DE10021725A1 - Facettierter Reflektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen facettierten Reflektor, der eine Mehrzahl von Einzelreflektoren (4) enthält, die in einen Träger (1) eingebettet sind. Eine Hauptfläche (2) des Trägers stellt die Lichteintrittsseite dar, eine andere Hauptfläche (3) die Lichtaustrittsseite. DOLLAR A Die Einzelreflektoren (4) können als Hohlräume (6) in dem Träger (1) ausgebildet sein, die vorzugsweise prismatische Form besitzen. Die zu reflektierende Strahlung wird an einem Teil der Hohlraumgrenzflächen (7) totalreflektiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen facettierten Reflektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Facettierte Reflektoren sind beispielsweise aus US 4 351 019 bekannt. Darin ist ein Reflektor für eine lineare Abtast­ lichtquelle gezeigt, der auf seiner Oberfläche in verschiede­ ne Einzelreflektoren in Form von streifenartigen Facetten ge­ teilt ist. Die einzelnen Facetten dienen dazu, die lineare Lichtquelle auf verschiedene Bereiche einer abzutastenden Fläche abzubilden. Solche Reflektoren werden beispielweise in Fotokopiergeräten eingesetzt.

Andererseits können facettierte Reflektoren auch zu Beleuch­ tungszwecken, zum Beispiel im Straßenverkehr oder an Gebäuden verwendet werden. Hier besitzen facettierte Reflektoren der genannten Art den Nachteil, daß die Reflektorstreifen auf der Oberfläche des Reflektors ausgebildet sind. Dadurch entsteht eine stark strukturierte, mit zahlreichen Einkerbungen verse­ hene Fläche, die stark verschmutzungsanfällig und schwer zu reinigen ist. Dies ist insbesondere von Nachteil, wenn der facettierte Reflektor der freien Witterung ausgesetzt ist. Ein für diese Zwecke geeigneter Reflektor sollte an seinen Außenflächen möglichst frei von Strukturierungen sein. Weiterhin sollten solche Reflektoren kostengünstig herstell­ bar sein, da sie bei Verwendung für Markierungszwecke im Straßenverkehr in großen Stückzahlen benötigt werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen facet­ tierten Reflektor zu schaffen, dessen Außenflächen keine Re­ flexionsstrukturen aufweisen und der zugleich kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen facettierten Reflektor nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 14.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Einzelreflektoren (Facet­ ten) in einen strahlungsdurchlässigen oder strahlungsteil­ durchlässigen Träger einzubetten. Der Träger weist eine erste und eine zweite Hauptfläche auf, wobei die zu reflektierende Strahlung, im allgemeinen sichtbares Licht, durch die erste Hauptfläche (Eintrittsfläche) in den Träger eintritt, an den Einzelreflektoren reflektiert wird und den Träger durch die zweite Hauptfläche (Austrittsfläche) wieder verläßt. Da die Einzelreflektoren im Inneren des Träger angeordnet sind, kön­ nen die Ein- und Austrittsfläche des Trägers strukturlos glatt ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß eine unstrukturierte Fläche wesentlich weniger verschmutzungsanfällig ist als eine strukturierte Fläche und gegebenenfalls leichter zu reinigen ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Ein­ zelreflektoren durch Hohlräume innerhalb des Reflektors ge­ bildet. Da der Übergang vom Trägermaterial in den Hohlraum einen Übergang von einem optisch dichteren Medium in ein op­ tisch dünneres Medium darstellt, tritt an der Grenzfläche zwischen Träger und Hohlraum Totalreflexion auf, wenn der Einfallswinkel der Strahlung, bezogen auf die Grenzflächen­ normale, größer als der Totalreflexionswinkel ist. Somit wir­ ken die Hohlräume im Träger als Reflektoren, die eine ver­ lustfreie Umlenkung der Strahlung ermöglichen. Vorteilhafter­ weise werden keine zusätzlichen Elemente für die Einzelre­ flektoren benötigt.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, die Hohlräume prismenförmig auszubilden. Dabei wirken Teilbereiche der Prismenmantelfläche als streifenförmige To­ talreflektoren, so daß die Gesamtheit dieser prismatischen Einzelreflektoren vorteilhafterweise einen flächigen Reflektor darstellt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, daß die prismatischen Hohlräume bezüglich der Prismenkanten par­ allel zueinander angeordnet sind. Als Prismenkanten sind hier und im folgenden die Kanten der Prismenmantelfläche zu ver­ stehen.

