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Scheinwerfer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für Strassenfahrzeuge, mit einer
Lichtquelle, einem über die Lichtquelle hinaus vorgewölbten, einen Teil des von der Lichtquelle ausge- henden Lichtstromes bündelnden, vor dem Reflektor angeordneten, sich in Richtung des Strahlenbündels erstreckenden, diffus streuenden oder undurchsichtigen Schichten sowie einem zwischen der Lichtquelle und den genannten Schichten angeordneten Linsensystem.
Derartige Scheinwerfer finden weit verbreitete Anwendung für verschiedene Beleuchtungszwecke, insbesondere aber für Strassenfahrzeuge, wobei neben der Schwierigkeit einer guten Bündelung des Lich- tes dem Problem der Blendung eine erhebliche Bedeutung zukommt. Damit keine Blendung auftritt, muss dafür gesorgt werden, dass keine Stellen des Scheinwerfers mit nennenswerter Leuchtdichte von einem
Punkt ausserhalb des Strahlenbündels sichtbar sind.
In erster Linie kommt natürlich die Lichtquelle selbst - in den meisten Fällen eine Glühlampe oder ein Lichtbogen - als Blendursache in Frage. Es ist schon lange üblich, die Lichtquelle gegen den Strahlenaustritt des Reflektors hin mit einer Kappe oder einem nach innen gerichteten Hohlspiegel abzudekken. Bei Verwendung eines Spiegels von beliebiger Form werden zwar die abgeschirmten Lichtstrahlen auf den Reflektor gerichtet, jedoch in einem andern Winkel als die von der Lichtquelle direkt ausgehenden Strahlen, so dass die Bündelung des Gesamtlichtstromes unvollkommen ist. Nur bei Verwendung eines zur Lichtquelle konzentrischen Kugelspiegels bleibt die Bundelung erhalten ; im Falle einer Glühlampe als Lichtquelle ergibt sich aber dadurch eine erhebliche thermische Überbelastung des Wendels, da der abgeschirmte Teillichtstrom sich wieder in diesem Punkt konzentriert.
Bekanntlich sind gekrümmte Blechspiegel, wie der erwähnte Hohlspiegel, aber auch der eigentliche Scheinwerfer-Reflektor selbst nur schwer mit der nötigen Genauigkeit herstellbar. Sobald aber der Reflektor von der geforderten geometrischen Form abweicht oder Mängel in der Politur aufweist, was beides oft der Fall ist und sich häufig erst im Betrieb einstellt, tritt auch dieser als Blendursache in Erscheinung, indem er Streustrahlen aussendet, deren Richtung von derjenigen des gewünschten Strahlenbündels abweicht.
Zur Verhinderung des direkten Einblickes sowohl auf die Lichtquelle als auch auf den allenfalls fehlerhaften Reflektor wurde vorgeschlagen, im Strahlenaustritt des Reflektors eine Art"Raster"anzubringen, d. h. diffus streuende oder undurchsichtige Schichten, welche sich in Richtung des Strahlenbündels erstrecken und somit nur solche Lichtstrahlen ungehindert durchtreten lassen, welche dem Strahlenbündel angehören.
Im Falle undurchsichtiger Schichten müssen diese auch matt sein, so dass praktisch der gesamte vom Reflektor nicht erfasste Lichtstrom absorbiert wird und für die Nutzanwendung verloren ist. Es wurden deshalb auch bereits Versuche mit Schichten unternommen, die den erwähnten Teillichtstrom nicht absorbieren, sondern ihn im wesentlichen diffus streuen.
Dadurch wird natürlich einerseits die gewünschte Bündelung des Lichtstromes wieder verschlechert.
Anderseits wird zwar der direkt von der Lichtquelle konzentriert ausgehende Teillichtstrom auf die Fläche des Rasters im Strahlenaustritt des Reflektors verteilt, welcher Raster gewissermassen als sekundäre Lichtquelle von verminderter Leuchtdichte wirkt. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Leuchtdichte in den meisten Fällen immer noch so gross ist, dass eine erhebliche Blendung auftritt.
