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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Fahrzeugscheinwerfer ist
aus dem Gebrauchsmuster
G
90 00 395 bekannt.
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Im
SAE-Gesetzesraum werden für Fahrzeugscheinwerfer bestimmte
ortsabhängige Beleuchtungsstärken gefordert. Diese
werden für Abblendlicht und Fernlicht gesondert anhand
zahlreicher Messpunkte vorgegeben. Neben vorgegebenen Beleuchtungsstärken
des auf die Straße auftreffenden Abblendlichts, also unterhalb
der sogenannten Hell-Dunkel-Grenze, sind auch spezielle Anforderungen
oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze zu erfüllen. Dieser Bereich
der Lichtverteilung wird als Overhead- oder Signlight-Bereich bezeichnet,
wobei sich der letztere Begriff von der Sichtbarkeit von Verkehrszeichen
ableitet. Die gesetzlichen Messpunkte für das sogenannte
Overhead-Licht erstrecken sich bis zu vier Grad oberhalb einer Linie,
die den Horizont markiert, und werden durch Mindestwerte und Maximalwerte
der dort zulässigen Beleuchtungsintensitäten charakterisiert.
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Bei
Reflexionssystemen können die Messpunkte mit Mindestwerten
sehr einfach durch eine geeignete Formgebung des Reflektors bedient
werden. Projektionssysteme mit Abblendlichtfunktion beleuchten den
Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze aufgrund ihres optischen
Prinzips nur sehr schwach. Daher müssen bei diesen Projektionssystemen
Maßnahmen zur Erfüllung der Mindestwerte der Intensitäten
in diesem Bereich ergriffen werden. Dies kann einerseits durch reflektierende
Zusatzbauteile im Projektionssystem, wie beispielsweise reflektierende
Blenden erreicht werden. So ist es bekannt, waagerecht im Strahlengang
angeordnete, unter hohen Einfallswinkeln stark reflektierende Zusatzbleche
zu verwenden. Diese stellen ein zusätzliches Bauteil dar
und verursachen damit unerwünscht höhere Kosten
sowie eine gesteigerte Systemkomplexität.
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Andere
Lösungen sehen eine lokale Geometrieänderung innerhalb
der Projektionslinse vor, die eine geeignete prismatische Wirkung
auf einen Teil des durch die Linse hindurch tretenden Lichtstroms ausübt.
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Der
aus dem Gebrauchsmuster
G
90 00 395.0 bekannte Fahrzeugscheinwerfer weist eine Abbildungsoptik
mit einer Linse und einer Lichtscheibe auf, die wohl als transparente
Abdeckung des Fahrzeugscheinwerfers dient. Die Lichtaustritts-Grenzfläche
der Linse ist zur Unterdrückung eines Farbsaumes horizontal
in ein oberes asphärisches Segment und ein unteres asphärisches
Segment geteilt. Am Übergang beider Segmente weist die
Linse einen Teil einer horizontal angeordneten konvexen Zylinderlinse
auf. Diese Zylinderlinse lenkt den Teil des Linsen-Lichtstroms,
der die Zylinderlinse durchdringt, in einen festgelegten Winkelbereich nach
oben ab, so dass dieser abgelenkte Lichtstrom den Overhead-Bereich
beleuchtet.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung ist ein Sektor einer horizontal angeordneten
konkaven Zylinderlinse an die Lichteintritts-Grenzfläche
der Lichtscheibe angeformt. Diese Zylinderlinse lenkt das sie durchlaufende
Teillichtbündel ebenfalls nach oben ab. Als weitere Ausgestaltung
wird angegeben, dass auch mehrere Zylinderlinsen vertikal übereinander an
der Lichtscheibe vorgesehen werden können. Insgesamt sollen
die nach oben abgelenkten Teillichtbündel beim bekannten
Fahrzeugscheinwerfer die Erfüllung gesetzlich geforderter
Lichtwerte bei Nebelscheinwerfern oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze
ermöglichen.
