DE10110132A1

DE10110132A1 - Automobil-Scheinwerfer

Info

Publication number: DE10110132A1
Application number: DE10110132A
Authority: DE
Inventors: German Gresser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2003-01-16

Description

Die heute gebräuchlichen Automobil-Scheinwerfer für Abblendlicht und Nebellicht können im Wesentlichen in zwei konstruktive Hauptkategorien eingeteilt werden. Nämlich Reflexionssysteme und Projektionssysteme.
Die Projektionsscheinwerfer sind besonders gut geeignet für Hochleistungslichtquellen (Xenon), da sie sich durch eine exaktere Lichtbündelformung auszeichnen mit geringerer Streustrahlung oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze, korrekte Einstellung vorausgesetzt.
Bei beiden Systemen ist die Lichtquelle vom Aufbau her prinzipiell identisch. Sowohl bei Halogen- als auch Xenon-Lampen wird fertigungstechnisch eine möglichst punktförmige Abstrahlcharakteristik angestrebt.
Die Reflektoren sind dabei konstruktiv auf diese im theoretischen Optimum punktförmigen Lichtemissionsquellen ausgelegt. Das heißt, die Lichtquelle befindet sich soweit möglich im Brennpunkt des meist rotations-ellipsoiden bzw Freiflächen- Reflektors.
In jedem Fall ist also das grundsätzliche Konstruktionsprinzip derart, daß dabei ein definierter, singulärer Reflektor- Brennpunkt sich im Lichtquellenmittelpunkt befindet. Die optischen Eigengenschaften des Scheinwerfers und des abgestrahlten Lichtbündels werden dadurch im wesentlichen festgelegt. Das von dem Scheinwerfer emittierte Lichtbündel wird dabei in seiner maximalen Leuchtdichte konzentrisch zur Scheinwerfer-Mittelachse und longitudinal keulenförmig abgegeben.
Daraus ergibt sich bekanntlich aufgrund der opto-physikalischen Gesetze, daß das Lichtbündel in der horizontalen Ausbreitung, also besonders im Bereich der Straßenränder in der Lichtstärke (Luxwerte) enorm abfällt und somit bei der Seitenausleuchtung wesentlich weniger Licht zur Verfügung steht als in der Straßenmitte, entsprechend den konzentrisch in der Lichtstärke exponentiell nach außen abfallenden Isoluxlinien.
Dieser technisch-physikalische, konstruktiv jedoch bisher unvermeidliche Mangel der heute üblichen Scheinwerfer soll erfindungsgemäß beseitigt werden.
Der Stand der Technik in den bekannten, neuesten Scheinwerfer- Entwicklungen verwendet zur teilweisen, jedoch nicht optimalen Lösung dieses Problems aufwendig konstruierte Reflektoren in Freiflächentechnik um diesen offensichtlichen Nachteil immerhin graduell zu beseitigen. Dabei werden aber auch hier wie bisher, die gleichen, konventionellen, annähernd punktförmigen Lichtquellen mit rotationsförmigen Projektionslinsen verwandt.
Dies ist im Wesentlichen die Ursache der oben beschriebenen nachteiligen lichttechnischen Resultate, die beleuchtungstechnisch keineswegs optimal sind und erfindungsgemäß beseitigt werden sollen mit dem Ziel einer nahezu homogenen, lichtleistungskonstanten Breitenausleuchtung mit in optimierter Version der Möglichkeit Abblend-, Nebel- und Kurvenlicht in einem gemeinsamen Scheinwerfermodul zu realisieren.
