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Die Erfindung bezieht sich auf eine Reflektorleuchte mit einem Reflektor
mit einer optischen Achse, einer Lichtquelle in dem gennnnten Reflektor und im
wesentlichen von demselben umgeben, und einer an den genannten Reflektor
grenzenden Abdeckscheibe mit einem ringförmigen Teil, der ein Muster länglicher
Strahlenbildungselemente aufweist.
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Eine derartige Leuchte ist aus dem US Patent Nr.4.506.316 bekannt, in
dem eine Reflektorleuchte vom PAR-Typ beschrieben wird (Parabolic Aluminized
Reflector). PAR-Leuchten sind durchaus bekannt und wurden bisher weitgehend für
allgemeine Beleuchtungszwecke verwendet. Sie haben typisch einen Reflektorkörper mit
einem parabelförmigen Vorderteil, einem reflektierenden Mittenteil hauptsächlich
sphärischer Form, wobei der Brennpunkt auf dem Brennpunkt des parabelförmigen Teils
liegt, und mit einem hinteren Teil ebenfalls im wesentlichen sphärischer Form. Im
Brennpunkt ist eine Lichtquelle, wie ein Glühkörper, eine Halogenkapsel, oder eine
Entladungsbogenleuchte hoher Leistung im wesentlichen mit der Hauptachse auf der
optischen Achse oder senkrecht dazu angeordnet. Auf dem Reflektorkörper ist eine
Abdeckscheibe angebracht, wodurch eine wasserdicht verschlossene Einheit erhalten
wird. PAR-Abdeckscheiben weisen typisch Punkte, ein Muster von Linsen und/oder
längliche Strahlenbildungselemente auf, zum Manipulieren des von dem Reflektor
herausgegebenen Lichtstrahls. Der Reflektor und die Abdeckscheibe sind typisch aus
Hartglas und enthalten einen schraubbaren oder Bajonettverschluß am Ende des
Reflektors zum Verbinden der Lichtquelle mit einer Speisequelle.
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Bei der bekannten PAR-Leuchte ist die Lichtquelle zu der optischen Achse
ausgerichtet. Die Abdeckscheibe hat einen kreisrunden, mit Stippen versehenen Teil,
der durch einen ringförmigen Teil begrenzt wird, der mit einer Vielzahl von Rillen
versehen ist, die sich im wesentlichen radial von dem mit Stippen versehenen Teil nach
außen hin erstrecken. In einer Ausführungsform sind die Ränder der Rillenseiten gerade
und erstrecken sich radial von der optischen Achse, wodurch eine kegelförmige Rille
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entsteht. Das genannte Patent beschreibt ebenfalls Ausführungsformen mit Paaren
nichtkegelförmiger Rillen mit parallelen geraden Seitenrändern. Jedes Rillenpaar hat einen
gemeinsamen geraden Seitenrand, der sich radial von der Brennachse erstreckt.
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In dem US Patent Nr.4.651.261 und Nr.4.473.872 werden PAR-
Leuchten beschrieben, wobei die Lichtquelle senkrecht zu der optischen Achse steht.
Die Abdeckscheibe hat einen zentralen mit Stippen versehenen Teil mit einem
regelmäßigen Muster von Linsen und länglichen Strahlenbildungselementen parallel zu der
Lichtquelle bzw. eine Anzahl konzentrischer rillenförmiger Ringe mit einem äußeren
ringförmig mit Stippen versehenen Teil.
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Es wurde als vorteilhaft erfahren, die Lichtquelle koaxial zu der optischen
Achse des Reflektors anzubringen. Aber dadurch ist es oft notwendig, daß für einen
starren Stromleiter die Länge der Lichtquelle axial auszurichten, wobei das Ende weg
von der Basis festgemacht wird. Bei jeder Leuchte mit einem parabelförmigen Reflektor
wird ein derartiger leitender Träger parallel zu der Lichtquelle einen unerwünschten
Schatten in dem vom Reflektor herausgeworfenen Lichtstrahl herbeiführen. Je größer
der Durchmesser des Trägers in bezug auf die Lichtquelle, umso größer der Schatten.
Auch gilt, je näher der Träger bei der Lichtquelle liegt, umso größer wird der Schatten.
Bei manchen Leuchten mit axialem Glühdraht ist es notwendig, Träger mit einem
Durchmesser zu verwenden, der größer ist als der Durchmesser des Glühdrahts und sie
sehr nahe bei dem Glühdraht anzuordnen.
