfügt und ein jeweils vor der jeweiligen Leuchte liegender Halbraum 20 über der Fahrbahn, d.h. der sich entgegen der Fahrtrichtung erstreckende Halbraum 20 (vgl. Fig. 9) ausgeblendet ist. Die Leuchten 1 bzw. das Beleuchtungssystem 9 sind dabei derart ausgebildet, dass die mittlere Leuchtdichte im Ausblendbereich einen Wert von 200 cd/m², vorzugsweise 100 cd/m². nicht überschreitet, um eine weitgehend vollständige Blendungsfreiheit zu erzielen. Der Lichtstrom der Leuchte 1 ist auf den in Fahrtrichtung weisenden Halbraum 21 beschränkt, vgl. Fig. 9.
• Die asymmetrische Lichtstärkeverteilung der Leuchten 1 ist hierbei aus Fig. 6 ersichtlich, die in Fig. 6a die Lichtstärkeverteilungen einer Leuchte für seitliche Anordnung (Fig. 2) 1 und in Fig. 6b für Anordnung an der Decke (Fig. 1) in verschiedenen vertikalen Ebenen C15, C30, C45 und C60 zeigt. Die Orientierung der genannten Ebenen ist aus Fig. 7 ersichtlich, die die C0, C30 und C60 Ebenen zeigt. Wie Fig. 7 (a) zeigt, entspricht die C0-Ebene einer vertikalen, im 90°-Winkel gegenüber der Fahrtrichtung gedrehten Ebene, also sozusagen einer senkrechten Tunnelquerschnittsebene, wie sie in Fig. 7 (b) dargestellt ist, während die C60-Ebene hierzu im 60°-Winkel verdreht ist, wie dies Fig. 7 (a) und Fig. 7(d) zeigen. Dementsprechend ist die C15-Ebene eine vertikale Ebene, die im 15°-Winkel gegenüber der senkrechten Querschnittsebene C0 verdreht ist. Die C30-Ebene ist dementsprechend um 30° gegenüber der C0-Ebene verdreht usw.
• In jeder dieser Betrachtungsebenen besitzt die Tunnelleuchte 1 die in Fig. 6 dargestellte Lichtstärkeverteilungscharakteristik. Wie Fig. 6a für die seitliche Leuchtenanordnung (Fig. 2) zeigt, nimmt die Lichtstärke mit zunehmendem Verdrehungswinkel gegenüber der C0-Ebene stark zu. Die maximale Lichtstärke in der C60-Ebene ist in der in Fig. 6 gezeichneten Ausführung beispielsweise fast doppelt so groß wie in der C45-Ebene. Dabei ist ersichtlich, dass in allen Betrachtungsebenen eine relativ schlanke und näherungsweise winkelmäßig vergleichbar orientierte Lichtverteilungskurve gegeben ist. Die Lichtstärken treten im Bereich eines Neigungswinkels zur Vertikalen zwischen ca. 15° und 75° auf, d.h. der von der Leuchte 1 ausgeleuchtete kegelige bzw. keulenförmige Strahlungsraum 8 besitzt in der vertikalen Betrachtungsebene einen Öffnungswinkel von etwa 60°, wobei die Lichtstärken im Bereich zwischen 45° und 75° stark zunehmen und deutlich größer sind als im Bereich von 15° bis 45°, wobei sie im Bereich von vorzugsweise etwa 60° bis 75° zur Vertikalen ein Maximum besitzen.
• Bei Anordnung der Tunnelleuchte 1 an der Decke gemäß Fig. 1 besitzt die Tunnelleuchte die in Fig. 6b dargestellte Lichtstärkeverteilungscharakteristik. Auch hier ist in allen Betrachtungsebenen eine relativ schlanke Lichtverteilungskurve gegeben, wobei in jeder Betrachtungsebene die Lichtstärken in einem Abstrahlsektor mit einem Öffnungswinkel von weniger als 45°, insbesondere weniger als 30° auftreten. Je nach Verdrehung der Betrachtungsebene treten dabei die Maxima der Lichtstärken in unterschiedlichen Neigungswinkelbereichen zur Vertikalen auf. Während beispielsweise die C90-Kurve - grob gesprochen - im Bereich um 45° Neigungswinkel herum stark zunehmende Lichtstärken besitzt, ist dies für die C30- und C150-Ebene etwa der Winkelbereich von - erneut grob gesprochen - 30°.
