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Tiefenstrahler Unter den bekannten Beleuchtungsvorrichtungen für Straßen,
Werkstätten, Hallen usw. sind zwei Arten zu unterscheiden: a) Beleuchtungsvorrichtungen
mit Streulicht, deren Nachteile allgemein im schwachen Wirkungsgrad und in der schlechten
Verteilung des Lichtes auf der ausgeleuchteten Fläche liegen und ferner darin, daß
für einen entfernt stehenden Beobachter ein leuchtender Punkt sichtbar ist. Die
unterhalb der Lichtquelle liegenden Teile der auszuleuchtenden Fläche sind viel
stärker beleuchtet als die entfernten Stellen. Daraus folgt, daß z. B. bei der Beleuchtung
einer Straße mit derartigen Vorrichtungen sich eine Aufeinanderfolge von hellen
und dunklen Stellen bildet, welche für das Auge unangenehm ist und unter Umständen
für den Verkehr infolge der Veränderung der Gegensätze sehr gefährlich sein kann.
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b) Beleuchtungsvorrichtungen mit gerichtetem Strahlenbündel, welche
mit reflektierenden, durch Spiegel gebildeten Flächen versehen sind und einen großen
Teil der von der Lichtquelle ausgesandten Strahlen ausnutzen. Die bekannten Vorrichtungen
dieser Art bewirken in der Regel eine sehr scharfe Abgrenzung der beleuchteten Fläche,
so daß eine Vorrichtung nötig wird, um diesen Übelstand zu beheben.
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Wenn außerdem die Vorrichtungen für durch Glühlampen gebildete Lichtquellen
vorgesehen sind, muß für jede dieser Vorrichtungen die Lampenart verwendet werden,
welche dazu bestimmt wurde, wenn man eine gute Beleuchtung der auszuleuchtenden
-Fläche
erhalten will, oder es müssen die Ungleichheiten z. B. durch eine Zerstreuung des
Lichtes bewirkende Gläser korrigiert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, welche ein Gestell,
eine Lichtquelle und wenigstens zwei Metallspiegel aufweist. Im besonderen geht
sie von einem Tiefenstrahler aus, der aus einer vornehmlich punktförmigen. Lichtquelle
und aus mindestens zwei Metallspiegeln mit ungleich großer Öffnung besteht, deren
,Querschnitte Krümmungsradien aufweisen, welche in Richtung der mittleren Öffnung
zunehmen und wobei die breitere Öffnung des kleineren Spiegels an die schmale Öffnung
des größeren unmittelbar anschließt.
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Von Vorrichtungen bekannter Art unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand
dadurch, daß der Zuwachs der Krümmungsradien jedes Spiegels eine kontinuierliche
Funktion des Reflexionswinkels am Spiegel ist, so daß das von den Spiegeln in Richtung
der Ränder der beleuchteten Fläche zurückgeworfene Licht im wesentlichen die Abnahme
der durch die direkten Strahlen hervorgerufenen Beleuchtung kompensiert, wobei die
Oberflächen der Spiegel ein poliertes, satiniertes Aussehen haben, um die Begrenzung
der von den einzelnen Spiegeln beleuchteten Felder zu verwischen.
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Bei einer Einrichtung dieser Art wirft jeder Spiegel ein Bündel kongruenter
Strahlen zurück, wobei die satinierte Oberfläche der Spiegel ein Richtvermögen aufweist,
durch das alle Strahlen in der gewünschten Richtung und mit der gewünschten Verteilung
auf die zu beleuchtende Fläche zurückstrahlen. Zugleich weist die Spiegeloberfläche
auch ein geringes Streuvermögen auf, so daß die Abgrenzung der durch jeden der Spiegel
beleuchteten Felder abgeschwächt wird, wobei die Anordnung der Spiegel in bezug
auf die Normalstellung der Lichtquelle eine solche ist, daß die durch sie zurückgeworfenen
Strahlen um den mittleren Teil des zu beleuchtenden Feldes verteilt sind und dieser
letztere Teil hauptsächlich durch die direkten durch die untere Öffnung des Apparates
austretenden Strahlen beleuchtet wird.