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Es sind Abdeckscheiben für parabelförmige Reflektorleuchten entworfen
worden zum Liefern einer einheitlichen Lichtverteilung. Typische Abdeckscheiben
liefern einen bestimmten Bereich maximaler Lichtintensität innerhalb eines bestimmten
ringförmigen Gebietes der Strahlenausbreitung, beispielsweise eine maximale Intensität
von 13.000 bis 15.000 Candela und eine Strahlenbreite von 10-12 Grad bei 50% dieses
maximalen Wertes. Bei Leuchten mit einem leitenden träger axial längs der Lichtquelle
haben Abdeckscheiben nicht befriedigend dazu beigetragen den durch den axialen
Träger verursachten Schatten in dem Lichtstrahl zu verringern.
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Deswegen ist es eine Aufgabe der Erfindung die Schattenbildung in dem
Lichtstrahl, verursacht durch Lichtquellenträger zwischen der Lichtquelle und dem
Reflektor zu verringern.
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Diese Aufgabe wird erfüflt durch eine Reflektorleuchte der eingangs
beschriebenen Art, wobei eine Anzahl der genannten länglichen
Strahlenbildungselemente kegelförmige Teile aufweisen, die durch ein betreffendes Paar von
Seitenrändern definiert werden, die sich je von einem inneren Ende in Richtung eines äußeren
Endes der genannten kegelförmigen Teile erstrecken in einem scharfen Winkel mit
einem Radius, der sich von der optischen Achse des Reflektors durch das innere Ende
der Seitenränder erstreckt. Derartige kegelförmige Teile haben sich als effektiv erwiesen
bei der Verringerung der Schattenbildung, verursacht durch einen axialen Träger. Bei
einer gewünschten Ausführungsform sind die Strahlenbildungselemente kegelförmig
über ihre ganze Länge.
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Nach einer Ausführungsform erstrecken sich die Seitenränder nicht-linear
von dem inneren zu dem äußeren Ende der kegelförmigen teile. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform sind die Seitenränder entsprechend einem Bogen eines Kreises
gekrümmt. Es stellte sich heraus, daß die gekrümmten Seitenränder eine Beitrag liefern
zu der Schattenverringerung.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform hat der Reflektorkörper eine im
wesentlichen parabelförmige reflektierende Oberfläche mit einem Brennpunkt und einer
optischen Achse. Die Lichtquelle ist einer länglichen Form, im Brennpunkt angeordnet
innerhalb der Reflektorfläche und ausgerichtet zu der optischen Achse. Trägermittel
zum Tragen der Lichtquelle umfassen einen Stromleiter, der sich in axialer Länge der
Lichtquelle zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor erstreckt. Die
Lichtstrahlenbildungselemente sind Rillen, die über ihre ganze Länge kegelförmig sind. Die Rillen sind
regelmäßig angebracht, aneinander liegend und gekrümmt und kegelförmig.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Schnitt und eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Reflektorleuchte,
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Fig. 2 eine Draufsicht der inneren Fläche der Abdeckscheibe nach der
Erfindung gemäß der Linie II-II und Fig. 1,
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Fig. 3a einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Form der Rillen,
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Fig. 3b einen Querschnitt durch die Rille, und
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Fig. 4 eine Graphik der Kerzenstärke gegenüber den Graden (von der
Leuchtenachse), wobei die verringerte Schattenbildung dargestellt wird bei der
erfindungsgemäßen Abdeckscheibe im Vergleich zu einer bekannten Abdeckscheibe.
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Fig. 1 zeigt eine PAR-Reflektorleuchte, insbesondere einen PAR 38
Strahler mit einem Reflektorkörper 10, einer Abdeckscheibe 20 und einer Lichtquelle 30
innerhalb des Reflektors und im wesentlichen von demselben umgeben. Die dargestellte
Lichtquelle 30 ist eine herkömmliche Wolftam-Halogen-Lichtkapsel, kann aber auch ein
herkömmlicher Glühdraht sein oder eine Gasentladungsbogenleuchte hoher Intensität
(HID). Die Kapsel 30 wird innerhalb des Reflektors 10 getragen und ist mit einem
herkömmlichen Schraubensockel 5 durch starre Stromleiter 6, 7 elektrisch verbunden.
