Leuchtenabdeckung, insbesondere für Leuchtstofflampen
Gegenstand der vorliegenden Neuerung ist eine Leuchtenabdeckung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Derartige Leuchtenabdeckungen sind in vielfältigen AusfUhrungsformen bekannt geworden, wobei diese Leuchtenabdeckungen durchsichtig oder durchscheinend sind und zur Abdeckung der Leuchte nach oben und/oder unten geeignet sind.
Bei derartigen Leuchtenabdeckungen besteht das grundsätzliche Problem, daß die Leuchtenabdeckung in ihrer lichtlenkenden Beschaffenheit so ausgebildet sein muß, daß keine störenden Schatten auftreten, sofern lichtundurchlässige Körper im Strahlengang liegen und ferner eine gewisse lichtlenkende Wirkung erwünscht wird; ferner ist es bekannt, an einer Seite der Leuchtenabdeckung die Oberfläche mindestens an einer Seite mit einer bestimmten Struktur zu versehen.
Eine bekannte derartige Struktur sind z.B. in Längsrichtung der Leuchtenabdeckung verlaufende, parallel zueinander gerichtete und einen gegenseitigen Abstand voneinander einnehmende Rillen, die im Querschnitt (Profil) eine Dreiecksstruktur(Prismenstruktur) bilden. Nachteil dieser bekannten Leuchtenabdeckung mit Prismenstruktur ist, daß es zu Schlierenbildungen an beleuchteten Flächen kommen kann und daß im Strahlengang liegende, abschattende Elemente zu einer unerwünschten Sichtbarkeit führen, d.h. derartige Elemente können noch leicht von außen erkannt werden. Soweit man derartige Schattenbildungen vermeiden will, ist es bekannt, derartige Leuchtenabdeckungen auch opal zu gestalten. Dabei besteht aber der Nachteil, daß relativ hohe Streuverluste entstehen. Damit ist der Nachteil verbunden, daß die Leuchtenabdeckung auch von relativ flachen Blickwinkeln her noch hell erscheint, was in manchen Anwendungsfallen unerwünscht ist.
Im übrigen widerspricht dies der einschlägigen Norm.
Ferner streut derartiges opales Material auch rückwärts in die Leuchte hinein, was zu Wirkungsgradverlusten führt.
Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, eine Leuchtenabdeckung der eingangs genannten Art so weiter zu verbessern, daß unter Vermeidung einer opalen Struktur, welche Wirkungsgradverluste mit sich bringt, eine gezielte Strahlaufweitung ohne Streuverluste und mit einer Art von Weichzeichner-Effekt erzielt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Wesentlich ist, daß an mindestens einer Seite der Leuchtenabdeckung die Oberfläche mit einer wellenförmigen Struktur versehen ist, wobei diese wellenförmige Struktur sich senkrecht zur Längsachse der Leuchtenabdeckung erstreckt und die Anzahl der Wellenzüge im Bereich von mindestens drei, bevorzugt zehn und maximal tausend pro Lampenbreite beträgt, und daß die Wellenzüge stetig sich ändernde Kurven sind, wobei diese Kurven entweder als Sinuskurven oder als stetig sich ändernde Radiuskurven ausgebildet sind. Die wellenförmige Struktur bildet de ge äss in Längsrichtung verlaufende Rillen, die parallel zur Längsachse der Leuchtstofflampe verlaufen.
Wesentliches Merkmal der vorliegenden Neuerung ist also, daß mit der neuerungsgemässen Struktur eine Art von Weichzeichner-Effekt erzielt wird, d.h. es kommt zu einer "Strahlaufweitung", unter der folgendes verstanden wird:
Wenn man von einem schmalen, auf die Struktur einfallenden Strahlenbündel ausgeht (wobei unter dem Begriff "schmales Bündel" eine Kurve im Polardiagramm der Intensität gemeint ist), dann erreicht die technische Lehre nach der vorliegenden Neuerung, daß in der gleichen Richtung das Strahlenbündel beim Durchstrahlen der Struktur aufgeweitet wird und breiter geworden ist, ohne daß zusätzliche Streuanteile erzeugt werden.