Es sind auch Scheinwerfer bekannt, die ausser dem erwähnten, vor dem Strahlenaustritt angeordneten
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Raster ein Linsensystem aufweisen, welches sich zwischen der Lichtquelle und dem Raster befindet. Dieses Linsensystem liegt ausserhalb des Reflektors und dient dazu, die vom Reflektor beeinflussten Strahlen in die Richtung der Schichten des Rasters umzulenken. Dies bedeutet aber, dass es nicht zugleich die von der Lichtquelle direkt nach vorn austretenden Strahlen - die ja eine andere Richtung aufweisen-parallel zu den Schichten umzulenken vermag. Dieser nicht unerhebliche Teil des Gesamtlichtstromes wird vielmehr irgendwie absorbiert oder gestreut und ist deshalb für die Nutzung verloren.
Ziel der Erfindung ist nun ein blendfreier Scheinwerfer mit vorzüglicher Lichtausbeute, bei dem im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen ausser den vom Reflektor zurückgeworfenen Strahlen auch der von der Lichtquelle direkt ausgehende Teillichtstrom in die Richtung der Schichten umgelenkt wird, wodurch praktisch der gesamte erzeugte Lichtstrom für die Beleuchtung nutzbar wird.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dann, wenn sich das Linsensystem nahe der Lichtquelle im Innern des vom Reflektor begrenzten Hohlraumes befindet und im Durchmesser höchstens bis zu der sich zwischen der Lichtquelle und dem Reflektorrand erstreckenden Kegelfläche reicht, so dass es im wesentlichen nur die von der Lichtquelle. direkt eintreffenden Strahlen zwecks Umlenkung in die Richtung der diffus streuenden oder undurchsichtigen Schichten erfasst und die vom Reflektor umgelenkten Strahlen unbeeinflusst lässt.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Scheinwerfers führt zu relativ kleinen und leichten, der Lichtquelle direkt vorgelagerten Linsen. Bei Verwendung einer Glühlampe als Lichtquelle ergibt sich daraus die Möglichkeit, das Linsensystem zwecks Zentrierung auf dem Glühlampenkolben abzustützen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dar-
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1einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Teil dieses Scheinwerfers in Vorderansicht, wobei der Verlauf der Schichten veranschaulicht ist, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Scheinwerfer gemäss einer zweiten Ausführungsform, Fig. 4 einen Teil dieses Scheinwerfers in Vorderansicht und Fig. 5 im Grundriss eine besondere Anwendung der erfindungsgemässen Scheinwerfer an einem Strassenfahrzeug.
Der Scheinwerfer nach den Fig. 1 und 2 weist einen parabolischen Reflektor 1 mit der Achse a-a auf, in dessen Brennpunkt sich das Wendel 2 der als Lichtquelle vorgesehenen Glühlampe befindet. Sämtliche vom Wendel in einem bestimmten Winkelbereich zur Achse a-a austretenden Lichtstrahlen 15 treffen auf den Reflektor 1, werden von diesem umgelenkt und verlassen den Strahlenaustritt des Reflektors parallel zur Achse a-a. Andere Lichtstrahlen jedoch, welche mit der Achse a-a nach vorn einen kleineren Winkel einschliessen, werden vom Reflektor nicht mehr erfasst. Dieser Teillichtstrom würde ohne besondere Massnahmen den Strahlenaustritt des Reflektors mit einer bestimmten Neigung zur Achse a-a und zu den erwähnten parallel gerichteten Strahlen 15 verlassen und wäre deshalb die Ursache von Blendung in Punkten ausserhalb des Strahlenbündels.
