DE102012106624A1

DE102012106624A1 - Linsenelement insbesondere für Notlichtmodul

Info

Publication number: DE102012106624A1
Application number: DE102012106624A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Zweiling; Rainer Weber
Original assignee: Siteco Beleuchtungstechnik GmbH
Current assignee: Osram SBT GmbH
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-10-10
Also published as: EP2647903B1; EP2647903A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linsenelement zur Verbreiterung der Lichtverteilung einer etwa punktförmigen Lichtquelle, insbesondere einer LED, mit einem transparenten Lichtlenkkörper, welcher eine Lichteintrittsfläche auf einer zur Lichtquelle gewandten Seite und einen linearen V-förmigen Einschnitt auf der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, wobei die Schenkel des V gegenüber der Lichteintrittsfläche in einem solchen Winkel angeordnet sind, dass von der punktförmigen Lichtquelle durch die Lichteintrittsfläche eintretendes Licht an den V-förmigen Schenkel totalreflektiert wird, und wobei beide Abschnitte des Lichtlenkkörpers seitlich der Schenkel des V Lichtaustrittsflächen definieren, die gegenüber dem jeweiligen Schenkel des V in einem Winkel angeordnet sind, dass das an dem V-Schenkeln total reflektierte Licht die Lichtaustrittsflächen ohne Totalreflexion verlässt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Notlichtmodul und ein Linsenelement für ein solches Notlichtmodul, sowie für weitere Leuchten.
Zur Beleuchtung von Fluchtwegen in Gebäuden oder Fahrzeugen sind Notlichtbeleuchtungen bekannt, die insbesondere beim Ausfall der normalen Beleuchtung zugeschaltet werden. Zur Anzeige eines Fluchtweges ist für derartige Notlichtsysteme häufig wünschenswert, das Licht entlang einer Richtung, nämlich der Richtung des Fluchtweges, zu verteilen.
Ferner ist es bekannt, zusätzliche Lichtquellen, insbesondere auch für Notlichter, in Form von LEDs vorzusehen.
Aus der EP 1 255 132 A1 ist eine Linse für eine lichtemittierende Diode bekannt, welche dazu dient, das Licht der lichtemittierenden Dioden kreissymmetrisch um eine optische Achse seitlich umzulenken. Dazu weist das Linsenelement auf der der LED gegenüberliegenden Seite eine trichterförmige Vertiefung auf, um durch Totalreflexion das Licht der LED vollständig seitlich umzulenken. Diese Anordnung ist jedoch nur für eine Lichtverteilung um die optische Achse des Linsenelements verwendbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Optik bereitzustellen, welche in möglichst einfacher Weise die gewünschte Lichtverteilung für ein Notlichtsystem oder für andere Leuchtensysteme, insbesondere für sich in einer Richtung erstreckende Leuchten, erzeugt.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Linsenelement zur Verbreiterung der Lichtverteilung einer etwa punktförmigen Lichtquelle, insbesondere einer LED, mit einem transparenten Lichtlenkkörper, welcher eine Lichteintrittsfläche auf einer zur Lichtquelle gewandten Seite und einen linearen V-förmigen Einschnitt auf der der Lichteintrittsfläche gegenüberliegenden Seite aufweist, wobei die Schenkel des V gegenüber der Lichteintrittsfläche in einem solchen Winkel angeordnet sind, dass von der punktförmigen Lichtquelle durch die Lichteintrittsfläche eintretendes Licht an den V-förmigen Schenkel totalreflektiert wird, und wobei beide Abschnitte des Lichtlenkkörpers seitlich der Schenkel des V Lichtaustrittsflächen definieren, die gegenüber dem jeweiligen Schenkel des V in einem Winkel angeordnet sind, dass das von den V-Schenkeln total reflektierte Licht die Lichtaustrittsflächen ohne Totalreflexion verlässt.
Das vorhergehend genannte Linsenelement erzeugt eine verbreiterte Lichtverteilung der etwa punktförmigen Lichtquelle durch die Kombination von Totalreflexion an dem V-förmigen Einschnitt und der einfachen Lichtbrechung, d. h. ohne Totalreflexion, an den Lichtaustrittsseiten des Linsenelements. Die Totalreflexion an der V-förmigen Einkerbung sorgt für die seitliche Umlenkung, d. h. von der optischen Achse des Linsenelements weg. Dadurch ist die Lichtverteilung breit verteilt. Durch die lineare Erstreckung des Einschnitts wird ferner erreicht, dass sich die Lichtverteilung nicht gleichmäßig in alle Richtungen aufweitet, sondern sich entlang einer Richtung, nämlich quer zur Längserstreckung des Einschnitts, verteilt. Durch die einfache Brechung ohne Totalreflexion in den Lichtaustrittsflächen wird das Licht quer zur Längserstreckung des Einschnitts aus dem Linsenelement ausgekoppelt. Durch den Winkelunterschied zwischen dem jeweiligen Schenkel des V und der Lichtaustrittsfläche kann durch die einfache Brechung an der Lichtaustrittsfläche das Licht über die zu beleuchtende Strecke, d. h. entlang der Richtung senkrecht zur Längserstreckung des V-förmigen Einschnitts, verteilt werden.