Hier liegt der wesentliche Vorteil der vorliegenden Neuerung im Vergleich zu den vorher erwähnten Prismen-Strukturen, weil bei den bekannten Prismen-Strukturen die Strahl!enkung im Vordergrund steht und bei den OpalStrukturen der Streuanteil diffus ist, d.h. ein relativ großer Wirkungsgradverlust in Kauf genommen werden muß. Bei Prismenstrukturen hat also das einfallende Strahlbündel eine andere Richtung als das ausfallende Strahlenbündel.
Wichtig bei der vorliegenden Neuerung ist, daß im Strahlengang liegende - wenig durchscheinende Gegenstände - nun über den neuerungsgemässen Weichzeichner-Effekt von außen schwer sichtbar sind und die Schatten und Schlieren, die an der beleuchteten Fläche entstehen würden, vermieden werden.
Weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Neuerung ist, daß mit der neuerungsgemässen Leuchtungsabdeckung in einem ganz bestimmten Bereich eine gerichtete Strahlung erzeugt werden kann, so daß - wenn man die Leuchtenabdeckung von einem flachen Winkel betrachtet, diese dunkel erscheint, weil in derartigen flachen Abstrahlbereichen eine Abstrahlung nicht mehr gegeben ist.
Bevorzugt wird eine derartige Leuchtenabdeckung für die Abdeckung einer Leuchtstofflampe verwendet, wobei Voraussetzung ist, daß sich αie beschriebenen Strukturen (Rillen) in ihrer Längsachse parallel zur Längsachse der Leuchtstofflampe erstrecken.
Der Neuerungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen - einschl eßlich der Zusammenfassung - offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand
der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Neuerung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellende Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfin¬ dungswesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
Es zeigen:
Figur 1: Polardiagramm der Intensität eines auf die Struktur einfallenden Strahlenbündels;
Figur 2: Polardiagramm der Intensität eines die Struktur verlassenden Strahlenbündels;
Figur 3: Darstellung des Brechungsgesetzes auf einer brechenden Oberfläche;
Figur 4: die Darstellung der Lichtbrechung eines Teils einer brechenden Struktur;
Figur 5: ein Anwendungsbeispiel einer brechenden Struktur mit Angabe der Maßverhältnisse;
Figur 6: eine Stirnansicht einer Leuchtenabdeckung nach der Neuerung;
Figur 7: ein größerer Teilschnitt durch die Leuchtenabdeckung nach Figur 6.
Gemäss Figur 1 fällt ein Strahlenbündel 1 auf eine durchscheinende Struktur, wobei im Polardiagramm der Intensität dieses auf eine Struktur einfallende Strahlenbündel relativ schmal ausgebildet ist, d.h. bezogen
auf die Intensität stark gerichtet ist.
Die Figur 2 zeigt den Erfolg der vorliegenden Neuerung, nämlich , daß ein die Struktur verlassendes Strahlenbündel 2 stark gerichtet ist, jedoch eine gewisse Strahlaufweitung aufweist, wobei der Winkel Gamma die Hälfte der gewünschten Strahlaufweitung darstellt.
Wichtig ist, daß auch das Strahlenbündel 2, welches die Struktur verlässt, relativ stark gerichtet ist und im wesentlichen keinen Streuanteil enthält. Im übrigen ist wesentlich, daß es in die gleiche Richtung gerichtet ist, wie das einfallende Strahlenbündel 1, woraus sich ergibt, daß die neuerungsgemässe Leuchtenabdeckung ein gerichtetes Licht abgibt, dies im Gegensatz zu opalen Abdeckungen, die nur streuen. Im übrigen besteht auch ein Unterschied zu den vorher erwähnten Prismen-Strukturen, weil derartige Prismen-Strukturen keine Strahlenaufweitung durchführen, sondern nur eine Strahlu !enkung, d.h. das einfallende Strahlenbündel wird in einer anderen Richtung abgestrahlt. Dies ist nicht Zweck der vorliegenden Neuerung.