Ein weiterer Vorteil bei der Ausbildung prismatischer Hohl­ räume besteht darin, daß die Herstellung solcher Hohlräume mittels eines Gußverfahrens besonders einfach ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Hohlräume als Dreikantprismen ausgebildet. Diese Ausgestal­ tung verwendet für die Hohlkörper die einfachste Prismenform und stellt damit auch eine besonders kostengünstige Ausfüh­ rungsform der Erfindung dar.

Zugleich ermöglicht diese Ausführung eine Reflexion ohne Ab­ schattung der Einzelreflektoren untereinander und zugleich möglichst große Hohlräume, so daß vorteilhafterweise Mate­ rialaufwand und Masse des facettierten Reflektors gering ge­ halten sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Hohlräume vollständig vom Trägermaterial umgeben sind und dadurch keine Verbindung zur Umgebung besteht. Dies verhin­ dert mit Vorteil das Eindringen von Feuchtigkeit und Ver­ schmutzung in die Hohlräume, die bei Ablagerung an den re­ flektierenden Grenzflächen die Totalreflexion stören und da­ mit die Effizienz des facettierten Reflektors mindern können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als Trägermaterial ein transparenter oder semitransparenter Kunststoff verwendet. Aufgrund der guten Formbarkeit von Kunststoffen können die erfindungsgemäßen Reflexionsstruktu­ ren im Inneren eines Kunststoffträgers leicht ausgebildet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch Einfär­ ben der Kunststoffe ohne besonderen Aufwand die Farbe des von dem Reflektor abgestrahlten Lichts modifiziert werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist auf der Eintrittsseite des facettierten Reflektors eine Licht­ quelle angeordnet. Bei einem so gebildeten Leuchtkörper er­ füllt der Reflektor mit Vorteil zwei Funktionen, da er das von der Lichtquelle erzeugte Licht umlenkt und zugleich die Lichtquelle in Emissionsrichtung abdeckt. Letztere Funktion wird dadurch ermöglicht, daß die Einzelreflektoren zwischen Ein- und Austrittsfläche des facettierten Reflektors angeord­ net sind. Bei Reflektoren nach dem Stand der Technik hingegen ist die Eintrittsfläche zugleich auch Austrittsfläche, so daß solche Reflektoren in Abstrahlrichtung der Lichtquelle nicht als Abdeckung verwendet werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zwei facettierte Reflektoren an zwei Kanten der jeweili­ gen Eintrittsfläche winkelartig verbunden. Der so gebildete facettierte Reflektor lenkt das eingestrahlte Licht in zwei verschiedene Richtungen um. In Verbindung mit einer Licht­ quelle ergibt sich damit ein Leuchtkörper, der mit Vorteil für eine zweiseitige Abstrahlung nur eine einzige Lichtquelle benötigt. Solche Leuchtkörper können im Straßenverkehr als Fahrbahnbegrenzung oder als Warnleuchte eingesetzt werden, wobei die beiden Abstrahlrichtungen in beide Fahrtrichtungen ausgerichtet sein können.

Weiterhin können solche Leuchtkörper als Fassadenbeleuchtung oder zur Illumination von Gebäudekanten verwendet werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vier Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen facettierten Re­ flektors,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen facettierten Re­ flektors,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines dritten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen facettierten Re­ flektors und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines vierten Aus­ führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen facettierten Re­ flektors.

Der in Fig. 1 gezeigte facettierte Reflektor besteht aus ei­ nem transparenten Träger 1 mit einer ersten Hauptfläche 2 und einer zweiten Hauptfläche 3. Die erste Hauptfläche 2 stellt dabei die Lichteintrittsseite und die zweite Hauptfläche 3 die Lichtaustrittsseite dar. Die zu reflektierenden Licht­ strahlen 5 treten auf der Eintrittsseite in den Träger 2 ein, werden an den Einzelreflektoren 4 umgelenkt und verlassen den Träger auf der Austrittsseite 3.

Der Träger selbst besteht aus einem transparenten Kunststoff, wie beispielsweise PMMA (Polymethacrylsäuremethylester)oder PC (Polycarbonat). Für den Einsatz in freier Umgebung ist es dabei günstig, UV-beständiges PMMA oder PC zu verwenden, um einer schnellen Vergilbung und Alterung des Trägermaterials vorzubeugen. Je nach Verwendung kann der Kunststoff einge­ färbt sein, beispielsweise orange für den Einsatz als Fahr­ bahnrandmarkierung. Auch eine Ausführung des Trägers aus Glas, zum Beispiel Preßglas, wäre möglich.

Als Reflektoren können einerseits Metallstreifen in den Kunststoffträger eingebettet sein. Andererseits ist es, wie im folgenden beschrieben, besonders kostengünstig, die Re­ flektoren als Hohlräume in dem Träger auszubilden. Auch eine Kombination, bespielsweise Hohlräume mit metallisierten Grenzflächen, ist möglich.

