DE60029994T2

DE60029994T2 - Beleuchtungsvorrichtung zum einbau in eine ebene oberfläche

Info

Publication number: DE60029994T2
Application number: DE60029994T
Authority: DE
Inventors: Henrik Seland; Eldar Hagen
Original assignee: Advanced Light AS
Current assignee: Advanced Light AS
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: EP1240079B1; NO20003554D0; DK1240079T3; NO321378B1; AU2412201A; DE60029994D1; RU2002119419A; NO318247B1; ES2269216T3; RU2268201C2; NO20015590D0; CA2397701A1; US20030235051A1; NO20015590L; US6752519B2; EP1240079A1; CN1434776A; JP2003518210A; CN1264725C; BR0016535A

Description

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung bzw. Beleuchtungsvorrichtung zum Einbau in eine im Wesentlichen ebene Oberfläche des im Oberbegriff des nachstehenden unabhängigen Patentanspruchs 1 dargelegten Typs.
Beleuchtungsvorrichtungen des vorstehend erwähnten Typs sind insbesondere in Flughäfen und insbesondere zur Verwendung als eine Markierung des korrekten Wegs für ein ankommendes Flugzeug oder auf der Start- und Ladebahn rollendes Flugzeug oder zum Sichtbarmachen von Mittellinien oder Grenzen den Piloten verwendbar.
Es sind bisher eine Anzahl Beleuchtungsvorrichtungen zum Einbau in eine ebene Oberfläche und insbesondere zur Verwendung auf Flughäfen bekannt. Eine Vorrichtung des vorstehend erwähnten Typs ist in US-A-4 860182 gelehrt. Die Vorrichtung weist einen Prismenhalter zum Einbau in eine ebene, vorzugsweise eine horizontale Fläche und insbesondere in eine Start- und Ladebahn auf. Der Prismenhalter weist in seiner oberen Oberfläche zwei Öffnungen auf. In jeder Öffnung ist eine Lichtbrechungseinrichtung in Form eines Prismengitters angeordnet. Jedes Prismengitter besteht aus parallelen Glasscheiben, die eine gemeinsame Längsrichtung und gleichförmige Dicke aufweisen und die klebend miteinander verbunden sind. Die Prismengitter bestehen vorzugsweise aus Borsilikatglas, und zwischen jeder Scheibe kann eine Metallfolie angeordnet sein. Jedes Prismengitter ist im Prismenhalter mittels eines Klebstoffs an Ort und Stelle befestigt.
Im unten Teil des Prismenhalters sind zwei winkeleingestellte Lichtquellen positioniert, deren jede einen zum Emittieren von Licht in Strahlen, die in einer Hauptrichtung im Wesentlichen parallel sind, angeordneten Reflektor aufweist. Jede Lichtquelle und jeder Reflektor sind derart geneigt, dass die Hauptrichtung der Lichtquelle parallel zur gemeinsamen Längsrichtung der parallelen Scheiben im zugeordneten Prismengitter ist. Die Neigung, ausgedrückt als der Winkel, den die Hauptrichtung der Lichtquellen mit einer vertikalen Achse bildet, ist als 45° seiend angegeben.
Das Ende des Prismengitters, das der korrespondierenden Lichtquelle zugekehrt ist, bildet eine Einfallsfläche, die im Wesentlichen in rechten Winkeln zur Hauptrichtung der Lichtquellen ist. Die Einfallsfläche kann eben, konvex oder konkav sein. Im zuerst erwähnten Fall fallen die parallelen Lichtstrahlen von einer Lichtquelle im Wesentlichen senkrecht zur ebenen Einfallsfläche oder Einfallsebene ein. Das Prismengitter weist auch eine ebene Austrittsfläche auf, die parallel zu der Oberfläche ist, in der die Vorrichtung anzuordnen ist. Das Licht des Prismengitters trifft die Reflexionsebene in einem Winkel, der kein rechter Winkel ist. Deshalb wird das Licht gebrochen, so dass es in einem durch die Brechungseigenschaften des Prismengitters und den vorstehend erwähnten Winkel von 45° bestimmten Reflexionswinkel transmittiert wird.
In eine Start- und Ladebahn eingebaut und verwendet ist der Prismenhalter in eine Aussparung bzw. Vertiefung in der Start- und Ladebahn mit einer elastischen Schicht zwischen dem Boden der Vertiefung und dem Prismenhalter eingesetzt. Die obere Fläche des Prismenhalters weist auf jeder Seite jeder der Prismengitteröffnungen Vorsprünge auf. Die Höhe der Vorsprünge korrespondiert mit der Dicke der elastischen Schicht. Wenn auf die obere Fläche des Prismenhalters eine ausreichend große Kraft ausgeübt wird, beispielsweise durch ein mit einem Rad direkt über den Prismenhalter fahrendes Flugzeug, gibt die Schicht Elastizität, so dass sich der Prismenhalter zeitweilig etwas nach unten in die Vertiefung bewegt.
