DE4313366A1 - Transparentes Element zur Variation der Lichtstrahlen einer Beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Element aus transparentem Material zur Variation der Lichtstrahlen einer Be­ leuchtungseinrichtung.

Beleuchtungseinrichtungen werden in großem Umfang zur Ausstrahlung architektonischer Nutzflächen und Gewer­ beflächen verwendet. Ihre Ausgestaltung und Konstruk­ tion ist im wesentlichen daraufausgerichtet, hohe Lichtausbeuten bei geringem Energieaufwand zu erzie­ len. Nachteilig bei den meisten bisher verwendeten Be­ leuchtungseinrichtungen ist, daß aufgrund von Streu­ licht große Lichtmengen nicht genutzt werden können und dieses Streulicht zudem eine unerwünschte und un­ günstige Blendwirkung hat. Reflektoren von Beleuch­ tungseinrichtungen haben häufig ein Ausblendverhalten, das nicht den DIN-Empfehlungen (DIN 5035) entspricht, und Korrekturen des Ausblendverhaltens beeinträchtigen die Lichtverteilungskurve des Reflektors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­ richtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher das Ausblendverhalten von Beleuchtungseinrichtungen bzw. Reflektoren in optimaler Weise korrigiert werden kann, wobei nicht nur lichttechnischen, sondern auch ästhe­ tischen Gesichtspunkten Rechnung getragen wird.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Ausblendung über einen lichtdurchlässigen Körper durchzuführen, dessen Geometrie so ausgestaltet ist, daß diese durch Brechung und innere Reflexion erreicht wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Element aus transparentem Material zur Variation der Licht­ strahlen einer Beleuchtungseinrichtung, wobei das Ele­ ment Lichtstrahlen, die unter einem Winkel von mehr als 45° zur Hauptlichtabstrahlrichtung von der Be­ leuchtungseinrichtung emittiert werden, zumindest zum Teil derart umgelenkt, daß sie vom Element in einem Winkel von weniger als 45° emittiert werden.

Wird ein derartiges Element einer Beleuchtungseinrich­ tung bzw. einem Reflektor vorgesetzt, kann damit eine optimale Ausleuchtung der zu beleuchtenden Fläche er­ zielt werden, bei gleichzeitig unterdrückter Blendwir­ kung.

Bevorzugte Ausführungsformen des transparenten Elemen­ tes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So ist das Element bevorzugt als Kegelstumpf ausgebil­ det, in dessen Grundfläche eine kegelförmige Vertie­ fung vorgesehen ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an der zur Grundfläche parallelen Schnittfläche des Kegelstumpfes eine Kegelspitze ange­ formt. Es versteht sich, daß hierbei die Mantelfläche der Kegelspitze unter einem Winkel zur Mantelfläche des Kegelstumpfes angeordnet ist und Kegelstumpf und Kegelspitze einstückig ausgeführt sind.

Um eine optimale Ausblendung zu erreichen, sollte das transparente Element bestimmten geometrischen Bedin­ gungen gehorchen. So ist der Winkel α zwischen der Ke­ gelfläche der kegelförmigen Vertiefung und der Kegel­ achse so zu wählen, daß er zwischen 50 und 80° liegt. Besonders geeignet ist ein Winkel a zwischen 60 und 70°, insbesondere 65°.

Der Winkel β zwischen der Mantelfläche des Kegel­ stumpfes und der Kegelachse sollte so gewählt werden, daß er zwischen 2° und 20° liegt. Besonders bevorzugt sollte ein Winkel β zwischen 8° und 13° gewählt wer­ den, insbesondere von 10,5°.

Ist an dem Kegelstumpf eine Kegelspitze angeformt, so sollte der Winkeln γ zwischen der Mantelfläche der Ke­ gelspitze und der Kegelachse so gewählt werden, daß er zwischen 60° und 90° liegt. Besonders bevorzugt sollte ein Winkel γ zwischen 70° und 80° gewählt werden, ins­ besondere ein Winkeln γ von 75°.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsmerkmale er­ lauben einzeln und in Kombination miteinander eine äu­ ßerst kompakte Gestaltung des Ausblendelementes, so daß im Unterschied zu den bisher üblichen Formen, die Größe des auszublenden Reflektors im Durchmesser nur minimal überschritten wird.

Die Funktionalität des Ausblendkörpers berücksichtigt dabei folgende allgemeine Reflektoreigenschaften:

1. Die Lampendirektstrahlung, d. h. jene Strahlung, die von der Lampe nach unten zur Beleuchtungsebene abgege­ ben wird, wird zur senkrechten optischen Achse umge­ lenkt. Viele Leuchtmittel weisen dabei die Eigenschaft auf, daß die das Licht emittierende Medium (z. B. Glüh­ wendel) umgebenden Glasteile ein zusätzliches Streu­ licht durch Lampenglasreflexionen verursachen und so­ mit eine zusätzliche Blendquelle darstellen. Auch die­ ser Streulichtanteil wird von dem erfindungsgemäßen transparenten Element erfaßt.

