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Dokumentenidentifikation DE19626315A1 15.01.1998
Titel Multireflex-Flächenleuchtsystem (MF)
Anmelder Heß, Jan, 98693 Ilmenau, DE
Erfinder Heß, Jan, 98693 Ilmenau, DE
DE-Anmeldedatum 01.07.1996
DE-Aktenzeichen 19626315
Offenlegungstag 15.01.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse G09F 13/00
Zusammenfassung Es setzt sich zur Aufgabe, bestehende Mängel bei auf Flächenausleuchtung ausgerichteten Leuchtkörpern, wie sie in der Leuchtreklame, bei beleuchteten Verkehrsschildern und anderenorts zum Einsatz kommen, zu beheben. Im Gegensatz zur gängigen Methode der Flächenausleuchtung punktartige od. gestreckte Lichtquellen hinter der Leuchtfläche anzubringen, wird hier mittels eines komplizierteren Strahlengangs im Leuchtkörper realisiert, daß das Licht im Endeffekt über die gesamte Ausdehnung einer auszuleuchtenden Fläche gleichmäßig abgestrahlt wird. Als besonderer Vorteil ist dabei, neben anderen, die stark reduzierte Bautiefe gegenüber den heute gebräuchlichen Leuchtkörpern zu nennen. Das grundlegende Funktionsprinzip der Leuchtkörper des Multireflex-Flächenleuchtsystems besteht darin, daß ein scharf gebündelter, sehr lichtstarker Strahl (od. mehrere) von der Seitenkante in den Hohlraum zweier sich parallel gegenüberliegender Platten gegeben wird. Dabei handelt es sich um die Hauptreflexplatte u. eine transparente Deckplatte. Sie können die verschiedensten Konturen darstellen (Buchstaben usf.). Verbunden sind sie durch die an ihren Seiten sie vollständig umgebende Seitenfläche. Diese steht sich mit ihrer innenseitigen Verspiegelung ebenfalls fertigungstechnisch sehr präzise ausgerichtet gegenüber. Auf sie trifft der scharf gebündelte und parallel zum Leuchtkörper weitwinklig aufgefächerte Lichtstrahl und wird vielfach zwischen den Seitenflächen hin und her geworfen. Dabei ...

Beschreibung[de]

Dem bisherigen und gebräuchlichen Stand der Technik entspricht es Leuchtflächen, wie beispielsweise die Buchstaben einer Leuchtschrift, Leuchttransparente, Lichtkästen, beleuchtete Fassadenbänder u. a. auf dem Gebiet der Leuchtreklame sowie Verkehrs-, u. Hinweisschilder od. -tafeln usf. dadurch ins Licht zu setzen, sie einerseits mit Strahlern von außen zu beleuchten od. die Lichtquelle(n) innerhalb bzw. hinter der auszuleuchtenden Fläche od. Kontur anzubringen. Bei letzterem stellt sich stets das gleiche Grundproblem. Denn bis heute ist keine zweidimensionale also flächenhafte stärkere Lichtquelle bekannt. Wegen ihrer zu geringen Leuchtdichte kommen die auf Elektrolumineszenz u. ä. beruhenden Leuchteffekte für eine praktische Anwendung in den oben gen. Bereichen nicht in Frage. Es stehen also nur punktartige u. gestreckte elektr. starke Lichtquellen zur Verfügung. Dies bringt mehrere Nachteile mit sich.

  • - Um eine passable gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche zu erreichen ist es notwendig die Lichtquelle(n) in einem relativ großen Abstand dahinter anzubringen. Das Ergebnis ist eine unästhetische Bautiefe von Leuchtschriften, Leuchtreklamekästen u. a. die in ihrer Plumpheit schon lange nicht mehr dem Geschmack der Zeit genügen, der das Elegante und Dezente fordert.
  • - Der finanzielle Aspekt. Kompliziertere Strukturen wie Buchstaben usw. werden von manuell gefertigten den Konturen nachgeformten Hochspannungsröhren beleuchtet - ihre Herstellung ist aufwendig und teuer. Eine große Anzahl von Trafos kommt außerdem oft noch hinzu. Desweiteren macht die große Zahl von Lampen (Leuchtstoffröhren) in Leuchtkästen u. a. Instandhaltungsmaßnahmen relativ häufig (Lampenausfälle). Hierbei ist zu bedenken, daß Werbeanlagen oft sehr unzugänglich angebracht sind.
  • - Trotz des betriebenen Aufwandes ist die Ausleuchtungsqualität häufig unzulänglich, und die Lichtquellen zeichnen sich deutlich auf der Leuchtfläche ab.