Ein erster Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die verwendeten Vorsprünge Irregularitäten oder Fahrbahnunebenheiten für ein passierendes Flugzeug oder andere Fahrzeuge bilden. Insbesondere sind die Vorsprünge ein Hindernis für das Schneeräumen in der Winterzeit. Außerdem kann von Strahltriebwerken, die Sand und Kies vom Boden zu den Prismen blasen, leicht ein Sandstrahleffekt erzeugt werden. Die Vorsprünge um die Prismen herum stellen sicher, dass Sand und Kies in der Nähe des Prismas bleiben und in dessen Nähe variierende Zeitperioden lang herumwirbeln. Im Laufe dieser Zeit bildet der Sand Dellen und Kratzer oder Rillen in der Prismenoberfläche. Dieser Effekt wird besonders wahrnehmbar, wenn das Prisma in einem Winkel relativ zum Boden ist. Überdies sammelt sich um das Prisma herum Schmutz und Schnee oder Matsch an, wenn der Boden gesäubert bzw. geräumt oder gekehrt wird. Die Bürsten selbst stoßen gegen das Prisma und können es können es beschädigen. Deshalb gibt es nach einer gewissen Periode des Gebrauchs eine starke Reduktion der Lichtintensität. Die von der internationalen Zivilluftfahrtorganisation (International Civil Aviation Organization (ICAO)) aufgestellten Anforderungen beziehen sich auf eine neue Beleuchtungseinrichtung, und es gibt keine die Eigenschaften der Beleuchtungseinrichtung nach einer Periode des Gebrauchs betreffenden Anforderungen. Aus diesem Grund gibt es eine große Menge an Einrichtung, die, wenn sie neu ist, die Anforderungen der ICAO erfüllt, die sich aber schnell verschlechtert.
Ein zweiter Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht in den mit der elastischen Beweglichkeit des Prismenhalters in der vertikalen Richtung verbundenen Schwächen. Diese Beweglichkeit verursacht im Laufe der Zeit betriebliche Probleme, teilweise aufgrund der Tatsache, dass die Eigenschaften der elastischen Schicht zwischen dem Boden der Vertiefung und dem Prismenhalter sich nach einer gewissen Periode des Gebrauchs ändern. Die Eigenschaften werden durch Temperaturvariationen, Wasser/Feuchtigkeit und andere Umgebungsfaktoren beeinflusst. Außerdem kann die Beweglichkeit mit der Zeit gehemmt werden, oder es kann sich wegen des Eindringens von Fremdelementen oder wegen struktureller Änderungen in der Vertiefung in der Oberfläche, in welche die Vorrichtung eingebaut ist, eine unerwünschte Beweglichkeit in anderen Richtungen entwickeln.
Der besagte erste und zweite Nachteil betreffen beide die Tatsache, dass jedes Prismengitter in der bekannten Vorrichtung nur einer stark begrenzten Einwirkungskraft von oben widersteht. Dies aufgrund der Tatsache, dass das Prismengitter im Prismenhalter mittels eines Klebstoffs ohne jede nennenswerte Abstützung gegen eine untere Haltestruktur an Ort und Stelle befestigt ist. [Infolgedessen ist einer der Zwecke der elastischen Beweglichkeit in der vertikalen Richtung, eine Beschädigung oder ein Lösen der Prismengitter zu verhindern.
Ein dritter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass es Schwierigkeiten bei der Gewinnung eines Zugangs zu den internen Komponenten, beispielsweise beim Wechseln von Lampen oder Ausführen von anderen Wartungsoperationen, gibt.
Ein vierter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass es Schwierigkeiten beim Entfernen oder Ersetzen der Prismengitter gibt, da sie mit dem Prismenhalter mittels Klebstoffs permanent verbunden sind.
Ein fünfter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Lichtquellen nicht in einer ausreichend effektiven Weise verwendet werden, da jede Lichtquelle in einem relativ großen Abstand vom Ende des der Lichtquelle gegenüberliegenden zugeordneten Prismas platziert ist.
Ein sechster Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass der offenbarte Winkel von 45° zwischen der Hauptrichtung der Lichtquelle und einer vertikalen Achse nicht einen optimalen Reflexionswinkel zum Sicherstellen einer gewünschten Sichtbarkeit ab gewissen Abständen von der Vorrichtung und Höhen über der Ebene, in welche die Vorrichtung eingebaut ist, ergibt.
Ein siebter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass der Prismenhalter und die Prismengitter einen relativ großen hohlen Raum bilden, wo Temperaturgradienten und Temperaturänderungen Kondensation verursachen können.
Ein achter Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Nutzungsdauer der Lichtquellen kürzer als erwünscht ist, teilweise aufgrund der Tatsache, dass durch die Lichtquellen erzeugte Wärme nicht in befriedigender Weise fortgeleitet wird und eine höhere Betriebtemperatur als das Optimum verursacht.
Die in der norwegischen Patentanmeldung 19996408, deren Priorität die vorliegende Anmeldung beansprucht, beschriebene Beleuchtungsvorrichtung löst die meisten der oben erwähnten Probleme in zufriedenstellender Weise. Bei dieser Anmeldung sind die Beanspruchungen am Prisma beträchtlich reduziert. Der Sandstrahleffekt und die Beanspruchungen von Schneeräum- und Kehreinrichtungen werden auf ein Minimum reduziert, da die Prismen und die Umgebungsstruktur in ein und derselben Ebene, das heißt der Bodenebene liegen. Sand und eine Kehreinrichtung trifft deshalb auf eine ebene Oberfläche, über die Sand und Bürsten ohne Verursachung irgendeiner signifikanten Beschädigung fegen können. Es gibt für Schnee, Eis und Schmutz keinen Grund, sich um das Prisma herum anzusammeln.
