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Die
Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug mit einem
Gehäuse,
umfassend ein Belüftungssystem
mit einem am Gehäuse
vorgesehenen Lufteinlass und einem am Gehäuse vorgesehenen Luftauslass
und einer Luftzuleitung zum Lufteinlass, insbesondere einen Schlauch,
wobei im Verlauf der Luftzuleitung und/oder an deren Ende ein Filter
angeordnet ist.
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Bei
Scheinwerfern eines Kraftfahrzeugs kann es ohne ein geeignetes Belüftungssystem
vorkommen, dass die Scheinwerferabdeckscheibe beschlägt. Daher
sind zwangsbelüftete
Scheinwerfer bekannt. Im Gehäuse
dieses Scheinwerfers befindet sich ein Lufteinlass und ein Luftauslass.
Durch eine Luftzuleitung, beispielsweise einen Schlauch, wird Luft
zum Lufteinlass und somit in den Scheinwerfer geführt, die
den Scheinwerfer durchströmt
und zur Enttauung der Scheinwerferabdeckscheibe beiträgt.
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Dabei
tritt allerdings das Problem auf, dass mit der Luft auch Schmutz
und Staub in das Scheinwerfergehäuse
eingebracht wird. Daher ist es bekannt, im Verlauf der Luftzuleitung
und/oder an deren Ende einen Filter, insbesondere einen Grobfilter,
anzuordnen. Dieser kann naturgemäß jedoch
nur Fremdkörper,
die größer als
die Maschenweite des Filters sind, abhalten. Feinstaub kann daher
noch immer in den Scheinwerfer eingetragen werden. Zudem setzt sich
ein derartiger Maschenfilter zu, der effektive Luftdruck wird immer
geringer und die Enttauung des Scheinwerfers immer schlechter.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Belüftungssystem
mit einer verbesserten Filterwirkung anzugeben, bei dem es insbesondere nicht
zu einer Ansammlung größerer Mengen
ausgefilterten Materials kommt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Scheinwerfer der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass als Filter ein im Wesentlichen radialsymmetrisch bezüglich einer
Längsachse
aufgebauter Zyklonfilter vorgesehen ist.
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Es
wird also vorgeschlagen, zur Ausscheidung des Schmutzmaterials die
bei rotierender Luft auftretenden Zentrifugalkräfte auszunutzen, indem das
Prinzip eines grundsätzlich
bekannten Zyklonfilters auf die Luftzuleitung eines Scheinwerfers
angewendet. Selbstverständlich
ist ein derartiger Zyklonfilter größenmäßig und auch vom Aufbau her
auf die Anwendung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer angepasst,
so dass von einem Mikrozyklonfilter gesprochen werden kann. Dies
bringt eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen wird die
Wirksamkeit der Enttauungsmaßnahmen
durch die Schaffung einer definierten Schmutzabscheidungsstelle
gewährleistet.
Auch bei sehr kleinen Schmutzpartikeln, beispielsweise bei Feinstaub,
wurde eine hohe Wirksamkeit des Filters festgestellt. Wird zudem
das ausgefilterte bzw. abgeschiedene Material durch eine im Außenbereich
des Filters angeordnete Abscheidungsöffnung ausgetragen, ist der
Filter wartungsfrei und kann sich nicht zusetzen.
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In
konkreter, zweckmäßiger Ausgestaltung des
Zyklonfilters des erfindungsgemäßen Scheinwerfers
kann vorgesehen sein, dass der Zyklonfilter einen Einströmabschnitt
mit einer insbesondere zentral auf der Längsachse des Filters angeordneten Einlassöffnung,
einen Schaufeln umfassenden Verwirbler, ausgebildet zur Erzeugung
einer zirkularen Luftströmung
der durch den Einströmabschnitt
zugeführten
Luft im Außenbereich
des Filters in einem Ausströmabschnitt,
sowie den Ausströmabschnitt
mit einer auf der Längsachse
angeordneten Auslassöffnung
für gefilterte
Luft und einer im Außenbereich des
Filters angeordneten Abscheidungsöffnung für ausgefiltertes Material umfasst.
Insbesondere kann der Zyklonfilter also eine Einlassöffnung und
eine Auslassöffnung
besitzen, die sich gegenüber
liegen und so die einfache Montage zwischen zwei Schlauchabschnitten
bzw. zwischen Schlauch und Lufteinlass des Gehäuses oder gar am gehäusefernen
Ende des Schlauches ermöglichen.