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Weitere
Beispiele lokaler Deformationen der Linsenoberfläche der
Projektionslinse, die durch ihre zusätzliche prismatische
Wirkung Licht in Messpunkte innerhalb eines Overhead-Bereiches ablenken, sind
aus den Druckschriften
DE
10 2004 024 107 A1 und
US
6 971 778 bekannt. Die
DE 10 2004 024 107 A1 offenbart zu diesem
Zweck eine Linse mit einem waagerecht in der Mitte verlaufenden
Zylinderabschnitt. Die
US 6 971
778 zeigt in diesem Zusammenhang eine lokale Vertiefung
im unteren Bereich der Linse. Weiterhin sind geometrische Oberflächenmodifikationen
bekannt, die allerdings nicht primär auf die Erzeugung
definierter Overhead-Intensitätswerte abzielen. Dazu zählen
etwa Linsen mit horizontal und schräg verlaufenden Wellenstrukturen.
Eine solche Linse ist aus der
DE 40 31 352 A1 bekannt.
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Ein
großer Nachteil der bekannten Lösungen, die mit
einer lokalen Deformation der Linsenoberfläche arbeiten,
besteht darin, dass sie alle bereits auf eine geringfügige Änderung
der Lichtverteilung empfindlich reagieren. Dadurch kann es geschehen, dass
bei in der Serie auftretenden Fertigungstoleranzen merklich veränderte
Beleuchtungsstärken im Bereich der Signlight-Messwerte
auftreten. Dadurch ist die Verwendbarkeit einer Overhead-Lösung
auf einem anderen Projektionssystem (d. h. bei geänderter Lichtverteilung)
nicht gewährleistet. Dies bedeutet wiederum, dass für
jedes Projektionsmodul in der Regel neue Lösungen zur Erzeugung
der vorgeschriebenen Overhead-Beleuchtungsintensitätswerte
gefunden werden müssen.
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Nachteilig
ist auch, dass die benötigte prismatische Wirkung immer
einen deutlich sichtbaren Eingriff in die Linsenoberfläche
darstellt, der deren Erscheinungsbild prägt. Dies wird
bei bisher bekannten Lösungen teilweise als unästhetisch
empfunden oder die lokalen Deformationen werden als Fehler in der
Projektionslinse wahrgenommen. So werden verschiedene Overhead-Lösungen
als glastypische Muschelbrüche (Absplitterungen), Glasfehler
wie Einschlüsse und Blasen oder scheinbare Sprünge
in der Linse (z. B. bei horizontal angeordneten Zylinderlinsensektoren)
wahrgenommen.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Fahrzeugscheinwerfers der eingangs genannten Art, bei dem
die gewünschte Ablenkung von Licht in den über
der Hell-Dunkel-Grenze liegenden Overhead-Bereich weniger empfindlich
auf geringfügige Änderungen in der Lichtverteilung
reagiert und der darüber hinaus vom Endkunden nicht fälschlicherweise
als fehlerhaft wahrgenommen wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie beim Stand der Technik wird die Overhead-Beleuchtung durch die
lichtablenkende und damit prismatische Wirkung lokaler Deformationen
erzielt. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem lediglich
eine große oder wenige große jeweils zusammenhängende,
die ganze Linsenfläche querende Zylinderlinsen verwendet
werden, sieht die Erfindung eine Aufteilung der ablenkenden Strukturen
auf mehr als 100 Overhead-Elemente und deren diskrete, also jeweils
räumlich voneinander getrennte, Anordnung auf einer Grenzfläche
vor, durch die der Lichtstrom tritt. Es können auch mehr
als 1000 Overhead-Elemente sein. Die Zahl der Overhead-Elemente
liegt damit um ein bis drei Zehnerpotenzen höher als beim
Stand der Technik. Jedes einzelne Overhead-Element kann dadurch
entsprechend kleiner ausfallen. Durch die Verkleinerung und die
diskret verteilte Anordnung wird der subjektive Eindruck eines Linsenfehlers
vermieden. Darüber hinaus wirken sich herstellungsbedingte
Streuungen (Toleranzen) in den Abmessungen der einzelnen Overhead-Elemente
nicht so störend aus wie beim Stand der Technik. Durch
die große Zahl der Overhead-Elemente erhält das
Overheadlicht eine geringfügigere Empfindlichkeit gegenüber
diesen Toleranzen.
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Diese
erwünschten Effekte werden zusätzlich durch eine
Anordnung der Overhead-Elemente in gleichmäßiger
Verteilung auf der Grenzfläche verstärkt. Die
gleichmäßige Verteilung kann sich auf Teilbereiche
der Grenzfläche oder aber auf die ganze Grenzfläche
beziehen. Mit anderen Worten. Auch die gleichmäßige
Verteilung der Overhead-Elemente verleiht dem Overheadlicht eine
geringfügigere Empfindlichkeit gegenüber diesen
Toleranzen.