Es ist jedoch gefunden worden, dass es noch gewisse Probleme gibt, für welche die zuletzt erwähnte Patentanmeldung keine zufriedenstellende Lösung beschreibt. Zunächst ist gefunden worden, dass es bei der in NO 19996408 definierten Beleuchtungsvorrichtung nicht vollständig möglich ist, die strengen Anforderungen zu erfüllen, welche die internationale Zivilluftfahrtorganisation (ICAO) für Flughafenbeleuchtung aufgestellt hat. Um diese Anforderungen, die eine Leuchten mit einer sogenannten schmalen Streuung involvierende Beleuchtung auf Taxiwegen betrifft, zu erfüllen, ist es, inter alia, unumgänglich, dass der Mittelwert der Lichtintensität in einem horizontalen Winkelbereich von +/–10° und einem vertikalen Winkelbereich von 1° bis 8° vom Boden nicht kleiner als 200 cd (Candela (cd) ist ein Lichtintensitätsmaß, das den Abstand von der Lichtquelle berücksichtigt) sein soll. Es ist nicht möglich gewesen, diese Anforderung mit der Lichtquelle gemäß NO 19996408 voll zu erfüllen. Dies deshalb, weil die Lichtintensität nahe am Boden zu schwach ist. Jedoch wird der horizontale Winkelbereich wie der vertikale Winkelbereich von 3° über dem Boden bis etwa 10° über dem Boden gut abgedeckt.
Aus WO-A-88/00156 ist auch eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die auch über den Boden vorsteht. Hier ist es das Prisma, das über den Boden vorsteht. Das Prisma ist die Komponente, die für Beschädigungen am anfälligsten ist. Wenn dieses über den Boden vorsteht, kann es sehr leicht beschädigt werden, insbesondere durch Schneepflüge, die den Boden entlang kratzende harte Kanten aufweisen.
Auch zeigen WO-A-01/14620, WO-A-97/44611 und US-A-3999054 Beleuchtungsvorrichtungen, die im Wesentlichen die gleichen Nachteile wie bei der oben beschriebenen US-A-4860182 aufweisen.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Beleuchtungsvorrichtung der oben beschriebenen Art bereitzustellen, die das Problem, ein Hindernis für Schneeräum- und Kehreinrichtungen zu sein, löst.
Im Licht dieser Unzulänglichkeiten, sind Versuche gemacht worden, den Winkel β, mit dem der Lichtstrahl die Austrittsfläche des Prismas trifft, das heißt den Winkel zwischen der Austrittsfläche und der Längsachse des Prismas, von 48° auf 46° zu reduzieren. Jedoch resultierte dieser reduzierte Winkel αβ in einer solchen wesentlichen Schwächung der Lichtintensität, dass die Anforderungen sogar zu einem geringeren Grad erfüllt wurden.
Jedoch ist gemäß der vorliegenden Anmeldung eine Lösung gefunden worden, bei der die Anforderungen betreffend die mittlere Lichtintensität in den gegebenen Winkelbereichen erfüllt werden. Dies wird gemäß der Erfindung durch Ergänzen des Winkels β mit einem gewissen Einfallswinkel auf der Austrittsfläche des Prismas in einem solchen Grad, dass die Kombination des Winkels β und des Einfallswinkels den Lichtkegel ausreichend absenkt, um die Lichtintensitätsanforderungen nahe am Boden zu erfüllen, gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist.
Außerdem haben Tests gezeigt, dass die Kanten des Prismas, welche die Austrittsfläche umgeben, für eine Beschädigung stark anfällig sind. Dies trifft insbesondere für die Vorderkante zu, bei die Austrittsfläche auf die längste Seitenfläche des Prismas trifft. Diese Kante ist sehr scharf bzw. spitz, die besagten Flächen bilden zueinander einen Winkel zwischen 48° und 50°. Nach einer gewissen Zeit gibt es an dieser Kante eine große Anzahl von Ausbrüchen (chips). Dies reduziert nicht nur die Größe der Austrittsfläche und folglich auch die Menge emittierten Lichts, sie schwächt auch das Prisma und erzeugt zusätzlich eine Vertiefung, in die Schmutz eindringt und wo im schlimmsten Fall eine Schneeräumeinrichtung hängen bleiben kann und das ganze Prisma zerbricht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das oben erwähnte Problem gelöst oder wenigstens stark vermindert. Dies wird, wie im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 unten definiert, durch Abrunden der Prismenkanten gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die zwei schmale Seitenflächen des Prismas abgerundet. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung des oben in der Einleitung erwähnten Typs bereitzustellen, welche wenigstens gewisse der oben erwähnten Nachteile und vorzugsweise alle von ihnen behebt oder überwindet.
Eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann so ausgebildet sein, dass sie praktisch eine vollständig flache äußere Oberfläche aufweist, um Vorsprünge oder Irregularitäten zu vermeiden, die für passierende Flugzeuge und andere Fahrzeuge ein Ärgernis sind und die insbesondere während des Schneeräumens in der Winterzeit ein Hindernis bilden.
Eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung macht die Notwendigkeit für eine elastische Beweglichkeit in der vertikalen Richtung überflüssig. Dies aufgrund der Tatsache, dass die mit einer das Prismengitter stützenden bzw. haltenden Stütz- bzw. Halteeinrichtung ausgerüstete Struktur eine beträchtlich größere Festigkeits- und Belastungs- bzw. Tragkapazität bereitstellt. Die Vorrichtung kann wiederholten direkten Beanspruchungen von beispielsweise passierenden Flugzeugrädern widerstehen, ohne dass die Prismengitter beschädigt oder gelockert bzw. gelöst werden. Die Tatsache, dass die Vorrichtung keinerlei bewegliche Teile aufweist bedeutet, dass sie eine größere langfristige betriebliche Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit unter variierenden und manchmal extremen Umgebungsbedingungen aufweist.
