Lampenvorsatz

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer ausreichenden Ausleuchtung beispielsweise eines Arbeitsplatzes, insbesondere in einem Fahrzeug, wobei der Einsatzort des Arbeitsplatzes nicht auf ein Fahrzeug beschränkt ist. Alternativ ist auch die Anwendung an / in Fahrzeugen, an Straßenlaternen etc. Die ausreichende Ausleuchtung basiert auf einer Ablenkung eines Lichtkegels gerichteter Lichtquellen um beliebig einstellbare Winkel innerhalb bestimmter Grenzwerte. Dabei bleibt die Fokussierung des Lichtkegels weitgehend erhalten. Die Ablenkung selber erfolgt in einer einfachen, flachen Vorrichtung, welche vor die Lichtquelle eingebunden ist oder in die Scheibenabdeckung eines Leuchtmittels integriert wird. Durch diese Vorrichtung ist ein Schwenken der Lichtquelle selbst nicht mehr notwendig, um den Fokus der Lichtquelle auf einen bestimmten Punkt zu richten. Die Vorrichtung kann dort Anwendung finden, wo das Schwenken der Lichtquelle mit Nachteilen verbunden ist.

Zur Beleuchtung von Arbeitsplätzen sind Arbeitsplatzleuchten häufig in die Deckenverkleidung eines Fahrzeuges eingebaut. Sie können vom Nutzer bei Bedarf individuell zugeschaltet werden. Die Arbeitstische sind ihrerseits verschiebbar. Zum einen, weil es verschiedene Arbeitspositionen gibt, zum anderen, weil der Tisch zum Ausgleich unterschiedlicher Körpergrößen auch verschoben werden muss. Die Arbeitsfläche liegt daher nicht immer im Lichtkegel der Fahrzeugdeckeniampe. Das bringt den Nachteil mit sich, dass die geforderte Leuchtstärke nicht eingehalten bzw. erreicht wird. Wird der Lichtkegel der Lampe durch Verwendung einer anderen Bauart oder durch eine streuende Optik verbreitert, sinkt die Lichtstärke unter das geforderte Maß. Zudem käme es zu störendem Streulicht im Fahrzeug.

Eine Möglichkeit der besseren Ausleuchtung wäre beispielsweise die Lampen schwenkbar zu gestalten. Eine derartige Lösung kommt jedoch den Anforderungen einer flachen Bauform nicht nach. Beim Ankippen der Lampe entsteht an der Decke eine Storkante, an der man sich stoßen oder an ihr hängen bleiben kann. Außerdem müsste zusätzlich ein Gelenk eingebunden und untergebracht werden. Ist eine Beweglichkeit in zwei Richtungen notwendig, betrifft das den Einsatz von sogar zwei Gelenken.

Einstellbare Strahler, die das Gelenk in der Lampe integriert haben, bauen ebenfalls deutlich höher, als die geforderten LED-Lampen.

Aufgrund der Komplexität der Arbeitstische, die unter anderem schnell zur Seite klappbar sein sollen, kann die Lampe als solche auch nicht einfach am Tisch befestigt werden.

Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der eine ausreichende Beleuchtung eines Arbeitsplatzes erreicht werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen zeigen die Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung als Lampenvorsatz vorgesehen, der aus mehreren, zumindest aus zwei, oder drei Scheiben mit Ausformungen besteht. Durch Verschieben der Scheiben zueinander wird es möglich, die Lichtstrahlen einer Lichtquelle optimal so zu verschieben, so dass auch schlecht erreichbare Ecken eines Arbeitsplatzes ausreichend ausgeleuchtet werden können. Realisiert wird eine Vorrichtung zur Ablenkung eines Lichtkegels gerichteter Lichtquellen um beliebig einstellbare Winkel innerhalb bestimmter Grenzwerte. Dabei bleibt die Fokussierung des Lichtkegels weitgehend erhalten.

Ausgehend von einer Lichtquelle, gebildet insbesondere aus Leuchtdioden, die eine flache Bauform besitzen, wird der Lampenvorsatz auf diese Lampe aufgesetzt oder in die Scheibenabdeckung des Leuchtmittels integriert, der durch seine Struktur oder Bauform eine optimale Ausleuchtung schafft.

Die DE 101 20 740 A1 beschäftigt sich mit der Verbindung eines Lampengehäuses eines Scheinwerfers mit einem Lampenvorsatz. Die DE 89 00 774 U1 offenbart einen Lampenvorsatz insbesondere für eine Taschenlampe. Einen anderen Leuchtmittelvorsatz beschreibt die DE 200 02 795 U1. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. der erfindungsgemäße Lampenvorsatz besteht in einer ersten Ausführung aus zwei Scheiben. In einer weiteren Ausführung umfasst die Vorrichtung drei Scheiben

Die erste der Lichtquelle bzw. der / den Leuchtdiode(n) zugewandte Scheibe hat konvexe Ausformungen auf der Unterseite. Diese Scheibe bündelt das Licht wie kleine Sammellinsen.