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,Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch eine Ausführungsart
des Erfindungsgegenstandes. Fig. i ist ein Schnitt durch eine Vorrichtung, deren
Gestellinnenfläche die spiegelnden Flächen bildet, wobei die punktförmige Lichtquelle
sich in ihrer normalen Stellung befindet; Fig. z zeigt im Schnitt eine Hälfte der
Vorrichtung mit in Richtung der Gestellöffnüng .verschobener Lichtquelle; -Fig.
g ist ein der Fig. z ähnliches Bild, mit nach dem Innern des Gestells verschobener
Lichtquelle. Gemäß Fig. z ist eine Lichtquelle L durch an sich bekannte, nicht dargestellte
Mittel in einem Gestell aufgehängt. Die Innenfläche dieses Metallgestells wird als
Spiegelfläche benutzt. Die Metalloberfläche ist so poliert und behandelt, daß sie
ein satiniertes Aussehen bekommt. Unter einer Spiegelfläche mit satiniertem Aussehen
versteht man eine Metalloberfläche, welche so poliert und behandelt ist,'- daß eine
kristallographische Veränderung der Metalloberflächenschicht bewirkt wurde. Man
erhält auf diese Art einen Spiegel mit hohem Richtvermögen, welcher aber ein leicht
getrübtes Bild zurückwirft. Der Spiegel weist ein geringes Streuvermögen auf.
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Der untere Teil des Gestells bildet einen Spiegel i, welcher beidseitig
einer durch die Lichtquelle geführten, zur optischen Achse der Vorrichtung senkrecht
stehenden Ebene liegt. Die durch die Lichtquelle ausgesandten und durch den Spiegel
i reflektierten Strahlen kreuzen sich annähernd unterhalb der Lichtquelle. Die Krümmung
des Spiegels i und seine Anordnung in der Normalstellung in bezug auf die Lichtquelle
sind derart, daß die auf seinen oberen Rand fallenden Strahlen b rings um den mittleren
Teil der zu beleuchtenden Fläche zurückgeworfen werden, während die auf seinen unteren
Rand fallenden Strahlen a gegen die äußeren Teile der zu beleuchtenden Fläche geworfen
werden. Die Krümmungsradien dieses Spiegels nehmen in Richtung der unteren Öffnung
des Apparates zu. Die Zunahme der Krümmungsradien ist derart vorgesehen, daß die
Stärke des zurückgeworfenen Lichtes in den mittleren Teilen des beleuchteten Feldes
sehr gering oder sogar null ist, in Richtung der äußeren Teile stetig zunimmt. Die
durch diesen Spiegel i zurückgeworfenen Strahlen breiten sich also um den mittleren,
durch die direkten Strahlen beleuchteten Teil aus. Die Abgrenzung zwischen den von
diesem Spiegel beleuchteten und nicht beleuchteten Flächenteilen ist infolge des
satinierten Aussehens, oder besser gesagt, infolge des leichten Streuvermögens des
Spiegels gemildert. Um diese Abgrenzung des äußeren Randes der beleuchteten Fläche
noch mehr zu mildern, ist die Anordnung geschaffen, daß die Lichtstärke für das
von diesem Spiegel zurückgeworfene Licht am größten für einen Einfallswinkel von
ungefähr 5o bis 6o° ist und sich auf dem äußeren Umfang des beleuchteten Feldes
Null nähert.
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Wenn das beleuchtete Feld größer sein soll, ist es klar, daß die größte
Lichtstärke für einen größeren Einfallwinkel vorgesehen werden kann. Die Krümmung
des Spiegels kann auch so vorgesehen werden, daß der äußere Rand der beleuchteten
Fläche die größte Lichtstärke erhält.
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Es ist bekannt, daß die Beleuchtung durch direkte Strahlen der Lichtquelle
für jede Stelle des Feldes in Funktion des Quadrates ihrer Entfernung. von der Lichtquelle
und des Einfallwinkels an der betrachteten Stelle erfolgt. Daraus ergibt sich, daß
die stärkste Beleuchtung unmittelbar unter der Lichtquelle vorhanden ist und in
Richtung der äußeren Ränder des Feldes stetig abnimmt.
