-
Beleuchtungseinrichtung für große Flächen Die Erfindung betrifft eine
Beleuchtungseinrichtung zur gleichmäßigen Beleuchtung großer Flächen, wie beispielsweise
Flugplätze, Verschiebebahnhöfe usw.; es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck -unter
Ausnutzung der Persistenz der Lichteindrücke auf der Netzhaut des Auges - ein den
zu beleuchtenden Raum überstreichendes Lichtbündel sehr schnell um eine senkrechte
Achse rotieren zu lassen.
-
Zur Lösung der damit gestellten Aufgabe ist es bereits bekannt, einen
starken Scheinwerfer als Ganzes um eine senkrechte Achse umlaufen zu lassen. Dieser
Lösungsweg weist jedoch erhebliche Nachteile auf: Da es sich bei derartigen Beleuchtungseinrichtungen
in der Regel um große Anlagen mit hoher Leistung handelt, muß bei der Rotation der
gesamten Anlage eine ganz erhebliche Masse in Drehung versetzt werden, womit eine
ganze Reihe konstruktiver und betriebsmäßiger Probleme verbunden ist; ferner muß
bei Rotation der Gesamtanlage die Stromzufuhr zu der mitumlaufenden Lichtquelle
über Schleifkontakte od. dgl. erfolgen, was insbesondere bei den hier in Frage stehenden
hohen Leistungen mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden ist.
-
Um diese Schwierigkeiten der Stromzuführung bei rotierender Gesamtanlage
zu vermeiden, wurde auch bereits vorgeschlagen, nur die Optik des Scheinwerfers
umlaufen zu lassen, beispielsweise den Parabolspiegel, während die Lichtquelle stationär
bleibt.
-
Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausbalancierung
des Parabolspiegels, da das Lichtbündel auf der der Drehachse gegenüberliegenden
Seite des Spiegels auf keine nennenswerten Hindernisse treffen darf. Zudem befindet
sich in diesem Fall, d. h. also bei rotierendem Parabolspiegel, der gesamte Hohlspiegel
ganz auf der einen Seite der Drehachse, so daß bei der hohen Drehgeschwindigkeit,
die zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses (persistierender Lichteindruck auf
der Netzhaut) gewählt werden muß, bedeutende Zentrifugalkräfte an diesem Spiegel
auftreten, die zu elastischen Verformungen des Spiegels führen können, welche seine
optischen Eigenschaften stark beeinträchtigen können.
-
Es ist für einen anderen als den vorliegenden Zweck, nämlich bei einer
Blink- bzw. Leuchtfeueranlage, ferner bereits bekannt, eine ruhende Scheinwerferanordnung
mit ebenfalls ruhendem Parabolspiegel zu verwenden, der ein vertikal gerichtetes,
im wesentlichen zylindrisches Lichtbündel liefert, das auf einen schräg angeordneten
Spiegel trifft, welcher um eine mit der Achse des zylindrischen Lichtbündels zusammenfallende
Achse drehbar ist. Bei dieser Anordnung braucht bzw. brauchen nur der bzw. die verhältnismäßig
leicht ausgebildeten schrägen Spiegel zu rotieren, wobei die Rotationsgeschwindigkeit
in diesem Fall einer Blink- bzw. Leuchtfeueranlage üblicherweise nicht so hoch ist,
um einen persistierenden Lichteindruck hervorzurufen; die obengenannten Nachteile
der anderen bekannten Verfahren treten daher bei dieser bekannten Anordnung nicht
auf. Eine derartige Anlage ist jedoch für den vorliegenden Zweck, nämlich als Großflächen-Beleuchtungsanlage,
nicht ohne weiteres geeignet. Bei der bekannten Vorrichtung sind die umlaufenden
schrägen Spiegel plan ausgebildet, wie dies für einen Leuchtturmscheinwerfer angehen
mag, da hierbei über große Entfernungen wahrnehmbare Lichtblitze erzeugt werden
sollen, wozu das Lichtbündel möglicht konzentriert sein, d. h. eine möglichst geringe
Divergenz aufweisen muß. Die schrägstehenden rotierenden Spiegel haben daher bei
der bekannten Anordnung lediglich die Aufgabe, das von dem Hohlspiegel der Scheinwerferanordnung
komtuende
Lichtbündel umzulenken, ohne die Bündelung selbst zu
verändern.
