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Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem,
insbesondere eine Leuchte, zum Ausleuchten eines Raums, insbesondere
einer Halle, vorzugsweise einer Industriehalle, die insbesondere
eine hohe Decke aufweist, und eine Beleuchtungsanordnung.
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Bekannte Beleuchtungsanlagen sind
für eine sogenannte
horizontale Beleuchtungsstärke
ausgelegt, damit eine ausreichende Leuchtdichte an horizontalen
Flächen
von Arbeitsplätzen
zur Verfügung gestellt
wird, an denen bestimmte Tätigkeiten
verrichtet werden sollen. Solche Beleuchtungsanlagen mit horizontaler
Beleuchtungsstärke
sind im allgemeinen als Direkt lichtkomponenten ausgeführt, deren
Lichtquelle oder Leuchtmittel Licht nach unten gerichtet auf die
zu erleuchtende Arbeitsstelle ausstrahlt. Um auch das Umfeld dieses
Arbeitsbereichs ausreichend zu erhellen, sind zusätzliche
sogenannte Indirektlichtkomponenten vorgesehen, die aus einem Reflektor
und einem Leuchtmittel bestehen können, um gleichmäßig Deckenbereiche
anzustrahlen, und damit eine Ausleuchtung in die Raumtiefe zu erreichen.
Es ist auch bekannt, Direktlichtkomponenten mit Indirektleuchtkomponenten
in einer Leuchte zu integrieren.
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Insbesondere für Industrieanlagen ist eine ausgewogene
Ausleuchtung der Arbeitsplätze
erwünscht,
um zum einen eine hohe Arbeitseffizienz bei der Durchführung der
zu verrichtenden Arbeit bereitzustellen, zum anderen um Unfallgefahren
zu verringern. Vor allem im Nachtschichtbetrieb ist die Aufmerksamkeit
und Leistungsfähigkeit
eines Arbeitnehmers insofern reduziert, als die Leuchtdichte in
seiner Arbeitsplatzumgebung mit den bekannten Beleuchtungsanlagen
nicht ausreicht, um die gleiche Konzentrationsfähigkeit des Arbeitnehmers zu
erzeugen, wie sie bei Tageslicht zur Verfügung steht. Medizinische Untersuchungen
haben ergeben, daß das menschliche
Auge neben den Farb- und Schwarz-Weiß-Stäbchen-Sensoren weitere Rezeptoren
aufweist, welche die Leuchtdichte des von dem betrachteten Gegenstand
reflektierten Lichts erfassen. Nach der Stärke der Leuchtdichte stellt
sich der Körper
des Menschen, vereinfacht ausgedrückt, auf eine aktive Tagesphase
oder eine zur Erholung und Entspannung vorgesehene Nachtphase ein.
Hieraus wurde gefolgert, daß durch
Erhöhung
des Leuchtdichteniveaus die Konzentrationsfähigkeit des Arbeitnehmers beträchtlich
erhöht
werden kann. Somit ist eine Unfallgefahr nicht nur bei Nachtschichttätigkeiten,
sondern auch bei Tagschichtbetrieb in Hallen, die nicht mit Tageslicht
beflutbar sind, erheblich reduzierbar.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine
Beleuchtungsanordnung, insbesondere eine Leuchte, zu schaffen, mit
der in einem großen
Raumbereich ein derart großes
und gleichmäßiges Leuchtdichteniveau
bereitgestellt wird, daß eine
positive photobiologische Wirkung bei Menschen erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Beleuchtungssystem
oder der erfindungsgemäßen Leuchte
wird insbesondere erreicht, daß sich
die Leuchtdichten an horizontalen Flächenbereichen, die beispielsweise
von einer Direktlichtkomponente erzeugt werden, von den Leuchtdichten
an vertikalen Flächenbereichen,
insbesondere vertikalen Flächenbereichen,
die in der Nähe
der horizontalen Flächenbereiche
liegen, und/oder von dem Umfeld der direkt beleuchteten Bereiche
nicht stark oder kaum unterscheiden. Auf diese Weise wird ein stärker gleichmäßig beleuchteter
Raum geschaffen, so daß den
sich in dem Raum befindlichen Menschen der Eindruck vermittelt wird,
daß das
Licht in dem Raum im wesentlichen gleich verteilt ist, der Kontrast
jedoch erhalten bleibt. Insbesondere kann erfindungsgemäß eine dreidimensionale
Anordnung von leuchtenden Flächen
vorgesehen sein, welche vorzugsweise tatsächlich oder anscheinend für den Betrachter
unmittelbar aneinander anschließen.