Da das Linsenelement vollkommen ohne verspiegelte Reflektorflächen auskommt, lässt es sich kostengünstig aus einem transparentem Kunststoff, z. B. PMMA, herstellen. Bevorzugt ist, dass das Linsenelement einstückig hergestellt ist. Ferner lässt es sich für jeweils eine einzelne LED sehr klein herstellen (z. B. mit einem Querschnittsdurchmesser von weniger als 35 mm).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement in einem Schnitt senkrecht zu einer optischen Achse der Lichteintrittsfläche und in der Ebene, entlang derer sich der V-förmige Einschnitt erstreckt, kreisrund oder ellipsoid. Diese Form ist an die Geometrie der punktförmigen Lichtquelle angepasst, so dass nahezu alles Licht der punktförmigen Leuchte zur Umlenkung in die gewünschte sich längs erstreckende Lichtverteilung genutzt werden kann. Die Lichtaustrittsflächen erstrecken sich jeweils über einen Teilumfang des Kreises bzw. der Ellipse, wodurch ferner eine Lichtbrechung in die zu beleuchtende Richtung, d. h. senkrecht zur Längserstreckung des Einschnitts, erfolgt. Ferner ist die kreisrunde oder elliptische Form für sehr kleine Ausführungen des Linsenelements günstig. Eine vergleichbare Optik, welche Reflexionsflächen aufweist, würde sehr viel mehr Platz beanspruchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichteintrittsfläche entlang wenigstens einer Achse, vorzugsweise parallel zur Längserstreckung des Einschnitts, konvex gekrümmt. Durch die konvexe Krümmung wird eine Lichtbündelung entlang der wenigstens einen Achse erzielt. Dadurch kann der Anteil des Lichts, welcher auf die V-förmigen Schenkel trifft und damit zur Erzeugung der gewünschten Lichtverteilung zur Verfügung steht, erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schenkel des V bezogen auf eine Schnittebene durch die Längserstreckung des Einschnitts und durch die punktförmige Lichtquelle spiegelsymmetrisch angeordnet. Dadurch lässt sich eine spiegelsymmetrische Lichtverteilung entlang des zu beleuchtenden Fluchtweges erzeugen. Für Sonderfälle sind auch asymmetrische Verteilungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung möglich. In diesem Fall kann der V-förmige Einschnitt asymmetrisch, d. h. mit zwei unterschiedlichen Winkeln der V-förmigen Schenkel gegenüber der Lichteintrittsfläche, gebildet sein. Eine solche Anwendung ist z. B. für ein Notlichtmodul an einem Ort, der sich am Ende des Fluchtweges (z. B. an der Wand) befindet, von Vorteil.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind Teile der beiden Abschnitte des Lichtlenkkörpers neben dem Einschnitt in Bezug auf die Lichteintrittsfläche so angeordnet, dass ein Teil des durch die Lichteintrittsfläche eintretenden Lichts den Lichtlenkkörper neben dem Einschnitt ohne vorherige Totalreflexion an einem der V-Schenkel verlässt. Dieser Anteil des Lichts dient zur Beleuchtung des Raumbereichs in der Nähe des Notlichts, d. h. näher an der optischen Achse. Da jedoch nur ein kleinerer Anteil des Lichts in der Nähe des Notlichts benötigt wird, um eine konstante Beleuchtungsstärke auf der zu beleuchtenden länglichen Fläche zu erzeugen, ist vorzugsweise der Teil des Lichts, der den Linsenkörper ohne Totalreflexion an den V-Schenkeln verlässt, kleiner (z. B. kleiner als 30%) als der Anteil des Lichts, der nach Totalreflexion an den V-Schenkeln das Linsenelement verlässt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an dem Lichtlenkkörper auf der zur Lichtquelle weisenden Seite, z. B. im Bereich oder neben der Lichteintrittsfläche, Rastfüße angeformt. Vorzugsweise sind zwei oder mehr als zwei Rastfüße, die symmetrisch auf einem Kreisumfang angeordnet sind, vorgesehen. Mit den Rastfüßen lässt sich das Linsenelement an dem Notlichtmodul befestigen.
Gemäß alternativen Ausführungsformen ist es jedoch auch möglich, dass das Linsenelement direkt mit der Lichtquelle z. B. durch Kleben mit einem transparenten Klebstoff oder durch eine Fassung (z. B. Schraubfassung) verbunden wird.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Notlichtmodul mit einer etwa punktförmigen Lichtquelle, insbesondere einer einzelnen LED, und einem einzelnen Linsenelement, welches der einzelnen LED zugeordnet ist, nach einer der vorhergehend genannten Ausführungsformen.
