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Bereich der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein variables System eines Projektortyps, das
in Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen verwendet wird und dessen Lichtbündel je
nach den Fahrtparametern des Fahrzeuges zwecks Erreichung einer
optimalen Beleuchtung der Fahrbahn und der daran angrenzenden Umgebung adaptierbar
ist.
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Bisheriger
Stand der Technik
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Die
Projektoreinheit des Scheinwerfers für Kraftfahrzeuge ist ein Lichtmodul,
das aus einer Lichtquelle, die ein Leuchtdraht bzw. der Leuchtbogen
einer Entladungsröhre
sein kann, aus einem festen Rückstrahler,
der das Lichtbündel
bildet, einer Blende, die dieses Bündel teilweise abschirmt, und einem
Kondensor, der das Bündel
auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug projiziert, besteht.
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Zur
Zeit sind Scheinwerfer für
Kraftfahrzeuge mit Projektoreinheiten mit einem unveränderlichen Austrittsbündel ausgestattet.
Eine Ausnahme stellen Einheiten mit einer veränderlichen Abschneidung des
oberen Teils des Abblendlichtbündels,
das durch den Rückstrahler
gebildet wird, dar, was beispielsweise durch Rotation dieser Blende
um die eigene Achse erzielt wird. Die Blende bildet die Grenze des Abblendlichts
und durch die Veränderung
der Höhe dieser
Grenze in Bezug auf das eigene Bündel
des Rückstrahlers
und durch die folgende Einstellung der ganzen Einheit ändert sich
nach und nach die geometrische Reichweite des abgeblendeten Lichts, nicht
jedoch seine seitliche Breite/Streuung, und die innere räumliche
Aufteilung der Leuchtkraft und deren Intensität ändern sich ebenfalls nicht.
Ein weiterer Fall für
ein sich änderndes
Austrittsbündel
bei Projektoreinheiten sind bifunktionelle Einheiten, bei denen aufgrund
der Bewegung der Blende gegenüber
dem Rückstrahler
und dem Kondensor das Abblendlichtbündel zu einem Fernlichtbündel wird
und umgekehrt.
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Bei
Veränderungen
der Geschwindigkeit entspricht die unveränderliche Verteilung der Beleuchtung
der Fahrbahn und der daran angrenzenden Gebiete nicht den Bedürfnissen
des Lenkers, wo bei geringen Geschwindigkeiten bzw. Richtungsänderungen
im städtischen
Verkehr der Lenker eines Fahrzeuges nicht in der Lage ist, die nahen
Objekte an der Seite des Fahrzeuges zu erkennen und umgekehrt bei
hohen Geschwindigkeiten die entfernteren Objekte vor dem Fahrzeug
manchmal nicht ausreichend klar sind.
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Diese
Unzulänglichkeiten
werden durch die Projektoreinheit mit variablem Kondensor (PJVK)
für Scheinwerfer
von Kraftfahrzeugen beseitigt, wo die geometrische und auch energetische
Adaptierung/Variabilität
des Lichtbündels
durch die Nutzung des variablen Kondensorsystems gelöst wird,
das aus zwei optischen Gliedern besteht und sich vor dem Reflektor
und der Blende befindet. Der Reflektor schafft ein Bild in der Brennpunktebene,
das durch die Blende abgeschnitten wird und vom Kondensorsystem
im Bereich vor dem Fahrzeug dargestellt wird. Beide optische Glieder
des Kondensors – die Linsen
bewegen sich gegeneinander und zugleich gegenüber dem Reflektor und der Blende
so, dass sich die Lage des Brennpunkts des Kondensorsystems nicht ändert. Durch
ihre Bewegung kommt es zu einer Änderung
der Entfernung des Brennpunkts des Kondensorsystems und dadurch
auch zu einer Veränderung
des projizierten Bildes.
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Der
Vorteil dieses Systems liegt in der Möglichkeit, das Austrittslichtbündel je
nach der Geschwindigkeit und den weiteren Fahrtparametern zu optimalisieren,
wobei es durch eine Veränderung
der Gesamtaufteilung des Lichts zu einer Verbesserung der Sichtbarkeit
der Objekte an den Seiten des Fahrzeuges kommt und sich durch die
Veränderung
der Längsverteilung
des Lichts die Sichtbarkeit der Objekte in größerer Entfernung vor dem Fahrzeug
verbessert. Die PJVK vom bifunktionellen Typ ermöglicht die Verwendung dieser
Einheit für
abgeblendetes und Fernlicht.