Die Dreidimensionalität
führt dazu,
daß der
Betrachter, anders als bei den üblichen
zweidimensionalen Anordnungen von leuchtenden Flächen, von unterschiedlichen
Positionen des Raums aus unter einem relativ großen Blickwinkel einen leuchtenden
Bereich sieht.
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In einer vorteilhaften Ausführung der
Erfindung ist eine Leuchte vorgesehen, die mehrere Lichtkomponenten
aufweist. Beispielsweise kann die Leuchte eine Direktlichtkomponente
aufweisen, das beispielsweise einen Reflektor und ein Lichtlenksystem
umfasst. Das Lichtlenksystem ist gemäß einer besonderen Ausführungsform
dazu geeignet, eine blendfreie Beleuchtung eines insbesondere horizontalen
Bereichs, zum Beispiel einer Arbeitsfläche, wie eine Tischfläche, zu
gewährleisten.
Als Lichtlenksystem können
zum Beispiel einfache Prismenanordnungen oder -platten oder Mikroprismenanordnungen
oder -platten herangezogen werden, deren genaue Ausführung beispielsweise
in der
EP 99 125 646 .2
beschrieben ist. Vorzugsweise erzeugt die Direktlichtkomponente
an ihrer Lichtaustrittsseite eine horizontale leuchtende Fläche im Raum.
Das erfindungsgemäße Beleuchtungssystem
gewährleistet gegenüber den
bekannten Beleuchtungsanlagen, daß neben den normalerweise ausreichend
ausgeleuchteten horizontalen Flächen
im Blickfeld eines Betrachters ebenso die vertikalen Flächen eine
ausreichende Leuchtdichte aufweisen.
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Außerdem kann die erfindungsgemäße Leuchte
eine Indirektlichtkomponente zur Deckenaufhellung aufweisen. Hierzu
ist vorzugsweise die Indirektlichtkomponente mit einem Reflektor
und einem eigenen Leuchtmittel versehen, damit durch eine Ausleuchtung
der Decke eine ausreichende Helligkeit auch weit in die Raumtiefe
realisiert wird. Schließlich
kann erfindungsgemäß die Leuchte
mit einer weiteren Indirektlichtkomponente versehen sein, die zur
Erzeugung von hohen Leuchtdichten an vertikal bestrahlten Flächen im
Blickfeld eines Menschen ausgelegt ist.
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In der bevorzugten Ausführung der
Erfindung ist die Indirektlichtkomponente ein ebenes oder gekrümmtes Flachbauteil,
insbesondere eine Platte, die eine einem Leuchtmittel zugewandte
Reflektorseite aufweist, die gewölbt
strukturiert und/oder hochglänzend
weiß lackiert
sein kann. Die Reflektorseite ist aus einem Reflektormaterial gebildet,
wobei vorzugsweise ein wölbstrukturiertes
Material verwendet wird, wie es beispielsweise in der
DE 43 11 978 Cl ,
DE 195 12 533 A1 ,
DE 196 51 937 A1 oder
der PCT/EP96/01608 beschrieben ist. Dies können insbesondere solche Materialien
sein, die derzeit für
die Leuchte Hexal
® der Siteco Beleuchtungstechnik GmbH
verwendet werden. Das Reflektormaterial ist auf einer Aluminiumwabe
aufgebracht, die als Kern des Flachbauteils dient. Auf der von dem
Leuchtmittel abgewandten Seite der Aluminiumwabe ist ein Aluminiumblech
angeordnet.
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Das Flachbauteil erstreckt sich von
einem horizontal ausgerichteten, insbesondere an der Raumdecke parallel
dazu aufgehängten
Gehäuse des
Beleuchtungssystems bzw. der Leuchte in einem dem Gehäuse nahen
Bereich vertikal und erstreckt sich davon gekrümmt hin zu einem distalen Randendbereich.