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Die Krümmung des Spiegels i gleicht also diese Abnahme annähernd aus,
zum Zweck, ein großes, annähernd gleichmäßig beleuchtetes Feld zu erhalten.
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Der obere Teil der Innenfläche des Gestells bildet einen Metallspiegel
und die von ihm zurückgeworfenen Strahlen sind ebenfalls konvergent. Die Krümmung
und die Anordnung dieses Spiegels a in bezug auf die Lichtquelle sind derart, daß
die Lichtstärke der von ihm zurückgeworfenen Strahlen
im mittleren
Teil des beleuchteten Feldes ger iiiger ist als in den anderen Teilen dieses letzteren.
Dieser Spiegel wirft also auch rings um den mittleren, durch direkte Bestrahlung
beleuchteten Teil eine Schicht von Strahlen zurück. Die Krümmung des Spiegels 2
weist gegen die untere Öffnung des Apparates hin zunehmende Krümmungsradien auf,
mit dem gleichen Zweck, wie mit Bezug auf den Spiegel i beschrieben.
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Die Anordnung der Spiegel i und 2 in bezug auf die Lichtquelle L ist
derart, daß jeder von ihnen ungefähr gleich viel Licht erhält. Das zu beleuchtende
Feld wird stets auf zwei verschiedene Arten beleuchtet, abgesehen von der direkten
Bestrahlung, wobei jeder Spiegel von verschiedenen Teilen der Lichtduelle ausgesandtes
Licht erhält. Daraus folgt, daß, wenn man eine gegebene Lampe durch eine andere
ersetzt, die Beleuchtung trotzdem annähernd gleichmäßig bleiben wird, wenn nur die
Verteilung des von der Ouelle ausgesandten Lichtes in bezug auf die Lampenachse
in annähernd symmetrischer `'eise erfolgt. Die Beleuchtung des Feldes bleibt gleichmäßig,
da dieses die von der Lichtquelle stammenden direkten Strahlen sowie die durch die
beiden Spiegel zurückgeworfenen mit der oben angegebenen Zunahme erhält.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, und zum Zweck, die Abgrenzung des
durch den Apparat beleuchteten Feldes abzuschwächen, überlagern sich die durch die
direkten Strahlen und durch den Spiegel i bzw. 2 beleuchteten Felder nicht genau.
Für die Normalstellung der Lichtquelle L (Fig. i) ist der Scheitelwinkel m der direkt
durch die zentrale untere Öffnung austretenden Strahlen e etwas größer als der Winkel
o, welcher durch die durch den unteren Rand des Spiegels i zurückgeworfenen Strahlen
a gebildet ist. Dieser Winkel o ist seinerseits größer als der Winkel p, welcher
durch die durch den unteren Rand des Spiegels -2 zurückgeworfenen Strahlen c gebildet
ist.
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Die beschriebene Ausführungsart bietet außerdem den großen Vorteil,
eine Verschiebung der Lichtquelle längs der optischen Achse zu erlauben.
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Wenn die Lichtquelle im Apparat nach unten oder nach oben verschoben
wird, hat die Zunahme der von einem Spiegel erhaltenen Lichtmenge eine Abnahme der
vom anderen erhaltenen Lichtmenge zur Folge. Die Winkel zfz, p, o dagegen verändern
sich im gleichen Sinn und die Folge davon ist eine Veränderung der Oberfläche des
beleuchteten Feldes. Da die auf das Feld gesandte Lichtmenge annähernd konstant
bleibt, verändert sich seine Beleuchtung gemäß einer in bezug-auf die beleuchtete
Fläche umgekehrten Funktion, bleibt aber gleichförmig. Diese Eigenheit erlaubt es,
durch einfaches Verschieben der Lichtquelle längs der optischen Achse des Apparates
entweder einen Breitstrahlapparat oder einen Tiefstrahlapparat zu schaffen.