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Der dargestellte Reflektor 10 ist von herkömmlicher Form und besteht aus
Hartglas. Der Reflektorkörper hat einen ersten (vorderen) parabeltörmigen Teil 11,
einen zweiten (mittleren) sphärischen Teil 13 und einen dritten (hinteren) sphärischen
Teil 15. Der radius der sphärischen Fläche 14 des Mittenteils 13 liegt zentriert um den
Hauptbrennpunkt 31 der parabelförmigen reflektierenden Fläche 12 des ersten Teils 11.
Die Kapsel 30 enthält einen länglichen Glühdraht 32, der sich axial zu der
optischen Achse 101 des reflektors erstreckt. Der Leiter 7 erstreckt sich in axialer
Länge der Kapsel angrenzend daran und stört auf diese Weise das von dem Glühdraht
32 herrührende Licht das an die reflektierende Flächen 12, 14 und 16 gelangt, wodurch
Schatten entstehen in dem von dem Reflektor 10 ausgeworfenen Licht.
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Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Linse nach der
Erfindung, die effektiv ist bei der Verringerung der Schattenbildung in dem
Strahlenmuster. Die Abdeckscheibe 20 ist kreistörmig und hat eine innere konkave Oberfläche 27
und eine äußere Oberfläche 28, die sich im wesentlichen parallel dazu erstreckt und
glatt ist. (Fig. 1) Die innere Oberfläche 27 hat einen herkömmlichen mit Stippen
versehenen zentralen Teil 21, der durch einen ringförmigen Teil 22 umgeben ist, der
aus einer Anzahl aneinandergrenzender Strahlenbildungselementen in Form
kegelförmiger Rillen 23 besteht.
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Jede Rille erstreckt sich von einem inneren Ende 24, grenzend an den
zentralen Teil bis zu einem äußeren Ende 25, grenzend an den Außenring 29 der
Abdeckscheibe und enthält ein Paar Seitenränder 26. Die seitenränder erstrecken sich
nicht-linear und werden durch einen Kreisbegen definiert, Die Rillenenden 24, 25 haben
halbkreisförrnige Ränder, die sich geschmeidig an die Seitenränder 26 am inneren bzw.
am äußeren Ende angleichen. Die rillenförmigen Ränder 26 erstrecken sich je von dem
inneren Ende 26a zu dem äußeren Ende 26b in einem Winkel α mit einem betreffenden
Radius r, der sich von der optischen Achse A durch das innere Ende 26a des
Seitenrandes erstreckt. Der Winkel α ist von der Geraden durch das innere Ende 26a und das
äußere Ende 26b der Seitenränder zu dem betreffenden Radius gemessen, der sich durch
das innere Ende 26a erstreckt. Die Seitenränder 26 definieren den kegelförmigen Teil
der Rillen, der bei dieser Ausführungsform die ganze Länge der Rillen ist.
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Die Rillen sind kegelförmig in ihrer Höhe, gemessen senkrecht zu der
inneren Oberfläche 27 sowie in der Breite, wie gemessen zwischen den Seitenrändern.
Die Höhe sowie die Breite nehmen in Richtung des Außenrandes 29 zu. Fig. 3 zeigt
einen Längsschnitt durch eine Rille 23. Am Rillenende 24 bei der Mitte der
Abdeckplatte betrug die Rillenhöhe h&sub1; etwa 0,0483 cm und am Außenende 25 war die Rillen
höhe h&sub2; etwa zweimal der Höhe h&sub1;, d.h. 0,0965 cm.
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Fig. 3b zeigt einen Querschnitt senkrecht zu der Achse einer der Rillen 23
mit geschmeidig gekrümmter Rillenoberfläche, definiert durch den Kreisbogen r&sub3;. In
der Abdeckplatte nach Fig. 2 betrug r&sub3; etwa 0,445 cm. Die gerillten Oberflächen waren
glatt, nicht mit Stippen versehen.
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Es dürfte einleuchten, daß alle Rillen in Fig. 2 gleich groß sind und
dieselbe Konfiguration haben. In dem Beispiel nach Fig. 2 betrug der Innenradius r&sub1; des
ringförmigen Teils etwa 3,81 cm, während der Außenradius r&sub2; etwa 5,52 cm betrug.
Der Rand 29 hat einen Außendurchmesser von etwa 12,06 cm. Der ringförmige Teil 22
enthält insgesamt 60 kegelförmige Rillen, die je einen Bogen von sechs (6) Grad bilden.
Jedes Paar Rillen hat einen betreffenden gemeinsamen Seitenrand 26.