Das Multireflex-Flächenleuchtsystem (MF) ist nun mit dem Ziel entwickelt worden gegenüber der herkömmlichen Technologie der Flächenausleuchtung mit ihren beschriebenen Mängeln eine Alternative anzubieten. Seine Attraktivität soll es aus den Punkten

  • - flache, elegante Bauweise
  • - kostengünstige Fertigung
  • - komplexes Anwendungsfeld und weitgehende Wartungsfreiheit beziehen.


Wie aus der Bezeichnung schon hervorgeht, handelt es sich beim MF nicht um einen in sich geschlossenen einzelnen Gegenstand, sondern eben um ein System, ein Programm von Bausteinen u. Elementen, die jeweils komplett in einer Anzahl verschiedenster Baugrößenausführungen vorliegen. Sie sollen einen Hersteller z. B. von Leuchtreklame in die Lage versetzen möglichst alle in Frage kommenden Leuchtflächen, vom Ausstecktransparent Abb. 5 bis zur Leuchtschrift Abb. 4 auf ihrer Grundlage zu realisieren. Einen festen Bestandteil aller MF-Leuchtkörper bilden zunächst die beiden Platten 1 u. 2 in Abb. 2. Dabei handelt es sich um das dem Betrachter zugewandte transparente Oberteil jedes Leuchtkörpers (LK) aus Acryl o. ä. (1), sowie um die stets formgleiche sich immer auf der Rückseite der LK befindende Hauptreflexplatte (2). Sie lenkt alles Licht durch die Platte (1) nach außen. Die Fertigungstechnologie setzt voraus daß beide Platten in hohem Maße von identischer Abmessung sind (z. B. mit Laser dekopiert). Verbunden sind diese mit der an der von beiden gebildeten Seitenfläche sich befindenden Fläche (3), die sie restlos umschließt. Sie ist auf der Innenseite spiegelnd und besteht aus einem Material, das sich der jeweilig vorliegenden Kontur gut anpassen läßt, aber dennoch nach der unlöslichen Verbindung (Verklebung) mit den beiden Platten 1 u. 2 solch eine Stabilität aufweist, die dem LK weitgehende Kompaktheit und Widerstandsfähigkeit gegen Torsion verleiht. In der Präzision der Verarbeitung dieser Spiegelseitenfläche (3) liegt eine der Grundvoraussetzungen für die Funktion des MF. Es muß bei der Fertigung gewährleistet werden, daß sich diese Flächen genügend parallel gegenüberstehen.

Hierbei wäre es denkbar die Montage auf einer plangearbeiteten Arbeitsplatte vorzunehmen, auf der die beiden Platten 1 u. 2 mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung in dem jeweils gewünschten Abstand übereinander, schon korrekt ausgerichtet, gehalten werden. Ein einen rechten Winkel enthaltendes Werkzeug könnte nun beim anfügen der Seitenfläche (3) zum Einsatz kommen.