Die Struktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Lichtquelle und einem zugeordneten Reflektor, die, in einem Gehäuse untergebracht, an einer vorzugsweise integrierten Struktur aus einer Flansch-, Halte- und Befestigungseinrichtung befestigt sind, ergibt leichtere Betätigungen bzw. Operationen in Verbindung mit dem Wechseln von Lichtquellen oder anderer Wartungsarbeit, die Zugang zu den inneren Komponenten der Vorrichtung erfordern. Aufgrund dieser Struktur ist auch die Lichtquelle näher zum Prismengitter bewegt worden, was eine bessere Ausnutzung des Lichts von der Lichtquelle ergibt. Außerdem ist der Raum um die Lampeneinheit und ihren zugeordneten Teilen herum minimiert, was mit Temperaturgradienten und Temperaturänderungen verbundene Kondensationsprobleme reduziert.
Eine Neigung, die mit einem Winkel β zwischen der Hauptachse der Lichtquelle und der Ebene der Reflexion von der Beleuchtungsvorrichtung korrespondiert, wobei β einen Wert zwischen 48° und 50° vorzugsweise annähernd 48° aufweist, optimiert den Austritt des Lichts im Hinblick auf die Gewährleistung, dass die Richtung so nahe wie möglich an der Horizontalen ist, und optimiert auch die emittierte Lichtintensität.
Die Lampeneinheiten sind vorzugsweise in direktem, metallischen und thermisch leitenden Kontakt mit der Halteeinrichtung untergebracht, die ihrerseits in metallischem, thermisch leitenden Kontakt mit einer Abdeckung ist. Dies ermöglicht eine gute Wärmedissipation an einer großen integralen Metallfläche, die ihrerseits eine Kontaktfläche gegenüber den externen Umgebungen aufweist. Die verbesserte Wärmedissipation von den Lampeneinheiten resultiert in einer niedrigeren Betriebstemperatur und einer längeren Lebensdauer dieser Lichtquellen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung detaillierter beschrieben, bei der die Figur ein lateraler Schnitt einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist.
Die dargestellte Beleuchtungsvorrichtung ist zum Einbau in eine im Wesentlichen ebene Oberfläche 101, beispielsweise die Oberfläche einer Start- und Landebahn eines Flughafens, vorgesehen. Um die Darstellung einfach zu halten, weist die in der Figur gezeigte Beleuchtungsvorrichtung gerade eine einzelne Lampeneinheit 8 und eine einzelne Licht brechende Einrichtung in Form eines Prismengitters 1 auf. Jedoch weisen die meisten Beleuchtungseinrichtungen zwei Lampeneinheiten 8 auf, die Licht in entgegengesetzten Richtungen emittieren.
In die Fläche 101 ist eine Aussparung bzw. Vertiefung 102 ausgebildet. In der Vertiefung 102 ist eine Basisstruktur 106 in der Form eines zylindrischen eingelassenen Behälters platziert. An seinem oberen Rand ist der eingelassene Behälter (well) von einer Abdeckung 103 abgedeckt. Die Abdeckung kann am eingelassenen Behälter mit Hilfe von mehreren, vorzugsweise zwei versenkten Schrauben (nicht gezeigt) durch die Abdeckung und in Gewindelöchern (nicht gezeigt) im eingelassenen Behälter befestigt sein. Zwischen dem eingelassenen Behälter und der Abdeckung kann eine Dichtung (nicht gezeigt) vorhanden sein. Der Behälter ist in einer solchen Tiefe positioniert, dass die Oberseite der Abdeckung 103 in der gleichen Ebene wie die Oberfläche 101 liegt. Der Boden des eingelassenen Behälters weist wenigstens eine Öffnung zum Erdboden darunter auf, inter alia zu Drainagezwecken.
Die Abdeckung 103 weist eine Öffnung zur versenkten Installation einer Lampenvorrichtung 8 auf. Die Lampenvorrichtung ist an der Abdeckung mittels wenigstens einer Befestigungsschraube 2 durch ein Loch in der Lampenvorrichtung 8 befestigt. Alternativ dazu kann die Lampenvorrichtung 8 nach der Wahl durch den Fachmann auf dem Gebiet auf andere Weise befestigt sein, jedoch in einer solchen Weise, dass die Oberseite 111 der Lampenvorrichtung in der gleichen Ebene wie die Oberseite der Abdeckung 103 und die Oberfläche 101 liegt.
Die Lampenvorrichtung 8 weist einen Prismenhalter 104, ein Lichtquellengehäuse 105 und eine Rückabdeckung 120 auf. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind der Prismenhalter 104 und das Lichtquellengehäuse 105 einstückig als integrale Teile gefertigt, wobei die zwei vorzugsweise aus Guss gefertigt sind. Alternativ dazu können der Prismenhalter und das Lichtquellengehäuse separate Teile sein, die mittels Schrauben oder ähnlicher temporärer Befestiger zusammengehalten sind, oder sie können ursprünglich separate Teile sein, die durch Schweißen, Löten oder ein ähnliches bekannte permanente Verbindungsmittel permanent verbunden sind.
Die Abdeckung 103, der Behälter 106, die Lampenvorrichtung 8 und die Rückabdeckung 120 bestehen aus einem Material, das hohe thermisch Leitfähigkeit, gute mechanische Festigkeit, starken Widerstand gegen äußere Umgebungseinflüsse, die Temperaturfluktuationen, Wasser und chemische Verbindungen, die an Flughäfen oder auf Straßen vorgefunden werden können, einschließen, aufweist. Das Material muss auch eine geeignete Verarbeitbarkeit zur Herstellung aufweisen. Vorzugsweise wird ein Metallmaterial benutzt, am bevorzugtesten eine Aluminiumlegierung oder alternativ dazu Gusseisen oder andere Eisenlegierungen. Die Rückabdeckung und die Lampenvorrichtung weisen bevorzugter Weise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Ein kreisförmiger Querschnitt ermöglicht, dass diese Teile durch Drehen hergestellt werden. Dies gibt eine breitere Materialauswahl als wenn Gegossen wird.