Durch die Orientierung der einzelnen Reflektoren zueinander ist es möglich, die Form des abgestrahlten Lichtbündels zu gestalten. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Reflektoren gegeneinander leicht gedreht angeordnet, so daß ein eingangsseitig divergentes Lichtbündel ausgangs­ seitig annähernd in ein Parallelbündel transformiert wird. Alternativ kann durch eine entsprechende Anordnung der Ein­ zelreflektoren der facettierte Reflektor zur Fokussierung oder Aufweitung des Lichtbündels verwendet werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einzelreflektoren durch prismatische Hohlräume 6 mit dreiec­ kiger Grundfläche in dem Träger 1 gebildet. Ein zu reflektie­ render Lichtstrahl 5 tritt in den Träger ein, wird dabei an der Eintrittsfläche 2 gebrochen und trifft auf die Basisflä­ che 7 eines prismatischen Hohlraums. Da das Trägermaterial optisch dichter ist als der mit Luft gefüllte Hohlraum, wird Licht, dessen Einfallswinkel auf die Grenzfläche Trägermate­ rial-Hohlraum größer ist als der Totalreflexionswinkel, an der Grenzfläche vollständig reflektiert. Der totalreflektier­ te Lichtstrahl trifft danach unter einem Winkel, der kleiner ist als der Totalreflexionswinkel, auf die Austrittsfläche 3, wird dort wiederum gebrochen und verläßt den Träger 1.

Anhand des Strahlenbündels 8 zeigt sich, daß der Schattenraum zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelreflektoren im Querschnitt annähernd ein Dreieck darstellt. Daher sind als Hohlräume Dreikantprismen, also Prismen mit dreieckiger Grundfläche, besonders vorteilhaft, da sie einerseits eine abschattungsfreie Reflexion gewährleisten und andererseits den Schattenraum weitgehend ausfüllen, so daß der facettierte Reflektor eine hohe Gesamtreflektivität besitzt und zugleich mit geringem Aufwand an Trägermaterial herstellbar ist. Da­ durch wird folglich auch das Gewicht des Reflektors gering gehalten.

In Fig. 3a ist eine Anordnung aus zwei facettierten Reflek­ toren gezeigt, die an einer Kante der jeweiligen Eintritts­ fläche winkelartig verbunden sind. Die Reflektoren sind je­ weils mit Einzelreflektoren in Form von Dreikantprismen 6 ausgebildet. Die Anordnung wird von einer einzigen Lichtquel­ le 8 beleuchtet. Hierfür eignet sich beispielsweise eine Leuchtdiode oder ein Leuchtdioden-Array. Für Beleuchtungs- und Signalzwecke kann eine gewisse Aufweitung des Lichtbün­ dels vorteilhaft sein, die beispielsweise durch eine Leucht­ diode mit Frontlinsenstruktur erzielt werden kann. Ebenso ist, wie bereits beschrieben, eine Formung des Lichtbündels durch eine spezielle Ausrichtung der Einzelreflektoren mög­ lich.

Durch den winkelartigen Aufbau des Reflektors wird das einge­ strahlte Licht in zwei Anteile geteilt, die in diametrale Richtungen abgestrahlt werden. Die Abstrahlcharakteristik ei­ nes solchen Reflektors in der gezeigten Schnittebene ist in Fig. 3b dargestellt. Aufgetragen ist die relative Abstrahl­ stärke als Entfernung vom Koordinatenursprung für alle Rich­ tungen in der Zeichenebene. Als Beleuchtung dient eine Licht­ quelle mit einer Strahlaufweitung von etwa 10°. Das Licht wird, wie die beiden gleichartigen Strahlungskeulen 9 und 10 zeigen, zu gleichen Anteilen in entgegengesetzte Richtungen abgestrahlt, die miteinander etwa einen Winkel von 155° ein­ schließen. Die Strahlaufweitung von 10° bleibt annähernd er­ halten.

Vorteilhafterweise bildet diese Anordnung eines facettierten Reflektors zugleich eine Abdeckung der Lichtquelle in Emis­ sionsrichtung. Für den Einsatz als selbstleuchtende Fahrbahn­ randmarkierung kann eine solche Anordnung in eine Straßen­ randmarkierungssäule eingebaut werden, wie Fig. 3c im Schnitt zeigt. Solche Markierungssäulen bestehen üblicherwei­ se aus einem rohrförmigen Hohlkörper 11 und können als Gehäu­ se für die Lichtquelle 8 verwendet werden. Abstrahlungsseitig ist in die Säule ein facettierter Reflektor 12 eingesetzt, der das von der Lichtquelle 8 erzeugte Licht in beide Fahrt­ richtungen der zu begrenzenden Fahrbahn abstrahlt. Somit ist eine vollständige Einkapselung zum Schutz der Lichtquelle 8 gewährleistet. Aufgrund der glatten, unstrukturierten Ein- und Austrittsfläche ist der Reflektor auch bei rauhen Umge­ bungsbedingungen weitgehend gegen Verschmutzung resistent.

