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Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühlampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer, die einen zylindrischen oder kugelförmigen Kolben, eine Abblendlichtwendel und eine Fernlichtwendel besitzt, wobei die Abblendlichtwendel mit einer wannenförmigen Abdeckkappe versehen ist, welche ein Abblendlichtbündel mit einer scharfen waagrechten Hell-Dunkelgrenze mit einer in der Mitte dieses Lichtbündels liegenden vertikalen Stufe ergibt.
Bekanntlich ist für die Fahrzeuge in Europa die Benutzung von zwei Beleuchtungsarten, d. h. einab- blendlicht bei der Begegnung von Fahrzeugen und ein Fernlicht, vorgeschrieben.
An die für Fahrzeuge benutzten Scheinwerfer wird einerseits die grundlegende Anforderung gestellt, die Fahrbahn entsprechend zu beleuchten, dass der Fahrer die in einer den Bremsweg überschreitenden Entfernung liegenden Hindernisse rechtzeitig wahrnimmt, anderseits bei Begegnungen mit andern Fahrzeugen deren Fahrer nicht zu blenden. Bekanntlich wird diese doppelte Anforderung zur Zeit in der Weise erreicht, dass man in den Scheinwerfern der Fahrzeuge Lampen benutzt, bei denen durch Umschalten sowohl Fernlicht als auch Abblendlicht verwirklicht werden kann. Die Benutzung des asymmetrischen Abblendlichtes ist fast in ganz Europa verbindlich, die diesbezüglichen Anforderungen wurden durch den Europäischen Wirtschaftsausschuss der UNO in der Vorschrift 1 und 2 der Anlage 1 des mehrseitigen internationalen Abkommens vom 20. März 1958 festgelegt.
Mit dem Anstieg der Geschwindigkeit der Fahrzeuge erhöhten sich auch die an ihre Beleuchtungseinrichtungen gestellten Anforderungen. In dieser Weise traten die Halogenlampen immer mehr in den Vordergrund.
Im Falle der Halogenscheinwerfer veränderte sich der Charakter der Lichtverteilung nicht, sondern nur die Intensität des projizierten Lichtes erhöhte sich in einem gegebenen Winkelbereich, was in der Praxis so viel bedeutet, dass die Oberfläche der Fahrbahn stärker beleuchtet wird.
Als man Halogenlampen in Fahrzeugscheinwerfern zu verwenden begann, wurde vorgeschlagen, auch mit Zweifach-Halogenlampen Versuche anzustellen (siehe : Electrical Review, Vol. 189, No. 8 p. 290, [1966]).
Bei dieser Lösung gewährleistete eine entsprechende Ausbildung der auf die Aussenwand des Lampenkolbens aufgetragenen lichtundurchlässigen Schicht die Abgrenzung in der gewünschten Form, wobei jedoch die lichtabsorbierende Schicht die Stärke des projizierten Lichtes in starkem Masse verminderte.
Auch bei den Halogenlampen wurde das Prinzip der bekannten früheren Zweifaden-Lampe verwirklicht, d. h. zur Bildung der Hell-Dunkelgrenze wurde eine innere Abdeckkappe vorgesehen (ungarische Patentschrift Reg. Nr. 155 665).
Mit diesen Ausführungen konnte das gleiche Ergebnis erreicht werden wie mit den in der deutschen
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wendel), d. h. bei Abblendlicht wird auf der Fahrtrichtung entsprechenden Seite ein Licht mit einem um 150 grösseren Ausstrahlwinkel projiziert.
Die Verteilung des ausgestrahlten Lichtes kann günstiger gemacht werden, wenn das Prismensystem der Scheinwerferstreuscheibe so ausgebildet wird, dass das Licht aus dem hellen Bereich unter der 150-gen Hell-Dunkelgrenze des europäischen Normalabblendlichtes auf die Fahrbahn gerichtet wird, wodurch die Beleuchtung des in der Fahrtrichtung liegenden Randes der Fahrbahn erhöht werden kann. Die Ausbildung des Prismensystems der Scheinwerfer wird z. B. durch die deutschen Patentschriften Nr. 1071621, Nr. 1081394, Nr. 1093304 und Nr. 1113 672 behandelt. Die in diesen Patenten beschriebenen Lösungen ergeben zweifellos bessere Beleuchtungsverhältnisse dadurch, dass sie den der Fahrtrichtung entsprechenden Rand der Fahrbahn besser beleuchten.