In der Öffnung in der Abdeckung 103 der Lampenvorrichtung 8 ist eine umgebende Schulter 116 vorhanden. Der Prismenhalter 104 weist eine komplementäre umgebende Schulter 117 auf, so dass die Lampenvorrichtung eine definierte Einsetztiefe in der Abdeckung 103 aufweist.
Im Innern des Lichtquellengehäuses 105 ist eine Lichtquelle 107 angeordnet, die durch eine zwischen der Abdeckung 120 und der Lichtquelle 107 wirkende Feder 109 gegen einen Flansch 108 gehalten ist. Eine Energieversorgungskabel 15 läuft von der Lichtquelle 107 durch die Rückabdeckung 120 zu einer nicht dargestellten Energieversorgung.
Der Prismenhalter 104 umschließt und hält eine Licht brechende Einrichtung 1, die vorzugsweise aus einem Prismengitter besteht.
Das Prismengitter 1 ist von einem Typ, der zu dem in US-A-4860182 beschriebenen insoweit ähnlich ist, als er aus einem Glasmaterial in der Form paralleler Scheiben 112 besteht, die eine gemeinsame Längsrichtung aufweisen. Die Scheiben bestehen bevorzugter Weise aus Borsilikatglas. Dieses Glas ist ein klares, billiges Glas, das auch häufig beispielsweise als Bildglas benutzt wird. Es ist auch möglich, ein Glas zu benutzen, das einen größeren Brechungsindex aufweist, aber wenn dies getan wird, wäre es notwendig, ein Spezialglas zu benutzen, das anderweitig in Verbindung mit Optik bzw. optischen Systemen (Brillen, Ferngläser, Mikroskope und Teleskope) benutzt wird und das sehr teuer ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Benutzung eines billigen kommerziellen ungehärteten Glases, das leicht zu handhaben und schneiden ist und das kein nachfolgendes Härten erfordert.
Zwischen jedem Paar benachbarter Scheiben 112 ist eine dünne Schicht aus einer Metallfolie 113, vorzugsweise einer Kupferlegierung oder einem anderes Metall, das eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, platziert. Wenn thermische Leitfähigkeit nicht wichtig ist, ist es möglich, anstelle einer Metallfolie eine gefärbte Schicht zu benutzen, die auf wenigstens einer Seite der Glasscheiben 112 appliziert ist. Bevorzugter Weise wird als die Metallfolie Kupfer benutzt. Dies deshalb, weil gefunden worden ist, dass Kupfer der Wärme, die während des Schneidens und/oder Polierens des Prismas erzeugt wird, ohne Schmelzen in die Schnittfläche widersteht.
Kupfer weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und ist günstig im Preis. Die Kupferfolie wirkt auch als Verstärkung des Prismas und verleiht ihm eine große Festigkeit. Es könnte auch Aluminium benutzt werden, aber es ist gefunden worden, dass es der während Schneid/Polier-Bearbeitungen erzeugten Temperatur nicht widersteht.
Jede der Glasscheiben 112 weist vorzugsweise eine mittlere Länge (gemessen von der Einfallsfläche 114 zur Austrittsfläche 121) zwischen 15 und 30 mm, am bevorzugtesten etwa 25 mm auf. Sie weisen eine Dicke von vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm und am bevorzugtesten etwa 1,6 mm auf. Die Dicke und die mittlere Länge sind eng aufeinander bezogen, da die mittlere Länge reduziert werden muss, wenn die Dicke der Scheiben reduziert wird, um annähernd die gleiche Lichttransmissionskapazität zu erhalten. Eine kleinere Dicke als die oben erwähnte würde die Anzahl von Schichten im Prisma erhöhen und infolgedessen die Produktion beträchtlich teuerer machen und auch hervorrufen, dass die kürzesten Scheiben so kurz werden, dass das Prisma in diesem Bereich sehr dünn und so die Festigkeit beträchtlich reduzieren würde. Eine größere Dicke würde die Streuung von Licht auf jenseits des akzeptablen Niveaus erhöhen und das Prisma ungünstig lang machen.
Die Dicke der Kupferfolie 113 ist vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,2 mm, am bevorzugtesten etwa 0,1 mm. Eine dünnere Folie wäre während der Produktion extrem schwierig zu handhaben und würde die thermische Leitfähigkeit und die Wärmeverteilungskapazität reduzieren, wohingegen eine dickere Folie den Bereich der Lichttransmission reduzieren würde, sich zu den Kosten des Prismas addieren würde und tatsächlich auch die Festigkeit verringern würde, da das Kupfer, das eine niedrigere Festigkeit als Glas aufweist, das schwächste Bindeglied wäre.
Thermische Leitung ist nicht der einzige Vorteil, den die Kupferfolie 113 bietet. Es ist auch wesentlich, eine gute Wärmeverteilung zu erhalten. Dies ist insbesondere wichtig, wenn ein Prisma, das durch die Lichtquelle auf eine hohe Temperatur erwärmt worden ist, plötzlich den Wirkungen strenger Kälte von Schnee oder Eis, die von einem Schneepflug geschleudert werden, ausgesetzt wird. Wenn die Wärmeverteilungskapazität klein ist, könnte das Prisma leicht brechen.