Die Grundüberlegung zu der Problemlösung ist, daß annährend punktförmige Lichtquellen aufgrund ihrer Abstrahlcharakteristik für die in der Horizontalen gewünschte breitgefächerte und möglichst homogene Straßenausleuchtung grundsätzlich schlecht geeignet und weit von einem Optimum entfernt sind.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht aus der Verwendung einer Zylinderlinse mit einer sogenannten "Brennlinie" das heißt einer Aneinanderreihung multipler Brennpunkte (F1-Fx) auf einer zur Zylinderlinsenmitte waagrechten Achse und einem gleich breiten, zugehörigen Reflektor in paraboloider Freiflächentechnik (Reflexionsscheinwerfer) oder ellipsoider Ausgestaltung (Projektionsscheinwerfer).
Der zugehörige Reflektor ist ebenfalls mit einer waagrechten "Brennachse" der multiplen Brennpunktlinie (F1-F1x) bei paraboloider Konstruktion ausgestattet oder mit zwei Brennpunktlinien (F1-F1x und F2-F2x) bei ellipsoider Ausgestaltung. Als Lichtquelle für diese neuartige Scheinwerferkonstruktion können die bisherigen bekannten Halogen- oder Xenonlampen nur bedingt mit gewissen Abstrichen eingesetzt werden.
Grundsätzlich optimal wäre eine Halogen-Lampe die statt der bisherigen, bekannten Glühwendel mit einem dünnen, lichtemittierenden "Glühdraht" ausgestattet wäre, der sich waagrecht in der Brennachse (F1-F1x) befindet. Oder konstruktiv identisch bei der Xenon-Lampe ein Lichtbogen, der sich über die ganze Brennachsenbreite in der multiplen Brennpunktlinie ("Brennachse") des Reflektors erstrecken würde.
Derartige Lichtquellen sind jedoch derzeit nicht marktgängig und technisch schwer realisierbar. Als brauchbarer Kompromiss können jedoch 3 oder ggfs mehr marktübliche Standard-Halogen- oder Xenonlampen in einem Scheinwerfermodul der erfindungsgemäßen Bauart verwandt werden, das dadurch eine bessere Seitenausleuchtung bei Abblend- oder Nebellicht bietet und mit dem ein neuartiges, lichttechnisch nahezu optimales, dabei relativ kostengünstiges System für Kurvenlicht realisiert werden kann, wie unten näher beschrieben.
Eine optimale Version als lampentechnische Neukonstruktion wäre die Zusammenfassung mehrerer Glühwendeln bzw Lichtbögen in einem gemeinsamen Glaskolben, wobei die Lichtquellen L1 bis Lx bei Bedarf einzeln, gemeinsam oder unterschiedlich kombiniert eingeschaltet werden können und damit eine variable, bedarfsgerechte Modulation des abgegebenen Scheinwerferlichtbündels zulassen.
Ergänzend kann dieses System kombiniert auch mit Fernlichtfunktion konstruiert werden, indem die Blende des Projektionsscheinwerfers bei bevorzugt der mittleren Lichtquelle ggfs auch der äußeren Lichtquellen, durch umklappen, absenken oder Rotation den Gesamtlichtstrom freigibt, was weitere, Möglichkeiten von ergänzenden Lichtbündelmodulationen schafft.
Fig. 1 auf Blatt 1 zeigt beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel im achsialen Längsschnitt. Hierbei ist benannt:
MA Mittelachse, L1 Lichtquelle 1, L2 Lichtquelle 2, L3 Lichtquelle 3, F1 Brennpunkt 1, AA' Schwenkachse L1, BB' Bewegungsachse L2, CC' Bewegungsachse L3, 2 Reflektor, 3 Blende, 4 Zylinderlinse, S1.1, S1.2, S1.3, Lichtstrahlen der Lichtquelle L1, S2.1, S2.2, S2.3, Lichtstrahlen der Lichtquelle L2, S3.1, S3.2, S3.3, Lichtstrahlen der Lichtquelle L3.