Im Strahlenaustritt des Reflektors ist nun eine Art Raster angeordnet, bestehend aus einer Anzahl kreisrunder, konzentrischer Rohrabschnitte 3 aus durchsichtigem Material, deren Berührungsflächen durch diffus streuende oder undurchsichtige Schichten 4 gebildet sind, welche sich in Richtung des Strahlenbündels, also parallel zu den Strahlen 15 und der Achse a-a, erstrecken.
Diese Schichten lassen somit nur solche Lichtstrahlen ungehindert austreten, welche dem Strahlenbündel angehören. Sie verhindern die direkte Sicht von Stellen ausserhalb des Bündels auf die Lichtquelle und insbesondere auch auf den Reflektor l, welcher von der genauen Parabelform abweichen und somit ebenfalls eine Quelle der Blendung sein könnte.
Der erwähnte, vom Reflektor 1 nicht erfasste Teillichtstrom würde nun ohne besondere Massnahmen schief auf die Schichten 4 auftreffen und dort im Falle undurchsichtiger, matter Schichten absorbiert oder im Falle von diffus streuenden Schichten gestreut, wobei er zwar nicht vollständig verloren ginge, aber die Richtwirkung des Scheinwerfers verschlechtern und ebenfalls Blendung hervorrufen würde. Zur Vermeidung dieser nachteiligen Wirkungen ist nun zwischen der Lichtquelle und den Schichten 4 ein Linsensystem, bestehend aus den Linsen 6 und 7, angeordnet, welches die von ihm erfassten, vom Wendel 2 ausgehenden Strahlen ebenfalls in die Richtung der Schichten 4 umlenkt, so dass sie als dem Bündel angehörende Strahlen 16 ebenfalls ungehindert zwischen den Schichten 4 durchtreten können.
Der Durchmesser des Linsensystem kann so bemessen sein, dass er den gesamten vom Reflektor 1 nicht erfassten Lichtstrom erfasst und parallel richtet. Es kann aber in der Praxis genügen, kleinere Linsen zu wählen, so dass eine Randzone in einem Winkelbereich zwischen dem Rand des Reflektors und demjenigen der inneren Linse 7 unberücksichtigt bleibt.
Die Linsen 6 und 7 sind in einer Fassung 9 gehalten, von welcher Streben 10 und federnde Zungen 11 sowie Stützen 8 ausgehen. Die Enden der Stützen 8 liegen an der Innenseite des Reflektors 1 an und bewirken eine Zentrierung der Linsenachse auf die Achse a-a des Scheinwerfers. Die Streben 10 stützen sich
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auf dem Kolben der Glühlampe ab und sorgen damit für die Einhaltung der richtigen Distanz der Linsen zum Wendel 2. Die federnden Zungen halten das ganze Linsensystem fest, indem sie den Lampenkolben hintergreifen. Das Linsensystem mit dieser Haltekonstruktion lässt sich zum Auswechseln der Glühlampe leicht entfernen und nimmt nach Wiederaufsetzen automatisch wieder die richtige Lage ein.
Da die Haltekonstruktion keiner nennenswerten mechanischen Belastung ausgesetzt ist, kann diese sehr leicht ausgeführt sein, so dass die durch sie bedingten Lichtverluste praktisch nicht ins Gewicht fal- len.
Für den Raster mit den parallelen Schichten 4 kann irgendeine bekannte geeignete Konstruktion ge- wählt werden. Es können sowohl absorbierende als auch diffus streuende und allenfalls gefärbte Schichten vorgesehen sein. Der Zwischenraum zwischen den Schichten braucht natürlich nicht, wie dargestellt, aus- gefüllt zu sein.
Auch die Ausführung der Umlenkmittel für den vom Reflektor nicht erfassten Teillichtstrom, hier in
Form des Linsensystems 6,7 dargestellt, lässt sich nach den geometrischen und konstruktiven Gegebenhei- ten in weiten Grenzen variieren.