Die Luft tritt durch die Einlassöffnung
ein und strömt
durch den Einströmabschnitt
zu dem Schaufeln umfassenden Verwirbler. Die Schaufeln können auf
einem die Längsachse
umgebenden Kreisring angeordnet sein, so dass die aus dem Einströmabschnitt
durch die Schaufeln in einen Ausströmabschnitt im Außenbereich
des Zyklonfilters strömende
Luft in eben diesem Außenbereich
des Ausströmabschnitts
in Drehung versetzt wird. Hierdurch bilden sich Zentrifugalkräfte aus,
die die in der Luft enthaltenen Partikel, insbesondere Staub oder
sonstiges Material, in den Außenbereichen
(also längsachsenfernen
Bereichen) des Ausströmabschnitts
ansammelt. Dort können
sie durch eine Abscheidungsöffnung
für ausgefiltertes Material
abgeschieden werden, während
die reine Luft im längsachsennahen
Bereich des Ausströmabschnitts
durch die Auslassöffnung
weiter in den Scheinwerfer transportiert wird. Der Luftstrom wird
also aufgespalten, da ein Teil der Luft das ausgefilterte Material
durch die Abscheidungsöffnung austrägt. Dafür wird jedoch
der Zyklonfilter wartungsfrei. Die Aufteilung des Luftstroms ist
deswegen nicht sonderlich kritisch, da im verbauten Zustand ohnehin ein Überdruck
angezapft wird, beispielsweise durch den hinter dem Kühlergrill
endenden Schlauch, während
das Innere des Gehäuses
des Scheinwerfers einen geringeren Druck aufweist.
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Dabei
ist es möglich,
dass die Abscheidungsöffnung
zur tangentialen und/oder axialen Abscheidung ausgebildet ist. Der
Unterschied zwischen den Zyklonfiltern mit axialen bzw. tangentialen
Abscheidungsöffnungen
besteht darin, dass bei der tangentialen Version das Material nur über eine
seitliche Öffnung
im Außenbereich
des Zyklonfilters abgeführt wird.
Das hat den Vorteil, dass das Material über die gesamte Fläche der
Filteraußenwand
ausgetragen wird, der Querschnitt der Abscheidungsöffnung größer gewählt werden
kann und sich somit die Gefahr einer Zusetzung durch größere Partikel
reduziert. Schlussendlich wird der Luftstrom für die Materialabscheidung nur
um 90° zur
Längsachse
abgeleitet, nicht jedoch um 180° zur
Einströmrichtung,
so dass unnötige
Druckverluste vermieden werden und weitere Einbaupositionen ermöglicht werden.
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Allgemein
ist es selbstverständlich
zweckmäßig, um
die Funktionalität
des Zyklonfilters zu gewährleisten,
die Abscheidungsöffnungen
in einem druck neutralen oder gar einem Unterdruckbereich anzuordnen.
Werden die Abscheidungsöffnungen gleich
bzw. stärker
als die Eintrittsöffnung
mit Luft angeströmt,
so kommt es zwar zu einer Luftdurchleitung zwischen der Einlassöffnung und
der Auslassöffnung,
doch kann die Filterwirkung gänzlich
aufgehoben werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des Scheinwerfers kann vorgesehen sein, dass
im Einströmabschnitt Führungsrinnen
zur Erzeugung einer laminaren Strömung vorgesehen sind. Diese
Führungsrinnen
verlaufen insbesondere entlang der Außenwand des Filters in Richtung
der Längsachse
und ordnen so den einströmenden
Luftstrom im Einströmabschnitt
zu einer im Wesentlichen laminaren Strömung, die den Schaufeln des
Verwirblers zugeführt
wird. Insbesondere ist es auch möglich,
im zentralen Bereich des Filters innerhalb des Schaufelkreisrings
einen der Einlassöffnung
zugewandten Dom auszubilden, der insbesondere auch Führungsrinnen
aufweisen kann und zur weiteren Luftleitung dient.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ein der
Auslassöffnung
vorgeschalteter Labyrinthabschnitt zur Fernhaltung größerer Partikel
aus einem längsachsennahen
Bereich des Ausströmabschnitts
und/oder zur Feinstaubfilterung durch statische Aufladung vorgesehen
sein. Die Luft wird also durch eine Art Labyrinth geleitet, das
zwei Zwecken dient. Zum einen hat es einen Bandeneffekt, der größere Partikel
daran hindert, in den achsnahen Bereich zu gelangen. Zum anderen
entsteht durch die Luft-Partikelreibung
an den Labyrinthwänden
eine statische Aufladung, durch die feinste Staubpartikel herausgefiltert
werden können.
Ein der Einlassöffnung
entgegengewölbter
Dom kann hierbei insbesondere einen Hohlraum aufweisen, der eine Sammelstelle
für derart
abgeschiedenen Feinstaub bieten kann.
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Ein
im erfindungsgemäßen Scheinwerfer verwendeter
Zyklonfilter kann aus Kunststoffformteilen aufgebaut sein, die beispielsweise
aus PC, PMMA oder PP bestehen können.