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Durch
die Bewegung der einzelnen Linsen des Kondensorsystems in Richtung
der optischen Achse in Bezug auf den Reflektor und die Blende wird
eine Veränderung
der seitlichen Streuung und der Längsverteilung der Intensität des Austrittsbündels erzielt.
Für eine
minimale Geschwindigkeit des Fahrzeugs sind die Linsen des Kondensors
am nahesten beieinander und die Brennpunktentfernung des Kondensors
ist am geringsten. Das gebildete Bündel ist charakteristisch durch
die Beleuchtung des nahen Bereichs der Fahrbahn vor dem Fahrzeug und
in deren Umgebung sowie durch Erzielung einer maximalen seitlichen
Streuung. Für
eine maximale Geschwindigkeit des Fahrzeuges sind die Linsen am weitesten
auseinander und die Brennpunktentfernung des Kondensors ist am größten. Die
seitliche Streuung des Lichtbündels
ist minimal und jeglicher Lichtstrom der Lichtquelle ist auf die
entfernteren Bereiche um die Mitte der Fahrbahn konzentriert, was die
Reichweite des Lichtbündels
erhöht.
Dasselbe geschieht im Falle, dass die Blende, die die Grenze des
abgeblendeten Bündels
bildet, heruntergeklappt ist und die Projektoreinheit Fernlicht
ausstrahlt – bei hohen
Geschwindigkeiten ist die seitliche Streuung des Fernlichtbündels begrenzt
und die Mitte des Bündels
ist verstärkt
und umgekehrt.
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Als
Lichtquelle wird ein Leuchtdraht oder der Bogen einer Entladungsröhre verwendet.
Die Austrittslinse des Kondensors ist eine asphärische Sammellinse. Die Eintrittslinse
des Kondensors ist eine Sammel- und/oder eine Zerstreuungslinse.
Die Blende, die die Grenze des Abblendlichtbündels bildet, ist im Hinblick
auf die Form der Brennpunktfläche
des Linsensystems des Kondensors in Richtung zur Linse gekrümmt.
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Im
Einklang mit dem Gegenstand dieser Erfindung wurde somit eine Projektoreinheit
mit einem variablen Kondensor für
Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen entwickelt, die aus einem Reflektor,
einer Lichtquelle, einer Blende und einem Kondensor besteht, wobei
der Kondensor aus zwei Linsen besteht, die gegeneinander und zugleich
gegenüber
dem Reflektor in Richtung der Achse je nach der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs so beweglich sind, dass für eine maximale Geschwindigkeit
die Austrittslinse des Kondensors am weitesten vom Bildbrennpunkt
des Reflektors entfernt ist und die Eintrittslinse des Kondensors
am nahesten am Bildbrennpunkt des Reflektors ist, wobei die seitliche
Streuung des Austrittsbündels
minimal ist und die Intensität
des Austrittsbündels
im zentralen Bereich maximal ist, und dass sich für eine minimale
Geschwindigkeit die Austrittslinse des Kondensors in einer Lage
am nahesten am Bildbrennpunkt des Reflektors befindet, und die Eintrittslinse
des Kondensors sich am weitesten vom Bildbrennpunkt des Reflektors
entfernt befindet, wobei die seitliche Streuung des Austrittsbündels maximal ist
und die Intensität
des Austrittsbündels
im zentralen Bereich minimal ist, wobei sich die Blende in der Nähe des Bildbrennpunkts
des Reflektors befindet.
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Die Änderung
der Lage einer jeden der Linsen des Kondensors gegenüber dem
Reflektor ist vorzugsweise stetig und/oder diskret, wobei die Entfernung
zwischen der Austrittslinse des Kondensors und dem Bildbrennpunkt
des Reflektors kleiner ist als die Brennpunktentfernung der Linse
und sich zugleich die Eintrittslinse des Kondensors zwischen der Austrittslinse
und dem Brennpunkt des Kondensors befindet, wobei der Brennpunkt
des Kondensors mit dem Bildbrennpunkt des Reflektors übereinstimmt.
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Die
Austrittslinse des Kondensors als auch die Eintrittslinse des Kondensors
sind vorzugsweise plankonvex.
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Die
Austrittslinse des Kondensors kann vorzugsweise plankonvex sein,
wobei die Eintrittslinse des Kondensors plankonkav sein kann und/oder
von einem Dublett aus zwei Gläsern
mit einem unterschiedlichen Brechungsindex gebildet werden kann.