Als Notlichtmodul wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Einsatz in einer Leuchte bezeichnet, welcher mit der Leuchte fest verbunden sein kann. Die Notlichtmodule können jedoch auch außerhalb von Leuchten, z. B. in einer Fahrzeug- oder Raumdecke integriert sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement mittig über der Lichtquelle in dem Notlichtmodul angeordnet. Dadurch kann nahezu alles Licht der Lichtquelle zur Ausbildung einer symmetrischen Lichtverteilung genutzt werden. Das Linsenelement ist, von eventuellen asymmetrisch angeordneten Rastfüßen abgesehen, vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei die Symmetrieebene die Punktlichtquelle schneidet und den Grad des V-förmigen Einschnitts enthält. Der Linsenkörper ist auch bezüglich einer Schnittebene senkrecht zur linearen Erstreckung des Einschnitts spiegelsymmetrisch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement in unterschiedlichen Stellungen über der Lichtquelle montierbar. Dazu können beispielsweise mehrere Vertiefungen in dem Notlichtmodul zur Aufnahme der Rastfüße einer Ausführungsform des Linsenelements vorhanden sein. Die Rastfüße lassen sich wahlweise in verschiedenen der Vertiefungen einrasten. Auf diese Weise kann die Richtung der sich längs erstreckenden Lichtverteilung des Notlichtmoduls noch bei der Montage des Linsenelements verändert werden. Beispielsweise sind mehr Ausschnitte als Rastfüße vorgesehen, und eine Untermenge der Vertiefungen weist Winkelabstände auf, die den Winkelabständen der Rastfüße entsprechen. Beispielsweise können zwei Rastfüße in einem Winkelabstand von 180° vorgesehen sein und vier, sechs oder acht Ausschnitte mit Winkelabständen von 90°, 60° bzw. 45° auf einem entsprechenden Kreisdurchmesser des Notlichtmoduls vorhanden sein. Es ist auch möglich, drei Rastfüße an dem Linsenelement vorzusehen und an dem Notlichtmodul n × 3 Ausschnitte vorzusehen. Ebenso können mehr Rastfüße als Ausschnitte vorgesehen sein, von denen wahlweise nur eine Untergruppe in die Ausschnitte des Notlichtmoduls eingreifen. Denkbar ist auch, an dem Notlichtmodul eine entlang dem Kreisumfang durchgängige Nut vorzusehen, in den die Rastfüße des Linsenelements eingreifen, wodurch eine beliebige Drehausrichtung des V-förmigen Einschnitts um die optische Achse des Linsenelements möglich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an dem Notlichtmodul Befestigungsmittel vorgesehen, die dafür eingerichtet sind, eine lösbare Verbindung mit einer Leuchte oder einem anderen Gebäudeteil oder Fahrzeugbauteil einzugehen. Beispielsweise können an der Leuchte, oder an dem Gebäude oder Fahrzeug ein Ausschnitt vorgesehen sein, in dem Rastelemente des Notlichtmoduls eingreifen.
Das Linsenelement der vorliegenden Erfindung kann nicht nur zur Verbreiterung der Lichtverteilung einer einzelnen etwa punkförmigen Lichtquelle dienen, sondern kann auch dafür ausgestaltet sein, die Lichtverteilung von mehreren punktförmigen Lichtquellen, die insbesondere in einer Reihe angeordnet sind, zu verbreitern. Dazu ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Linsenelement vorgesehen, bei welchem der transparente Lichtlenkkörper entlang der Richtung des linearen V-förmgen Einschnitts eine Länge aufweist, die größer als die Breite des Lichtlenkkörpers senkrecht zu dem linearen V-förmigen Einschnitt ist, zum Verbreitern einer Lichtverteilung mehrerer etwa punktförmiger Lichtquellen, insbesondere mehrerer LEDs, die in einer Reihe entlang des V-förmigen Einschnitts angeordnet sind. Beispielsweise kann das Lichtlenkelement eine Länge von mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 30 cm aufweisen. Dieses Linsenelement kann über eine Reihe von mehreren punktförmigen Lichtquellen, die z. B. in regelmäßigem Abstand hintereinander angeordnet sind, z. B. entlang einer geraden Linie, angeordnet werden. Das Linsenelement wirkt wie vorhergehend beschrieben für jede einzelne der etwa punktförmigen Lichtquellen, um die Lichtverteilung zu verbreitern. Derartige Linsenelemente lassen sich als Notlichtsysteme einsetzen, um z. B. einen Fluchtweg zu beleuchten. Das Linsenelement lässt sich jedoch auch für andere Leuchtensysteme verwenden, insbesondere für längliche Leuchtensysteme, die z. B. zur Beleuchtung von Waren in einem Kühlgerät eingesetzt werden. Dabei ist insbesondere die Verwendung von einer Reihe von LEDs bevorzugt, weil diese einen besonders geringen Energieverbrauch aufweisen und weniger Abwärme erzeugen als vergleichbare herkömmliche Lichtquellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Linsenelement einen konstanten Querschnitt über die Länge des V-förmigen Einschnitts auf. Dadurch wird entlang des Linsenelements im Querschnitt senkrecht zum V-förmigen Einschnitt jeweils die gleiche Lichtverteilung erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rastfüße des Linsenelements als durchgängige Elemente zu einer oder zu beiden Seiten der Lichteintrittsfläche parallel zur Richtung des linearen V-förmigen Einschnitts angeordnet. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für die Linsenelemente mit Längserstreckung, weil die Anordnung des Linsenelements in Richtung der Reihe von punktförmigen Lichtquellen festgelegt ist. Die Rastfüße können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch Aufgaben zur Gestaltung der Lichtverteilung übernehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsforms ist vorgesehen, dass die Rastfüße aus keinem klar transparentem Material gebildet sind und insbesondere aus einem lichtstreuenden, lichtreflektierenden und/oder lichtabsorbierendem Material gebildet sind. Dadurch lässt sich die Lichtverteilung quer zur Längserstreckung des V-förmigen Einschnitts beeinflussen. Insbesondere lässt sich die Leuchtdichte in den Winkelbereichen seitlich der in einer Reihe angeordneten punktförmigen Lichtquellen begrenzen.