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Bevorzugt
ist, dass die Overhead-Elemente über die ganze Lichtaustrittsfläche
verteilt sind. Bevorzugt ist auch, dass die Overhead-Elemente normal
zur Grenzfläche in der Form ausgerichtet sind, dass die
resultierenden Ablenkungswinkel im Licht relativ zur optischen Achse
für jedes Overhead-Element gleich sind.
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Die
bei gleichmäßiger Verteilung formgleicher Overhead-Elemente
erreichte besonders hohe Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen
der Lichtverteilung ergibt nicht nur eine gesteigerte Unempfindlichkeit
gegenüber Serienstreuungen, sondern ergibt zusätzlich
eine weiterreichende Einsetzbarkeit der strukturierten Grenzfläche
in Projektionssystemen anderer Fahrzeugscheinwerfer, so dass ein
bewährtes Grenzflächen-Design ohne aufwändige Änderungen
bei anderen Fahrzeugscheinwerfern verwendet werden kann.
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Insgesamt
ergeben diese Merkmale jeweils einzeln und in Kombination miteinander
die Möglichkeit, eine Overhead-Beleuchtung in definierter
Weise zu erzeugen. Die erzeugten Signlight-Werte sind durch Zahl,
Fläche und Geometrie der Overhead-Elemente definiert einstellbar
und einer simulativen Dimensionierung gut zugänglich.
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Dabei
ist bevorzugt, dass die Summe der Flächen der Overhead-Elemente
einer Grenzfläche einen Wert zwischen fünf Prozent
und zehn Prozent des Wertes der Grenzfläche besitzt. Durch
diese Dimensionierung lassen sich die gesetzlichen Vorgaben erfüllen.
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Ein
weiterer Vorteil der gleichmäßigen Verteilung
liegt darin, dass diese mit anderen gleichmäßigen
Strukturierungen der Grenzfläche kompatibel ist. Eine solche
periodische Strukturierung dient z. B. dazu, eine bei Projektionssystemen
oft als störend scharf empfundene Hell-Dunkel-Grenze unschärfer erscheinen
zu lassen, das heißt mit einem kontinuierlicheren Übergang
der Beleuchtungsintensität zwischen dem hellen und dem
dunklen Bereich erscheinen zu lassen. Die in dieser Anmeldung vorgestellten Overhead-Elemente
lassen sich periodisch in eine solche periodische Mikrostruktur
[p1]einbetten, wobei bevorzugt jeweils abgerundete Übergänge
zwischen Elementen der Mikrostruktur und den Overhead-Elementen
vorgesehen sind. Die abgerundeten Übergänge sind
bevorzugt so beschaffen, dass sie, mathematisch ausgedrückt,
mindestens einmal stetig differenzierbar sind. Dies gilt analog
für Ausgestaltungen ohne Mikrostruktur, bei denen die Overhead-Elemente
verrundet in die übrige Grenzfläche übergehen.
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Durch
die resultierende Kantenfreiheit der Oberfläche werden
störende optische Effekte vermieden. Darüber hinaus
vereinfacht sich die Herstellung von Werkzeugen mit denen die Grenzflächen
erzeugt werden und die Standzeit der Werkzeuge verlängert sich.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Gegenständen weiterer abhängiger
Ansprüche, der Beschreibung und den beigefügten
Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und in nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 einen
Fahrzeugscheinwerfer als technisches Umfeld der Erfindung;
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2 eine
Darstellung einer Ausgestaltung eines Lichtmoduls des Fahrzeugscheinwerfers
nach 1 in einem Längsschnitt;
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3 verschiedene Ansichten einer optischen
Linse des Lichtmoduls aus der 2 mit einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines einzelnen Overhead-Elements der Linse
aus der 3;
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5 einen
Querschnitt eines solchen Overhead-Elements in Verbindung mit einem
Lichtstrom; und
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6 Lichtverteilungen, die sich bei einem Fahrzeugscheinwerfer
mit und ohne die Verwendung von Overhead-Elementen ergeben.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 einen Fahrzeugscheinwerfer 1 mit
einem als Quader dargestellten Gehäuse 2, einer
transparenten Abdeckscheibe 2.1, mindestens einem Steuergerät 17 sowie
einem Kurvenlichtmodul 3, das um eine horizontale Achse 4 im
Gehäuse 2 verschwenkbar ist.