Die Wärme, die fortgeleitet wird, hilft, jeden Schnee und jedes Eis, der bzw. das sich auf dem Prisma absetzt, zu schmelzen.
Ein Prismengitter dieser Art weist eine gutes Vermögen zur gerichteten Lichttransmission in der Längsrichtung des Prismengitters parallel zu den Scheiben 112 auf.
Die als die Seitenflächen bezeichneten Außenseiten der Längsseiten des Prismengitters 1 können vorzugsweise mit einer Metallfolie des gleichen Typs bedeckt sein. Es ist insbesondere vorteilhaft, die zwei Seitenflächen, die zu den Glasscheiben parallel sind, mit einer Metallfolie dieser Art zu bedecken.
Das zuletzt erwähnte Merkmal involviert sowohl eine Verbesserung in der gerichteten Lichttransmission des Prismengitters als auch einen Vorteil während der mechanischen Fertigbearbeitung des Prismengitters 1.
Die Scheiben 112 und die Stücke aus der Folie 113 sind klebend miteinander verbunden.
Das Prismengitter 1 weist eine Einfallsfläche 114 auf, die vorzugsweise eben und im rechten Winkel zu der durch die Längsachse 120 repräsentierten Längsrichtung des Prismengitters 1 ist, so dass das in der Längsrichtung des Prismengitters einfallende Licht die Richtung als Resultat einer Brechung an der Einfallsfläche 114 nicht ändert. Eine Ausbildung dieser Art ist insbesondere vorteilhaft, wenn gewünscht ist, dass von der Beleuchtungsvorrichtung konzentriertes paralleles Licht emittiert werden soll.
Alternativ dazu kann die Einfallsfläche gekrümmt oder konkav sein, so dass das in der Längsrichtung des Prismengitters einfallende Licht in den Lichtstrahlen resultiert, die an der Einfallsfläche im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu den Scheiben im Prismengitter gebrochen und gestreut werden. Eine Ausbildung dieser Art ist besonders vorteilhaft, wenn gewünscht ist, dass von der Beleuchtungsvorrichtung gestreutes Licht emittiert werden soll.
Das Prisma 1 weist eine Breite (senkrecht zur Zeichenebene) auf, die mit annähernd der Breite der Lichtquelle 107, das heißt etwa 50 mm korrespondiert, während die Breite im rechten Winkel zu dieser durchaus kleiner sein kann. Im Querschnitt im rechten Winkel zur Längsrichtung weist das Prisma vorzugsweise die Form eines Rechtecks mit abgerundeten, vorzugsweise kreissektorförmigen kurzen Seiten auf. Die Kanten um die Austrittsfläche 121 herum, insbesondere die zwischen der Austrittsfläche 121 des Prismas 1 und der Seitenfläche 110 gebildete scharfe bzw. spitze Kante, sind leicht gerundet, um zu verhindern, dass die Kanten ausgebrochen werden.
Im Prismenhalter 104 ist eine Nut 118 für einen O-Ring 119 vorhanden. Der O-Ring 119 besteht aus einem robusten Material mit elastischen Eigenschaften, vorzugsweise einem Gummimaterial. Der O-Ring 119 hat zwei primäre Funktionen. Erstens dient er zum Dichten gegen Wassereindringen hinter dem Prisma 1 und zweitens dient er zum in Position Halten des Prismas. Zusätzlich zum O-Ring 119 kann auf den Seitenflächen des Prismas 1 und/oder den umgebenden Wänden des Prismenhalters 104 eine klebende Substanz appliziert sein, die zum Befestigen des Prismas und der Dichtung gegen Wassereindringen zusätzlich hilft. Die klebende Substanz sollte von einem Typ sein, der dem Prisma ermöglicht, aus dem Prismenhalter gedrückt zu werden, beispielsweise zu einem Austausch. Das Prisma 1 gemäß der Erfindung kann mit der Hilfe eines Hydraulikpressegeräts eingesetzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Seitenflächen des Prismas vom Prismenhalter 104 dicht bzw. fest umgeben. Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass der Prismenhalter 104 das Prisma an seiner längsten Seitenfläche mittels einer Haltefläche 110 stützt bzw. hält. Dies ist dadurch ausgeführt, dass dem Prismenhalter ermöglicht ist, sich entlang des ganzen oder eines wesentlichen Teils der Länge des Prismas zu erstrecken. Hier ist die Länge des Prismas so zu verstehen, dass sie die längste der Seitenflächen des Prismas bedeutet.
Der Prismenhalter 104 weist vorteilhafter Weise auch eine Schulter (nicht gezeigt) auf, die das Prisma an ihrer unteren Fläche 114 hält und die verhindert, dass das Prisma als Resultat einer externen Kraft von der Oberfläche in die Lampenvorrichtung 8 gestoßen wird.
Die Konfiguration der Neigung des Prismenhalters 104 ist ein bestimmender Faktor für die Längsrichtung des Prismas 1. Die Neigung sollte als der Winkel β zwischen der Haltefläche 110, die identisch zur Längsrichtung des Prismas und der Richtung des von der Lichtquelle emittierten Lichts ist, und der Austrittsfläche 121 des Prismas verstanden werden.