In jedem Fall werden diese Umlenkmittel das schiefe Auftreffen des genannten Teillichtstromes auf den Schichten 4 verhindern und eine Konzentration des Lichtstromes des Scheinwerferkegels in der Um- gebung seiner Achse je nach der Grösse des von den Umlenkmitteln erfassten Teillichtstromes bewir- ken.
Für gewisse Anwendungen lässt sich dieses zuletzt erwähnte, von den Umlenkmitteln erzeugte Strah- lenbündel gegenüber der Scheinwerferachse verschwenken, indem die optische Achse der Umlenkmittel gegenüber der Scheinwerferachse schwenkbar ausgeführt wird. Ein Scheinwerfer, welcher diese Möglich- keiten bietet, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Währenddem wieder ein Teil der vom Wendel 2 ausge- henden Lichtstrahlen vom Reflektor l umgelenkt wird und als Strahlen 28 austreten, werden andere Strah- len von der Linse 23 erfasst und als ebenfalls dem Scheinwerferkegel angehörende Strahlen 29 parallel- gerichtet.
Die Tragkonstruktion für die Linse 23 besteht aus den im Reflektor 1 drehbar gelagerten Stäben 26 und 27, den Muffenstücken 25 und den Winkelstücken 24. Durch Schwenken des Stabes 27 um die Achse b-b wird die optische Achse der Linse 23 gegenüber der Scheinwerferachse a-a in einem bestimmten Bereiche verschwenkt. Die Winkelstücke 24 sind in den Muffenstücken 25 steckbar befestigt, um das leichte Auswechseln der Glühlampe zu ermöglichen.
Im Strahlenaustritt des Reflektors ist wieder ein Raster mit parallelen, streuenden oder undurchsichtigen Schichten 21 angeordnet, welche durch die Grenzflächen der aneinander geschichteten Teile 20 aus durchsichtigem Material gebildet sind. Die Schichten 21 sind hier eben und verlaufen horizontal, so dass sie die Sicht auf den Reflektor und die Glühlampe von Stellen auf gleicher Höhe wie die Achse a-a, aber seitlich von dieser, nicht behindern, sondern in zunehmendem Masse erst von Stellen oberhalb oder unterhalb dieser Achse. Die Schwenkachse b-b der Linse 23 verläuft senkrecht zu den Schichten 21, so dass die Strahlen 29 in jeder Schwenkstellung parallel zu diesen Schichten verlaufen, also den Scheinwerfer ungehindert verlassen können.
Der beschriebene Scheinwerfer weist insbesondere bei Anwendung für die Beleuchtung von Strassenfahrzeugen erhebliche Vorteile auf. Es hat sich erwiesen, dass dank seiner Blendfreiheit auch bei sich kreuzenden Fahrzeugen keine Abblendung erforderlich ist. Besonders vorteilhaft ist eine solche Einstellung des Fahrzeugscheinwerfers, dass die beiden Scheinwerferkegel einander kreuzen, so dass der rechte Scheinwerfer auf die linke Fahrbahnhälfte und der linke Scheinwerfer auf die rechte Fahrbahnhälfte gerichtet ist, wie dies aus Fig\ 5 hervorgeht. In dieser Figur ist das Fahrzeug mit 50, der rechte Strassenrand mit 51 und die linke Begrenzung der rechten Fahrbahn (Strassenmitte) mit 52 bezeichnet.
Der vom rechten Scheinwerfer R ausgehende Kegel r und der vom linken Scheinwerfer L ausgehende Kegel 1 kreuzen sich und beleuchten die linke bzw. rechte Fahrbahnhälfte auf einer Fläche 53 bzw. 54 über eine Lange A, die sich über einen Bremsweg für mittlere Fahrgeschwindigkeiten erstreckt. Durch diese Einstellung der Scheinwerferkegel entsteht vor deren Kreuzungsstelle zwischen den beleuchteten Fahrbahnflächen ein toter Winkel, in welchem dank der vollkommenen Bündelung des Lichtes andere Strassenbenützer nicht geblendet werden können. Bei Ausschlägen des Fahrzeuges bzw. der Scheinwerferkegel in der Höhe, die durch Bodenwellen hervorgerufen werden, gelangen die beleuchteten Flächen 53 und 54 rasch in grösserer Entfernung über die Fahrbahn hinaus, wo sie entgegenkommende Fahrzeuge ebenfalls nicht blenden können.