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Die
Blende, die die Grenze des Abblendlichtbündels bildet, ist vorzugsweise
in vertikaler Richtung beweglich.
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Die
Linsen des Kondensors werden vorzugsweise mit Hilfe eines Schrittmotors
bedient, der mittels eines Signals eines Geschwindigkeitssensors und/oder
eines Lenkradumdrehungssensors gesteuert wird.
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Die
Austrittsblende des Kondensors und die Eintrittsblende des Kondensors
sind vorzugsweise in Richtung der Achse beweglich, wobei die Blende
und der Reflektor fest sind, oder die Austrittsblende des Kondensors
ist fest und die Eintrittsblende des Kondensors, die Blende und
der Rückstrahler
des Reflektors sind beweglich.
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Die
seitliche Streuung des Fernlichtbündels ist für eine maximale Geschwindigkeit
am geringsten und die Intensität
des Austrittsbündels
ist im zentralen Bereich maximal, und umgekehrt ist für eine minimale
Geschwindigkeit die seitliche Streuung des Fernbündels am größten und die Intensität des Austrittsbündels im
zentralen Bereich minimal.
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Lichtquelle
ist vorzugsweise ein Leuchtdraht oder der Bogen einer Entladungsröhre.
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Die
Blende, die die Grenze des Abblendlichtbündels bildet, ist vorzugsweise
an den Seiten in Richtung zum Kondensor gekrümmt.
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Die
Erfindung wird im Weiteren genauer an Beispielen der konkreten Durchführung erläutert, deren
Beschreibung mit Berücksichtigung
der beiliegenden Figuren der Zeichnungen gegeben wird, und zwar:
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1 zeigt die Projektoreinheit
in isometrischer Ansicht;
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2 zeigt einen horizontalen
Schnitt durch die Projektoreinheit in der Lage für eine maximale Geschwindigkeit
des Fahrzeugs;
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3 zeigt einen horizontalen
Schnitt durch die Projektoreinheit in der Lage für eine minimale Geschwindigkeit
des Fahrzeugs;
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4 zeigt die Änderung
der seitlichen Streuung und der Intensität des abgeblendeten Lichtbündels der
Projektoreinheit mit einem variablen Kondensor für die maximale und minimale
Geschwindigkeit des Fahrzeugs;
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5 zeigt die Änderung
der seitlichen Streuung und der Intensität des Fernlichtbündels der Projektoreinheit
mit einem variablen Kondensor für eine
maximale und minimale Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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Die
Projektoreinheit mit einem variablen Kondensor gemäß Erfindung
ermöglicht
eine geometrische und energetische Adaption/Variabilität des abgeblendeten
und des Fernlichtbündels
durch die Verwendung eines variablen Kondensorsystems, das aus der
Eintrittsblende 42 und der Austrittsblende 41 besteht
und sich vor dem Reflektor 1 und der Blende 3 befindet.
Der Reflektor 1 stellt in der Brennpunktebene ein Bild
dar, das von der Blende 3 und dem Kondensor 4 abgeschnitten
wird, wobei es im Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet wird. Beide
optische Glieder des Kondensors 4, d. h. die Blenden 41 und 42, bewegen
sich gegeneinander und zugleich gegenüber dem Reflektor 1 und
der Blende 3 je nach der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs,
wobei sich die Lage des Objektbrennpunkts F4 des Kondensorsystems 4 nicht ändert und
mit der Lage des Bildbrennpunkts F1 des Reflektors 1 übereinstimmt.
Durch die gegenseitige Bewegung der Linsen 41 und 42 des
Kondensors 4 kommt es zu einer Änderung der Brennpunktentfernung
des Kondensorsystems und somit auch zu einer Änderung des projizierten Bildes.
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Die Änderung
der Lage einer jeden der Linsen 41 und 42 des
Kondensors 4 gegenüber
dem Reflektor 1 ist stetig und/oder diskret, wobei die
Entfernung d zwischen der Austrittslinse 41 des Kondensors 4 und
dem Bildbrennpunkt F1 des Reflektors 1 kleiner ist als
die Brennpunktentfernung der Linse 41, wobei sich zugleich
die Eintrittslinse 42 des Kondensors 4 zwischen
der Austrittslinse 41 und dem Brennpunkt F4 des Kondensors 4 befindet,
wobei der Brennpunkt F4 des Kondensors 4 mit dem Bildbrennpunkt
F1 des Reflektors 1 übereinstimmt.