Das Linsenelement kann einstückig aus einem co-extrudierten Material gebildet sein. Insbesondere können verschiedene Kunststoffmaterialien, z. B. für seitliche Rastfüße und für das klar transparente Material des Lichtlenkkörpers, in einem Stück durch Co-Extrusion zur Bildung des Linsenelements verwendet werden. Der Lichtlenkkörper kann im Material oder auf der Oberfläche auch (schwach) lichtstreuend ausgebildet sein.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Leuchte, die ein sich längs erstreckendes Linsenelement aufweist. Die Leuchte weist gemäß einer Ausführungsform ein Trägerelement auf, vorzugsweise aus Aluminium, mit welchem das Linsenelement verbunden ist und welches gegenüber der Lichteintrittsfläche wenigstens eine Reihe von punktförmigen Lichtquellen, insbesondere eine Reihe von LEDs, aufweist. Eine solche Leuchte kann auch zur Beleuchtung von Gegenständen oder Flächen, z. B. innerhalb einer Vorrichtung zur Warenpräsentation wie z. B. einem Kühlgerät, eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Leuchte weist das Trägerelement auf einer dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite eine Rastfeder auf, wobei die Rastfeder ein oder mehrere, vorzugsweise gegenüberliegende, Rastschenkel aufweist, die zum Verrasten mit dem Trägerelement eingerichtet sind. Vorzugsweise sind die Befestigungsmittel der Leuchte ausschließlich an der Rastfeder angebracht, so dass sich ohne Demontage der Rastfeder das Trägerelement ggf. mit dem Linsenelement von der Rastfeder aus abnehmen lässt. Die Rastfeder, die z. B. angeschraubt, ist muss dazu nicht entfernt werden und kann für eine Austauschleuchte ggf. wieder benutzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Rastverbindung über die gesamte Länge der Leuchte oder es sind mehrere Rastfedern vorgesehen, welche über die Länge der Leuchte verteilt angeordnet sind. Dadurch ist eine gleichmäßige Befestigung der Leuchte möglich.
An den Stirnseiten einer Ausführungsform der Leuchte können Abdeckelemente vorgesehen sein, die formschlüssig mit dem Trägerelement und/oder dem Linsenelement verbunden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Linsenelement der Länge nach in eine Aufnahme des Trägerkörpers eingeschoben und formschlüssig darin gehalten. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Linsenelement auch mittels einer Rastverbindung in dem Trägerelement gehalten sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
1 zeigt ein Notlichtmodul in perspektivischer Darstellung.
2 zeigt das Notlichtmodul nach 1 in Explosionsansicht.
3 zeigt ein Linsenelement in perspektivischer Darstellung.
4 zeigt das Linsenelement nach 3 in einer Seitenansicht.
5 zeigt das Linsenelement nach 3 in einer gegenüber der 4 um 90° gedrehten Seitenansicht.
6 zeigt eine Seitenansicht eines Linsenelements einer alternativen Ausführungsform in Seitenansicht mit eingezeichneten Lichtstrahlen.
7a und 7b zeigen die Lichtverteilung eines Notlichtmoduls mit Linsenelement in einem vertikalen Schnitt durch das Modul bzw. in einer horizontalen Aufsicht auf eine zu beleuchtende Fläche unter dem Modul.
8 zeigt einen Querschnitt einer Leuchte gemäß einer alternativen Ausführungsform.
9 zeigt einen Querschnitt einer Leuchte gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein vollständiges Notlichtmodul 2 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Notlichtmodul 2 weist ein Gehäuse auf, das sich aus einem Gehäuseunterteil 4 und einem Gehäuseoberteil 6 zusammensetzt, die durch eine Steckverbindung miteinander verbunden werden. In dem Gehäuse befindet sich eine Platine 8, auf der eine LED 10 angeordnet ist. Elektrische Kontaktanschlüsse 12 sind über die Platinen zur Stromversorgung mit der LED 10 verbunden.
Unterhalb der LED 10 ist an dem Gehäuseunterteil 4 ein Linsenelement gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht. Das Linsenelement ist in einer ersten Ausführungsform als einzelnes Element in den 3 bis 5 dargestellt und in einer zweiten Ausführungsform in 6 dargestellt.
Das Linsenelement ist einstückig aus einem transparenten Kunststoff hergestellt. Es umfasst einen etwa runden Linsenkörper 20 an dem, vorzugsweise einstückig, Rastfüße 21 angeformt sind.
Der Linsenkörper 20 weist auf der zur LED 10 weisenden Seite eine Lichteintrittsfläche 22 auf, die entlang einer Achse konvex gekrümmt ist.