Durch die beschriebene Strahlaufweitung wird also der vorher erwähnte Weichzeichner-Effekt erreicht, so daß von vornherein störende Schlieren und Schattenabbildungen auf bestrahlten Wänden vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf die späteren Zeichnungen werden folgende Parameter
definiert
= Hälfte der Strahlenaufweitung
α. = Maximale Abweichung von der parallelen Platte sind <*= x
5i »/Sr= Brechungswinkel
h = halbe Tiefe der Struktur
<& = halbe Breite der Struktur
Die Figur 3 zeigt in allgemeiner Form das Brechungsgesetz, wenn ein bestimmtes Strahlenbündel im Winkel Alpha auf eine brechende Oberfläche auftrifft und diese im Winkel Beta verlässt.
n ist hierbei der Brechungsindex.
Hierbei gilt die Formel
sin Ä n = sin ß
In Figur 4 ist eine wellenförmige Struktur 3 dargestellt, wobei mit dieser Struktur die Oberfläche der Leuchtenabdeckung ausgebildet sein soll .
Mit dem Parameter a ist die halbe Breite der Struktur definiert, während mit dem Parameter h die halbe Tiefe der Struktur definiert wird.
Wenn nun ein strahlabgebendes Lichtbündel 1 von unten auf die wellenförmige Struktur 3 auftrifft, dann verlässt dieses Lichtbündel 2 die Struktur 3 in der in Figur 4 dargestellten Form, wobei der Winkel Gamma die Hälfte der Strahlaufweitung darstellt. D.h. das parallel
unterhalb der Struktur einfallende Strahlenbündel 1 wird nach Durchtreten durch die Struktur 3 an jeder Seite um den Winkel Gamma aufgeweitet.
Man erkennt, daß der Winkel Alpha der Winkel ist, der maximal zulässig ist, der damit die maximal zulässige Abweichung der wellenförmigen Struktur 3 von einer parallelen Platte 4 beschreibt.
D.h. der Winkel Alpha ist auch als maximal zulässiger Tangentenwinkel an die wellenförmige Struktur 3 aufzufassen.
Der Winkel Alpha folgt hierbei der nachstehend wiedergegebenen Formel
4h a
= sin <x.
4h8 1+ a2
Diese Formel beschreibt eine Dimensionsangabe für die wellenförmige Struktur, wobei in Figur 5 einige Werte ausgerechnet sind bezogen auf unterschiedliche Strukturen der wellenförmigen Struktur 3.
Einige Auswertungen dieser Formel ergeben Ergebnisse, wie nachstehend angegeben:
Nachfolgend wird auch noch der Zusammenhang zwischen dem Winkel Alpha, dem Winkel Gamma und dem Brechungsindex angegeben.
-8-
= arcsiin In sin Ick- arc sin ( ti
Jm ausgeführten Beispiel gemäss Figur 5 und den obenstehenden Werten wird hierbei von einer Leuchtenabdeckung aus dem Material Wacrolon ausgegangen mit einem Brechungsindex von n = 1,586.
In den Figuren 6 und 7 ist ein ausgeführtes Beispiel für eine derartige Leuchtenabdeckung 5 angegeben.
Hierbei wäre eine Lampe bei Position 6 angeordnet, wobei aus Reinhaltungsgründen die von der Lampe abgewandte Oberseite der Leuchtenabdeckung 5 (Oberseite 7) glatt ausgebildet ist. Die Unterseite (die zur Lampe zugewandte Seite 8) trägt die vorher beschriebene, wellenförmige Struktur 3.
Hierbei wird es von der vorliegenden Neuerung umfasst, dass sowohl die Oberseite 7 als auch die Unterseite 8 eine derartige wellenförmige Struktur tragen.
