Die Erfindung bezieht sich auf einen Reflektorstrahler zur Erzeugung eines gerichteten Lichtstrahls mit einem kombinierten Reflektor aus zumindest einem elliptischen Hohlspiegel in Form eines Rotationsellipsoidenabschnitts, einem weiteren Hohlspiegel sowie einer Apertur und mit einer Lichtquelle in einem Brennpunkt des Rotationsellipsoidenabschnitts.

Derartige Reflektorstrahler weisen eine besonders hohe Lichtausbeute beziehungsweise geringe Verluste durch Streuung auf. Alle Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle ausgehen und den elliptischen Hohlspiegel in Form eines Rotationsellipsoidenabschnitts treffen, werden in den zweiten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden reflektiert und von dort dem weiteren Hohlspiegel zugeleitet. Dieser reflektiert das Licht in einem geformten Strahl durch die Apertur hinaus. Derartige Anordnungen können für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen einen hohe Lichtausbeute bei vorgegebenen Abstrahlwinkeln von Vorteil ist.

Aus der FR 2 718 825 A1 ist eine Reflektorleuchte bekannt, die aus einem nicht geschlossenen System von zwei Spiegeln besteht, die einen bestimmten Lichtanteil in eine Glasfaser hinein bündelt. Die Anordnung der kleinen Teilspiegel lassen einen variablen Austrittswinkel aus der Leuchte zu, folgt aber nicht dem Prinzip, die Brennpunkte von elliptischen und weiteren Hohlspiegeln mit der Apertur in Übereinstimmung zu bringen und ist daher nicht zuerst auf hohe Ausbeute ausgelegt. Die Leuchte weist nur eine einzige Lampe auf und stellt eine weitgehend punkförmige Lichtquelle dar. Aus der US 2005/0036314 A1 ist ein Projektor bekannt, dessen Beleuchtungseinrichtung eine Reflektorleuchte mit symmetrisch angeordneten Spiegeln ist. Der elliptische Hohlspiegel sitzt hinter der Lampe, der weitere Hohlspiegel ist eine Kugelhalbschale mit kleinem Durchmesser, der unmittelbar an der kugelförmigen Lampe anliegt. Hier wird eine höhere Ausbeute angestrebt, indem der Mittelpunkt der Lampe im ersten Brennpunkt der Ellipse liegt. Die Anordnung lässt außerdem keine Strahlen zu, die direkt außerhalb der beiden Spiegel fallen. Allerdings wird ein nicht unbedeutender Lichtanteil durch die beide Spiegel durchdringende Lampenfassung absorbiert. Auch hier weist die Leuchte nur eine einzelne Lampe auf. Aus der JP 11064795 ist eine Reflektorleuchte bekannt, bei der die Lichtquelle punktförmig im ersten Brennpunkt des elliptischen Hohlspiegels sitzt und durch einen weiteren, spärischen Hohlspiegel abgeschlossen wird, der eine sehr große Apertur aufweist, an die sofort eine optische Linse anschließt. Lichtverluste treten auch hier nur durch die Lampenfassung auf, die durch den elliptischen Hohlspiegel dringt, aber auch Abstrahlung in direkter Richtung auf den zweiten Brennpunkt verhindert. Bei dieser Anordnung wird das Licht vor dem Erreichen des zweiten Brennpunkts durch die vorgesetzte Linse gestreut und ein Bündel paralleler Strahlen erzeugt. Aus der US 2003/0016539 A1 sind Reflektoren bekannt, die aus Vollkörpern mit zwei unterschiedlich geformten und zumindest teilweise verspiegelten Oberflächen bestehen. Durch die Form der Oberflächen kann eine optimierte Strahllenkung bei gleichzeitig kompakter Bauweise des Reflektors erzielt werden. Im Brennpunkt kann entweder ein Empfänger für eingehende Strahlung oder eine Quelle für ausgehende Strahlung angeordnet sein. Die Reflektoren sind für Strahler mit ausschließlich einer zentralen Lichtquelle oder umgekehrt für Empfänger mit ausschließlich einem Brennpunkt vorgesehen. Weiterhin ist ein Reflektorstrahler aus EP1557605 bekannt.