Fig. 2 auf Blatt 2 zeigt im achsialen Vertikalschnitt einen Reflektor mit der üblichen Lampenanordnung nach dem Stand der Technik. Hierbei ist genannt:
MA Mittelachse, U Reflektorscheitelpunkt, V oberes Reflektorende, T unteres Reflektorende, 1 Lichtquelle, 1.1 Lampenwendel bzw Lichtbogen, 1.2 Lichtquellensockel.
Die Fig. 1 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der weiter verbesserten Erfindungsvariation dar. Sie zeigt schematisch und unmaßstäblich den grundsätzlichen erfindungsgemäßen Aufbau und das generelle Funktionsprinzip zur Erzielung einer verbesserten Lichtausbeute und optimierten Wirkungsgrades mit Lichtbündelmodulation zur Realisierung von Fern,- Abblen-, Nebel- und Kurvenlicht.
Der Scheinwerfer weist hierbei einen Reflektor (2) mit paraboloider, ellipsoider oder multifokaler Zylinderform auf, bei dem eine sogenannte "Brennachse", die aus einer Aneinanderreihung von Brennpunkten besteht, und sich waagrecht und winklig in Höhe oder leicht über der Mittelachse (MA) sich mindestens von Lichtquelle (L2) über (L1) bis zur Lichtquelle (L3) erstreckt.
Zur lichttechnischen Optimierung verläuft die Brennachse waagrecht knapp über der Mittelebene des Projektionssystems welche der Mittelachse (MA) entspricht. Die Brennachse befindet sich dabei in einer 90 Grad-Position zur Mittelachse (MA). Die Lichtquelle (L1), die ebenso wie die Lichtquellen (L2) und (L3) oder ggfs (Lx) eine Halogen-, Xenon- oder eine andere geeignete Lichtemissionslampe sein kann, befindet sich im zugehörigen Brennpunkt (F1) und gleichzeitig im der Mittelachse (MA).
In dieser gedachten Brennpunkt-Vertikalachse (nicht gezeichnet) ist der Reflektor (2) durch geeignete technische Mittel nach rechts und links schwenkbar gelagert. Diese Vertikalachsenschwenkung in Richtung A bzw A' bewirkt die Funktion Kurvenlicht im Zusammenwirken mit der horizontalen Querachsenverschiebung der Lichtquellen (L2) und (L3) in der Horizontalrichtung BB' und CC'.
Die Zusatz-Funktion Nebellicht wird erzielt durch die neuartige Verwendung von mehreren Lichtquellen im Zusammenwirken mit der Zylinderlinse (4) und der horizontalen Brennlinie und dadurch erreichten, optimalen Breitenausleuchtung der Fahrbahnränder die bei Verwendung von Halogenlampen dem heutigen Xenonstandard entspricht.
Die Lichtquellen (L2) und (L3) leuchten die lichtschwachen Randbereiche von (L1) und damit die Fahrbahnränder intensiv aus, was noch gesteigert werden könnte durch Verwendung von zusätzlichen Lichtquellen (L4) bis (Lx) im gleichen Scheinwerfermodul (nicht gezeichnet). In der Zeichnung sind aus den abgetrahlten Lichtbündeln beispielhaft je 3 dargestellt und als S1.1/S1.2/S1.3/S2.1/S2.2/S2.3 und S3.1/S3.2/S3.3 bezeichnet.
Eine weitere optimierte und vorteilhafte Ausgestaltung zur Steigerung der Lichtausbeute und des Wirkungsgrades wird wie folgt erläutert.
Im Stand der Technik wird die Lichtquelle in einem Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge bekanntlich mit dem Lampensockel mittig im Scheitelpunkt des zum Beispiel rotationsellipsoid oder rotionsparaboloid bzw in Freiflächentechnik geformten Reflektors montiert.
Diese Konstruktionsmethode ist in zweierlei Hinsicht nachteilig für eine optimale Lichtausbeute.