Die aufgezählten und bekannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass bei Benutzung des Abblendlichtes der 15 -ige Lichtstrahl (Lichtfinger) die der Fahrtrichtung des Fahrzeuges entsprechende Fahrbahnseite nur an ihrem Rand genügend weit beleuchtet und in der Achsenlinie des Fahrzeuges praktisch keine bzw. eine ausserordentlich kurze, höchstens 75 m erreichende Sichtweite vorhanden ist, was bei Gegenverkehr eine starke Verminderung der Geschwindigkeit und eine erhöhte Aufmerksamkeit von den Fahrern fordert.
Die Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu vermindern, und besteht im wesentlichen darin, dass sich bei einer für Kraftfahrzeugscheinwerfer bestimmten Glühlampe der eingangs erwähnten Art die Abblendlichtwendel in Richtung der Achse des den Reflektor bildenden Paraboloids erstreckt und diese Achse von unten berührt und dass der die stufenförmige Hell-Dunkelgrenze ergebende seitliche Rand der Abdeckkappe auf einem die Abblendlichtwendel umgebenden gedachten Zylindermantel mit zur Achse des Paraboloids paralleler, insbesondere koaxialer, Achse liegt und nach der Hüllkurve der durch die Funktion
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bestimmten Kurvenschar ausgebildet ist, wobei l der Abstand des Messschirmes vom Scheinwerfer in m, p der Radius der abschirmenden Zylinderfläche in mm, f die Brennweite des Scheinwerfers (Paraboloids) in mm,
a der Abstand des Punktes A vom Brennpunkt F in mm, vo die Stufenhöhe auf dem Messschirm in mm und x die laufende Koordinate auf dem abgewickelten Mantel der abschirmenden Zylinderfläche sind und der
Abstand a des Punktes A vom Brennpunkt 2, 7 bis 8, 2 mm und die Stufenhöhe vo 250 bis 2000 mm betragen.
Durch diese Ausbildung wird die Hell-Dunkelgrenze des Abblendlichtbündels zu beiden Seiten der Mitte waagrecht in der Weise eingestellt, dass die waagrechte Hell-Dunkelgrenze auf der der Fahrtrichtung ent- sprechenden Seite im Vergleich zu der auf der der Fahrtrichtung entgegengesetzten Seite verlaufenden waag- rechten Hell-Dunkelgrenze in vertikaler Richtung nach oben verschoben ist.
Da die auf der der Fahrtrichtung entgegengesetzten Seite vorgesehene waagrechte Hell-Dunkelgrenze unverändert bleibt, blendet ein so verteiltes Licht den Fahrer des im Gegenverkehr kommenden Fahrzeuges nicht, wobei durch Verbreiterung der Lichtbündel auf der der Fahrtrichtung entsprechenden Seite der Fahrbahn (bzw. der auf den Messschirm projizierten Lichtverteilung) eine grössere Fläche, d. h. nicht nur der Rand der Fahrbahn, gut beleuchtet wird, u. zw. dadurch, dass die 15 -ige Hell-Dunkelgrenze, d. h. die Abgrenzung, beseitigt wurde. In erster Linie wird die Intensität des die höheren Teile der am Rande der Fahrbahn stehenden Objekte beleuchtenden Strahlenbündels zu Gunsten der Beleuchtung der Fahrbahnoberfläche vermindert.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnungen verwiesen, worin Fig. 1 die angestrebte Ausbildung der Hell-Dunkelgrenze, Fig. 2 zum Vergleich zwei verschiedene Lichtverteilungsdiagramme und Fig. 3 den weit vor dem Fahrzeug beleuchteten Flächenteil der Fahrbahn für verschiedene Ausbildungen des Überganges zwischen den Stufen bei einem Abblendlicht mit stufenförmiger Hell-Dunkelgrenze zeigt. Fig. 4 zeigt die strahlenoptischen Verhältnisse bei einem Scheinwerfer und in Fig. 5 und 6 sind Einzelheiten der geometrisehen Anordnung und Ausbildung der Abblendlichtwendel mit Abdeckkappe bzw. die Kontur eines seitlichen Randes der Abdeckkappe dargestellt. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen zwei Ausführungsformen des Abblendlichtsystems von erfindungsgemässen Zweiwendel-Scheinwerferlampen.