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Das
Kurvenlichtmodul 3 weist einen Tragrahmen 5, ein
Lichtmodul 6, ein erstes Steuergerät 7,
einen ersten Motor 8, und einen Getriebekasten 9 auf, die
zusammen eine Baugruppe bilden. Dabei ist das Lichtmodul 6 um
eine vertikale Achse drehbar im Tragrahmen 5 gelagert.
Motor 8 und Getriebekasten 9 sind einerseits mit
dem feststehenden Tragrahmen 5, andererseits mit dem Lichtmodul 6 verbunden
und können so ein Verstellmoment zwischen Tragrahmen 5 und
Lichtmodul 6 ausüben.
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Das
Lichtmodul 6 weist wenigstens eine Lichtquelle und ein
Optikelement wie eine Linse auf, das den von einem Reflektor oder
einer Primäroptik gesammelten Lichtstrom der Lichtquelle
bündelt und längs einer Leuchtrichtung 10 in
das Vorfeld des Fahrzeugscheinwerfers 1 richtet.
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Bei
der Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um eine Gasentladungslampe,
z. B. um eine Xenon-Lampe, eine Halbleiterlichtquelle, z. B. um
eine Anordnung von Lichtemittierenden Dioden (LED), oder um eine
Halogenlampe.
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Die
mindestens eine Lichtquelle liegt näherungsweise im ersten
Brennpunkt eines Ellipsoidreflektors. Bevorzugt sind sogenannte
Polyellipsoidreflektoren. Ungefähr im zweiten Brennpunkt
des Reflektors befindet sich die Blende, die durch die Linse abgebildet
wird. Die Linse bildet die Blendenoberkante auf die Fahrbahn ab.
Die optische Achse des Lichtmoduls entspricht der optischen Achse
der Linse. Die Brennpunkte des Ellipsoidreflektors liegen auf der optischen
Achse des Lichtmoduls. Der objektseitige Brennpunkt der Linse liegt
im Bereich der Blende. Durch eine Veränderung der Blendenoberkante
kann die Lichtverteilung beeinflusst werden.
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Insbesondere
in Verbindung mit Halbleiterlichtquellen werden neben genannten
elliptischen Reflektoren auch transmittierende Systeme eingesetzt,
in denen das Licht durch Brechung aber teilweise auch durch interne
Totalreflexion in den zweiten Brennpunkt fokussiert wird (Vorsatzoptik).
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Der
Reflektor bzw. die Vorsatzoptik werden im Folgenden als Primäroptik,
die Linse als Sekundäroptik bezeichnet.
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Damit
lassen sich Abblendlichtsysteme mit hoher Reichweite (Beleuchtungsstärke)
und geringer Gegenverkehr-Blendung darstellen. Die Sekundäroptik
wird bevorzugt als einzelne asphärische Linse mit Brennweiten
zwischen 40 mm und 75 mm ausgeführt. Die Linsen können
aus lichttechnischen Gründen mindestens teilweise eine
regelmäßig oder unregelmäßig
strukturierte Oberfläche besitzen. Diese Strukturen weisen
eine Höhe von etwa 3 μm–30 μm zur
Linsengrundfläche auf und dienen zur Beeinflussung von
Helligkeitsgradienten der Helldunkelgrenze und/oder von Farbeffekten
bei der Abbildung der Blendenoberkante. Unregelmäßige
Strukturen sind vergleichbar mit der Oberfläche einer Orangenschale.
Es sind aber auch Zufallsstrukturen möglich, wie sie beispielsweise
durch Sand- oder Kugelstrahlen erzeugt werden können. Diese
Strukturen stellen eine wirksame aber wenig flexible Methode zur
Beeinflussung der genannten Eigenschaften dar.
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Eine
gezielte Einstellung der Helldunkelgrenze kann mit einem zumindest
teilweise die asphärische Fläche der Linse bedeckenden
periodischen Raster von gleichen oder ähnlichen optischen
Einzelelementen erreicht werden. Durch eine geeignete Oberfläche
der Strukturelemente kann insbesondere die Hell-Dunkel-Grenze gezielt
beeinflusst werden. Diese Elemente werden in der noch nicht offengelegten
DE 10 2008 023 551 des
Anmelders beschrieben.