Auf der der Lichteintrittsfläche 22 gegenüberliegenden Seite des Linsenkörpers 20 ist ein V-förmiger Einschnitt 24 vorgesehen. Der V-förmige Einschnitt 24 erstreckt sich über den gesamten Durchmesser des Linsenkörpers 20. Die Funktion des V-förmigen Abschnitts ist beispielsweise in 6 anhand des eingezeichneten Strahlengangs zu erkennen. Das von der Punktlichtquelle (in der 6 oben ohne Bezugszeichen) ausgehende Licht tritt durch die Lichteintrittsfläche 22 in den Linsenkörper 20 ein und trifft nach Brechung an der Lichteintrittsfläche 22 teilweise auf die Schenkel des V-förmigen Einschnitts 24 unter einem Winkel auf, der oberhalb des Brechungswinkels der Totalreflexion liegt. Durch die Totalreflexion wird die Lichtstrahlung quer zur Längserstreckung des V-förmigen Einschnitts abgelenkt und tritt an Lichtaustrittsflächen 26 seitlich aus dem Linsenkörper 20 aus. Dadurch erzeugt der Linsenkörper 20 eine Lichtverteilung, die im Vergleich zu dem eintretenden Lichtbündel der Punktlichtquelle deutlich verbreitert ist. Ferner wird durch die lineare Erstreckung des V-förmigen Einschnitts erreicht, dass die Verbreiterung der Lichtverteilung im Wesentlichen nur senkrecht zur linearen Erstreckung des Einschnitts erfolgt. Dadurch wird die Verbreiterung der Lichtverteilung nur in einer Richtung (senkrecht zur linearen Erstreckung des Einschnitts) aufgeweitet. Das Ergebnis der Lichtverteilung ist in den 7a und 7b dargestellt. Es ist zu erkennen, dass in einem vertikalen Schnitt durch das Notlichtmodul bzw. das Linsenelement 20 die Lichtverteilung breit verteilt ist (siehe 7a). Auf der zu beleuchtenden Fläche (siehe 7b) ist die Lichtverteilung im Wesentlichen entlang der Längsachse (senkrecht zur Erstreckung des Einschnitts 24) symmetrisch gebündelt. Diese Lichtverteilung eignet sich besonders zur Ausleuchtung von Fluchtwegen. Die breite Verteilung ermöglicht einen großen Abstand der Notlichtmodule.
Die Schenkel des V-förmigen Einschnitts 24 sind, wie in den Figuren dargestellt, eben ausgebildet. Gemäß alternativen Ausführungsformen können die Schenkel jedoch auch eine Krümmung im Vertikalschnitt aufweisen, wobei der Tangentenwinkel der Krümmung so gewählt ist, dass die Bedingungen der Totalreflexion erfüllt sind. Durch die Krümmung der V-förmigen Schenkel lässt sich die Lichtverteilung weiter beeinflussen.
Ein Teil der Lichtstrahlung der Punktlichtquelle 10 verlässt den Lichtlenkkörper auch durch Lichtaustrittsflächen 28 direkt seitlich des Einschnitts 24 ohne vorherige Totalreflexion an den Schenkeln des V-förmigen Einschnitts 24. Diese Lichtstrahlung und ein geringer Anteil der Lichtstrahlung, der direkt durch den Scheitel des V-förmigen Einschnitts 24 den Lichtlenkkörper verlässt (siehe 6 in der Mitte), trägt zur Lichtverteilung in den leuchtenäheren Bereichen, d. h. näher an der Achse z gemäß 7a bzw. an dem Mittelpunkt in der 7b, bei. Dieser Anteil des Lichts ist jedoch geringer als der Anteil des Lichts, der die Leuchte nach Totalreflexion an dem V-förmigen Einschnitt verlässt. Dadurch sind die Flügel der Lichtverteilung in dem Vertikalschritt (siehe 7a) stärker ausgeprägt als die Bereiche näher an der optischen Achse des Linsenelements. Insgesamt lässt sich dadurch eine etwa gleichmäßige Beleuchtungsstärke auf einem ebenen Weg unterhalb des Notlichtmoduls erzielen.
Durch die konvexe Krümmung der Lichteintrittsfläche 22 wird eine Lichtbündelung zur Mitte des Linsenkörpers 20 erzielt. Vorzugsweise ist die konvexe Krümmung nur entlang einer Achse, insbesondere parallel zum V-förmigen Einschnitt 24, vorgesehen. Diese Bündelung trägt dazu bei, dass die Lichtverteilung, wie in 7b gezeigt, entlang einer Achse senkrecht zur konkaven Krümmung der Lichteintrittsfläche verschmälert wird. Ferner wird ein größerer Anteil der Lichtstrahlung auf die Schenkel des V-förmigen Einschnitts umgelenkt, so dass mehr Lichtstrahlung zur Totalreflexion an den V-förmigen Einschnitt zum Lichtaustritt aus den Lichtaustrittsflächen 26 zur Verfügung steht.
Zur Befestigung des Linsenelements an dem Notlichtmodul sind an dem Linsenkörper 20 innerhalb der Lichteintrittsfläche 22 zwei oder vier Rastfüße 21 vorgesehen. Diese Rastfüße 21 werden in zwei gegenüberliegende Aussparungen 14 des Gehäuseunterteils 4 des Notlichtmoduls eingerastet. Die Ausführungsform mit vier Rastfüßen 21, wie in 6 dargestellt, erlaubt es, das Linsenelement mit zwei unterschiedlichen Ausrichtung der Längserstreckung des V-förmigen Einschnitts 24 an dem Gehäusebauteil zu montieren. Gemäß der gezeigten Ausführungsform kann die Längserstreckung des V-förmigen Einschnitts 24 wie in 1 und 2 dargestellt längs des Gehäuseunterteil 4 angeordnet werden oder senkrecht dazu. In anderen Ausführungsformen können auch mehr als zwei Ausschnitte 14 an dem Gehäuse des Notlichtmoduls vorgesehen sein, so dass sich auch ein Linsenelement mit nur zwei Rastfüßen, wie in den 3 bis 5 dargestellt, in unterschiedlichen Stellungen an dem Notlichtmodul montieren lässt. Ferner sind auch Ausführungsformen möglich, in denen noch mehr Ausschnitte 14 zur Aufnahme der Rastfüße 21 an dem Notlichtmodul vorgesehen sind oder sogar eine kontinuierliche Nut vorgesehen ist, in der sich das Linsenelement in einer beliebigen Ausrichtung in Bezug auf die Drehrichtung um die optische Achse montieren lässt.