Das Flachbauteil besitzt im wesentlichen die Form eines im Wind
stehenden Segels mit nur einer Krümmungs- oder Wölbungsachse,
wobei die konkave Seite des Flachbauteils mit dem Hexal-Material
dem Leuchtmittel zugewandt ist. Das Flachbauteil ist derart hinsichtlich
des zu erhellenden Raums angeordnet, daß seine Haupterstrekkungsrichtung
im wesentlichen Richtungs-Komponenten aufweist, die senkrecht zur
horizontalen Ebene, nämlich
dem Decken- und Bodenbereich, liegen.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung,
insbesondere Leuchte, ist es möglich,
von den im gesamten Blickfeld eines Menschen befindlichen Flächen annähernd 10%
bis 50%, Idealerweise 10% bis 90%, aufzuhellen. Es hat sich gezeigt,
daß mit
solchen Ausleuchtungsverhältnissen
und entsprechend hohen Leuchtdichten im Gesichtsfeld des Betrachters
eine photobiologische Wirkung erzielt werden kann.
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In einer weiteren Ausführung der
Erfindung können
die drei oben genannten Komponenten vorzugsweise von einer entsprechenden
Steuereinrichtung insbesondere unabhängig voneinander angesteuert
werden. Die Steuereinrichtung ist ausgelegt, beispielsweise die
Helligkeit oder das Spektrum des ausgesendeten Lichts zu variieren.
Auf diese Weise kann auf die individuellen Lichtbedürfnisse
des Menschens eingegangen werden. Vor allem während des Nachtschichtbetriebs
können
tageslichtähnliche Lichtstimmungen
erzeugt werden. Sollten unterschiedliche Sehaufgaben erledigt werden,
kann die Steuereinrichtung so abgestimmt sein, daß die Leuchtdichte
und/oder Beleuchtungsstärke
des Beleuchtungssystems entsprechend angepasst werden kann.
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Eine Änderung des Spektrums kann
beispielsweise durch den Einsatz von Lampen unterschiedlicher Lichtfarbe,
einer Kombination von Leuchtstofflampen und/oder LEDs oder von geeigneten
Filtern erzeugt werden.
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Ferner betrifft die Erfindung eine
Beleuchtungsanordnung mit wenigstens zwei erfindungsgemäßen Beleuchtungssystemen,
insbesondere Leuchten, wobei die wenigstens zwei Beleuchtungssysteme
derart aufeinander abgestimmt angeordnet sind, daß in dem
auszuleuchtenden Raum eine kontinuierliche Leuchtdichtenverteilung
bereitgestellt wird. Vorzugsweise sind mehrere Beleuchtungssysteme
hintereinander, vorzugsweise in mehreren Reihen angeordnet, wobei
insbesondere zwei Beleuchtungssysteme paarweise einander zugewandt
angeordnet sind, wobei insbesondere die beiden zweiten Lichtkomponenten
eines Paares Beleuchtungssysteme eine Lichtaustrittsfläche aufweisen,
die sich gegenüberliegend
in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei sind zwei Beleuchtungssysteme unterschiedlicher
benachbarter Paare Rücken
an Rücken
positioniert.
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Die Beleuchtungsanordnung erzeugt
neben den leuchtenden Flächen,
die sie selbst bietet, auch eine normgerechte Beleuchtung beispielsweise
an den Arbeitsstätten,
in denen sie eingesetzt wird, und insbesondere das erforderliche
Beleuchtungsstärkeniveau.
Die Beleuchtungsanordnung nimmt also gleichzeitig Beleuchtungsaufgaben
wahr.
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und
Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer
bevorzugten Ausführung
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen
zeigen:
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l eine
perspektivische Ansicht einer aufgeschnittenen erfindungsgemäßen Leuchte;
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2 eine
perspektivische Ansicht von oben auf die Leuchte gemäß 1;
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3 eine
Seitenansicht der Leuchte gemäß den 1 und 2;
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4a und b jeweils eine schematische Darstellung
des Sichtfeldes von bekannten Leuchten; und
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5 eine
schematische Darstellung des Sichtfeldes einer erfindungsgemäßen Leuchte.