Zum einen nimmt der Lampensockel je nach Lampenart und Sockelkonstruktion in einem für den Gesamtlichtstrom und die Lichtbündelreichweite sehr wichtigen Reflektorsegment mindestens 1 qcm oder mehr Platz in Anspruch, der für die optimale Reflektion des Lampenlichtstromes verloren geht.
Zum anderen ist gängige Technik, daß die Wendel der Lichtquelle (Halogen) oder der Lichtbogen (Xenon) mit der Längenausdehnung in der Horizontalachse des Projektionssystems liegt. Optimalerweise verlangt jedoch die Praxis in der Scheinwerferoptik eine mehr breitgefächerte Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers. Die bislang übliche Wendel bzw Lichtbogenanordnung ist also ebenfalls nicht optimal im Sinne minimierter Lichtverluste und optimierter Lichtverteilung.
Darüber hinaus ist ein dritter Nachteil des Standes der Technik daß bei Scheinwerfern im Projektionssystem ein Teil der Wendel bzw des Lichtbogens sich unterhalb der Scheinwerferhorizontalmittelebene befindet und dadurch ein erheblicher Teil des emittierten Lichtes von der Blende abgeschirmt wird, sodaß auch hier zusätzlich starke Lichtverluste entstehen.
Diese lichttechnischen Nachteile sollen erfindungsgemäß beseitigt werden durch die im Folgenden beschriebenen neuartigen Konstruktionsmerkmale von Lampe, Reflektor und Lampenanordnung.
Die erfindungsgemäße Lösung ist eine Lampenanordnung, bei der sich der Lampensockel im beleuchtungstechnisch weitgehend wirkungslosen, unterhalb der Horizontal-Mittelebene (MA) liegenden Reflektorsegment befindet (in der Zeichnung Bereich U/T).
Der Lampensockel kann dabei im Reflektorsegment U/T schräg, senkrecht oder waagrecht montiert sein, jedoch immer mit der Maßgabe, daß er nicht in den Reflektorbereich U/V oberhalb der Horizontal-Mittelebene (MA) hineinreicht.
Weiterhin muß erfindungsgemäß die Wendel bzw der Lichtbogen mit der Längenausdehnung sich waagrecht im Brennpunkt, oder konstruktiv besser, der Brennpunktlinie des Reflektors befinden, nicht wie bislang üblich in Richtung der Projektions- Längsachse (MA), wodurch im Zusammenwirken mit der Reflektorgestaltung ein deutlich besserer Wirkungsgrad und daraus resultierend, eine verbesserte, homogenere Breitenausleuchtung der Straße bewirkt wird.
Zur weiteren Verbesserung der Lichtausbeute und gleichzeitiger Realisierung von Kurvenlicht, der neuesten Innovation in der Scheinwerferindustrie, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zu der Standard-Lichtquelle (1) zwei oder ggfs mehr identische oder modifizierte Lichtquellen (L2, L3 bis Lx) im gleichen Scheinwerfermodul eingesetzt werden, die bei Bedarf wahlweise microprozessorgesteuert zugeschaltet werden und somit die rechte oder linke Kurve ausleuchten bzw. beide Fahrbahnränder bei Nebellicht.
Für den alternativ realisierbaren Fernichtlichtmodus wird wie bekannt die Blende linear oder rotierend abgesenkt bzw. umgeklappt wobei auch hier Kurvenlicht realisiert werden kann. Entweder durch Schwenken des gesamten oder von Teilen des Reflektors um die Vertikalachse, die vorzugsweise im Brennpunkt steht, oder in bevorzugter Ausführung durch horizontale Verschiebung (in Richtung BB' bzw CC') der Zusatzlampen L2, L3 bis Lx mittels geeigneter mechanischer, elektromechanischer und elektronischer Stellantriebe um damit die Abstrahlwinkel der Lichtbündel aus den diversen Lichtquellen für das Kurvenlicht variabel zu gestalten.