Untersuchungen zeigten, dass eine Lichtgestaltung mit gegenseitig um Vo parallel verschobener HellDunkelgrenze gemäss Fig. 1 die günstigste Lichtverteilung auf der Fahrbahnoberfläche ergibt. Es wurden Untersuchungen und Messungen in der Richtung unternommen, in welcher Weise sich die räumliche Vertei- lung des ausgestrahlten Lichtes verändert, wenn an Stelle der 150-gen Hell-Dunkelgrenze bzw. Begrenzung eine Lichtverteilung mit stufenförmiger Begrenzung vorliegt.
Die Ergebnisse werden durch die Lichtverteilungsdiagramme in Fig. 2 veranschaulicht. In der Figur sind die Verteilungen des europäischen Normallichtes und des eine stufenförmige Hell-Dunkelgrenze aufweisenden Lichtes nebeneinander gestellt. Es ist zu ersehen, dass gemäss der verbreiterten Isolux-Kurve der abgestuften Lichtverteilung entlang der Fahrbahn eine grössere Fläche beleuchtet wird als bei normaler Lichtverteilung. Die hier gezeigten Isolux-Diagramme sind eigentlich der Querschnitt der räumlichen Lichtverteilung der Scheinwerfer in einer zur Fahrbahn senkrechten Ebene.
Weiterhin wurde die Abhängigkeit der beleuchteten Fläche der Fahrbahn von dem Winkel ss (siehe Fig. 3) überprüft, den der den rechts-und linksseitigen Teil der stufenförmigen Hell-Dunkelgrenze verbindende gerade Abschnitt mit der Waagrechten einschliesst. Die Berechnungen wurden für eine Hell-Dunkelgrenze mit
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grenze die Oberfläche der Fahrbahn in einem Abstand von 75 m schneidet. Da die Scheinwerfer bis zu einem Abstand von 75 m die ganze Oberfläche der Fahrbahn auch im Falle eines Zwischenabschnittes mit beliebigem Neigungswinkel beleuchtet, genügte es, nur die weiter liegende beleuchtete Oberfläche zu untersuchen bzw. als die Funktion des Neigungswinkels des Zwischenabschnittes zu berechnen.
Bei der Untersuchung bzw. bei den damit verbundenen Berechnungen musste man davon ausgehen, dass der Scheinwerfer des Fahrzeuges in einem Abstand von 75 cm über der Fahrbahn steht, die Breite der Fahrbahn 6 m beträgt und die vertikale Projektion des Scheinwerfers auf die Fahrbahn in einem Abstand von 1, 5 m von dem rechtsseitigen Fahrbahnrand liegt. Diese Annahme entspricht übrigens genau den perspektivischen Abmessungen des europäischen Normalmessschirmes.
Unter Berücksichtigung dieses Umstandes verändert sich die Grösse der weiter als 75 m beleuchteten Fahrbahnfläche gemäss der Funktion
T = 112, 5 tg ss (m2), wobei T die Fläche der weiter als 75 m beleuchteten Fahrbahnfläche ist, und ss den Winkel bedeutet, den die den rechts- und linksseitigen Endpunkt des stufenförmigen Abschnittes verbindende Gerade mit der waagrechten Richtung bildet.
Die Verwirklichung eines links- und rechtsseitig horizontal abgeschnittenen-d. h. begrenzten-und gegenseitig in der vertikalen Richtung versetzten sogenannten stufenförmigen Lichtes mit einem ausserhalb oder
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innerhalb der Lampe angeordneten Abblendsystem ist bisher nicht bekannt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Automobilscheinwerferlampe, die, in einen mit rotationsförmigem Reflektor versehenen Scheinwerfer eingebaut, ein stufenförmiges projiziertes Licht liefert, dadurch, dass der zur Wendel parallele Rand der die Abblendwendel einer herkömmlichen zweiwendeligen Automobilscheinwerferlampe umgebenden Abdeckkappe, der die 150-ige Hell-Dunkelgrenze ergibt, nicht mit einem geraden, sondern einem der gewünschten Lichtverteilung entsprechenden krummen Profil ausgebildet ist.