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In den 1, 2 und 3 sind verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Leuchte 1 dargestellt,
die ein Gehäuse 3 aufweist.
In dem Gehäuse 3 sind
Anschlüsse 5 von
Leuchtmitteln (nicht dargestellt) untergebracht, die für verschiedene
Lichtkomponenten vorgesehen sind.
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Die Leuchte 1 umfaßt insgesamt
drei verschiedene Lichtkomponenten, nämlich eine Direktlichtkomponente 7 und
zwei Indirektlichtkomponenten 11 und 13.
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Der Direktlichtkomponente
7 sind
zwei Anschlußpaare
für Leuchtstofflampen
zugeordnet. Die nicht dargestellten Leuchtstofflampen der Direktlichtkomponenten
7 sind
in einem abgeschlossenen Raum
15 untergebracht, der am
Boden des Gehäuses
3 von
einer Mikroprismenplatte
16, deren Aufbau z.B. in
EP 0 846 915 A1 ,
EP 1 065 436 A1 oder
EP 1 156 268 A1 beschrieben
ist, und von mehreren aneinandergefügten Reflektorplatten begrenzt.
Eine erste Reflektorplatte
17 ist gegenüber der Mikroprismenplatte
16 geneigt,
während
eine zweite Reflektorplatte
19 im wesentlichen parallel
zur Mikroprismenplatte
16 verläuft. Die Reflektorplatte
19 ist
an die Mikroprismenplatte über
eine gekrümmte
Reflektorplatte
21 gekoppelt.
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Die Indirektlichtkomponente 11 ist
zur Deckenaufhellung vorgesehen und hat eine in einem gedachten
Winkel zur Bodenprismaplatte 15 angeordnete Reflektorplatte 25 und
eine weitere in einem größeren Winkel
zur Mikroprismenplatte angeordnete gekrümmte Reflektorplatte 25.
Zwei nicht dargestellte Leuchtstofflampen sind den beiden Reflektorplatten 23 und 25 derart
zugeordnet, daß Licht
aus einer transparenten, nicht dargestellten Deckenabschlußplatte
zur Decke des auszuleuchtenden Raums hin aus dem Gehäuse 3 austreten
kann.
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Die Indirektlichtkomponente 13 weist
eine Leuchtmittelanordnung auf, die derjenigen der Indirektlichtkomponente 11 ähnlich ist.
Die Leuchtmittel der Indirektlichtkomponente 13 sind bezüglich der Reflektoren 31, 33 derart
ausgerichtet, daß ein
sich von dem Gehäuse 3 der
Leuchte 1 erstreckendes Flachbauteil 41 angestrahlt
wird. Das Flachbauteil 41 erstreckt sich, wie in 3 ersichtlich ist, entlang
der gesamten Längsrichtung
der Leuchte 1. Das Flachbauteil 41 ist im wesentlichen
rechteckig und besitzt eine kontinuierliche, in Längsrichtung
geradlinige Krümmung
oder Wölbung,
wobei sich ein dem Gehäuse 3 naher
Abschnitt 43 des Flachbauteils 41, welcher Abschnitt 43 auch
zur Befestigung mittels einer Schraubenmutteranordnung an dem Gehäuse genutzt
wird, im wesentlichen vertikal zur horizontalen Ausrichtung des
Gehäuses 3 der
Leuchte 1 erstreckt. Das Flachbauteil 41 ist an
einer Längsseite 45 des
Gehäuses
innenseitig befestigt und ist derart gekrümmt, daß sich der distale Randendabschnitt 47 des
Flachbauteils 41 hin zur gegenüberliegenden Längsseite 49 des
Gehäuses neigt.
Auf diese Weise wird dem Flachbauteil 41 eine Segelform
verliehen, deren konkave Seite mit einem Reflexionsmaterial versehen
ist, wie bereits oben ausführlicher
angegeben ist.
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Je nach Dimension der Leuchten 1 kann
die diffus reflektierende Fläche
des Flachbauteils 41 0,2 bis 2,5 m2 groß sein.