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Die Fig.2 und 3 zeigen die Veränderung, wenn die Lichtquelle längs
der Achse des Apparates verschoben wird.
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In Fig.2 liegt die Lichtquelle in ihrer unteren Stellung, um einen
Breitstrahlapparat zu schaffen. Durch diese Verschiebung ist der durch die Strahlen
e gebildete Winkel in um einen der Bewegung derLichtquelle entsprechendenWert größer
geworden. Der Winkel o ist um einen ähnlichen Wert größer geworden, da der untere
Rand des Spiegels selbst die Öffnung des durch die Strahlen e gebildeten Winkels
begrenzt. Der Winkel p dagegen ist um einen etwas stärkeren Wert größer geworden,
da der untere Rand des Spiegels 2 der Lichtquelle näher liegt als der, untere Rand
des Spiegels i. Diese Anordnung ist vorgesehen, damit die Zone, in welcher die Abschwächung
der Abgrenzung erfolgt, im Fall eines Breitstrahlapparates ungefähr den gleichen
Wert hat, als wenn die Lichtquelle sich in der Normalstellung befindet (Fig. i).
Da die Strahlen a weiter gehen als die Strahlen c, ist es nötig, daß der Winkel
p sich stärker verändert, um eine ähnliche Abschwächungszone zu erhalten.
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Die durch die oberen Ränder der Spiegel zurückgeworfenen Strahlen
b und d treffen die beleuchtete Fläche an Stellen, welche von ihrer Mitte weiter
entfernt sind als im Fall der Fig. i. Dies ist nötig, da die Lichtstärke der Lampe
konstant bleibt und infolgedessen bei Einstellung des Apparates als Breitstrahler
die Beleuchtungsstärke des Feldes schwächer sein muß, als für andere Einstellungen
der Lichtquelle. Die direkten Strahlen e genügen für die Beleuchtung einer größeren
Fläche, wenn der Apparat als Breitstrahler eingestellt ist, d. h. die durch die
direkten Strahlen allein erzeugte Beleuchtung ist, in bezug auf die Beleuchtung
der Gesamtfläche, für-eine größere mittlere Fläche genügend, als wenn die beleuchtete
Fläche kleiner ist.
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In Fig.3 befindet sich die Lichtquelle in ihrer höchsten Stellung
zwecks Schaffung eines Tiefstrahlers. Die Öffnungswinkel m, p, o der drei
Strahlenbündel sind in diesem Fall alle kleiner, wobei die beiden Winkel in und
o sich in ähnlichem Maße verändern, während die Veränderung des Winkels p infolge
der mit Bezug auf Fig. 2 angegebenen Gründe rascher erfolgt. Die durch die oberen
Ränder der Spiegel i und 2 zurückgeworfenen Strahlen treffen die beleuchtete Fläche
an Stellen, welche ihrer Mitte näher liegen, als im Fall der Fig. i.
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Man sieht, daß bei zweckmäßiger Wahl der Lage und der Neigung der
unteren und oberen Randteile der Spiegel i und 2 in bezug auf die beiden äußersten
Stellungen der Lichtquelle auf der optischen Achse des Apparates die Möglichkeit
besteht, eine gleichmäßige Beleuchtung des Feldes für alle Stellungen der Lichtquelle
zwischen diesen äußersten Stellungen beizubehalten.
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Es könnte natürlich auch im unteren Teil des Apparates ein Schirm
vorgesehen werden, durch welchen das Bündel der direkten Strahlen e auf einen kleineren
Winkel begrenzt wäre, als der Winkel o.
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Um in allen Fällen einen guten Wirkungsgrad der zur Verfügung stehenden
Lichtstärke zu erhalten, ist es zweckmäßig, davon so wenig wie nur möglich in der
Abgrenzung zwischen dem beleuchteten
und dem unbeleuchteten Teil
zu verlieren. Wenn aber der Apparat eine große Fläche beleuchtet, ist der Gegensatz
zwischen den beleuchteten und dunklen Stellen schwächer, weil die Beleuchtungsstärke
geringer ist. Man kann also in diesem Fall die Stärke der Abschwächung der Abgrenzung
vermindern und so einen größeren Teil der Lichtstärke für die Beleuchtung der Fläche
verwenden. Wenn der Apparat aber 'als Tiefstrahler eingestellt ist, wird der Gegensatz
stärker, und es wird zweckmäßig, eine bedeutendere Abschwächungszone vorzusehen.