Der Winkel β ist vorzugsweise zwischen 48° und 50° und am bevorzugtesten etwa 48°. Es wurde gefunden, dass dieser Winkel bewirkt, dass das emittierte Licht zur gleichen Zeit, zu der die besten Resultate in Bezug auf die Höhe des Lichtkegels über dem Boden erhalten werden, eine ausreichende Intensität hat. Jedoch ermöglicht dies noch nicht, dass der Lichtkegel ausreichend weit zum Boden abgesenkt wird. Deshalb ist gemäß der Erfindung die Austrittsfläche 121 des Prismas relativ zur Oberfläche 101 gering geneigt, insbesondere in einem Winkel γ zwischen 2° und 4°, vorzugsweise annähernd 3°. Dies wird durch Ausbilden der Oberseite des Prismenhalters 104 so, dass sich ein erster Abschnitt 122 in einem Winkel γ zum spitzen Ende des Prismas nach unten erstreckt und sich ein zweiter Abschnitt 123 vom spitzen Ende des Prismas 1 zur Ebene der Abdeckung 103 nach oben erstreckt, ausgeführt. Infolgedessen ist am Prisma 1 eine sehr kleine Vertiefung hergestellt. Der Winkel γ ist groß genug, um den Lichtkegel zum Erfüllen der ICAO-Anforderungen ausreichend zu senken, ohne dass die Vertiefung so gemacht ist, dass sie irgendeinen der mit den Beleuchtungsvorrichtungen, die nicht mit dem Boden bündig sind, verbundenen Nachteile verursacht. Die Vertiefung ist kaum sichtbar, und die Beleuchtungsvorrichtung wird deshalb als „voll bündig" angesehen.
Es ist wichtig zu betonen, dass die Erfindung nicht nur darauf basiert, die ICAO-Anforderungen zu erfüllen, sondern auch auf der Gewährleistung, dass sowohl hinsichtlich der Lichtintensität als auch des Lichtwinkels eine optimale Beleuchtung entlang dem Boden erhalten wird.
Gegenüber der Einfallsfläche des Prismengitters, das heißt der Fläche, die der Lichtquelle und dem Reflektor am nächsten ist, ist vorteilhafter Weise ein optionales Farbfilter 4 vorhanden, das von einer Halteeinrichtung 5 in Form einer Filterfeder an Ort und Stelle gehalten wird. Die Filterfeder ist in einer Nut 124 im Flansch 108 befestigt. Die Halteeinrichtung 5 ist vorzugsweise eine Drahtfeder, alternativ eine Blattfeder, die aus einem elastischen Material wie beispielsweise Federstahl hergestellt ist.
Das Farbfilter 4 beeinflusst den Längenwellenbereich des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Lichts. Das Filter kann leicht durch Abschrauben der Rückabdeckung 120, dann Entfernen der Lichtquelle 107 und schließlich Entfernen der Filterfeder 5 leicht gewechselt werden.
Das Lichtquellengehäuse 105 weist beim vom Prismenhalter 104 abgewandten Ende ein Innengewinde auf. Dieses Gewinde ist zum Befestigen der Rückabdeckung 120, die ein passendes Außengewinde aufweist, angeordnet. Die Rückabdeckung 120 ist so ausgebildet, dass sie die Lichtquelle 107 fest in Position hält. Ein in einer Nut 125 in der Rückabdeckung 120 platzierter O-Ring 11 stellt eine Dichtung zwischen der Rückabdeckung 120 und dem Lichtquellengehäuse 105 bereit.
Das Lichtquellengehäuse 105 ist vorzugsweise ein integraler Teil des Prismenhalters 104 und besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Prismenhalter. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Prismenhalter 104 und das Lichtquellengehäuse aus einem einzelnen Rohling herausgedreht. Auf der Außenseite des Lichtquellengehäuses 105 können Kühlrippen (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Diese können beispielsweise durch Drehen einer Spiralnut, die um den Umfang des Lichtquellengehäuses herum und entlang seiner Länge läuft, hergestellt sein. Alternativ dazu können der Prismenhalter 104 und das Lichtquellengehäuse 105 separate Teile sein, die mittels Schrauben oder ähnlichen temporären Befestigern zusammengehalten sind, oder sie können ursprünglich separate Teile sein, die durch Schweißen, Löten oder ein ähnliches bekanntes Verbindungsmittel permanent verbunden sind.
Bevorzugter Weise ist die Lichtquelle 107 als eine Lichtquelle hergestellt, die einen zugeordneten Reflektor und möglicherweise ein Deckglas aufweist. Geeignete Lichtquellen für diesen Zweck sind kommerzielle Reflektor-Halogenlampen, beispielsweise der Marke Osram, mit einer Ausgangsleistung von 20 bis 80 W, typischerweise 35 W oder 45 W, und mit einer Betriebsspannung von typischerweise zwischen 6 und 24 V, beispielsweise 12 V. Optional kann eine Lampe vom Edelgastyp, beispielsweise ein Kryptonlampe benutzt werden.
Es ist vorteilhaft, vor dem Reflektor oder dem Abdeckglas einen Abstandshalterring (nicht gezeigt) bereitzustellen. Während des Zusammenbaus kommt der Abstandshalterring in festen, dichtenden Kontakt mit der Lichtquelle 107 auf der einen Seite und dem Flansch 108 auf der anderen Seite.
Die Lichtquelle 107 ist mittels eines Kabels, das durch eine mit Hilfe eines O-Rings eine Dichtung zwischen der Kabelisolierung und dem Gehäuse bereitstellende gewöhnliche Kabeleinführung geht, elektrische angeschlossen. Die Kabeleinführung weist vorzugsweise ein Außengewinde auf, das zum Innengewinde am äußersten Ende der Rückabdeckung 120 passt.