Das Notlichtmodul, wie in den 1 und 2 dargestellt, weist vier Befestigungselemente in Form von Rastfedern 19 auf, die aus Kunststoff einstückig an dem Gehäuseunterteil 4 angeformt sind. Mittels der Rastfedern 19 kann das Notlichtmodul in einem Ausschnitt einer herkömmlichen Leuchte oder in einem sonstigen Ausschnitt eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs montiert werden.
Die 8 und 9 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Leuchten, wobei die den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechenden Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bezug nehmend auf 8 ist ein Querschnitt durch die Leuchte quer zur Längserstreckung der Leuchte dargestellt. Die in 8 dargestellte Leuchte weist mehrere LEDs 10 in einer Reihe auf, die sich senkrecht zur Bildebene der 8 erstreckt. Oberhalb der LEDs 10 ist ein durchgängiger Linsenkörper 20 angeordnet, der in Längserstreckung der Leuchte jeweils einen konstanten Querschnitt aufweist. Der Linsenkörper 20 weist einen V-förmigen Einschnitt 24 auf dessen Schenkel so angeordnet sind, dass Licht der LED 10, welches auf diese Schenkel auftrifft, nach Totalreflexion das Linsenelement 20 durch eine Lichtaustrittsfläche 26 verlässt (siehe Lichtstrahl L1). Ferner sind seitlich der Lichtaustrittsflächen 26 auch Lichtaustrittsflächen 28 vorgesehen, welche gegenüber den Schenkeln des V-förmigen Ausschnitts 24 so angeordnet sind, dass durch diese Lichtaustrittsflächen 28 Licht ohne Totalreflexion an dem V-förmigen Ausschnitt austritt (siehe Lichtstrahl L2).
Die Lichteintrittsfläche 22 des Linsenkörpers 20 weist mehrere Abschnitte mit konvexer Krümmung senkrecht zur Längserstreckung der Leuchte auf. Diese Krümmung dient zur Fokussierung der eintretenden Lichtstrahlen in Richtung auf die Schenkel des V-förmigen Einschnitts 24 bzw. auf die Lichtaustrittsflächen 28.
Der Linsenkörper 20 weist auf beiden Seiten der Lichteintrittsfläche 22 jeweils Rastfüße 21 auf, welche in dieser Ausführungsform als durchgängige Stege in Längsrichtung des Linsenkörpers gebildet sind. Die Rastfüße 21 sind gemeinsam mit dem Linsenkörper 20 durch Co-Extrudieren von Kunststoffmaterial ausgebildet. Die Rastfüße 21 weisen in dieser Ausführungsform ein Kunststoffmaterial auf, welches im Unterschied zum Linsenkörper 20 nicht klar transparent ausgebildet ist, sondern eine Lichtstreuung hervorruft. Dadurch wird das Licht, welches von der LED 10 in einem sehr flachen Winkel abgegeben wird, gestreut. Die Lichtverteilung der Leuchte nach 8 entspricht in dem dargestellten Querschnitt der Lichtverteilung, welche in 7a dargestellt ist.
Das Linsenelement gemäß der Ausführungsform nach 8, welches den Linsenkörper 20 und die Rastfüße 21 umfasst, ist mit den Rastfüßen 21 auf einem Trägerelement 30 durch eine Rastverbindung befestigt. Das Trägerelement 30 erstreckt sich, so wie das Lichtlenkelement selbst, über die ganze Länge der Leuchte mit konstantem Querschnitt. Das Trägerelement 30 ist vorzugsweise aus Aluminium oder einem wärmeleitenden Material ausgebildet, um die im Betrieb der LEDs 10 erzeugte Wärme ableiten zu können.
Das Trägerelement 30 weist auf der dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite Hinterschneidungen 31 auf, um eine etwa U-förmige Rastfeder 32 aufzunehmen. Die Rastfeder 32 weist zwei Rastschenkel 33 auf, deren oberen Enden im montierten Zustand an den Hinterschneidungen 31 des Trägerelements 30 einrasten. Die Rastfeder 32 ist mittels Schrauben 34 oder alternativ anderen Befestigungsmitteln ortsfest montiert. Durch die Rastverbindung zwischen der Rastfeder 32 und dem Trägerkörper 30 lässt sich ohne Demontage der Befestigungsmittel bzw. Schrauben 34 die Leuchte zu Wartungszwecken oder zum Austauschen demontieren.
9 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Leuchte ähnlich zu 8. Bei dieser Ausführungsform umfasst das Linsenelement zu beiden Seiten des Linsenkörpers 20 Stege 21', welche einstückig mit dem Linsenkörper 20 verbunden sind, und formschlüssig in Aussparungen des Trägerkörpers 30 eingeschoben werden. Bei dieser Ausführungsform wird, im Unterschied zur Ausführungsform nach 8, das Linsenelement an dem Trägerelement nicht eingerastet, sonder der Länge nach eingeschoben. Ferner weist diese Ausführungsform am Trägerelement 30 seitlich der Lichtaustrittsflächen 26 bzw. 28 des Linsenkörpers Reflexionsflächen 36 auf. Diese Reflexionsflächen lenken Licht, welches von den Lichtaustrittsflächen 26, 28 des Linsenkörpers 20 auf die Reflexionsfläche auftrifft, in Richtung zur Hauptabstrahlrichtung der LEDs um. Auf diese Weise wird, ähnlich wie durch die lichtstreuenden Rastfüße 21 der Ausführungsform nach 8, Licht von den Seiten der Leuchte in Richtung zur optischen Achse umgelenkt.