In zweckmäßiger Ausgestaltung
können
der Einströmabschnitt,
der Ausströmabschnitt
und der Verwirbler, gegebenenfalls mit in seinem Zentrum ausgebildetem
Dom, jeweils ein Bauteil bilden, welches zusammensteckbar ausgebildet
ist. Die Abscheidungsöffnung
kann dabei sowohl am Verwirbler-Bauteil als auch am Ausströmabschnitt-Bauteil
vorgesehen werden.
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Der
Scheinwerfer sollte, wie bereits erwähnt, so in ein Kraftfahrzeug
eingebaut werden, dass sich die Abscheidungsöffnung in einem druckneutralen oder
einem Unterdruckbereich befindet. Wird ein Zyklonfilter mit einer
axialen Abscheidungsöffnung
vorgesehen, so kann der Filter mit besonderem Vorteil vertikal angeordnet
werden, so dass die Schwerkraft den Materialaustrag aus den Außenbereichen
des Ausströmabschnitts
unterstützt.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines in einem Kraftfahrzeug verbauten erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
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2 eine
aufgeschnittene Ansicht des Zyklonfilters des Scheinwerfers aus 1,
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3 eine
Prinzipskizze eines in einem Kraftfahrzeug verbauten zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
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4 eine
aufgeschnittene Ansicht des in 3 genutzten
Zyklonfilters, und
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5 eine
Explosionszeichnung des Zyklonfilters aus 4.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
in einem Kraftfahrzeug verbauten erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1.
Er umfasst ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes Gehäuse 2,
in dessen Inneren sich beispielswei se das Leuchtmittel 3 befindet.
Im Rahmen eines Belüftungssystems
sind an dem Gehäuse 2 ein
Lufteinlass 4 und ein Luftauslass 5 vorgesehen.
Zum Lufteinlass 4 führt
eine Luftzuleitung 6, die aus einem Schlauch 7 mit Schlauchabschnitten 8 besteht,
die einen vertikal verbauten Zyklonfilter 9 einschließen.
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Ersichtlich
ist das gehäuseferne
Ende 10 des Schlauches 7 so angeordnet, dass bei
fahrendem Kraftfahrzeug durch den von vorne auftreffenden Luftstrom
ein Überdruck
am Schlauchende 10 entsteht. Im Vergleich dazu befindet
sich der Zyklonfilter 9 in einem Unterdruckbereich, auch
das Innere des Gehäuses 2 stellt
einen im Bereich vergleichsweise niedrigen Drucks dar. Beispielsweise
kann das Schlauchende 10 hinter einem Kühlergrill angeordnet werden.
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Einströmende, mit
Partikeln von Staub oder sonstigem Material durchsetzte Luft wird
durch den Zyklonfilter 9 möglichst gereinigt, so dass
kein Materialeintrag in das Innere des Gehäuses 2 des Scheinwerfers 1 auftreten
kann.
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Ein
Schnitt durch den Zyklonfilter 9 ist in 2 dargestellt,
mit deren Hilfe nun der Aufbau und die Funktion des Zyklonfilters 9 näher erläutert werden
soll. Ersichtlich umfasst der Zyklonfilter 9 einen Einströmabschnitt 11 mit
einer Einlassöffnung 12. Durch
diese wird Luft aus den Schlauchabschnitt 8, der einfach
aufgesteckt werden kann, zugeführt,
Pfeil 13. Der Zyklonfilter 9 ist radialsymmetrisch
bezüglich einer
Längsachse 14 aufgebaut,
und die Einlassöffnung 12 liegt
auf dieser Achse.
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Die
entlang des Pfeils 13 einströmende Luft wird zu einem Verwirbler 15 mit
auf einem Kreisring um die Längsachse 14 angeordneten
Schaufeln 16 geleitet. Hierzu dient ein im Innenraum des
Kreisrings zur Einlassöffnung
hin ausgewölbter
Dom 17. Führungsrillen 18 an
der Innenseite der Außenwand 19 des
Einströmabschnitts 11 führen zur
Erzeugung einer möglichst
laminaren Strömung.
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Durch
die Schaufeln 16 wird die Luft, wie durch den Pfeil 20 angedeutet,
in einem Ausströmabschnitt 21 in
Rotation versetzt. Durch die entstehenden Zentrifugalkräfte werden
Materialpartikel der Luft nach außen, also von der Längsachse 14 weg,
gedrängt,
es entsteht also eine von der Längsachse 14 zur
Außenwand 22 des
Ausströmabschnitts 21 hin
abnehmende Materialdichteverteilung.
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In
diesem Außenbereich
des Zirklonfilters 9 sind nun Abscheidungsöffnungen 23 vorgesehen, durch
die die äußere, äußerst materialhaltige
Luft und somit auch das Material ausgetragen werden kann, Pfeile 24.