-
Bei Großflächen-Beleuchtungseinrichtungen steht demgegenüber die Aufgabe,
größere Flächen zu beleuchten, wozu eine Divergenz des Lichtbündels erforderlich
ist. Um dies zu erzielen, ist nach einer weiteren bekannten Anordnung bereits vorgeschlagen
worden, einen solchen Hohlspiegel zu verwenden und die gegenseitige Anordnung von
Lichtquelle und Hohlspiegel so zu wählen, daß das Lichtbündel bereits vom Hohlspiegel
ab divergiert. Dies hat jedoch zur Folge, daß der zur Reflexion nach außen und unten
vorgesehene Spiegel gegenüber dem Fall eines zylindrischen Lichtbündels vergrößert
werden muß, um das ganze Lichtbündel zu erfassen. Abgesehen von den konstruktiven
Schwierigkeiten, die sich durch die erforderliche Größe des rotierenden Spiegels
(eine größere zu beleuchtende Fläche vorausgesetzt) ergeben, ist auch die damit
erzielte Beleuchtungsverteilung nicht zufriedenstellend.
-
Die Erfindung betrifft somit eine Beleuchtungseinrichtung für große
Flächen mit einer Scheinwerferanordnung, die ein vertikal gerichtetes, im wesentlichen
zylindrisches Lichtbündel liefert, sowie mit einem schrägen Spiegel mit elliptischem
Umriß, der um eine mit der Achse des zylindrischen Lichtbündels zusammenfallende
Achse drehbar ist. Sie bezweckt eine solche Ausbildung einer derartigen Beleuchtungseinrichtung,
daß auf der zu beleuchtenden Fläche eine gewünschte optimale Beleuchtungsverteilung
erzielt werden kann.
-
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Querschnitt
des aus einer geschlossenen Fläche bestehenden Spiegels in Richtung der großen Ellipsenachse
die Form eines flachen S aufweist, so daß ein schräg nach unten gerichtetes Lichtbündel
die zu beleuchtende Fläche anstrahlt.
-
Durch diese Maßnahme, den Drehspiegel so auszubilden, daß er in Richtung
der großen Ellipsenachse die Form eines flachen S aufweist, wird der Vorteil erzielt,
daß für die Scheinwerferanordnung der übliche, parabolisch ausgebildete Hohlspiegel
verwendet werden kann, welcher ein zylindrisches Lichtbündel erzeugt, und daß dennoch
durch den Drehspiegel neben der Umlenkung des Lichtbündels eine Änderung des Bündelquerschnittes
zur Erzielung einer günstigen und den jeweiligen Erfordernissen angepaßten Beleuchtungsverteilung
erzielt wird.
-
Herstellungsmäßig bietet der gemäß der Erfindung vorgesehene Drehspiegel
keinerlei Schwierigkeiten, da er sich in einfacher Weise durch Biegung eines elliptischen
Planspiegels an den Enden erzeugen läßt. Insbesondere sind keinerlei komplizierte
und teuere Tiefziehanlagen erforderlich.
-
Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Querschnitt des Spiegels in Richtung der kleinen Ellipsenachse leicht konvex
ist.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß eine zweite, koaxial zur ersten liegende Beleuchtungseinrichtung derart angeordnet
ist, daß die beiden zwischen den Scheinwerfern liegenden schrägen Spiegel zwei getrennte
Lichtbündel schräg nach unten abstrahlen.
-
Weitere Vorteile und Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung;
in dieser zeigt Fig. 1 in senkrechtem Schnitt einen Beleuchtungsscheinwerfer mit
schrägstehendem ebenem Spiegel wie bei den bekannten Anordnungen, Fig. 2 einen zur
Verwendung in der Anordnung nach Fig. 1 geeigneten Drehspiegel in der abgewandelten
Formgebung gemäß der Erfindung, Fig.3 eine Seitenansicht des Scheinwerfers nach
Fig. 1, der eine gewisse Bodenfläche beleuchtet.
-
Fig. 4a und 4b einen Vergleich der mit den Spiegeln nach Fig. 1 bzw.
2 auf der Bodenfläche erzielten Beleuchtungskurven, woraus sich der Vorteil der
erfindungsgemäßen Ausbildung nach Fig.2 ergibt, und Fig. 5 in senkrechtem Schnitt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit zwei gegenüberliegend angeordneten
Scheinwerfern.
-
Das in Fig.1 gezeigte Gerät hat einen Gittermast 1, auf dessen Spitze
ein Scheinwerfer mit senkrechter Achse angeordnet ist. Dieser Scheinwerfer enthält
einen Parabolspiegel 2 und eine Lichtquelle 3. Diese Lichtquelle kann eine Glühlampe
oder ein elektrischer Bogen sein, und sie kann mit einer Widerspiegelungseinrichtung
für das Licht versehen sein, wie etwa mit dem kugelförmigen Spiegel 4, der dazu
bestimmt ist, den größten Teil der Lichtstrahlen der Lichtquelle auf den Parabolspiegel
2 zu leiten. Dieser Spiegel liefert so ein senkrechtes Strahlenbündel s, das auf
den Himmel zu gerichtet ist.