Fig. 3 auf Blatt 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im achsialen Vertikalschnitt. Hierbei ist benannt:
MA Mittelachse, U' Reflektorscheitelpunkt, V' oberes Reflektorende, T' unteres Reflektorende, 1a Variierte Lichtquelle, 1.1a Variierte(r) Lampenwendel bzw Lichtbogen, 1.2a Variierter Lichtquellensockel, 2a variierter Reflektor.
Zwei weitere lichttechnische Verbesserungen zur Steigerung der Lichtausbeute und des Wirkungsgrades sind in Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 2 zeigt zunächst den bislang üblichen Stand der Technik. Hierbei ist nachteilig, daß die Lichtquelle (1) mit ihrem Sockel (1.2) mittig im Reflektorscheitelpunkt (U) montiert ist. In dieser Position nimmt der Sockel (1.2) nämlich in dem für die Reichweite des Scheinwerfers enorm wichtigen Bereich eine erhebliche Menge Licht weg.
Als weiterer Nachteil ist die bisherige Anordnung der Lichtquellenwendel bzw des Lichtbogens in der Längsrichtung zur Mittelachse (MA) anzusehen, da damit starke Lichtverluste durch Streustrahlung entstehen. Die Fig. 3 zeigt eine dem gegenüber verbesserte Ausgestaltung der Erfindung. Diese betrifft zum einen die Anordnung des Lampensockels (1.2a). Erfindungsgemäß wird dieser im unteren, lichttechnisch fast wirkungslosen, unteren Reflektorbereich U'T' angeordnet, wodurch der wichtige gesamte obere Reflektorbereich zwischen U'V' vollständig zur Lichtemission wirksam werden kann.
Zum anderen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Lichtquellen-Wendel bzw Lichtbogen-Anordnung (1.1a) nicht in Lampenlängsrichtung verläuft, sondern als die optisch wesentlich bessere Version die Wendel bzw der Lichtbogen in seiner Längendimension derart angeordnet wird, daß sie horizontal und quer in 90 Grad-Position zur Mittelachse (MA) steht und sich dabei in oder knapp über dieser sich befindet. Diese Anordnung verbessert erheblich die lichttechnisch erwünschte homogene Breitenausleuchtung der Straße.
Die Fernlicht- und Abblendlicht-Funktion wird wie bekannt und oben schon näher beschrieben realisiert.

Claims

1. Scheinwerfer nach dem Projektionsprinzip mit Reflektor (2) und im Brennpunkt F1 angeordneter Lichtquelle (1) mit in der Lichtaustrittsrichtung gesehen nach der Blende (3) angeordneter Linse (4), dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderlinse mit einer sogenannten Brennlinie das heißt, einer Aneinanderreihung multipler Brennpunkte auf einer zur Zylinderlinsenmitte waagrechten Achse (F1-F1x) und einem bevorzugt gleich breiten, zugehörigen Reflektor (2) in paraboloider Freiflächentechnik oder ellipsoider Ausgestaltung verwendet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Reflektor eine waagrechte "Brennachse" das heißt, eine multiple Brennpunktlinie (F1-F1x) aufweist bei paraboloider Konstruktion bzw mit zwei Brennpunktlinien (F1-F1x und F2-F2x) bei ellipsoider Ausgestaltung.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Halogenlampe verwendet wird, die mit einem linearen Glühdraht ausgestattet ist, der sich waagrecht in der Brennachse (F1 bis F1x) des Reflektors (2) befindet und in der Längendimension bevorzugt sich über die gesamte Brennachsenbreite erstreckt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (1) eine Xenonlampe verwendet wird, deren Lichtbogen sich waagrecht in der Brennachse (F1 bis F1x) des Reflektors (2) befindet.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein anderes geeignetes lichtemittierendes Medium verwandt wird, wie zum Beispiel Laser- oder Infrarotlicht usw. das sich in der Brennachse (F1 bis F1x) des Reflektors (2) befindet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle drei oder mehr der in den Ansprüchen 3, 4 und 5 genannten Arten von Lichtquellen verwandt werden, die sich gemeinsam nebeneinander in geeigneter Position in der Brennachse (F1 bis F1x) des Reflektors (2) befinden und damit eine elektronische oder microprozessorgeregelte Lichtbündelmodulation realisiert werden kann.