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Fig. 4 ist eine Überlagerung zweier Kerzenstärkkeverteilungskurven,
welche die verringerte Schattenbildung von einer Reflektorleuchte mit einer
Abdeckplatte nach Fig. 2 zeigen. Die Kurven wurden erhalten aus einer dreidimensionalen
Kartierung der Strahlenverteilung zweier 75W Refiektorleuchten, die mit Ausnahme der
Abdeckplatten einander gleich waren. Die punktierte Linie ist die Kerzenstärke in einer
axialen Ebene durch die optische Achse für eine Leuchte ("Leuchte 1") mit einer
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bekannten Abdeckplatte mit einem zentralen mit oktagonalen Stippen versehenen Teil
und einem regelmäßigen Muster kreisförmiger Linsen, die den mit Stippen versehenen
Teil umgeben (Philips Lighting Company Modell "X3"). Die gezogene Linie ist die
Kerzenstarke in derselben Ebene für eine Leuchte mit einer Abdeckplatte nach Fig. 2
("Leuchte 2").
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In Fig. 4 ist die durch "A" bezeichnete Linie die optische Achse. Die
durch "B" bezeichnete vertikale Linie liegt in einem Abstand entsprechen derselben
Anzahl Grad von der optischen Achse wie die durch "C" bezeichnete vertikale Linie C,
wobei die Kerzenstärke für beide Leuchten etwa gleich war. Die Linie B zeigt, daß
beide Leuchten im Vergleich zu der Linie C eine verringerte Kerzenstarke aufweisen,
und zwar durch Schattenbildung. Aber die Kerzenstärke für die Leuchte 1 (Punkt B1)
war wesentlich weniger als die für Leuchte 2 (Punkt B2). Die Differenz ΔB zwischen
B2 und B1 stellt die Verringerung in der Schattenbildung (höhere Kerzenstärke) dar für
die Leuchte nach der Erfindung, dies im Vergleich zu der bekannten Leuchte 1. Die
Leuchte 2 zeigt ebenfalls eine verbesserte Einheitlichkeit um die optische Achse herum
im Vergleich zu der bekannten Leuchte 1. Die verbesserte Einheitlichkeit ist der
Verringerung in der Schattenbildung zu verdanken, herbeigeführt durch die
erfindungsgemäße Abdeckplatte. Obschon nur eine Brennebene dargestellt ist, dürfte es
einleuchten, daß Verringerung in der Schattenbildung und Verbesserungen in der
Strahlenuniformität ebenfalls in anderen axialen Ebenen durch die optische Achse auftreten.
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Es sei bemerkt, daß die Differenz in der maximalen Kerzenstärke auf der
Leuchtenachse vielmehr das Ergebnis der Differenzen der Stippendichte zwischen der
Leuchte 1 und der Leuchte 2 in dem zentralen Teil der Abdeckplatte ist, und nicht
indikativ ist für eine Verringerung der maximalen Kerzenstarke durch die kegelförmigen
Rillen der Abdeckplatte nach der Erfindung. Eine größere maximale Kerzenstärke auf
der optischen Achse laßt sich durch eine verringerte Stippendichte in dem zentralen Teil
der Abdeckplatte erzielen. Eine 75W Reflektorleuchte mit einer Abdeckplatte mit einer
verringerten Stippendichte im Vergleich zu der Leuchte 2 hatte eine maximale
Kerzenstarke von 14.350 Candela und eine Strahlenbreite von 9 Grad bei 50% des maximalen
Wertes.
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Es zeigte sich, daß die erfindungsgemaße Leuchte ebenfalls eine ver
ringerte Schattenbildung hatte im Vergleich zu einer Leuchte mit sich radial
erstreckenden geraden Ritten nach dem US Patent Nr.4.506.316.
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Obschon hier nur bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben und dargestellt worden sind, dürfte es dem Fachmann einleuchten, daß im
Rahmen der Erfindung noch viele Abwandlungen möglich sind. So kann beispielsweise
die Stippendichte, der Radius des mit Stippen versehenen Teils, die Anzahl und die
Form des Querschnitts der kegelförmigen Ritten und ihre Länge je nach der größe und
der Konfiguration des Reflektors und der Lichtquelle variieren. Die Rillen können
ebenfalls beispielsweise einen inneren, sich radial erstreckenden Teil sowie einen
äußeren sich kegelförmig erstreckenden Teil aufweisen.