Es versteht sich vonseibst, daß die Leuchtenabdeckung 5 den verschiedensten, ansich bekannten, Leuchtenzwecken dienen kann, nämlich zur Abdeckung der Leuchte bei Position 6 nach oben und ebenso zur Abdeckung der Leuchte nach unten oder auf eine zu bestrahlende Seite.
Ebenso kann es vorgesehen sein, daß die neuerungsgemässe Leuchtenabdeckung die Leuchte von allen Seiten umgibt. Aus Figur 7 sind weitere Einzelheiten der wellenförmigen Struktur 3 zu entnehmen.
Hier wurde die Sinusfunktion, die vorher errechnet wurde, durch entsprechende Radienkurven angenähert. Von einer Bezugslinie 9 ausgehend sind hierbei Radiusstrecken mit einem Radius von jeweils 3,6mm (ausgehend von der Bezugslinie 9) hintereinanderfolgend in stetiger Aneinanderreihung aneinandergefügt.
Hierbei ist wichtig, daß die in Figur 7 gezeigten "Wellenberge" die Radienstücke betreffen, die von der unteren Bezugslinie 9 ausgehen, während die in Figur 7 dargestellten "Wellentäler" von einer oberen Bezugslinie 9 ausgehen.
Die Bezugslinien 9 sind hierbei zu einer gemittelten Oberfläche 10 symmetrisch.
Die Materialstärke 11 von z.B. 2,4 mm ist in weiten Grenzen variierbar und hängt von den Materialeigenschaften des verwendeten Materials ab.
Die Punkte 12 und 13 beschreiben den Abstand zwischen zwei Wellenbergen, wobei Geraden 14,15 durch diese Punkte 12,13 hindurchgehen und sich in gegenüberliegenden Punkten 16,17 der gegenüberliegenden Bezugslinie schneiden.
Der Winkel 18 zwischen den Geraden 14,15 beträgt dann beispielsweise 33, 42°.
Weil die gesamte Abdeckung noch gemäss Figur 6 sphärisch gebogen ist, ergibt sich ein oberer Winkel 19 mit einem Wert von z.B. 32,91°.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich also um die Verwendung einer "gezielten" Rillenstruktur in einer Leuchtenabdeckung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur für die Verwendung mit einer Leuchtstofflampe beschrieben wurde. In den Rahmen der vorliegenden Neuerung fallen jedoch die Anwendungen mit anderen Beleuchtungslampen, wie z.B. Halogenlampen oder Glühlampen.
Bei der Verwendung derartiger Beleuchtungskörper würden die Rillenstrukturen dann nicht parallel zur Längsachse der vorher beschriebenen Leuchtstofflampe verlaufen, sondern die Rillenstrukturen wären konzentrische Rillenstrukturen oder auch lokalkonzentrische
Rillenstrukturen, wobei man derartige ringförmige Strukturen über die Oberfläche einer Leuchtenabdeckung verteilt.
Es wurde vorstehend noch darauf hingewiesen, daß bevorzugte Dimensionen für die wellenförmige Struktur vorhanden sind, wobei die obere Grenze nur von den material echnischen Eigenschaften des Materials und von dem verwendeten Werkzeug zur Anbringung der wellenförmigen Strukturen abhängt. Dies bedeutet, daß man statt einer z.B. aus Macrolon bestehenden Leuchtenabdeckung auch eine dünne Folie verwenden kann, wobei die vorher beschriebenen wellenförmigen Strukturen im Mikrometerbereich in diese Struktur eingeformt sind.
λ .
ZEICHNUNGS-LEGENDE
Strahlenbündel " wellenförmige Struktur parallele Platte Leuchtenabdeckung Position Oberseite Unterseite Bezugslinie Oberfläche Materialstärke Punkt Punkt Gerade Gerade Punkt " Winkel Winkel