Die Linsenelemente der Leuchten gemäß 8 und 9 weisen eine Längserstreckung auf, die sehr viel größer, insbesondere wenigstens dreimal größer, als dessen Breite ist. Vorzugsweise weisen die Linsenelemente eine Länge von wenigstens 10 cm oder 30 cm auf. Diese Leuchten können, wie die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen, als Notlicht verwendet werden. Es sind auch andere Einsatzzwecke möglich. Insbesondere eignen sich die Leuchten auch zur gleichmäßigen Beleuchtung von Gegenständen zur Warenpräsentation im Verkaufsbereich aus. Beispielsweise lassen sich die Leuchten in Kühlgeräten integrieren, welche offen sind oder mit einem Fenster versehen sind, um im Verkaufsbereich eingesetzt zu werden. Ein Vorteil der Leuchte besteht insbesondere in der Verwendung von LEDs als Leuchtmittel, weil diese energiesparend sind und eine geringere Abwärme als vergleichbare herkömmliche Leuchtmittel aufweisen, so dass kein unnötiger Wärmeeintrag in das Kühlgerät erfolgt. Die Lichtverteilung von in einer Reihe angeordneten Lichtquellen 10, welche für die Warenausleuchtung ungeeignet wäre, wird durch das erfindungsgemäße Linsenelement verbreitert, so dass innerhalb des Kühlgeräts die Warenoberfläche gleichmäßig ausgeleuchtet werden kann.
Zahlreiche Modifikationen der vorgehend beschriebenen Ausführungsformen des Notlichtmoduls, der Leuchten und der Linsenelemente sind möglich, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Insbesondere können andere Formen für das Gehäuse des Notlichtmoduls vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Notlichtmodul einstückig ausgeführt sein oder das Notlichtmodul kann integral mit einer Leuchte ausgebildet sein. Ferner können auch andere Leuchtmittel als LEDs eingesetzt werden. Beispielsweise kann ebenso ein OLED oder ein herkömmliches Leuchtmittel mit einem Glühfilament angewandt werden. Dabei sind nahezu punkförmige Leuchtmittel vorgesehen, worunter zu verstehen ist, dass die Abmessungen des lichtabgebenden Elements im Verhältnis zu dem Linsenkörper 20 sehr klein (z. B. kleiner als 20%) sind.
Ferner sind Ausführungsformen des Linsenelements möglich, bei dem der V-förmige Einschnitt nicht symmetrisch, wie in den Figuren dargestellt, ausgebildet ist, sondern eine Asymmetrie aufweist. Durch die Asymmetrie kann die Lichtverteilung zu einer Seite des Lichtlenkelements umgelenkt werden. Diese Ausführungsform ist z. B. für einen Notlichtmodul, das am Ende eines Fluchtweges, z. B. an einer Wand oder dgl., angeordnet ist, von Vorteil.
Bezugszeichenliste

2: Notlichtmodul
4: Gehäuseunterteil
6: Gehäuseoberteil
8: Platine
10: punktförmiges Leuchtmittel, z. B. LED
12: elektrische Anschlüsse
14: Ausschnitt
19: Rastfeder
20: Linsenkörper
21: Rastfüße
21': Steg
22: Lichteintrittsfläche
24: V-förmiger Einschnitt
26: Lichtaustrittsfläche
28: Lichtaustrittsfläche
30: Trägerelement
31: Hinterschneidung
32: Rastfeder
33: Federschenkel
34: Schraube
36: Reflexionsfläche
L1: Lichtstrahl
L2: Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1255132 A1 [0004]

Claims

Linsenelement zur Verbreiterung der Lichtverteilung einer etwa punktförmigen Lichtquelle (10), insbesondere einer LED, mit einem transparenten Lichtlenkkörper (20), welcher eine Lichteintrittsfläche (22) auf einer zur Lichtquelle (10) gewandten Seite und einen linearen V-förmigen Einschnitt (24) auf der der Lichteintrittsfläche (22) gegenüberliegenden Seite aufweist, wobei die Schenkel des V gegenüber der Lichteintrittsfläche (22) in einem solchen Winkel angeordnet sind, dass von der punktförmigen Lichtquelle (10) durch die Lichteintrittsfläche (22) eintretendes Licht an den V-förmigen Schenkel totalreflektiert wird, und wobei beide Abschnitte des Lichtlenkkörpers seitlich der Schenkel des V Lichtaustrittsflächen (26) definieren, die gegenüber dem jeweiligen Schenkel des V in einem Winkel angeordnet sind, dass das an dem V-Schenkeln total reflektierte Licht die Lichtaustrittsflächen (26) ohne Totalreflexion verlässt.
Linsenelement nach Anspruch 1, wobei der Lichtlenkkörper (20) in einem Schnitt senkrecht zu einer optischen Achse der Lichteintrittsfläche und parallel zu einer Ebene, entlang derer sich die Einschnitt (24) erstreckt, kreisrund oder ellipsoid ist.
Linsenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichteintrittsfläche entlang wenigstens einer Achse, vorzugsweise parallel zur Längserstreckung des Einschnitts, konvex gekrümmt ist.
Linsenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schenkel des V bezogen auf eine Schnittebene durch die Längserstreckung des Einschnitts (24) und durch die punktförmige Lichtquelle (10) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
Linsenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Teile der beiden Abschnitte des Lichtlenkkörpers (20) neben dem Einschnitt (24) in Bezug auf die Lichteintrittsflächen (22) so angeordnet sind, dass ein Teil des durch die Lichteintrittsfläche eintretenden Lichts den Lichtlenkkörper (20) durch weitere Lichtaustrittsflächen (28) neben dem Einschnitt (24) ohne Totalreflexion an den V-Schenkeln verlässt.
Linsenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lichtlenkkörper (20) auf der zur Lichtquelle (10) weisenden Seite angeformte Rastfüße (21) aufweist, vorzugsweise zwei Rastfüße oder mehr als zwei Rastfüße, die symmetrisch auf einem Kreisumfang angeordnet sind.
Notlichtmodul (2) mit einer etwa punktförmigen Lichtquelle (10), insbesondere einer LED, und einem Linsenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Notlichtmodul (2) nach Anspruch 7, wobei das Linsenelement mittig über der Lichtquelle (10) angeordnet ist.
Notlichtmodul (2) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Linsenelement mit unterschiedlichen Stellungen des Einschnitts (23) über der Lichtquelle (10) montierbar ist.
Notlichtmodul (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit Rückbezug auf Anspruch 6, wobei der Notlichteinsatz (2) Ausschnitte (14) zur Aufnahme der Rastfüße (21) auf einem Kreisumfang um die Lichtquelle (10) aufweist.
Notlichtmodul (2) nach Anspruch 10, wobei mehr Ausschnitte als Rastfüße (21) vorgesehen sind und die Winkelabstände jeweils einer Untermenge der Ausschnitte (14) den Winkelabständen der Rastfüße (21) entsprechen, oder wobei mehr Rastfüße (21) als Ausschnitte vorgegeben sind und die Winkelabstände jeweils einer Untermenge der Rastfüße (21) den Winkelabstände der Ausschnitte (14) entsprechen.
Notlichtmodul nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Notlichtmodul (2) Befestigungsmittel (19) zum auswechselbaren Befestigen in einer Montageöffnung aufweist.
Linsenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der transparente Lichtlenkkörper (20) entlang der Richtung des linearen V-förmigen Einschnitts eine Länge aufweist, die größer als die Breite des Lichtlenkkörpers senkrecht zu dem linearen V-förmigen Einschnitt (24) ist, zum Verbreiten einer Lichtverteilung mehrerer etwa punktförmiger Lichtquellen, insbesondere mehrerer LEDs, die in einer Reihe entlang des V-förmigen Einschnitts angeordnet sind.
Linsenelement nach Anspruch 13, welches mindestens 10 cm, vorzugsweise mindestens 30 cm lang ist.
Linsenelement nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Linsenelement einen konstanten Querschnitt über die Länge des V-förmigen Einschnitts (24) aufweist.
Linsenelement nach einem der Ansprüche 13 bis 15 mit Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die Rastfüße (21) als durchgängige Elemente zu einer oder zu beiden Seiten der Lichteintrittsfläche parallel zur Richtung des linearen V-förmigen Einschnitts angeordnet sind.
Leuchte nach Anspruch 16, wobei die Rastfüße (21) aus keinem klar transparenten Material, sondern insbesondere aus einem lichtstreuenden, lichtreflektierenden und/oder lichtabsorbierenden Material, gebildet sind.
Linsenelement nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Linsenelement einstückig aus co-extrudierten Material gebildet ist.
Leuchte mit einem Linsenelement nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Leuchte ferner ein Trägerelement (30), vorzugsweise aus Aluminium, aufweist, mit welchem das Linsenelement verbunden ist und welches gegenüber der Lichteintrittsfläche (22) wenigstens eine Reihe von etwa punktförmigen Lichtquellen (10), insbesondere eine Reihe von LEDs, aufweist.
Leuchte nach Anspruch 19, wobei das Trägerelement (30) auf einer dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite eine Rastfeder (32) aufweist, wobei die Rastfeder (32) einen oder mehrere, vorzugsweise gegenüberliegende, Federschenkel (33) aufweist, die zum Verrasten mit dem Trägerelement (30) eingerichtet sind.
Leuchte nach Anspruch 20, wobei die Rastfeder (32) sich über die ganze Länge der Leuchte erstreckt oder mehrere Rastfedern vorgesehen sind, welche über die Länge der Leuchte verteilt angeordnet sind.
Leuchte nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Stirnseiten der Leuchte Abdeckelementen, die formschlüssig mit dem Trägerelement (30) und/oder dem Linsenelement verbunden sind, aufweist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Linsenelement der Länge nach in eine Aufnahme des Trägerkörpers (30) eingeschoben ist und formschlüssig daran gehalten wird.
Leuchte nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Linsenelement an dem Trägerelement (30) mittels einer Rastverbindung gehalten ist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei das Trägerelement (20) seitlich des Linsenelements wenigstens eine oder zwei Reflexionsflächen (36) aufweist.