2. Die Reflektorstrahlung, d. h. jene Strahlung, die über den Reflektor zur Beleuchtungsebene gelenkt wird, bleibt praktisch unberührt. Gegenüber bereits bekann­ ten Ausblendelementen, die jedoch nur die Lampendi­ rektstrahlung berücksichtigen, nimmt das transparente Element gemäß der vorliegenden Erfindung auch jene Re­ flektorstrahlung auf, die durch das das Licht emit­ tierende Medium umgebende Glasteil am Reflektor wie­ derum ein zusätzliches Streulicht verursacht und lenkt sie um.

Durch die optisch-geometrische Formgebung des erfin­ dungsgemäßen transparenten Elementes wird damit sämt­ liches aus dem Reflektor nach unten austretende Licht erfaßt, auch jenes Streulicht, welches durch die Leuchtmittelkonstruktion bedingt ist.

Im Endeffekt wird nur die gewünschte Reflektorstrah­ lung durchgelassen. Das restliche Streulicht der Lam­ pendirektstrahlung, der Lampenglasreflexion sowie das Reflektorstreulicht, wird durch Totalreflexionen ent­ weder nach oben zur Decke oder in Richtung senkrechter optischer Achse hin gelenkt.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die einzelnen Flächen des transparenten Elementes, insbe­ sondere die Mantelfläche des Kegelstumpfes oder die Mantelfläche der gegebenenfalls vorhandenen Kegel­ spitze, facettiert sein. Ein bevorzugtes Material ist daher Glas. Durch die Facettierung bestimmter Flächen des Elementes wird insbesondere ein dekorativer Effekt erzielt, da ein gewisser Streulichtanteil über die Fa­ cetten spektral zerlegt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen transparenten Elementes;

Fig. 2 eine Ansicht der Grundfläche des Elementes in Fig. 1.

Die Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Element 1 zur Variation der Lichtstrahlen einer Beleuchtungseinrich­ tung in einer bevorzugten Ausführungsform. Das Element ist dabei als Kegelstumpf ausgebildet. An der zur Grundfläche 2 des Kegelstumpfes parallelen Schnittflä­ che 4 ist eine Kegelspitze 5 angeformt. Die Mantelflä­ che 8 des Kegelstumpfes und die Mantelfläche 9 der Ke­ gelspitze 5 sind facettiert. In der Grundfläche 2 des Kegelstumpfes ist eine kegelförmige Vertiefung ausge­ nommen. Diese kegelförmige Vertiefung 3 erstreckt sich von der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes zentralmittig nach innen. Das Element 1 ist einstückig ausgebildet und besteht bevorzugt aus geschliffenem und facettier­ tem Glas. Es kann jedoch auch Preßglas verwendet wer­ den oder ein anderes transparentes lichtbrechendes Ma­ terial. Die Facettierung des transparenten Elementes 1 ist besonders unter ästhetischen Gesichtspunkten wün­ schenswert, hat jedoch auch Einfluß auf die Ausblend­ wirkung des Elementes.

In der gezeigten Ausführungsform ist die kegelförmige Vertiefung 3 so angelegt, daß der Winkel α zwischen der Kegelfläche 6 der kegelförmigen Vertiefung 3 und der liniert dargestellten Kegelachse 7 65° beträgt. Die Neigung des Kegelstumpfes ist so gewählt, daß der Winkel β zwischen der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes und der Kegelachse 7 10,5° beträgt. Ist wie im darge­ stellten Ausführungsbeispiel eine Kegelspitze 5 ange­ formt, so beträgt der Winkel γ wie dargestellt zwi­ schen der Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 und der Ke­ gelachse bevorzugt 75°.

Die Lage der Kegelfläche 6 wurde unter Berücksichti­ gung der Reflektorstrahlung und der Lampendirektstrah­ lung festgelegt, und zwar in der Weise, daß die Re­ flektorstrahlung zur senkrechten optischen Achse ge­ brochen wird, während die Lampendirektstrahlung so in Richtung der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes gebro­ chen wird, daß an dieser die austretenden Strahlen sehr stark zur senkrechten optischen Achse umgelenkt werden, bzw. zum Teil total reflektiert werden, wo­ durch der erste Schritt der Reflektorentblendung er­ möglicht wird.

Die Neigung der Mantelfläche 8 des Kegelstumpfes wurde unter Berücksichtigung der Kegelfläche 6 der kegelför­ migen Vertiefung 3 auf 10,5° festgelegt. Gleichzeitig muß die Mantelfläche 8 jedoch zum Zweck der optimalen Ausblendung die sogenannte Fresnel′sche Reflexion, das ist jener Lichtanteil, der an der Grenzfläche zwischen optisch dichterem Medium und optisch dünnerem Medium reflektiert wird, obwohl keine Totalreflexion vor­ liegt, so berücksichtigen, daß an der gegenüberliegen­ den Fläche nicht Strahlen im Ausblendbereich austreten können. Dies wird dadurch erreicht, daß die Neigung der Fläche 8 auch im Hinblick auf die Mantelfläche 9 der gegebenenfalls vorgesehenen Kegelspitze 5, falls dies nicht der Fall ist, auf die Schnittfläche des Ke­ gelstumpfes, so abgestimmt wird, daß sämtliche Fres­ nel′sche Reflexionen der Mantelfläche 8 auf die Fläche 9 bzw. 4 treffen. Dort werden sie total reflektiert und verlassen in Richtung Decke den Ausblendkörper, wodurch auch dieser Anteil an Blendung aufgehoben und nutzbringend zur Deckenaufhellung eingesetzt wird.