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (1) eine Halogenlampe mit drei oder mehr Glühwendeln verwandt wird, deren Glühwendeln einzeln, gemeinsam oder in unterschiedlich wechselnder Reihenfolge zur Lichtemission aktiviert werden können durch geeignete elektronische oder microprozessorgesteuerte Schaltung und damit eine variable, bedarfsgerechte Lichtbündelmodulation realisiert werden kann.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine wahlweise Fernlichtfunktion in demselben Scheinwerfermodul realisiert werden kann indem die Blende (3) durch umklappen, absenken oder Rotation den von der oder den Lichtquelle(n) (L1 bis Lx) abgegebenen Lichtstrom vollständig freigibt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 7 und insbesondere 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurvenlichtfunktion auch bei Fernlicht in demselben Scheinwerfermodul realisiert werden kann, indem durch die beschriebenen technischen Mittel bei vollständig freigegebenem Lichtstrom die links und rechts neben der Hauptlichtquelle (L1) befindlichen Lichtquellen (L2, L3 bis Lx) wahlweise über Microprozessoren und andere Sensoren geregelt, zugeschaltet werden um damit die Abstrahlung der Lichtbündelkeule in variablen Winkelgradpositionen nach rechts oder links zu lenken, entsprechend dem Krümmungsradius des Straßenverlaufs.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwerfer einen Reflektor (2) mit paraboloider, ellipsoider oder multifokaler Zylinderform aufweist, bei dem eine Brennachse (F1 bis Fx) die aus einer Aneinanderreihung von Brennpunkten besteht, sich waagrecht und winklig in Höhe oder bevorzugt etwas über der Mittelebene, entsprechend der Mittelachse (MA) des Projektionssystems mindestens von der Lichtquelle (L2) über (L1) bis zur Lichtquelle (L3 bzw Lx) erstreckt.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 10 dadurch gekennzeichnet, daß in einer imaginären Brennpunkt-Vertikalachse (nicht gezeichnet) der Reflektor (2) durch geeignete technische Mittel nach rechts und links schwenkbar gelagert ist um mit dieser Vertikalachsenschwenkung in Richtung A bzw A' die Funktion Kurvenlicht zu realisieren.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschließlich 11 dadurch gekennzeichnet, daß mit der horizontalen Querachsenverschiebung die Lichtquellen (L2) und (L3) in der Horizontalrichtung BB' und CC' nach rechts und links durch geeignete technische Mittel elektromechanischer und elektronischer Art nach rechts und links verschoben werden können um damit die Funktion Kurvenlicht zu realisieren.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenanordnung im Reflektor (2) derartig ist, daß der Lampensockel (1.2) unterhalb der Horizontal-Mittelebene, identisch der Mittelachse (MA) des Projektionssystems d. h. im Reflektorsegment U/T montiert ist und die Lichtquelle je nach Erfordernis dabei eine schräge, waagrechte oder senkrechte Position einnimmt.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (1.1) oder die multiplen Wendeln bzw der Lichtbogen oder die multiplen Lichtbögen sich waagrecht im Brennpunkt (F1) bzw der Brennpunktlinie (F1x) des Reflektors (2) sich befinden.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis einschlielich 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen-Wendel oder die multiplen Lichtquellen-Wendeln bzw der Lichtbogen oder die multiplen Lichbögen in ihrer Anordnung (1.1a) derart ausgelegt sind, daß sie horizontal und quer zur Mittelachse (MA) in 90 Grad-Position stehen und in bevorzugter Ausführung sich dabei in oder knapp über der Projektions-Mittelebene sich befinden.