Diese Verschmutzungsfreiheit wird weiter erhöht, wenn die Hohlräume vollständig vom Trägermaterial umgeben sind, so daß keine Fremdstoffe wie beispielsweise Spritzwasser und Feuch­ tigkeit in die Hohlräume eindringen können, die das Re­ flexionsverhalten der Einzelreflektoren verschlechtern. Da solche abgeschlossenen Hohlräume im Rahmen eines Spritzguß­ verfahrens schwer herstellbar sind, ist ein zweiteiliger Auf­ bau des facettierten Reflektors vorteilhaft.

Eine solche Anordnung ist in Abb. 4b dargestellt. Ver­ wendet werden zwei facettierte Reflektoren mit prismatischen Hohlräumen, die in Richtung der Prismenkanten auf einer Seite abgeschlossen und auf der anderen Seite offen sind. Solche Reflektoren lassen sich leicht im Spritzgußverfahren herstel­ len. Dazu wird, wie Fig. 4a zeigt, beispielsweise ein Zwei- Komponenten-Spritzgußwerkzeug 13 mit einer Mehrzahl von fin­ gerartigen Elementen 14 verwendet, die in das Gußteil hinein­ ragen und so die Hohlräume 6 im Gußteil ausbilden. Die zwei facettierten Reflektoren werden mit den offenen Enden der Hohlräume zueinander ausgerichtet und aneinandergefügt, bei­ spielsweise durch Verkleben oder Verschweißen. Der so gebil­ dete facettierte Reflektor weist somit allseitig abgeschlos­ sene Hohlräume auf und ist gleichzeitig leicht unter Verwen­ dung eines Spritzgußverfahrens zu fertigen.

Die Erläuterung der Erfindung anhand der beschriebenen Aus­ führungsbeispiele ist natürlich nicht als Beschränkung der Erfindung zu betrachten. Insbesondere können Form des Reflek­ torträgers sowie die Ausrichtung der Einzelreflektoren wei­ testgehend individuellen Gestaltungswünschen angepaßt werden.

Claims (14)

1. Facettierter Reflektor mit einer Mehrzahl von Einzelre­ flektoren (4) und einem Träger (1), der eine erste Hauptflä­ che (2) und eine zweite Hauptfläche (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelreflektoren (4) in den Träger (1) eingebettet sind und die erste Hauptfläche (2) die Eintrittsfläche und die zweite Hauptfläche (3) die Austrittsfläche für die zu reflek­ tierende Strahlung (5) bildet.

2. Facettierter Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelreflektoren (4) durch Hohlräume (6) im Träger (1) gebildet sind und die zu reflektierende Strahlung (5) an ei­ nem Teil der Grenzflächen (7) dieser Hohlräume (6) totalre­ flektiert wird.

3. Facettierter Reflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (6) als Prismen ausgebildet sind.

4. Facettierter Reflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der einzelnen prismatischen Hohlräume (6) parallel zueinander sind.

5. Facettierter Reflektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismengrundflächen dreieckig sind.

6. Facettierter Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Einzelreflektoren (4), an denen die Strahlung reflektiert wird, parallel zueinander sind.

7. Facettierter Reflektor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (6) vollständig von dem Träger (1) umschlossen sind.

8. Facettierter Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material für den Träger (1) ein transparenter oder semi­ transparenter Kunststoff verwendet wird.

9. Anordnung mit einem facettierten Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eintrittsseite des facettierten Reflektors eine Lichtquelle (8) angeordnet ist.

10. Anordnung zweier facettierter Reflektoren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Hauptflächen (2) der beiden facettierten Reflektoren entlang einer Kante gewinkelt verbunden sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenbereich des von den beiden facettierten Reflektoren gebildeten Winkels eine Lichtquelle (8) angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (8) eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden verwendet wird.

13. Verwendung einer Anordnung nach einem der Anprüche 9, 11 oder 12 als selbstleuchtende Straßenmarkierung oder Fahrbahn­ randmarkierung.

14. Verwendung einer Anordnung nach einem der Anprüche 9, 11 oder 12 als Fassadenbeleuchtung oder zur Beleuchtung von Ge­ bäudekanten.