In der Form der Lichteingabe in die Leuchtkörper liegt eine weitere Bedingung für die Funktion des MF. Sie geschieht prinzipiell durch eine od. mehrere dem Lichtbündelquerschnitt entsprechende Aussparungen in der Seitenfläche (3). Gebündelt muß das Licht folgendermaßen sein: In der Dimension senkrecht zur Reflexionsfläche der Platte (2) soll der Strahlengang parallel zur optischen Achse verlaufen (Abb. 2). Eine Auffächerung in diese Richtung ist also unerwünscht. Hingegen soll in der Dimension parallel zur Reflexions-, u. Leuchtkörperfläche eine relativ große Streuung des Lichts vorliegen Abb. 1 u. 5. Der Idealfall läge also vor, wenn sich das Lichtbündel als ein scharf begrenzter Balken von der Dicke wie an der Lichtaustrittsöffnung an einer Fläche abbilden würde. Dies läßt sich freilich nur mit Hilfe eines optischen Systems (Linsensystems) realisieren. In Abb. 2 stellt Teil 4 ein Lichteingabeelement (LE) dar. - Hier in der Ausführung wie sie an Buchstaben u. ä. zum Einsatz kommen könnte. Durch die beiden Umlenkspiegel 5 ist das Teil weitgehend den Blicken des Betrachters entzogen und läßt sich hinter Zierleisten od. durch andere Maßnahmen gänzlich kaschieren. - In ihm soll das aus dem Lichtleiter 6 kommende Licht noch einmal gegebenenfalls zusammengefaßt, immer aber ausgerichtet und aufgestreut werden (Teil 7 Linsensystem). Das Erreichen der beschriebenen Qualität des Strahlenganges im Leuchtkörper ist für die Güte seiner Ausleuchtung absolut entscheidend. Denn das Grundprinzip des MF besteht ja darin, daß das aus einen od. mehreren Strahlern, eben den LE, in den Leuchtkörper gegebene Licht vielfach zwischen den Spiegelseitenflächen hin und her geworfen wird und dabei, bedingt durch seine in die Flächenweite gehende Auffächerung, zunehmend die gesamte auszuleuchtende Fläche durchstreicht, bevor es schließlich durch die mit der Wegstrecke und der Anzahl der Reflexionen stetig fortschreitende Ablenkung (bedingt durch die allgemeine Auffächerung des Lichts u. a. Ursachen) auf die Hauptreflexionsplatte trifft (Abb. 3), um von ihr durch die transparente Deckplatte nach außen abgestrahlt zu werden. Diese Hauptreflexplatte besitzt ebenfalls eine spiegelnde Oberfläche die eine Vielzahl pyramidenförmiger Erhebungen aufweist, deren Seitenflächen etwa in einem 45°-Winkel zur Plattenebene stehen. Auf sie trifft das im sehr flachen Winkel kommende Licht, um senkrecht zur Plattenebene reflektiert zu werden. Denkbar sind allerdings auch andere Lösungswege das Licht aus dem Leuchtkörper nach außen zu lenken. Zum Beispiel auf die Platte aufgetragenes lichtstreuendes u. reflektierendes körniges Material.

Natürlich macht dieses Arbeitsprinzip der Leuchtkörper eine präzise ausgerichtete Eingabe des Lichtbündels notwendig, es muß also eine Justierung der LE erfolgen. Deshalb sind sie so konstruiert, daß sie grob ausgerichtet fest zum oder mit dem Leuchtkörper verbunden werden, um anschließend ihren an der Halterung beweglich gelagerten optischen Teil mittels Stellschrauben zu justieren. Um ein späteres Verstellen zu verhindern ist es denkbar abschließend auch noch den optischen Teil des LE mittels Siegellack, Kleber o. ä. starr mit dem LK zu verbinden. Das Anbringen und Justieren der LE sollte vor der Montage der Seitenfläche erfolgen, um ihr Lichtbündel, welches sich bin der Mitte des Abstandes der Platten 1 u. 2 abbilden soll, beim justieren direkt beobachten zu können. Da es sich bei den LE nicht um Lichtquellen (Lampen) handelt, stellt sich nun noch die Frage nach der Lichtversorgung u. -zuführung. Hier ist im Normalfall eine einzige starke Lichtquelle anzustreben. Gebündelt und ausgerichtet gibt sie ihr Licht in den Hauptleiter. Je nach konkreter Ausführung gestaltet sich das weitere unterschiedlich. In Abb. 4 ist die Lichtversorgung einer Leuchtschrift einmal näher dargestellt. Das Licht aus dem Hauptleiter (8) trifft hier auf die Hauptleiterabzweige (9). Diese bestehen aus einem teilreflektierenden Ablenkspiegel, der aus transparentem Material mit teildurchlässiger Reflexionsbeschichtung sein kann oder aus spiegelndem undurchlässigen Material, welches eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist. Diese Hauptleiterabzweige stellen ein größeres Programm in sich dar, denn sie unterscheiden sich nicht nur durch die Dimensionierung ihrer dem Hauptleiter entsprechenden Größe, sondern auch nach dem genau definierten Prozentsatz, den sie an Licht in den Nebenleiter (10 ) abgeben.