• Wie die Fig. 1 (a) und 2 (a) zeigen, kann bei einem Einbahnstraßentunnel das Beleuchtungssystem 9 beide Fahrspuren gleich gerichtet ausleuchten. Bei Gegenverkehrtunneln ist, wie dies Fig. 10 zeigt, die Anordnung indes vorteilhafterweise so getroffen, dass zwei Reihen von Leuchten 1 jeweils in entgegengesetzter Richtung die jeweilige Fahrspur nach dem Mitstrahlprinzip ausleuchten, d.h. die jeweiligen kegel- bzw. keulenförmigen Strahlungsbereiche sind jeweils auf einen Viertelraum begrenzt und einander entgegengerichtet.
• Die gewünschte charakteristische asymmetrische Lichtstärkeverteilung erzielen die Leuchten 1 vorteilhafterweise über geeigneten Optiken 6, die den vorzugsweise punktförmigen Lichtquellen zugeordnet sind und insbesondere Linsen und/oder Reflektoren umfassen können. Wie die Figuren 3 und 4 zeigen, kann eine Leuchte 1 ein längliches, beispielsweise stabförmiges Gehäuse 2 besitzen, das beispielsweise einen wannenförmigen Blechkasten umfassen kann, der von einer Glasscheibe 3 abgedeckt ist. Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine Platine 4 vorgesehen, auf der eine Vielzahl von punktförmigen Lichtquellen vorteilhafterweise in Form von LEDs 5 voneinander beabstandet in Reihe hintereinander angeordnet sind, vgl. Fig. 3. Die LEDs 5 können dabei unmittelbar auf der Platine 4 montiert sein.
• Wie Fig. 4 zeigt, ist jeder der LEDs 5 eine Linse 7 zugeordnet, die als Freiformlinse ausgebildet ist, wie dies Fig. 5 zeigt. Die Freiform der Linse 7 gemäß Fig. 5 ist dabei derart beschaffen, dass sie die zuvor beschriebene asymmetrische Lichtstärkeverteilung der Leuchte 1 bewirkt.
• Die Anordnung der LEDs 5 nebst den zugeordneten Freiformlinsen 7 bewirken dabei eine Lichtpunktzerlegung, die einerseits eine kontrastreiche Wahrnehmung der ausleuchteten Bereiche und andererseits eine weitgehende Blendungsfreiheit ermöglicht. Dabei wird jeder Aufpunkt im ausgeleuchteten Raum innerhalb des Tunnels 10 von mehreren separat wahrnehmbaren Lichtpunkten beleuchtet. Die Anordnung der LEDs 5 ist dabei derart getroffen, dass sie der in Fig. 8 dargestellten Beziehung genügt, wonach die von den Ausgangsflächen der Freiformlinsen 7 gebildeten Lichtpunkte hinsichtlich Größe und Anordnung den Anforderungen an eine sinnvolle Lichtpunktzerlegung genügen. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größtabmessung D jedes Lichtpunkts durch folgende Beziehung definiert ist: $$\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{2}\mathrm{\cdot }\mathrm{a}\mathrm{\cdot }\tan \left(\mathrm{x}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