Die gezeigte Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 steht mit der Fläche 6 der kegelförmigen Vertiefung 3 inso­ fern in Zusammenhang, als die dort leicht gebrochenen Strahlen des Reflektorlichtkegels zur senkrechten op­ tischen Achse nun wieder beim Austritt aus dem Aus­ blendkörper annähernd in ihre ursprüngliche Lage ge­ brochen werden und sich praktisch die ursprünglich vom Reflektor bewirkte Lichtverteilung an der Auffange­ bene, d. h. der Nutzungsebene, einstellt.

In der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen transparenten Elementes, worin der Winkel α 65°, der Winkel β 10,5° und der Winkel γ 75° beträgt, ist die Höhe a des Kegelstumpfes auf 25,1 mm festgelegt, die Gesamthöhe b, inklusive angeformter Kegelspitze, be­ trägt 31,85 mm. Der Durchmesser c des Elementes be­ trägt 59,3 mm. Es versteht sich, daß diese Angaben bei jeweiliger Ausgestaltung variieren können und je nach Lichtquelle und sonstigen Erfordernissen aufeinander abgestimmt werden müssen. Das erfindungsgemäße Element kann als reiner Preßglaskörper ausgestaltet werden, dessen Oberfläche jedoch poliert, z. B. säurepoliert sein sollte, um die Funktionalität wie oben beschrie­ ben zu gewährleisten. Zur Erhöhung des dekorativen Charakters empfiehlt sich jedoch, die Keglestumpfman­ telfläche facettiert zu gestalten. Dabei sollte die Facettierung in ungerader Anzahl erfolgen, z. B. 11- fach, damit die unvermeidlichen Streulichtreflexionen und Streulichtbrechungen radial versetzt werden. Mit anderen Worten, durch die ungerade Anzahl von Facetten wird erreicht, daß bei Einblick in das Ausblendelement über eine der Facetten an der Mantelfläche 8 des Ke­ gelstumpfes, auf der gegenüberliegenden Seite keine Facette sichtbar ist, deren Streulichtreflexion in den Ausblendbereich reflektiert werden könnte, sondern zwei im Winkel versetzte Facetten, deren Streulichtre­ flexion umgelenkt wird (siehe dazu Fig. 2).

In diesem bevorzugten Fall können die Kegelfläche der kegelförmigen Vertiefung 5 und die Mantelfläche 9 der Kegelspitze 5 unfacettiert bleiben. Deren Facettierung ist dann nur zur Verstärkung des dekorativen Charak­ ters erforderlich.

Das erfindungsgemäße transparente Element bzw. das dargestellte Ausblendelement ist in seiner maßgebli­ chen Beschaffenheit insbesondere für Kaltlichtreflek­ torlampen bestimmt und ist so dimensioniert, daß sämt­ liche Strahlenverteilungen (von eng- bis breitstrah­ lend, unabhängig vom Hersteller) optimal durch das Ausblendelement durchtreten können. Die letztendliche Geometrie des Ausblendelementes muß der jeweiligen Strahlenverteilung zugrunde gelegt werden.

Claims (12)

1. Element aus transparentem Material zur Variation der Lichtstrahlen einer Beleuchtungseinrichtung, da­ durch gekennzeichnet, daß das Element (1) Licht­ strahlen, die unter einem Winkel von < 45° zur Hauptlichtabstrahlrichtung von der Beleuchtungs­ einrichtung emittiert werden, zumindest zum Teil derart umgelenkt, daß sie vom Element in einem Winkel von < 45° emittiert werden.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kegelstumpf ausgebildet ist, in dessen Grundfläche (2) eine kegelförmige Vertiefung (3) vorgesehen ist.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der zur Grundfläche (2) parallelen Schnittfläche (4) des Kegelstumpfes eine Kegelspitze (5) angeformt ist.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen der Kegel­ fläche (6) der kegelförmigen Vertiefung (3) und der Kegelachse (7) zwischen 50° und 80° beträgt.

5. Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α zwischen 60° und 70° beträgt.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β zwischen der Mantelfläche (8) des Kegelstumpfes und der Kegel­ achse (7) zwischen 2° und 20° beträgt.

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β zwischen 8° und 13° beträgt.

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel γ zwischen der Mantelfläche (9) der Kegelspitze (5) und der Kegelachse (7) zwischen 60° und 90° beträgt.

9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel γ zwischen 70° und 80° beträgt.

10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (8) des Kegelstumpfes facettiert ist.

11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (9) der Kegelspitze (5) facettiert ist.

12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß es aus geschliffenem Glas besteht.