In der vorstehenden Beschreibung ist dargelegt worden, dass eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung als Markierungslichter auf Start- und Landebahnen verwendet werden kann. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Beleuchtungsvorrichtung zum Einbau in jede im Wesentlichen plane Oberfläche, wo eine Notwendigkeit für eine von der Oberfläche unter einem gegebenen Winkel gerichtete Beleuchtung besteht, geeignet ist. Beispiele alternativer Anwendungsgebiete sind so die Markierung von Linien/Biegungen in Straßen für Fahrzeug- oder Fußgängerverkehr, in Tunnels, zur Beleuchtung anderer Objekte wie beispielsweise Skulpturen oder ähnlicher Kunstwerke, beispielsweise in Stadtplätzen und Parks.
Die Verwendungen sind nicht auf Situationen beschränkt, wo die im Wesentlichen flache Fläche horizontal ist und wo das Licht teilweise nach oben gerichtet ist. So kann die Erfindung zum Einbau in Wände, Decken, Dächer und geneigte Flächen verwendet werden. Die Erfindung hat dessen ungeachtet spezielle Vorteile bei Verwendungen, wo eine Notwendigkeit besteht, den Teil der Vorrichtung, der im Wesentlichen im Niveau der Oberfläche liegt, physisch belasten zu können.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung zum Einbau in eine im Wesentlichen ebene Oberfläche (101), wobei die Beleuchtungsvorrichtung die Anforderungen der ICAO erfüllt, aufweisend: wenigstens eine Lampenvorrichtung (8), die Licht im Wesentlichen in einer Lichtrichtung emittiert, die einen Lichtemissionsaustrittswinkel (β) mit einer Austrittsfläche (121) einer einzelnen, Licht brechenden Einrichtung (1) bildet, die aus einem Prismengitter hergestellt ist, das aus Scheiben (112) aus einem Glasmaterial und lichtsperrenden Deckschichten (113), die zwischen den Scheiben (112) angeordnet sind, besteht, wobei die genannte Lampenvorrichtung (8) eine Lichtquelle (107), die Licht in Richtung einer Einfallsfläche (114) der Licht brechenden Einrichtung (1) emittiert und optional einen Farbfilter umfasst, worin die Lampenvorrichtung eine Einheit mit der Lichtquelle, der Licht brechenden Einrichtung und einem Prismenhalter (104) bildet, wo die Licht brechende Einrichtung (1) eine Längsrichtung hat, die mit der genannten Lichtrichtung zusammenfällt und wo der Prismenhalter (104) eine Oberseite (111) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Oberseite (111) in derselben Höhe wie die ebene Oberfläche (101) angeordnet ist, dass der Lichtemissionsaustrittswinkel (β) zwischen 48° und 50°, bevorzugt bei etwa 48°, liegt, dass die Austrittsfläche (121) so auf einen geringen Neigungswinkel (γ) bezogen auf die Oberseite (111) festgelegt ist, dass sich die Austrittsfläche nach unten von der Oberseite (111) erstreckt, dass die genannte Oberseite (111) eine erste geneigte Ebene (122) um die Austrittsfläche (121), die die gleiche Neigung (γ) aufweist und die sich nach unten in Richtung eines spitzen Endes des Prismas erstreckt und eine zweite geneigte Ebene (123), die sich nach oben von dem spitzen Ende des Prismas erstreckt, umfasst, und dass der Lichtemissionsaustrittswinkel (β) und der Neigungswinkel (γ) in Kombination bewirken, dass Licht von der Lichtquelle (107) in spitzem Winkel über die Oberfläche (101) geführt wird, welches die vorgegebenen Anforderungen an die Lichtintensität in der Nähe der Oberfläche (101) erfüllt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel zwischen 2° und 4°, bevorzugt bei etwa 3°, liegt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtbrechende Einrichtung (1) so angeordnet ist, dass ihre Austrittsfläche (121) parallel zu oder bündig mit der geneigten Ebene (122) ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Abdeckung (103) mit einer Oberseite aufweist, die so ausgestaltet ist, dass sie im Wesentlichen bündig mit der ebenen Oberfläche (101) ist, worin die Lampenvorrichtung (8) so in einer Öffnung in der Abdeckung (103) angeordnet ist, dass die Oberseite (111) des Prismenhalters sich in einer im Wesentlichen zur Oberseite der Abdeckung (103) bündigen Position befindet.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampenvorrichtung (8) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prismengitter (1) Seitenflächen aufweist, die von der Austrittsfläche (121) zur Einfallsfläche (114) verlaufen, dass wenigstens eine der Seitenflächen (110) einen spitzen Winkel mit der Austrittsfläche (121) bildet und dass wenigstens die Kante des Prismengitters, die von der wenigstens einen Seitenfläche (110) gebildet wird, die einen spitzen Winkel zwischen sich und der Austrittsfläche (121) einnimmt, abgerundet ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten des Prismas zwischen den Seitenflächen abgerundet sind, bevorzugt so, dass zwei gegenüberliegende Seitenflächen gekrümmt sind.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (112) eine mittlere Länge zwischen der Einfallsfläche (114) und der Austrittsfläche (121) zwischen 15 mm und 30 mm und bevorzugt von etwa 25 mm und eine Dicke zwischen den Deckschichten (113) zwischen 1 mm und 2 mm, bevorzugt von etwa 1,6 mm, aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (113) Metallfolie, bevorzugt Kupferfolie, sind und eine Dicke zwischen 0,1 mm und 0,2 mm, bevorzugt von etwa 0,1 mm, aufweisen.