-
Das Gehäuse 6 des Scheinwerfers besitzt eine zylindrische und lichtdurchlässige
Laterne 7 mit einer darüber angeordneten Kuppel 8. Um die Widerstandsfähigkeit des
Gerätes zu erhöhen, kann die Kuppel 8 mit dem Gehäuse 6 durch geeignete Versteifungsstreben
verbunden sein.
-
Am Gipfel der Kuppel 8, d. h. in der Achse des Strahlenbündels 5,
ist ein Elektromotor 9 angeordnet, auf dessen Achse 10 am Ende ein ebener schräger
Spiegel 11 nach dem Stande der Technik befestigt ist. Um die Gesamtheit des Lichtbündels
aufzufangen, ist die allgemeine Form dieses Spiegels in der Draufsicht elliptisch.
Das Lichtbündel s wird durch diesen ebenen Spiegel nach den Linien 5 a reflektiert,
d. h. auf den den Gittermast 1 umgebenden Boden gerichtet. Wenn der Scheinwerfer
leuchtet und der Spiegel 11 sich dreht, bestreicht das Lichtbündel 5 a schnell
eine kreisförmige Zone, deren Mittelpunkt der Gittermast 1 bildet.
-
Das auf diese Weise erzielte Ergebnis ist schematisch in Fig. 3 und
4 a dargestellt. Die durch die Punkte A und B gekennzeichnete Zone
des Bodens wird durch das von dem ebenen Spiegel 11 hervorgerufene konische
Lichtbündel beleuchtet. Infolge der bekannten Abnahme der Beleuchtung im Quadrat
der Entfernung ergibt sich jedoch bei dieser Anordnung mit ebenem Spiegel die in
Fig. 4 a dargestellte Beleuchtungsverteilung, in welcher die Kurven C, C." C.;,
C,, Kurven gleicher Lichtstärke von in dieser Reihenfolge abnehmender Größe sind.
-
Eine solche Verteilung ist am äußersten Rande der beleuchteten Zone
sehr ungünstig, denn die von dieser Zone empfangene Lichtmenge ist ungenügend, um
die Lichtwirkung auf der Netzhaut des Auges persistieren zur lassen. Praktisch ist
die Lichtmenge, die der Bereich BBl periodisch erhält, ungenügend, um die Netzhaut
des Auges zu beeindrucken, so daß dieser Bereich dunkel erscheint. Im Gegensatz
dazu ist die Lichtintensität am inneren Rand der kreisförmig beleuchteten Zone etwas
zu stark, was den Eindruck
der für den Bereich BB1 empfundenen Dunkelheit
noch verstärkt. Schließlich ist die Linie A der Strahlen, die dem inneren Rand der
beleuchteten Zone entspricht, verhältnismäßig weit vom Fuß des Gittermastes 1 entfernt.
-
Um diese Nachteile auszuschalten, ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
statt des ebenen Spiegels 11 den in Fig.2 im Längsschnitt dargestellten gekrümmten
Spiegel 12 in Form eines flachgedrückten S zu verwenden. Die dem Spiegel gegebene
Krümmung verläuft in Richtung der großen Achse der Ellipse. Durch diese Formgebung
des Spiegels gemäß der Erfindung werden die oberen Strahlen des Lichtbündels
5a in Fig. 3 von B nach Bi zurückgeführt, die unteren Strahlen desselben
Lichtbündels von A nach A1.
-
Durch geeignete Wahl der Formgebung des Spiegels 12 gemäß der Erfindung
kann auf diese Weise eine Lichtverteilung nach den Kurven Ci , C.,', Cin
Fig. 4 b erzielt werden, die ungefähr parallel und konzentrisch liegen; mit anderen
Worten, es kann eine gleichmäßigere Verteilung des von dem Spiegel auf die durch
die Linie A1, Bi in Fig. 3 gekennzeichnete kreisförmige Zone verteilten Lichts erzielt
werden. Dieses vorteilhafte Ergebnis läßt sich erzielen, ohne daß bei dem Ersatz
des ebenen Spiegels 11 durch den gemäß der Erfindung ausgebildeten gekrümmten Spiegel
12 nach Fig. 2 in der Vorrichtung nach Fig. 1 irgendwelche konstruktiven Schwierigkeiten
entstünden. Insbesondere ist damit keine Beschränkung der Rotationsgeschwindigkeit
des Spiegels verbunden.
-
Um die Umlaufgeschwindigkeit des Motors 9 zu verringern und die Ausbalancierung
des Spiegels 11 zu verbessern, könnte daran gedacht werden, zwei symmetrische Halbspiegel
zu verwenden, von denen jeder die Hälfte des Lichtes des Bündels in zwei diametral
gegenüberliegenden Richtungen aussendet. Diese scheinbar vorteilhafte Lösung ist
in Wirklichkeit sehr ungünstig, denn ein jedes der Halbbündel, das eine Hälfte des
Gesamtbündels darstellt, hätte nur eine Reichweite, die gleich einem Viertel der
Reichweite des Gesamtbündels wäre.