  

  
  wobei a der Betrachtungsabstand, also der Abstand des Aufpunktes von den jeweiligen Leuchtflächen in Metern gemessen ist und für den am Aufpunkt durch die Teillichtbündel der Leuchtfläche gebildeten Öffnungswinkel x gilt: $$\mathrm{x}\mathrm{=}\mathrm{(}\mathrm{-}\mathrm{1}\mathrm{/}\mathrm{g}\mathrm{\cdot }\ln \left[\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{B}\right)\mathrm{/}\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{1}\right)\right]\mathrm{-}\mathrm{s}$$

  

  
  wobei der Öffnungswinkel x in Winkelminuten (mit 1 Winkelminute = 1/60 Grad mit 360 Grad = Kreis) angegeben ist und für die Parameter g, K, B und s die Ungleichungen $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{5}\mathrm{\le }\mathrm{g}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{9}$$

  

  $$\mathrm{6}\mathrm{\le }\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{9}$$

  

  $$\mathrm{1}\mathrm{\le }\mathrm{B}<\mathrm{5}\mathrm{,}\mathrm{8}$$

  

  $$\mathrm{0}\mathrm{\le }\mathrm{s}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{3}$$

  

  
  gelten und ferner der Mindestabstand benachbarter Leuchtflächen durch die Beziehung definiert ist: $$\mathrm{b}=\mathrm{2}\mathrm{\cdot }\mathrm{a}\mathrm{\cdot }\tan \left(\mathrm{y}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

  

  
  wobei a der Betrachtungsabstand in Metern gemessen ist und y ≥ 10 Winkelminuten ist, wobei y der durch die benachbarten Teillichtbündel zweier Leuchtflächen gebildete Öffnungswinkel ist.
• Dabei sind die zuvorgenannten Parameter B und K ausreichend ungleich voneinander. Vorteilhafterweise wird der parameter B in Abhängigkeit von der im Betrachtungsabstand a festzulegenden, dort die Blendwirkung beeinflussenden Beleuchtungsstärke gewählt, wobei vorzugsweise der Parameter B ≤ 5, insbesonder B ≤ 4 ist.

Claims (15)

1. Straßenleuchte, insbesondere Tunnelleuchte, mit einer Optik (6) zur Erzielung einer asymmetrischen Lichtstärkeverteilung (LVK) und gleichmäßigen Ausleuchtung der Fahrbahn- und ggf. Tunneloberflächen und des über der Fahrbahn liegenden Raums, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrom der Leuchte auf einen in Fahrtrichtung betrachtet hinter der Leuchte liegenden Halbraum (21) beschränkt ist.
2. Straßenleuchte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Mittel zum Ausblenden des in Fahrtrichtung betrachtet vor der Leuchte liegenden Halbraums (20) vorgesehen sind.
3. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die asymmetrische Lichtstärkeverteilung derart ausgebildet ist, daß Leuchtdichten im Zentrum des auf die Fahrbahn und/oder ein vorausfahrendes Fahrzeug gerichteten Blickfelds zwischen 75% und 500%, vorzugsweise 100% bis 300%, insbesondere 150% bis 300%, der Leuchtdichten am Rand diese Blickfelds, d.h. an Tunnelwänden und -decken, betragen.
4. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der von der Leuchte abgestrahlte Lichtstrom auf eine kegel- oder keulenförmigen Strahlungsraum begrenzt ist, dessen Hauptachse spitzwinklig zur Fahrtrichtung geneigt und auf die Fahrbahn gerichtet ist, wobei vorzugsweise von mehreren Leuchtmitteln (5) eine Mehrzahl solcher einander überlappender kegel-oder keulenförmiger Strahlungsräume definiert sind.
5. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in vertikaler Schnittebene betrachtet der Lichtstrom auf einen spitzwinkligen Strahlungssektor mit einem Öffnungswinkel von 15° bis 75°, vorzugsweise 25° bis 60° beschränkt ist, wobei die Lichtstärken, die zwischen 50% und 100% des Lichtstärkemaximums betragen, in einem spitzwinkligen Strahlungssektor mit einem Öffnungswinkel von weniger als 45° auftreten, und ein Lichtstärkemaximum bei einem Winkel von 30° bis 75°, insbesondere 60° bis 70° zur Vertikalen auftritt.
6. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtstärkeverteilung (LVK) in verschiedenen vertikalen Ebenen (C0 ... C90), die zur Fahrtrichtung unterschiedlich stark im Bereich von ± 90° geneigt sind, voneinander abweichen, wobei in vertikalen Ebenen, die zur Fahrtrichtung unter einem Winkel von mehr als 45° geneigt sind, kleinere Lichtstärken vorliegen als in vertikalen Ebenen, die zur Fahrtrichtung unter einem Winkel zwischen 15° und 30° geneigt sind, wobei ein Lichtstärkemaximum in einer vertikalen Ebene auftritt, die zur Fahrtrichtung unter einem Winkel von 0° bis 45°, vorzugsweise 0° bis 30° geneigt ist.
7. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Ausblendbereich der Leuchte, der den in Fahrtrichtung betrachtet vor der Leuchte liegenden Halbraum (20) umfasst, eine mittlere Leuchtdichte weniger als 200 cd/m², vorzugsweise weniger als 100 cd/m², beträgt.
8. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Lichtpunktzerlegungsvorrichtung.
9. Straßenleuchte nach dem vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Aufpunkt der zu beleuchtenden Fläche von zumindest 25, vorzugsweise mindestens 50, insbesondere mehr als 100, separat wahrnehmbaren Lichtpunkten her beleuchtet ist.
10. Straßenleuchte nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Größtabmessung D eines jeden separat wahrnehmbaren Lichtpunkts der Leuchte folgender Beziehung genügt: $$\mathrm{D}\mathrm{\le }\mathrm{2}\times \mathrm{a}\mathrm{\times }\tan \left(\mathrm{x}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