Die GB 173,243, von der die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht, offenbart in Figur 3 einen Autoscheinwerfer, der aus zwei einander gegenüberliegenden Spiegeln besteht, wobei die Anordnung aus elliptischem und weiterem, sphärischem Hohlspiegel mit dem Mittelpunkt der Kugelschale und der Lampe im ersten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden einen Lichtverlust weitgehend verhindert. Lediglich die hier nicht weiter angedeutete Lampenfassung sorgt für einen Verlust. Die Apertur ist derart ausgeformt, dass ein für Autoscheinwerfer besonders vorteilhafter Lichtkegel erzeugt wird, der eine Blendung entgegenkommender Fahrer verhindern soll. Die Reflektorleuchte besteht aus einem kombinierten Reflektor aus einem elliptischen Hohlspiegel in Form eines Rotationsellipsoidenabschnitts, der zu der Verbindungslinie zwischen den Brennpunkten des Rotationsellipsoiden als Rotationsachse symmetrisch ist, einem weiteren Hohlspiegel in Form eines Kugelschalenabschnitts mit einem Radius, der dem Abstandsmaß zwischen den Brennpunkten des Rotationsellipsoiden entspricht, und einer zentralen Apertur, wobei der weitere Hohlspiegel in Bezug auf den elliptischen Hohlspiegel derart angeordnet ist, dass der Ursprung des Radius der Kugelschale mit dem ersten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden und der Mittelpunkt der zentralen Apertur mit dem zweiten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden zusammenfällt, und mit einer Lichtquelle im ersten Brennpunkt des Rotationsellipsoiden.

Die bekannten Reflektorstrahler sind aus rotationsymmetrischen Anordnungen gebildet und weisen jeweils nur eine singuläre Lichtquelle auf. Diese Bauweise setzt je nach Anwendungsfall eine helle, leistungsstarke Lampe voraus. Für die Ausbildung einer Lichtquelle als einer Anordnung aus mehreren lichtschwächeren Lampen bietet diese Bauweise keine Ansätze.

Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Reflektorstrahlers, der zur Erzeugung eines starken, parallel gerichteten Lichtstrahls für den Einsatz von mehreren lichtschwächeren Lampen ausgebildet ist. Der Reflektorstrahler soll darüber hinaus einfach und preiswert herstellbar sein. Die erfindungsgemäße Lösung für diese Aufgabe ist dem Hauptanspruch zu entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Reflektorstrahlers sind in den Unteransprüchen aufgezeigt und werden im Folgenden im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert.

Bei dem erfindungsgemäßen Reflektorstrahler ist der Rotationsellipsoidenabschnitt aus einem sowohl in der durch die beiden Brennpunkte verlaufenden Längsschnittebene als auch durch eine senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Brennpunkte angeordnete Querschnittebene zwischen seinem Mittelpunkt und einem seiner Brennpunkte geschnittenen Rotationsellipsoiden gebildet. Der weitere Hohlspiegel ist aus einem beliebigen, zumindest einen Brennpunkt aufweisenden, in einer Schnittebene durch den Brennpunkt geschnittenen Hohlkörper gebildet. Die Längsschnittebene des Rotationsellipsoidenabschnitts und die Schnittebene des weiteren Hohlspiegels sind in einer gemeinsamen Grundebene angeordnet, die konkaven Spiegelflächen sind einander entgegengesetzt angeordnet und der außerhalb des Rotationsellipsoidenabschnitts liegende Brennpunkt und der Brennpunkt des weiteren Hohlspiegels fallen zusammen. Die Lichtquelle ist im innerhalb des Rotationsellipsoidenabschnitts liegenden Brennpunkt und die Apertur senkrecht über dem weiteren Hohlspiegel angeordnet. Alle Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle im innerhalb des elliptischen Spiegels in Form des Rotationsellipsoidenabschnitts liegenden Brennpunkt ausgehend auf die Fläche des elliptischen Spiegels treffen, werden auf den außerhalb des Rotationsellipsoidenabschnitts liegenden Brennpunkt reflektiert und von da weiter auf den weiteren Hohlspiegel geleitet. Hier werden die Lichtstrahlen derart abgelenkt, dass sie ein geformtes Bündel bilden, das durch die im Strahlengang hinter dem weiteren Hohlspiegel angeordnete Apertur den Reflektorstrahler senkrecht zur Grundebene verlässt. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Reflektorstrahlers nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle in dem innerhalb liegenden Brennpunkt des Rotationsellipsoidenabschnitts eine Leuchtdiode ist. Leuchtdioden haben eine höhere Lichtausbeute als Glühlampen, sie werden weniger heiß und haben eine entscheidend längere Lebensdauer.