Das Verhältnis
der horizontalen Lichtaustrittsfläche der ersten Lichtkomponente
zur in einem Winkel zur horizontalen Lichtaustrittsfläche liegenden
Leuchtfläche
des Flachbauteils 41 der zweiten Lichtkomponente ist mit
wenigstens 1:3 festgelegt.
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Das von den Leuchtmitteln ausgestrahlte Licht,
das auf das weißlackierte
Flachbauteil 41 trifft, wird von dem Flachbauteil 41 in
Form einer Lambert-Verteilung in alle Richtungen in den Raum reflektiert,
aber hauptsächlich
in einer im wesentlichen horizontalen Richtung. Um eine hohe Leuchtdichte
im gesamten Raum zu realisieren, sind die Leuchtmittel für ein entsprechend
hohes Beleuchtungsstärkeniveau
ausgelegt. Je stärker
die Krümmung
des Flachbauteils ist und/oder je weiter sich das Flachbauteil von
dem Gehäuse 3 erstreckt
und damit, bildlich gesprochen, über
das Gehäuse
greifend ausgerichtet ist, je mehr von den Leuchtmitteln stammende
Lichtstrahlen werden von dem Flachbauteil 41 umgelenkt und
mit horizontalen Richtungskomponenten versehen. Auf diese Weise
wird eine Ausleuchtung der vertikalen Flächen von Gegenständen im
Blickfeld eines Betrachters ausgeleuchtet.
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Zudem ist Bauteil derart positioniert,
daß es von
außen
in Erscheinung tritt und eine sichtbare helle Fäche darstellt.
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Ein besonderer Vorteil durch die
erfindungsgemäße Leuchte
wird dadurch geschaffen, daß hervorragende
Ausleuchtergebnisse in Hallen erzielt werden, die hohe Decken aufweisen.
Bekannte Leuchten, die Indirektlichtkomponenten aufweisen, um Decken
zu erhellen, sind auf Grund der hohen Decken in derart großen Entfernung
von den zu beleuchtenden Arbeitsstellen aufgehängt, daß hohe Leuchtdichten nicht
erreicht werden können.
Die erfindungsgemäße Leuchte
kann von den Decken abhängend
viel näher
an den Arbeitsplätzen
angeordnet werden, weil durch das Flachbauteil 41 ein künstlicher
Deckenreflexionsbereich geschaffen wird, der auch eine gezieltere
Ausleuchtung bestimmter Bereiche zuläßt und eine helle Zusatzfläche schafft.
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Bei bekannten Leuchten, die Indirektkomponenten
zum Erhellen von Decken aufweisen, ist außerdem der Bereich zwischen
der Decke und der Leuchte meist deutlich dunkler als die angestrahlte Decke.
Der Indirektanteil bekannter Leuchten leuchtet im wesentlichen den
Bereich über
der Leuchte aus. Die resultierende Leuchtdichte in Richtung des Betrachters
nimmt im Idealfall, d.h. bei vollständig diffus reflektierenden
Decken, mit dem Kosinus des Winkels zwischen Blickrichtung und der
Decke ab. Glänzende
Decken weisen eine noch niedrigere Leuchtdichte vor allem bei kleinen
Blickwinkeln auf. Da in den meisten Fällen ein Betrachter nicht direkt zur
Decke blickt sondern sein Blick im wesentlichen horizontal oder
nach unten gerichtet ist, wird der leuchtende Bereich bekannter
Leuchten nicht sehr stark wahrgenommen. Die erfindungsgemäße Leuchte
weist jedoch durch das diffus reflektierende Flachbauteil und die
Leuchtdichten an der Prismaplatte ein hohes Leuchtdichtenniveau
in einem großen
Bereich der Hauptblickrichtung auf.
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Vor allem mit der Kombination aus
der Indirektlichtkomponente 13 mit der Direktlichtkomponente
wird erreicht, daß in
einem bestimmten Arbeitsbereich ausreichende Sehbedingungen erreicht
und außerdem
hohe Leuchtdichten wahrgenommen werden, ohne negative Blendeinflüsse zu verursachen.