Die zweite darunter befindliche Scheibe hat konkave Ausformungen auf der Oberseite. Sie wirken wie Zerstreuungslinsen und haben eine kürzere Brennweite als die konvexen Ausformungen. Der Abstand zwischen den Scheiben wird derart gewählt, dass der virtuelle Brennpunkt beider Systeme zusammen fällt. Liegen die optischen Achsen beider Systeme genau übereinander, hebt sich die Wirkung nahezu auf. Der Lichtkegel aus der Lampe bleibt weitgehend unverändert erhalten. Durch geringfügiges Verschieben der Scheiben zueinander wird der Lichtkegel abgelenkt. Bei einer Ablenkung des Strahlenganges bis ca. 30° wird der Strahlengang noch gleichmäßig abgelenkt, ein ausreichender Lichtkegel im Gesamtwinkel von 60° geschaffen. Bei einem definierten Abstand des Arbeitstisches zur Lampe kann ein definierter Verschiebungsweg der Lichtstrahlen auf dem Arbeitsplatz realisiert werden.

Bei einer Variante mir drei Scheiben, weist die erste Scheibe konvexe Ausformung auf der Unterseite auf. Eine zweite Scheibe besitzt an ihrer Oberseite ebenfalls konvexe Ausformungen. Eine dritte der Lichtquelle zugewandte Scheibe hat wiederum konvexe Ausformungen auf der Unterseite. Die erste Scheibe bildet dabei ein System, die beiden anderen Scheiben ein weiteres. Der Abstand der beiden Systeme ist so gewählt, dass die Brennpunkte beider Systeme nahezu zusammenfallen. Wird die zweite Scheibe aus der optischen Achse verschoben, ändert sie den Strahiendurchgang ähnlich einem Prisma um einen bestimmten Winkel. Der Brennpunkt bleibt nahezu erhalten, er verschiebt sich nur horizontal. Die dritte Scheibe wird im Verhältnis der Verschiebung zur zweiten Scheibe mehr bzw. weiter verschoben. Dadurch lässt sich eine noch größere Winkelverstellung (Ablenkung) erreichen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen unter anderem darin, dass ihr Platzbedarf gering ist, keine flexiblen Kabel notwendig sind und sie zudem kostengünstig ist, da keine Gelenke etc. benötigt werden. Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Lampenvorsatzes mit zwei Scheiben und einer vergrößerten Detaildarstellung Z,

Fig. 1.1 die Detaildarstellung Z mit gerade einfallendem Strahfenpaar,

Fig. 1.2 die Detaildarstellung Z mit schräg einfallendem Strahlenpaar,

Fig. 2 eine Darstellung der Verschiebung der Scheiben aus Fig. 1 gegeneinander und mit einem gerade einfallenden Strahlenpaar und einer vergrößerten Detaiidarstellung Y,

Fig. 2.1 die Detaildarstellung Y mit einem schräg von links einfallenden Strahlenpaar,

Fig. 2.2 die Detaildarstellung Y mit einem schräg von rechts einfallenden Strahlenpaar,

Fig. 3.1 eine Darstellung der Verteilung der Lichtintensität einer fokussierenden Lichtquelle,

Fig. 3.2 eine Darstellung der Ablenkung eines Lichtkegels mittels verstellbarem Lampenvorsatz nach Fig. 1 ,

Fig. 4 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Lampenvorsatzes mit drei Scheiben sowie eine vergrößerte Detaiidarstellung X, ohne Verschiebung

Fig. 5 den Aufbau des Lampenvorsatzes nach Fig. 4, mit Verschiebung

Fig. 6.1 eine Darstellung der ersten Scheibe des Lampenvorsatzes bei einer eindimensionalen Ausführung,

Fig. 6.2 eine Darstellung der Scheibe aus Fig. 6.1 bei einer zweidimensionalen Ausführung. Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle oder Lampe 1, die vorzugsweise aus mehreren LED 2 besteht und in einem Wandaufbau integriert ist. Unterhalb der Lichtquelle 1 ist eine Vorrichtung 10 als Lampenvorsatz angebracht, der in einer ersten Ausgestaltung aus zwei Glasscheiben 3 bzw. 4 besteht. Die Scheibe 3, die der Lichtquelle 1 zugewandt ist, hat konvexe Ausformungen 5 auf der Unterseite. Diese bündeln das Licht wie kleine Sammellinsen mit der Brennweite f-,. Die zweite darunter liegende Scheibe 4 hat konkave Ausformungen 6 auf der Oberseite. Sie wirken wie Zerstreuungslinsen mit der kürzeren, virtuellen Brennweite f ₂ . Der Abstand a zwischen den Scheiben 3, 4 wird so gewählt, dass der Brennpunkt der Sammellinsen und der virtuelle Brennpunkt der Zerstreuungslinsen in einem Punkt zusammenfallen. In Fig. 1.1 ist der Durchgang von Strahlen dargestellt, die genau senkrecht aus der Lichtquelle 1 austreten. Fig. 1.2 zeigt ein Strahlenpaar, das unter einem geringen Winkel aus der Lichtquelle 1 tritt. Der Einfallswinkel auf die Scheibe 3 und der Austrittswinkel ß aus der Scheibe 4 sind in beiden Fällen nahezu gleich groß.