Die Entfernung 1 zwischen den Linsen 41 und 42 ist
für die
minimale Geschwindigkeit vmin des Fahrzeuges theoretisch null, für die maximale
Geschwindigkeit vmax des Fahrzeuges ist die Entfernung 1 der
Linsen 41 und 42 die maximale Entfernung lmax.
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Die
Austrittslinse 41 des Kondensors 4 ist eine asphärische plankonvexe
Linse. Die Eintrittslinse 42 des Kondensors 4 bildet
eine plankonvexe Linse. Durch die Änderung der Lage der einzelnen
Linsen 41 und 42 des Kondensorsystems wird eine Änderung
der seitlichen Streuung ß und
der Längsverteilung
der Intensität
E des Austrittsbündels
erzielt. Für
eine minimale Geschwindigkeit vmin sind die Linsen 41 und
42 am nahesten beieinander. Das gebildete Bündel ist charakteristisch durch
die Beleuchtung des näheren
Bereichs der Fahrbahn vor dem Fahrzeug und in deren Umgebung sowie
durch die Erzielung einer maximalen seitlichen Streuung ßmax. Durch
die Erhöhung
der Geschwindigkeit bis hin zur maximalen Geschwindigkeit vmax entfernen sich
die Linsen 41 und 42 voneinander und vergrößern die
Brennpunktentfernung des Kondensors 4.
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Die
seitliche Streuung des Lichtbündels
wird kontinuierlich oder diskret auf die minimale Streuung ßmin verringert,
wobei jeglicher Lichtstrom der Quelle 2 auf die Fahrbahn
konzentriert ist, was die Weite der Sichtbarkeit und dadurch auch
die Sicherheit bei der Fahrt bei höheren Geschwindigkeiten erhöht, da die Breite
des Gesichtsfelds des Lenkers mit wachsender Geschwindigkeit geringer
wird. Die Weite der Sichtbarkeit kann noch durch die Anhebung des
abgeblendeten Bündels
L erhöht
werden.
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Dasselbe
geschieht in dem Falle, dass die Blende 3, die die Grenze
des abgeblendeten Bündels L
bildet, heruntergeklappt ist und die Projektoreinheit Fernlicht
ausstrahlt, wobei bei hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeuges die
seitliche Streuung des Fernlichtbündels begrenzt ist und die
Mitte des Bündels
verstärkt
ist und umgekehrt. Ähnlich
werden bei der Verlangsamung von hohen Geschwindigkeiten in Richtung
zu niedrigeren Geschwindigkeiten zuerst die entfernten Bereiche
beleuchtet, und mit sinkender Geschwindigkeit des Fahrzeuges kommt
dieses Licht immer näher
zum Fahrzeug heran, damit für
die minimale Geschwindigkeit vmin das Bündel H mit einer großen seitlichen
Streuung bleibt.
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Bei
dieser Einheit sind der Rückstrahler
des Reflektors 1 und die Blende 3 fest, wobei
sich die Lage der Linsen 41 und 42 ändert. Die
Bewegung der Linsen 41 und 42 erfolgt durch einen
Schrittmotor, der von einem Schraubengetriebe oder einem Zylindertubus
mit Führungsnuten
je nach dem Signal des Geschwindigkeitssensors und/oder des Lenkradumdrehungssensors
angetrieben wird. Die Bewegung der Blende 3 bei der bifunktionellen
Einheit erfolgt mittels Solenoids und eines Zugstangensystems.
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Als
Lichtquellen 2 wird ein Leuchtfaden oder der Bogen einer
Entladungsröhre
verwendet. Die Brennpunktfläche
des Systems der Linsen 41 und 42 ist an den Seiten
in Richtung zur Linse gekrümmt, weshalb
die Linse 3 auch gekrümmt
ist, die die Grenze des Abblendlichtbündels bildet.
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- 1
- Reflektor
- 2
- Quelle
- 3
- Blende
- 4
- Kondensor
-
- variables
Kondensorsystem
- 41
- Austrittslinse
- 42
- Eintrittslinse
- 5
- Achse
- E
- Intensität
- F1
- Bildbrennpunkt
- F4
- Objektbrennpunkt
- H
- Bündel
- L
- Bündel
- d
- Entfernung
- l
- Entfernung
- ß
- seitliche
Streuung
- v
- Geschwindigkeit
v des Fahrzeuges