Man kann also die Krümmungen der Spiegel so vorsehen, daß die Winkel m, p,
o im Fall eines Breitstrahlers einander annähernd gleich sind und im Fall eines
Tiefstrahlers voneinander genügend abweichen.
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Es wäre natürlich möglich,, den Winkel p größer als den Winkel o und
diesen selbst größer als den Winkel m vorzusehen._ Es ist jedoch vorteilhafter,
den Winkel o etwas kliner als den Winkel m vorzusehen, damit die den unteren Teil
des Spiegels l bildenden Wände einen leicht nach unten offenen Kegel bilden, um
das Kümpeln oder Drücken des Spiegels zu erleichtern. Aus dem gleichen Grunde wird
der Winkel p in der Regel kleiner gewählt als der Winkel o.
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Die Ausführungsart gemäß Fig. i bietet den großen Vorteil, daß sie
in sehr einfacher und billiger Weise hergestellt werden kann, da beide Spiegel aus
einem Stück hergestellt werden und die Innenflächen des Gestells bilden können.
Dieses Gestell kann unmittelbar an Schutzteile der Aufhängung der Lichtquelle befestigt
werden.
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Es ist auch möglich, die Farbe des durch die Lichtquelle erzeugten
Lichtes abzuändern, indem man dem einen oder anderen der beiden Spiegel eine Färbung
gibt.
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Eine deratige Färbung kann auch verwendet werden, um eine besondere
Beleuchtung zu erhalten. Die Spiegel können kreisförmig, eiförmig, in Form eines
Ellipsoids oder anderen geometrischen oder nichtgeometrischen Körpers ausgebildet
sein. Sie können auch durch Körper gebildet sein, deren Oberfläche keine Rotationsfläche
ist, sondern von der Form der zu beleuchtenden Fläche und von derjenigen der Lichtquelle
abhängt.
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Im Fall einer geradlinigen Lichtquelle z. B. deren Strahlung in Richtung
ihrer Achse Null ist oder vernachlässigt werden kann, können die Spiegel i und 2
z. B. durch zwei Streifen vom oben beschriebenen Ouerschnitt gebildet sein, welche
beidseitig der Lichtquelle angeordnet sind. Diese Streifen bilden dann einen Teil
der Innenfläche des Gestells selbst. Jeder Streifen sendet eine Strahlenschicht
auf die äußeren Teile der zu beleuchtenden Fläche, wobei die mittleren Teile dieser
letzteren hauptsächlich durch die direkten Strahlen der Lichtquelle beleuchtet werden.
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Es versteht sich von selbst, daß die Spiegel aus einem einzigen Teil
bestehen, oder durch mehrere Teile gebildet werden können, welche in oben beschriebener
Weise gekrümmt und zusammengesetzt sind, z. B. um einen Facettenspiegel zu bilden.
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In gewissen Fällen kann die Verteilung des auf die zu beleuchtende
Fläche durch einen der Spiegel zurückgestrahlten Lichtes von derjenigen -des anderen
verschieden sein. Es genügt dazu, die Zunahme der Krümmungsradien der beiden Spiegel
entsprechend vorzusehen.
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Es ist zu bemerken, daß dank der erfindungsgemäßen Anordnung der Spiegel
praktisch das ganze durch die Lichtquelle ausgestrahlte Licht auf das zu beleuchtende
Feld zurückstrahlt, und zwar an Stellen, wo die Beleuchtung durch die direkten Strahlen
e nicht mehr genügend ist. Durch sehr einfache Mittel wird es also möglich, einen
sehr hohen Wirkungsgrad zu erreichen und voneinander sehr verschiedene Lichtverteilungskurven
zu erhalten, durch welche alle möglichen Aufgaben gelöst werden können.