Die Form des Randes der Abdeckkappe zwecks Bildung der stufenförmigen Lichtverteilung kann nach einer aus der geometrischen Optik abgeleiteten mathematischen Formel bestimmt werden.
In Fig. 4 ist die zum Verständnis der mathematischen Formel erforderliche Zeichnung zu sehen. Die in dem Paraboloid angeordnete ausgedehnte Lichtquelle wird als aus zahlreichen punktförmigen Lichtquellen bestehend angesehen. Die Berechnungen werden demgemäss zuerst für einen Punkt vorgenommen und nachher auf die hinsichtlich des Problems in Betracht kommende Punktmenge ausgedehnt. Es erscheint zweckmässig, den Strahlengang einer in einem beliebigen Punkt A auf der Reflektorachse-t-t-- angenommenen punktartigen Lichtquelle zu berechnen. Der Punkt A liegt in einem Abstand a vom Brennpunkt F. Vom Punkt A laufen in jeder Richtung des Raumes Lichtstrahlen aus.
Es wird der Strahl betrachtet, der am rotationsparaboloidförmigen Spiegel (Reflektor) im Punkt P zurückgeworfen wird, wobei dieser reflektierte Lichtstrahl den Messschirm in einem Punkt Q trifft. Es sollen nur die an der Hell-Dunkelgrenze liegenden Strahlen betrachtet werden und es wird angenommen, dass der Punkt Q ein Punkt der Hell-Dunkelgrenze ist. Der Spiegelpunkt (Reflektorpunkt) P wird mit dem durch den aus dem Brennpunkt des Paraboloids ausgehenden Radiusvektor und die Paraboloidachse eingeschlossenen Winkel cl und durch die von der durch den Punkt P gehenden, die Rotationsachse enthaltende Ebene mit dem Horizont eingeschlossenen Neigungswinkel T gekennzeichnet.
Die untenstehende Formel bestimmt, welcher Winkelbereich durch den aus dem Brennpunkt ausgehen-
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f1 = Abstand zwischen dem Scheinwerfer und dem Messschirm f = Brennweite des Scheinwerfers v = Stufenhöhe der stufenförmigen Hell-Dunkelgrenze der Lichtverteilung (vgl. auch Fig. 1) a = Abstand des auf der Scheinwerferachse liegenden leuchtenden Punktes A vom Brennpunkt F.
In der Praxis erfolgt die Abschirmung der Wendel mit einer inneren Abdeckkappe und deshalb ist es zweckmässig, die mathematische Formel so umzuformen, dass diese die Schnittkurve des Winkelbereiches e ( So) und des mit der Paraboloidachse koaxialen Zylindermantels angibt.
In Fig. 5 bezeichnet F den Brennpunkt des Scheinwerfers. Das Paraboloid selbst wurde nicht eingezeichnet, sondern nur die die Rotationsachse von unten berührende Wendel und der Zylindermantel, der dieselbe umgibt. Der besseren Verständlichkeit halber wurde auch die mit ihren Rändern auf die ausgeschnittene Kurve passende Abdeckkappe aufgezeichnet. Es wird angenommen, dass der aus dem leuchtenden Punkt A ausgehende Strahl nach Durchdringen des angenommenen imaginären Zylinders und Reflexion auf dem Paraboloid den Messschirm in einem Punkt der Hell-Dunkelgrenze schneidet.
Der Schnittpunkt B des Strahles mit dem Zylindermantel wird mit den Koordinaten x und y charaktersiert. Man stelle sich nun vor, dass der in Fig. 5 dargestellte Zylindermantel mit einer zu seiner Achse senkrechten Ebene in einem Abstand FA vom Brennpunkt abgeschnitten, entlang der in der durchdieRotationsachse und die Gerade h-h verlaufenden waagrechten Ebene liegenden Linie e-e aufgeschnitten und dann abgewickelt wird. Auf dieser ebenen abgewickelten Fläche bilden die zueinander senkrechten Ränder mit dem Eckpunkt 0 ein rechteckiges Koordinatensystem. Die Koordinaten x und y werden in diesem Koordinatensystem bestimmt.