Bei breiten Strassen (Autobahn) kann dabei allerdings die Fläche 53 des rechten Scheinwerfers R für längere Zeit in die benachbarte Fahrbahn gelangen, so dass hier die Möglichkeit einer Umschaltung des rechten Scheinwerfers auf ein Kontrollicht oder der Verminderung der Scheinwer-
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ferhelligkeit bzw. des Lampenstromes durch einen Vorschaltwiderstand angezeigt ist. Dabei bleibt jedoch die wichtige Beleuchtung der rechten Fahrbahnhälfte und deren Rand durch den linken Scheinwerfer L (Fläche 54) voll erhalten.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 5 lassen sich auch Scheinwerfer mit schwenkbaren Umlenkmitteln gemäss Fig. 3 mit besonderem Vorteil für eine verbesserte Kurvenausleuchtung anwenden.
Die Verschwenkung kann so eingestellt werden, dass der von der Linse 23 erfasste Teillichtstrom bei einer Linkskurve vom linken Scheinwerfer L nach links etwa auf die Fläche 53 und bei einer Rechtskurve vom rechten Scheinwerfer R nach rechts etwa auf die Fläche 54 gerichtet wird. Dadurch wird jeweils die Helligkeit der kurvenäusseren, über die Fahrbahn hinausragenden, also unwichtigeren Fläche herabgesetzt und die Helligkeit der kurveninneren, auf der Fahrbahn verbleibenden Fläche erhöht. Das Verschwenken der Umlenkmittel bzw. der Linse 23 kann selbsttätig erfolgen, z. B. durch elektromagnetische Betätigung des Stabes 27, gesteuert durch Kontaktbetätigung bei einem gewissen Ausschlag des Lenkrades nach links oder rechts.
Es kann auch erwünscht sein, die Breite des Scheinwerferkegels bzw. der beleuchteten Flächen 53 und 54 in Fig. 5 zu vergrösseren, ohne jedoch gleichzeitig die Höhe des Kegels bzw. die Länge der Flächen 53 und 54 zu verändern. Dies ist beim beschriebenen Scheinwerfer, im Gegensatz zu bekannten Scheinwerfern mit mangelhafter Bündelung des Lichtstromes, besonders leicht mit an sich bekannten optischen Mitteln, beispielsweise einer vorgeschalteten Zylinderlinse, zu verwirklichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Scheinwerfer, inbesondere für Strassenfahrzeuge, mit einer Lichtquelle, einem über die Lichtquelle hinaus vorgewölbten, einen Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstromes bündelnden Reflektor, vor dem Reflektor angeordneten, sich in Richtung des Strahlenbündels erstreckenden, diffus streuenden oder undurchsichtigen Schichten sowie einem zwischen der Lichtquelle und den genannten Schichten angeordneten Linsensystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsensystem (6, 7 ;
23) sich nahe der Lichtquelle (2) im Innern des vom Reflektor (1) begrenzten Hohlraumes befindet und im Durchmesser höchstens bis zu der sich zwischen der Lichtquelle und dem Reflektorrand erstreckenden Kegelfläche reicht, so dass es im wesentlichen nur die von der Lichtquelle direkt eintreffenden Strahlen (16 ; 29) zwecks Umlenkung in die Richtung der Schichten (4 ; 21) erfasst und die vom Reflektor umgelenkten Strahlen (15 ; 28) unbeeinflusst lässt.