Die ebene und nicht rotationssymmetrische Anordnung der beiden Teilspiegel gestattet es, dass bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Reflektorstrahlers nach der Erfindung der kombinierte Reflektor zwei bis n Rotationsellipsoidenabschnitte aufweisen kann, die um den weiteren Hohlspiegel herum verteilt derart in der gemeinsamen Grundebene angeordnet sind, dass die außerhalb der Rotationsellipsoidenabschnitte liegenden Brennpunkte mit dem Brennpunkt des weiteren Hohlspiegels zusammenfallen. Durch eine derartige sternförmige Anordnung von Lichtquellen, die alle nach dem selben Prinzip ihre Lichtstrahlen in einem gemeinsamen Bündel über dem weiteren Hohlspiegel zusammenführen, wird ein Reflektorstrahler realisiert, der aufgabengemäß zur Erzeugung eines starken, gerichteten Lichtstrahls für den Einsatz von mehreren lichtschwächeren Lampen ausgebildet ist. Die Leuchtdichte der LED's ist deutlich geringer als die von Glühlampen und so begründet sich unter anderem die Aufgabenstellung zum Einsatz von mehreren lichtschwächeren Lampen in einem gemeinsamen Reflektorstrahler.

Aus der Literatur sind Reflektorstrahler mit LED's als Lichtquelle bekannt. So wird in der DE 20 2006 004 481 U1 eine Beleuchtungseinrichtung vorgestellt, die einen LED-Scheinwerfer aus einen Array von einzeln mit Linsen fokussierten LED's an einem Mast nach oben abstrahlend aufweist. Oberhalb des LED-Scheinwerfers ist eine Anzahl planer und teilweise beweglicher Spiegel angeordnet, die das Licht auf ein in Größe und Position bestimmbares Bodenareal reflektieren. Diese Beleuchtungseinrichtung ist zur scharfen parallelen Strahlbündelung ungeeignet und kann als Straßenbeleuchtung eingesetzt werden. Sie benötigt für ihren Einsatzzweck keine weiter bündelnden Spiegel und Streuungen werden in Kauf genommen. Aus der DE 20 2004 009 121 U1 ist ein Scheinwerfer bekannt, der eine Mehrzahl einzeln gefasster LED's aufweist, deren Licht durch Parabolspiegel und speziell ausgerichtete Streuscheiben gelenkt wird. Auch diese Anordnung ist zur scharfen parallelen Strahlbündelung ungeeignet und kommt für Fahrzeugscheinwerfer zum Einsatz.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Reflektorstrahlers nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der weitere Hohlspiegel linear ausgezogen ist und der kombinierte Reflektor zwei bis n Rotationsellipsoidenabschnitte aufweist, die um den ausgezogenen weiteren Hohlspiegel herum verteilt derart in der gemeinsamen Grundebene angeordnet sind, dass die außerhalb der Rotationsellipsoidenabschnitte liegenden Brennpunkte mit der linearen Brennlinie des ausgezogenen weiteren Hohlspiegels zusammenfallen. Durch die Verteilung der außerhalb liegenden Brennpunkte der Rotationsellipsoidenabschnitte auf die Brennlinie wird ein in der Breite ausgedehnter geformter Lichtstrahl erzielt. Darüber hinaus ist es möglich, durch Variation der Abmessungen der Rotationsellipsoidenabschnitte und ihrer nach Größe sortierten Anordnung um den weiteren Hohlspiegel herum, Lichtstrahlen unterschiedlicher Ausdehnung und Leuchtdichteverteilung zu erhalten. Wenn daher nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Reflektorstrahlers nach der Erfindung vorgesehen ist, dass der weitere Hohlspiegel in seinem Durchmesser und seiner äußeren Form und sein Brennpunkt oder zumindest ein Punkt seiner Brennlinie um die Grundebene herum justierbar ist, kann eine noch weiter gehende Justierung des Lichtstrahls in Form, Richtungs- und Leuchdichteverteilung für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke erzielt werden. Durch Verlagerung des Brennpunktes des weiteren Hohlspiegels aus der gemeinsamen Grundebene heraus kann zusätzlich zur Projektion ins unendliche ein konvergierender oder divergierender Lichtstrahl erzeugt werden. Dabei kann nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen des Reflektorstrahlers nach der Erfindung vorgesehen sein, dass die Justierung durch Handstellvorrichtungen oder durch motorische Stellvorrichtungen mit oder ohne Fernbedienung erfolgt.