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wobei p der Radius des Zylindermantels ist.
In der Formel (1) benutzte Buchstaben VQ, f, l, a sind mit in der Formel (2) verwendeten Buchstaben identisch.
Die hier angegebene Funktion ist, wie ersichtlich, eine Arcus-Sinus-Funktion. Da der Absolutwert der
Sinus-Funktion max. 1 sein kann, folgt daraus, dass das Argument der Arcus-Sinus-FunktionnureinenWert zwischen -1 und +1 annehmen kann. Bei Untersuchung der einzelnen Faktoren kann festgestellt werden, dass in der Praxis auch unter Berücksichtigung der internationalen Vorschriften die y (x)-Funktion nur für den
Bereich a = von 2, 7 mm bis 8, mm und vo = von 250 mm bis 2000 mm ausgelegt werden kann. Dieses Beispiel zeigt, dass die Höhe der parallelen Verschiebung der stufenförmigen
Hell-Dunkelgrenze innerhalb weiter Grenzen verändert werden kann.
Die y (x)-Funktion gibt die Randkontur der zur Ausbildung des oberen versetzten Teiles der Lichtverteilung mit stufenförmiger Hell-Dunkelgrenze der Höhe Vo erforderlichen, mit der Paraboloidachse koaxialen, auf der Zylinderfläche mit dem Radius p aufsitzenden Abdeckkappe nur für einen leuchtenden Punkt A an. Der unterhalb des durch diese Kappenkontur begrenzten Winkelbereiches liegende Raumteil ist durch ein lichtundurchlässiges Material abzuschirmen, d. h., die Wendel ist von einer Abdeckkappe umhüllt.
Der gegenüberstehende Rand der Abdeckkappe, der den Unterteil der Hell-Dunkelgrenze der stufenförmig begrenzten Lichtverteilung waagrecht gestaltet, liegt in der Schnittlinie e-e der durch die Rotationsachse und die Gerade h-h gehenden waagrechten Ebene und des Zylinders mit dem Radius p, d. i. die zur Achse parallele und dem Kappenrand y (x) gegenüberliegende Gerade auf der Abdeckkappe. Dieser Kappenrand unterscheidet sich von der Ausbildung des herkömmlichen Kappenrandes in keiner Weise, da in der Gestaltung der Hell-Dunkelgrenze der der Fahrtrichtung entgegengesetzten Seite keine Änderung vorgenommen wurde.
Bei einer bestimmten grossen Wendel kann zu jedem Punkt derselben eine durch die Funktion y (x) beschreibbare Kappenkontur zugeordnet werden. Wird die Wendel so angeordnet, dass der auf die Wendel von aussen aufziehbare imaginäre Zylinder (Einhüllungszylinder) die Paraboloid-Rotationsachse von unten berührt, so liegen die den sämtlichen leuchtenden Punkten unter der Achse entsprechenden Kurven y (x) unterhalb der den die Rotationsachse berührenden Wendelpunkten entsprechenden Kurve y (x). Dies bedeutet, dass es genügt, bei der Berechnung der resultierenden Kappenkontur nur die die Rotationsachse berührenden Wendepunkte zu berücksichtigen, da deren Abschirmungsbereich auch den Abschirmungsbereich sämtlicher anderer Wendelpunkte enthält.
Die zu den auf der Paraboloid-Rotationsachse liegenden, der Länge und der Lage der Wendel entsprechenden Berührungspunkten gehörenden y (x)-Funktionen ergeben eine Kurvenschar. Die resultierende Kappenkontur ergibt sich durch die Hüllkurve der Kurvenschar y (x). Der andere Rand der Kappe ist für jeden die Achse berührenden Wendelpunkt eine durch den Zylindermantel mit dem Radius p und die durch die Paraboloid-Rotationsachse laufende waagrechte Ebene ausgeschnittene Gerade.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der zur Gestaltung der oberen versetzten Hell-Dunkelgrenze einer Lichtverteilung mit 50 cm hoher stufenförmiger Abgrenzung auf einem 25 m entfernt gelegenen Schirm geeigneten (sich aus den Hüllkurven ergebenden) Kappenkontur für einen Einhüllzylinder mit einem Radius p = 5 mm (dieser Einhüllzylinder bedeutet den Abstand des Kappenrandes von der Achse) und für einen Paraboloid-Reflektor mit der Brennweite f = 27 mm.