-
Wenn die Umlaufsgeschwindigkeit der umlaufenden Baugruppe verringert
werden soll, dann ist es vorzuziehen, die in Fig.5 gezeigte Anordnung zu verwenden.
-
Das hier in dieser Figur gezeigte Beleuchtungsgerät hat zwei Scheinwerfer:
einen unteren Scheinwerfer, der genau so angeordnet ist wie der nach Fig. 1, und
einen oberen Scheinwerfer, ebenfalls mit senkrechter Achse. der dem ersteren gegenüberliegt
und einen Parabolspiegel 13 und eine Lichtquelle 14 hat. Das von dem zweiten Scheinwerfer
abgegebene senkrechte Strahlenbündel wird von einem zweiten Spiegel 15
umgelenkt,
der aus den gleichen Gründen wie der Spiegel 12 ebenfalls einen S-förmigen Querschnitt
hat. Die beiden Spiegel 15 und 12 sind durch ein schematisch dargestelltes
Gitterwerk 16 verbunden und sind beide an einer gemeinsamen umlaufenden Welle 17
befestigt. Die Enden dieser Welle sind in Lagern 18 gelagert, die ihrerseits in
der gemeinsamen Achse der beiden Scheinwerfer von den Armen 19 gehalten werden.
Diese Arme sind starr und von verringerter Breite, um so wenig wie möglich von den
Lichtbündeln abzuhalten, die von jedem einzelnen der Scheinwerfer abgegeben werden.
-
Die von der Welle 17 getragene umlaufende Baugruppe wird von einem
Motor 20, beispielsweise mit Hilfe eines Kegelräderpaares 21 zum Umlaufen gebracht.
Die Achse des Elektromotors 20 kann auch senkrecht sein, und dieser Motor kann auch
die Welle 17 mit Hilfe beispielsweise eines Keilriemens mitnehmen. Schließlich kann
der Motor von geringem Durchmesser und koaxial mit der Drehachse der die Spiegel
tragenden umlaufenden Baugruppe angeordnet sein.
-
Auf diese Weise werden zwei reflektierte, diametral gegenüberliegende
Strahlenbündel 5 b und 5 c erreicht, die eine Divergenz haben, die durch die Wahl
der Wölbung der Spiegel 12 und 15 bestimmt sind.
-
Die Linien dieser beiden Strahlenbündel auf dem Boden können einen
gleichen Abstand von der Achse des Gittermastes haben, so daß gegenüber der in Fig.
1 gezeigten Ausführung die Umlaufgeschwindigkeit der die Spiegel tragenden Baugruppe
um die Hälfte verringert werden kann. Diese Baugruppe kann jedoch mit der gleichen
Geschwindigkeit umlaufen wie im Falle der Fig. 1, und die Spiegel 15 und
12 können so angeordnet werden, daß sie zwei konzentrischen Zonen entsprechen, wobei
der äußere Rand der Zone mit geringerem Radius etwas den inneren Rand der Zone mit
großem Radius überlappt. Auf diese Weise kann praktisch die Breite der kreisförmigen
beleuchteten Zone verdoppelt werden.
-
Im besonderen Fall eines zur Beleuchtung von Flughäfen bestimmten
Scheinwerfers kann das nach oben gerichtete Licht der Lichtquelle 14 aufgefangen
werden, um eine rote Warnlampe 22 zu beleuchten, die dazu bestimmt ist, den Gipfel
der Gittermastes zu bezeichnen.
-
Der gemäß der Erfindung in S-Form ausgebildete Spiegel 12 kann aus
Aluminium bestehen, das nach bekannten Verfahren verspiegelt ist.
-
Der Spiegel 12 kann eine abwickelbare Oberfläche aufweisen, d. h.
nur in einer Richtung gekrümmt sein. Er kann auch eine nicht abwickelbare Oberfläche
haben, wenn auch eine Veränderung der Ausbreitung des Lichtbündels in seiner Querrichtung
erwünscht ist. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, einen Spiegel von leicht konvexer
Form in Querrichtung zu verwenden (kleine Achse der Ellipse), um die Ausbreitung
des Lichtbündels zu vergrößern, d. h. die Querausdehnung der Kurven Ci
, C@', C3 .
-
Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Abänderungen an den vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen angebracht werden können, ohne dadurch den Rahmen
der Erfindung zu verlassen, insbesondere durch Ersatz der gezeigten technischen
Mittel durch andere gleichwertiger Art.