Außerdem kann nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen des Reflektorstrahlers nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Reflektorstrahler zumindest zweiteilig ausgeführt ist, wobei in einem Oberteil die Rotationsellipsoidenabschnitte und die Apertur und in einem Unterteil der weitere Hohlspiegel und die Lampenfassungen angeordnet sind und dass Ober- und Unterteil fest miteinander verbunden sind, wobei sowohl die Trennfuge zwischen Ober- und Unterteil als auch die Apertur, die eine transparente Abdeckung aufweist, nach außen abgedichtet sind. Die Trennung ist für die Herstellung des kombinierten Reflektors einerseits und für einen Lampentausch im Betrieb andererseits von Bedeutung. Für einen Einsatz unter Wasser ist eine Abdichtung der Trennfuge zwischen dem Ober- und Unterteil z.B. durch einen O-Ring oder eine dauerflexible Dichtmasse und der Apertur mittels eines im Oberteil dicht und gegebenenfalls druckfest eingesetzten Sichtfensters vorgesehen. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Lichtquellen Licht gleicher oder unterschiedlicher Spektralbereiche abstrahlen. Mit einer solchen Ausführungsform kann durch Lichtmischung in der Entfernung die Lichtfarbe eingestellt werden. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Lichtquellen Halogenlampen oder Leuchstofflampen sind und dass die transparente Abdeckung der Apertur UV-Strahlung und/oder Infrarotstrahlung zurückhält. Jede Lichtquelle, für die in den Reflektor passende Größen zu bekommen sind, ist einsetzbar. Die transparente Abdeckung als Sichtfenster kann aus jedem transparenten Material bestehen, das eben oder gewölbt und gegebenenfalls druckfest auslegbar ist. Schließlich kann nach weiteren vorteilhaften Weiterbildungen des Reflektorstrahlers nach der Erfindung noch vorgesehen sein, dass die Hohlräume des elliptischen Spiegels und des weiteren Hohlspiegels transparent ausgegossen oder aus Vollmaterial sind und dass die Begrenzungsflächen bis auf die Durchtrittsflächen für die Lichtquellen und die Apertur verspiegelt sind.

Ausbildungsformen des Reflektorstrahlers nach der Erfindung werden nachfolgend zum weiteren Verständnis der Erfindung anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

Figur 1

einen Reflektorstrahler mit zwei elliptischen Hohlspiegeln im Querschnitt,

Figur 2

ein Oberteil eines Reflektorstrahlers mit zwei elliptischen Hohlspiegeln in Sicht von unten,

Figur 3

ein Oberteil eines Reflektorstrahlers mit vier elliptischen Hohlspiegeln in Sicht von unten,

Figur 4

ein Oberteil eines Reflektorstrahlers mit zwei elliptischen Hohlspiegeln und einer ausgezogenen Apertur in Sicht von unten und

Figur 5

ein Oberteil eines Reflektorstrahlers mit zehn elliptischen Hohlspiegeln und einer ausgezogenen Apertur in Sicht von unten.