    

    
    wobei a der Betrachtungsabstand, also der Abstand des Aufpunktes von den jeweiligen Leuchtflächen in Metern gemessen ist und für den am Aufpunkt durch die Teillichtbündel der Leuchtfläche gebildeten Öffnungswinkel x gilt: $$\mathrm{x}\mathrm{=}\mathrm{(}\mathrm{-}\mathrm{1}\mathrm{/}\mathrm{g}\mathrm{\times }\ln \left[\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{b}\right)\mathrm{/}\left(\mathrm{K}\mathrm{-}\mathrm{1}\right)\right]\mathrm{-}\mathrm{s}$$

    

    
    wobei der Öffnungswinkel x in Bogenminuten angegeben ist und für die Parameter g, K, B und s die Ungleichungen $$\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{5}\mathrm{\le }\mathrm{g}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{9}$$

    

    $$\mathrm{6}\mathrm{\le }\mathrm{K}\mathrm{\le }\mathrm{9}$$

    

    $$\mathrm{1}\mathrm{\le }\mathrm{B}<\mathrm{5}\mathrm{,}\mathrm{8}$$

    

    $$\mathrm{0}\mathrm{\le }\mathrm{s}\mathrm{\le }\mathrm{0}\mathrm{,}\mathrm{3}$$

    

    
    gelten und ferner der Mindestabstand benachbarter Leuchtflächen durch die Beziehung definiert ist: $$\mathrm{b}=\mathrm{2}\times \mathrm{a}\mathrm{\times }\tan \left(\mathrm{y}\mathrm{/}\mathrm{2}\right)\mathrm{,}$$

    

    
    wobei a der Betrachtungsabstand in Metern gemessen ist und y ≥ 10 Winkelminuten ist, wobei y der durch die benachbarten Teillichtbündel zweier Leuchtflächen gebildete Öffnungswinkel ist.
11. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchte eine Mehrzahl punktförmiger Lichtquellen, vorzugsweise in Form von LEDs (5) mit zugeordneter Optik (6), aufweist, die in einer linien- undoder rasterförmigen Anordnung vorgesehen sind.
12. Straßenleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Linsen (7) in Form von Freiformlinsen zur Erzeugung einer jeweils asymmetrischen Lichtstärkeverteilung vorgesehen sind.
13. Straßen-, insbesondere Tunnelbeleuchtungssystem umfassend eine Vielzahl von Leuchten (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leuchten (1) linienförmig hintereinander über der Fahrbahn und/oder an einer Fahrbahnseite vom Boden beabstandet angeordnet sind.
14. Straßenbeleuchtungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei einer mehrspurigen Fahrbahn mit Gegenverkehr zumindest zwei Reihen von Straßen-, insbesondere Tunnelleuchten (1) vorgesehen sind, die gegenläufig ausgerichtete Abblendräume besitzen und mit ihren Lichtströmen jeweils auf eine Fahrbahnhälfte beschränkt sind.
15. Tunnelbeleuchtungssystem nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Lichtstrom aller Leuchten (1) auf einen in Fahrtrichtung betrachtet hinter der jeweiligen Leuchte (1) liegenden Halbraum über der Fahrbahn beschränkt ist, und die asymmetrisch ausgebildeten, einander ergänzenden Lichtstärkeverteilungen aller Leuchten in einem Blickfenster auf die Fahrbahn vor einem Fahrzeug und/oder auf eine Rückseite eines vorausfahrenden Fahrzeugs gleichbleibende Leuchtdichten von 100% bis 300% der Leuchtdichten in einem Blickfenster auf die seitlichen Tunnelwände und/oder die Tunneldecke vorsehen.

Images