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Für
eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) ist der Raumabschnitt 51 vorgesehen,
der von der Reflektorplatte 21 der Direktlichtkomponente 7 und den
Reflektorplatten 31, 33 der Indirektlichtkomponente 13 begrenzt
ist. Die nicht dargestellte Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt,
die drei Lichtkomponenten 7, 11 und 13 unabhängig voneinander
hinsichtlich der Helligkeit und des Spektrums des ausgesendeten
Lichts zu steuern.
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Der Raumabschnitt 51 kann
auch dazu genutzt werden, die Lichtaustrittsfläche der Direktlichtkomponente 7 zu
erweitern und die Beleuchtungsstärke
der Direktlichtkomponente 7 zu erhöhen.
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In den 4a und 4b sind zwei bekannte Leuchtentypen
mit ihren Sichtfeldern schematisch dargestellt. In 4a ist eine Leuchte 61 mit aufgehelltem
Gehäuse,
zum Beispiel eine Prismenleuchte oder eine Opalleuchte, angedeutet.
In 4b ist eine Leuchte 63 mit
Direktlicht- und Indirektlichtkomponenten schematisch dargestellt.
Die von dem Betrachter 65 sichtbare Fläche nimmt deutlich ab, je weiter
der Betrachter von der Leuchte entfernt ist. Der von dem Betrachter 65 sichtbare
Lichtbereich der jeweiligen Leuchte sei durch den Winkel α schematisch
angedeutet. Hierbei ist ersichtlich, daß der Winkel α bei der
Leuchte 61 gemäß 4a größer als der bei der Leuchte 63 gemäß 4b ist. Der Vorteil der
erfindungsgemäßen Leuchte
wird in 5 ersichtlich,
bei dem das erleuchtete Sichtfeld der erfindungsgemäßen Leuchte
in jeder Lage des Betrachters wesentlich größer ausfällt als bei den bekannten Leuchten 61 bzw.
63 gemäß den 4a bzw. 4b. Dies wird schematisch aufgrund des
wesentlich größeren Winkels α deutlich.
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Die Zunahme des Winkels α läßt sich
durch die geometrischen Beziehungen der vertikalen und horizontalen
Abmessungen der Leuchte und des Abstand des Betrachters zueinander
wie folgt darstellen: der Winkel α ergibt
sich aus der Differenz zweier Winkel α1, α2,
deren Tangens durch ein erstes bzw. zweites geometrisches Verhältnis festgelegt
ist. Das erste Verhältnis
wird durch die vertikale Höhendifferenz
h1, die durch die Differenz zwischen der
Höhe des
höchsten
für den
Betrachter 65 sichtbaren Abschnitts des leuchtenden Bereichs
der Leuchte zu der Augenhöhe
des Betrachters 65 definiert ist, und den kleinsten horizontalen
Abstand Ab1 eines Punkts des höchsten für den Betrachter 65 sichtbaren
Abschnitts des leuchtenden Bereichs von dem Betrachter 65 gebildet.
Das zweite Verhältnis
wird durch die Höhendifferenz
h2, welche durch die Differenz zwischen
der Höhe
des niedrigsten für
den Betrachter 65 sichtbaren Abschnitts des leuchtenden
Bereichs der Leuchte zu der Augenhöhe des Betrachters 65 definiert
ist und den größten horizontalen
Abstand Ab2 des Betrachters 65 von
einem Punkt des niedrigsten für
den Betrachter 65 sichtbaren Abschnitts des leuchtenden
Bereichs der Leuchte gebildet. Wie aus dem geometrischen Zusammenhang
leicht deutlich wird, nimmt der Winkel α mit der Zunahme der vertikalen
Erstreckung der Leuchtfläche
der Leuchte zu.
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Eine besonders vorteilhafte Ausleuchtung wird
dann realisiert, wenn zwei erfindungsgemäße Leuchten derart zueinander
angeordnet werden, daß beide
Lichtaustrittsöffnungen,
die durch das gekrümmte
Flachbauteil 41 gebildet werden, zueinander ausgerichtet
werden und der Arbeitsbereich dazwischen liegt. Idealerweise befindet
sich in jeder Blickrichtung eine erfindungsgemäße Leuchte.
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Die in der vorstehenden Beschreibung,
den Ansprüchen
und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen
von Bedeutung sein.