Figur 1 zeigt einen Reflektorstrahler RS aus einem Oberteil RO mit zwei elliptischen Hohlspiegeln EH als Rotationsellipsoidenabschnitte RE und einer runden Apertur RA und einem Unterteil RU mit einem weiteren Hohlspiegel WH und den Lichtquellen LQ in den voneinander abgewandten Brennpunkten BA der elliptischen Hohlspiegel EH. Die einander zugewandten Brennpunkte BZ und der Brennpunkt BP des weiteren Hohlspiegels WH, die Schnittebenen SE der elliptischen Hohlspiegel EH und die Schnittebene SW des weiteren Hohlspiegels WH fallen in der gemeinsamen Grundebene GG zusammen. Die Öffnungen OE der elliptischen Hohlspiegel und die Öffnung OW des weiteren Hohlspiegels WH sind einander entgegengerichtet. Die runde Apertur RA ist zentral über dem weiteren Hohlspiegel WH angeordnet. Die Lichtquellen LQ in den voneinander abgewandten Brennpunkten BA senden Lichtstrahlen LS aus, deren Hauptanteil LH den elliptischen Hohlspiegel EH im zugehörigen Rotationsellipsoidenabschnitt RE treffen, von dort durch die einander zugewandten Brennpunkte BZ in den weiteren Hohlspiegel WH reflektiert werden und diesen anschließend alle als paralleles Bündel PB durch die runde Apertur RA verlassen. Der Restanteil LR der die Lichtquellen LQ verlassenden Lichtstrahlen LS wird innerhalb des Reflektorstrahler RS absorbiert oder tritt als Streustrahlung SS durch die runde Apertur RA aus dem Reflektorstrahler RS aus. Oberteil RO und Unterteil RU des Reflektorstrahler RS sind an der gemeinsamen Grundebene GG durch Verbindungselemente VE, hier als Schraubverbindungen SR durch Strich-Punkt-Linien angedeutet, fest miteinander verbunden und durch ein Dichtelement DE, hier als O-Ring-Dichtung OR angedeutet, gegen beispielsweise unter Druck anstehendes Wasser abgedichtet. An der runden Apertur RA ist der Reflektorstrahler RS durch eine transparente Abdeckung TA geschlossen, die ebenfalls gegen beispielsweise unter Druck anstehendes Wasser mittels eines Dichtelements DE, hier auch als O-Ring-Dichtung OA dargestellt, abgedichtet und durch einen mittels Verbindungselementen VE, hier als Schraubverbindungen SA durch Strich-Punkt-Linien angedeutet, fixierten Druckring DR im Oberteil RO gehalten wird. Die zum Betrieb des Reflektorstrahlers RS notwendige Energiequelle, beispielsweise als elektrische Zuleitung oder als Batteriefach ist hier nicht dargestellt.

Figur 2 zeigt ein Oberteil RO eines Reflektorstrahlers RS mit zwei elliptischen Hohlspiegeln EH in Sicht von unten. Die Darstellung entspricht der Schnittansicht entlang der Ebene A-B in Fig.1. Beide elliptischen Hohlspiegel EH als Rotationsellipsoidenabschnitte RE und die in ihrem Zentrum angeordnete runde Apertur RA sind sichtbar. Die Lage der Lichtquellen LQ im Unterteil RU sind gestrichelt angedeutet, ebenso die Lage des in diesem Ausführungsbeispiel gewählten Dichtungselements DE als O-Ring-Dichtung OR sowie die Aufnahmebohrungen für die Verbindungselemente VE als Schraubverbindungen SR.

Figur 3 zeigt ein Oberteil RO eines Reflektorstrahlers RS als ein Ausführungsbeispiel mit vier elliptischen Hohlspiegeln EH in Sicht von unten. Fehlende Bezugszeichen siehe Fig.2.

Figur 4 zeigt ein Oberteil RO eines Reflektorstrahlers RS als ein Ausführungsbeispiel mit zwei elliptischen Hohlspiegein EH und einer ausgezogenen Apertur AA in Sicht von unten. Fehlende Bezugszeichen siehe Fig.2.

Figur 5 zeigt ein Oberteil RO eines Reflektorstrahlers RS als ein Ausführungsbeispiel mit zehn elliptischen Hohlspiegeln EH und einer ausgezogenen Apertur AA in Sicht von unten. Fehlende Bezugszeichen siehe Fig.2.

AA

ausgezogenen Apertur

BA

voneinander abgewandte Brennpunkte

BP

Brennpunkt

BZ

einander zugewandte Brennpunkte

DE

Dichtelement

DR

Druckring

EH

elliptischer Hohlspiegel

GG

gemeinsame Grundebene

LH

Hauptanteil der Lichtstrahlen

LQ

Lichtquelle

LR

Restanteil der Lichtstrahlen

LS

Lichtstrahlen

OA

O-Ring-Dichtung Apertur

OE

Öffnungen der elliptischen Hohlspiegel

OR

O-Ring-Dichtung Ober-/Unterteil

OW

Öffnung des weiteren Hohlspiegels

PB

paralleles Bündel

RA

runde Apertur

RE

Rotationsellipsoidenabschnitt

RO

Oberteil

RS

Reflektorstrahler

RU

Unterteil

SA

Schraubverbindungen

SE

Schnittebenen der elliptischen Hohlspiegel

SR

Schraubverbindungen Ober-/Unterteil

SS

Streustrahlung

SW

Schnittebene des weiteren Hohlspiegels

TA

transparente Abdeckung

VE

Verbindungselemente

WH

weiterer Hohlspiegel