Da hinsichtlich der Abschirmung nur die Randkonturen des Abschirmungssystems bestimmend sind, gehören zu ein und derselben Abschirmung viele unterschiedliche Abdeckkappenformen.
Die Erzielung des bei den herkömmlichen Lampen verwirklichten 1650-gen dunklen Bereiches in der Weise, dassdie Abblendlichtwendel in einem Winkelbereich von 1650 abgeschirmt wird, ist eine auf der Hand liegende Lösung. Im Gegensatz dazu ist die stufenförmige Abgrenzung bzw. Abschneidung weitaus nicht so einfach und auf der Hand liegend, da der abzublendende dunkle Bereich keine Kreissektorform aufweist.
Eine derart anschauliche Methode der Gestaltung der Abdeckkappe kann in diesem Falle nicht verwirklicht werden und deshalb wird die Anwendung eines weniger anschaulichen mathematischen Formalismus erforderlich. Dieser Formalismus kann, wie leicht nachzuweisen ist, auch für das herkömmliche Abschirmsystem angewendet werden. Die Berechnung des 1650-gen sektorförmigen dunklen Bereiches ist ein Spezialfall der allgemein abgeleiteten Formel.
Zwei mögliche Varianten der Gestaltung der Abdeckkappe zeigen die Fig. 7 und 8. Bei beiden Ausführungen wurde die vorhandene Abdeckkappe der asymmetrischen Zweiwendel-Lampe verändert.
Gemäss der in Fig. 7 dargestellten Ausführung wurde auf der mit-3-- bezeichneten Aufbiegung der
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Abdeckkappe --4-- der mit --5-- bezeichnete Rand entsprechend der Kurve nach Funktion (2) ausgebil- det.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung wurde die mit --3-- bezeichnete Fläche der Abdeckkappe ebenfalls auf eine der Funktion (2) entsprechende Form gebogen. Bei beiden Ausführungen berührt die in den Fig. 7 und 8 mit --1-- bezeichnete Wendel die durch die Rotationsachse --t-t-- des Paraboloid-Reflektors laufende horizontale Ebene entlang der Rotationsachse --t-t--.
Der mit --2-- bezeichnete Rand der Abdeckkappe liegt bei allen Kappen in der horizontalen Ebene als eine Grundforderung für Duolox-Lampen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Glühlampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Reflektor in Form eines Paraboloids, die einen zylindrischen oder kugelförmigen Kolben, eine Abblendlichtwendel und eine Fernlichtwendel besitzt, wobei die Abblendlichtwendel mit einer wannenförmigen Abdeckkappe versehen ist, welche einAbblendlichtbündel mit einer scharfen waagrechten Hell-Dunkelgrenze mit einer in der Mitte dieses Lichtbündels liegenden vertikalen Stufe ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abblendlichtwendel (1) in Richtung der Achse (t-t) des den Reflektor bildenden Paraboloids erstreckt und diese Achse von unten berührt und dass der die stufenförmige Hell-Dunkelgrenze ergebende seitliche Rand (3, 5) der Abdeckkappe (4) auf einem die Abblendlichtwendel (1) umgebenden gedachten Zylindermantel mit zur Achse (t-t)
des Paraboloids
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der Radius der abschirmenden Zylinderfläche in mm, f die Brennweite des Scheinwerfers (Paraboloids) in mm, a der Abstand des Punktes A vom Brennpunkt F in mm, Vo die Stufenhöhe auf dem Messschirm in mm und x die laufende Koordinate auf dem abgewickelten Mantel der abschirmenden Zylinderfläche sind und der Abstand a des Punktes A vom Brennpunkt 2, 7 bis 8, 2 mm und die Stufenhöhe VQ 250 bis 2000 mm betragen.