In Fig. 2 ist aufgezeigt, welchen Einfiuss eine horizontale Verschiebung der Scheibe 4 um den Betrag Z auf den Durchgang der senkrechten Strahlen hat, sie durch die Verschiebung mit einem Austrittswinkel ß < 90° heraustreten. Fig. 2.1 zeigt ein Strahlenpaar, dass bereits unter einem Winkel α < 90° auf das System (die Scheiben) bzw. die Vorrichtung 10 trifft. In diesem Fall wird die Neigung der Strahlen noch verstärkt, wobei der Austrittswinkel ß kleiner als der Einfallswinkel α ist.

Die typische Verteilung der Lichtintensität einer gerichteten Lichtquelle 1 zeigt Fig. 3.1 schematisch, während Fig. 3.2 zeigt, welche Wirkung die in Fig. 2 bis 2.2 beschriebenen Ablenkungen in Summe auf diesen Lichtkegel haben. Die Größe der Verschiebung beider Scheiben 3, 4 zueinander ist vom Grad der Miniaturisierung der Scheiben 3, 4 abhängig. Sie sollte aber weniger als 1 mm betragen. Zur Verstellung kann ein kleiner, per Hand betätigter Drehknopf dienen, der über eine kleine Gewindestange eine minimale Verschiebung bewirkt (nicht näher dargestellt). Systembedingte Streuverluste begrenzen zwar in den beschriebenen Ausführungen die Wirkung. Abhängig vom Fokus der Lichtquelle bzw. Lampe 1 kann der Lichtkegel aber so bereits bis ca. 10° abgelenkt werden.

Deutlich größere Ablenkungen werden mit einer Vorrichtung 20 aus wenigstens drei Scheiben erzielt. Nach Fig. 4 umfasst die Vorrichtung 20 drei Scheiben 3, 21 , 22. Diese Vorrichtung 20 besteht wiederum aus der Scheibe 3, die der Lichtquelle 1 zugewandt ist und mit ihren konvexen Ausformungen 5 das Licht entsprechend der Brennweite ^ im Brennpunkt sammelt. Die Scheibe 22 ist analog der Scheibe 3 aufgebaut, hat jedoch eine kürzere Brennweite f ₃ . Die Scheibe 22 ist in einem Abstand angeordnet, so dass die Brennpunkte beider Scheiben 3, 22 zusammenfallen. Zwischen den beiden Scheiben 3, 22 ist eine dritte Scheibe 21 angeordnet, die konvexe Ausformungen 23 auf der Oberseite besitzt. Wenn die optischen Achsen aller Scheiben 3, 21 , 22 aufeinander liegen, hebt die Scheibe 22 die Veränderung des Strahlenganges durch die Scheibe 3 auf. Die Scheibe 21 wirkt nahezu neutral und hat keinen Ein- fluss.

Wird die Scheibe 21 um Zi aus der optischen Achse geschoben, ändert sie den Strahlendurchgang, ähnlich einem Prisma, um einen bestimmten Winkel. Der Abstand des Brennpunktes bleibt nahezu erhalten, dieser verschiebt sich nur horizontal. Die Scheibe 22 wird in einem bestimmten Verhältnis stärker als die Scheibe 21 um den Betrag Z ₂ verschoben, um die seitlichen Verschiebungen auszugleichen. Der Durchgang gerade einfallender Strahlen ist in Fig. 5 dargestellt. Die Wirkung auf die seitlich einfallenden Lichtstrahlen ist analog der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit zwei Scheiben.

Mit einem Lampenvorsatz 20 mit drei Scheiben 3, 21 , 22 kann eine Gesamtwinkelverschiebung der Lichtstrahlen von ca. 60° realisiert werden.

Die beschriebene Kontur kann eindimensional für Verstellungen in eine Richtung realisiert werden. Fig. 6.1 zeigt beispielshaft die Scheibe 3 für die eindimensionale Ausführung. Der Lampenvorsatz 10 kann aber auch zweidimensional für Verstellungen in zwei Richtungen ausgeführt sein. Fig. 6.2 zeigt die Scheibe 3 für die zweidimensionale Ausführung.

Die Verwendung bzw. Einbindung der Vorrichtung ist nicht auf das vorbeschriebene Ausfüh- rungsbeispiei begrenzt. Es bieten sich vielerlei Anwendungsmöglichkeiten an. So kann die Vorrichtung auch an einem Scheinwerfer eines Fahrzeuges, wie Kraftfahrzeuges oder Luftfahrzeuges, an einem großen Scheinwerfer, z.B. auf einem Schiff, oder anderen Anwendungen zum Ausleuchten eines Platzes, wie beispielsweise eines Sportplatzes, eines Flughafens, an einer Straßenlaterne etc. eingebunden werden. Das Prinzip der erfinderischen Grundidee ist auf viele Anwendungen anwendbar.