Entsprechend der Anzahl der LE zweigen sich diese Nebenleiter noch einmal mit Hilfe von Verteilern (11) auf. Diese Verteiler sind ebenfalls in ihrer Arbeitsweise mit definierte Lichtmengen abzweigende Spiegel denkbar. Das letzte Stück eines Nebenleiters muß flexibel gestaltet sein, um bei der Justierung der LE einen Bewegungsfreiraum zu haben. Außerdem gehören zum Programm des MF noch diverse Lichtumlenkstücke (12) verschiedenster Gradausführungen für Neben- u. Hauptleiter. Damit wären die wichtigsten Komponenten des MF umrissen. Unterschiedlichstes Beiwerk wie auf das System abgestimmte Halterungen, Rahmen usf. kämen in der Praxis noch hinzu. Als eine mögliche Erweiterung der Palette soll genannt sein, die Spiegelfläche der Seitenfläche (3) profiliert zu gestalten, um auch noch die komplizierteste Kontur eines Leuchtkörpers mit wenigen LE auszuleuchten. Bei den Lichtleitern ist daran gedacht innen verspiegelte Röhren zu verwenden. In Steckverbindungen, die anschließend noch zu verkleben sind, sollen die Teile aneinandergefügt werden. Desweiteren sind an der Lichtquelle Vorkehrungen zu treffen, die einer Überhitzung entgegenwirken, und die geeignet sind, das in den Hauptleiter abgegebene Licht weitgehend von Wärmestrahlung zu befreien. Schließlich ist noch ein spezielles Computerprogramm für die Fertigung von Leuchtkörpern auf MF-Basis einzuplanen. Es soll die optimalen Anbringungspunkte der LE sowie ihre erforderliche Anzahl berechnen.

Der Maßstab ist ein Grad der Flächenausleuchtung, der für das menschliche Auge absolut homogen ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Multireflex-Flächenleuchtsystem zur Ausleuchtung verschiedenst konturierter Flächen, wie Leuchtschilder, -schriften usf., mit dem grundlegenden Herstellungs-, u. Funktionsprinzip, daß aus einer transparenten Platte (1), der Hauptreflexplatte (2) sowie der diese beiden restlos umgebenden spiegelnden Seitenfläche (3) ein flacher, hohler, der gewünschten Kontur entsprechender Leuchtkörper gefertigt wird Abb. 1 u. 2 in den durch mindestens eine Aussparung in der Seitenfläche (3) mindestens ein Lichtbündel gegeben wird dessen Strahlengang derart gestaltet ist, daß seine Lichtstrahlen in der Ausdehnung zur Leuchtkörperbautiefe parallel zur optischen Achse verlaufen (stark zusammengefaßt) Abb. 2 und in der Ausdehnung zur Leuchtkörperhauptfläche im weiten Winkel aufgefächert sind Abb. 1 u. 5. Genügende Präzision bei der Anbringung u. Ausrichtung der Seitenfläche (3) und des eingegebenen Licht gewährleistet, daß das Licht welches auf die spiegelnde Seitenfläche (3) trifft vielfach zwischen ihr hin und her reflektiert wird und dabei zunehmend die gesamte auszuleuchtende Fläche durchläuft,bevor es durch die mit der Anzahl der Reflexionen wachsende Ablenkung auf die Hauptreflexplatte (2) trifft, um von deren ebenfalls verspiegelten sowie ein geeignetes Profil tragenden Oberfläche Abb. 3 (aber auch andere Lösungen an der Oberfläche der Hauptreflexplatte das Licht zu streuen u. zu reflektieren sind möglich) senkrecht zur Plattenebene reflektiert zu werden. Auch kommt zur Erhöhung der Lichtverteilungseffizienz eine Profilierung der Spiegelfläche der Seitenfläche (3) in Frage.
  2. 2. Baukastensystem zur Herstellung von flächenhaften Leuchtkörpern nach dem Hauptanspruch neben den Rohplatten für transparentes Leuchtkörperoberteil (1) u. Hauptreflexplatte (2 ) noch, in unterschiedlichen Größenausführungen vorliegend und innerhalb einer Größe kombinierbar, beinhaltend Spiegelmaterialband für Seitenfläche (3), Lichteingabeelemente (LE) (4), Lichtleiter (8 u. 10), Verteiler (11), Lichtumlenkstücke (12), verschiedenste Ausführungen von Lichtquellen und diverses das Programm begleitendes wie eine standardisierte Palette von Rahmen für Leuchtschilder, Halterungen, Werkzeuge und Hilfsmittel zur Herstellung u. a.
  3. 3. Leuchtschrift mit Leuchtkörpern nach dem Funktionsprinzip, wie im Hauptanspruch beschrieben, mit der besonderen Ausführung, daß alle Leuchtkörper von einem einzigen durchgehenden Hauptleiter mittels ihn unterbrechende und definierte Lichtmengen ableitende sog. Hauptleiterabzweige mit Licht versorgt werden (Abb. 4).
  4. 4. Lichteingabeelement (LE) zur Formung und Justierung des Lichtbündels nach denen im Hauptanspruch geforderten Eigenschaften für den Strahlengang im Leuchtkörper mit der Besonderheit, daß es sich auf Grund zweier Umlenkspiegel fast und mit geeigneten Maßnahmen restlos hinter einem Leuchtkörper verbergen läßt Abb. 2.






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