Da der Zirklonfilter 9 vertikal steht, vgl. 1,
unterstützt
die Schwerkraft diesen Materialaustrag. Ferner führen die Abscheidungsöffnungen 23,
wie dargelegt, in einem Bereich niedrigeren Drucks als am Schlauchende 10.
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Ein
etwas größerer Teil
der eingeströmten Luft
bewegt sich nun, wie durch die Pfeile 25 gezeigt, durch
ein Labyrinth 26 hin zu einer Auslassöffnung 27, die sich
gegenüber
der Einlassöffnung 12 ebenso auf
der Längsachse 14 befindet.
Auf sie kann der andere Schlauchabschnitt 8 problemlos
aufgesteckt werden.
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Das
Labyrinth 26, welches durch entsprechende Ausformung des
den Verwirbler 15 bildenden Bauteils und des den Ausströmabschnitt 21 bildenden
Bauteils ausgebildet ist, dient zwei Zwecken. Zum einen tritt ein
Bandeneffekt auf, der größere Partikel
davon abhält,
in achsnahe Bereiche vorzudringen. Zum anderen entsteht durch die
Reibung der Luft bzw. der Partikel an dem Material des Zyklonfilters 9,
hier ein Kunststoff, beispielsweise PC, PMMA, PP, eine statische
Aufladung, die zur Anlagerung von besonders feinen, noch nicht ausgefilterten
Feinstaubpartikeln führt.
Zur Sammlung dieser feinen Partikel kann ein Hohlraum 28 innerhalb
des Doms 17 vorgesehen sein.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen die 3–5.
Zur Vereinfachung sind dort gleiche Bestandteile mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, wobei das grundlegende Funktionsprinzip
dem be reits bezüglich
der 1 und 2 beschriebenen entspricht, so
dass hier nur noch auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
Diese liegen in der Art der Verbauung des Zyklonfilters 9' in dem Scheinwerfer 1' sowie in der
Lage von dessen Abscheidungsöffnungen 23'.
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Wie
aus 3 ersichtlich, ist der Zyklonfilter 9' unmittelbar
am Lufteinlass 4 des Gehäuses 2 verbaut, so
dass der Schlauch 7 nicht mehr in Schlauchabschnitte unterteilt
werden muss. Der Zyklonfilter 9' ist nun in horizontaler Richtung
verbaut.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Zyklonfilter 9 bei
einer Ausgestaltung mit Abscheidungsöffnungen 23' zur tangentialen
Abscheidung auch am Schlauchende 10 angeordnet werden kann. Es
ist jedoch nicht zu empfehlen, die Einlassöffnung 12 des Zyklonfilters 9 so
zu positionieren, dass sie quer zur Längsachse 14 angeströmt wird,
da dann ein Venturi-Effekt entsteht, der den Lufteintritt verhindert.
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Wie
bereits diskutiert, sind die Abscheidungsöffnungen 23' nun in der
Außenwand 22 des Ausströmabschnitts 21 so
angeordnet, dass, wie durch die Pfeile 24 gezeigt, ein
tangentialer Austritt des abzuscheidenden Materials ermöglicht wird,
also angepasst an die ohnehin vorhandene Luftrotation (Pfeil 20).
Auf diese Weise kann der Staub über
die gesamte Fläche
der Außenwand 22 ausgetragen werden
und der Querschnitt der Abscheidungsöffnung 23' kann größer gewählt werden,
so dass die Gefahr einer Zusetzung durch größere Partikel reduziert wird.
Schließlich
wird der Luftstrom für
die Materialableitung nur um 90° geknickt
zur Längsachse 14 abgeleitet.
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Die
Funktion des Einströmabschnitts 11,
der Führungsrillen 14,
des Doms 17, des Labyrinths 26 und des Hohlraums 28 wurden
bereits im Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
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5 zeigt
in Form einer Explosionsansicht, wie der Zyklonfilter 9' (wie im Übrigen auch
der Zyklonfilter 9) aus drei Bauteilen aufgebaut ist, nämlich dem
Einströmabschnitt 11,
dem Verwirbler 15 mit den Schaufeln 16 und dem
Dom 17 sowie dem Ausströmabschnitt 21.
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Am
Einströmabschnitt
ist die Einlassöffnung 12 ausgebildet,
am Ausströmabschnitt
die Auslassöffnung 27 und
die Abscheidungsöffnung 23'. Selbstverständlich können auch
mehrere Abscheidungsöffnungen 23' ausgebildet
werden.
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Alle
drei aus Kunststoff, beispielsweise aus PC, PMMA oder PP, hergestellten
Bauteile können zum
Zyklonfilter 9' zusammengesteckt
werden.