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Die
genannten Strukturen können jetzt mit den Overhead-Elementen
kombiniert werden. Durch eine entsprechende Gestaltung der Strukturelemente können
die Overhead-Elemente einen Teil der regelmäßigen
Strukturelemente ersetzen.
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Zur
korrekten rotatorischen Ausrichtung der Linse werden Markierungen
am Linsenrand sowie formschlüssige Kodierungen mit den
Linsenhaltern eingesetzt.
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Zur
Erzeugung verschiedener Lichtverteilungen, wie z. B. Abblendlicht,
Fernlicht, Stadtlicht, Regenlicht, etc. können verschiedene
Blendenmechanismen eingesetzt werden. Eine Umschaltung zwischen
Abblendlicht und Fernlicht kann beispielsweise mit einer Klappblende
erreicht werden, bei der die Fernlichtlichtverteilung dadurch erreicht
wird, dass die Blende um eine horizontale Achse, welche senkrecht
zur Fahrtrichtung verläuft, geklappt wird. In einer bevorzugten
Ausführung wird eine Blendenwalze verwendet, die um eine
näherungsweise horizontale Achse drehbar gelagert ist und
auf ihrem Umfang verschiedene Konturen aufweist, die, durch die
Sekundäroptik auf die Straße projiziert, verschiedene Hell-Dunkel-Geometrien
darstellen kann. Eine alternative Ausgestaltung sieht eine Blendenanordnung mit
einem oder mehreren Blendenelementen vor, die in vertikaler oder
in näherungsweise vertikaler Richtung verstellbar gelagert
sind. Diese Blenden können über einen zweiten
Motor 11 und einen Getriebekasten in Verbindung mit Kulissen
oder Kurvenscheibengetrieben vertikal verstellt werden. Bei dem
Getriebekasten kann es sich um den Getriebekasten 9 oder
um einen separaten Getriebekasten handeln.
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Die
verschieden positionierbaren Blenden erzeugen unterschiedliche Hell-Dunkel-Geometrien, die
von der Sekundäroptik auf die Straße projiziert werden,
wodurch unterschiedliche Abblendlichtfunktionen dargestellt werden
können. In einer bevorzugten Ausführung werden
Teile der Kulissen- oder Kurvenscheibengetriebe direkt an die Blenden
angeformt: bspw. Kulissenkurven, Nocken oder Rollen.
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Wenn
als Lichtquelle eine Gasentladungslampe oder eine Halbleiterlichtquelle
verwendet wird, kann ein Steuergerät, bspw. das Steuergerät 7,
zur Steuerung der Energieversorgung dieser Lichtquellen vorgesehen
werden. Optional kann das Steuergerät 7 auch Elektronikelemente
für die elektrische Ansteuerung der Motoren 8 und/oder 11 bzw.
16 enthalten.
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Das
Lichtmodul 6 ist in dem Tragrahmen 5 um eine vertikale
Achse 12 schwenkbar gelagert. In der dargestellten Ausgestaltung
wird eine Schwenkbewegung durch den ersten Motor 8 über
ein im Getriebekasten 9 angeordnetes Horizontalschwenkgetriebe
und eine Hebelmechanik 13 angetrieben, die eine Abtriebswelle 14.1 des
Horizontalschwenkgetriebes mit dem Tragrahmen 5 koppelt.
Allgemein gilt, dass das Lichtmodul 6 und der Tragrahmen 5 über den
ersten Motor 8 sowie über den Getriebekasten 9 motorisch
gekoppelt sind.
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Der
Tragrahmen 5 ist seinerseits drehfest mit der horizontal
verlaufenden Achse 4 verbunden, die in der dargestellten
schematisierten Ausgestaltung über ein außen am
Gehäuse 2 angebrachtes Vertikalschwenkgetriebe 15 und
einen dritten Motor 16 betätigt wird. Die drei
Motoren 8, 11 und 16 sind bevorzugt elektrische
Motoren, insbesondere Schrittmotoren und werden von einem der Steuergeräte 7 oder 17 betätigt.
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Das
Lichtmodul 6 ist damit kardanisch aufgehängt.
Dabei ist bevorzugt, dass der Schnittpunkt der Schwenkachsen im
Mittelpunkt der Hüllkurven der Außenkontur der
Linse liegt.
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Über
eine Ansteuerung des ersten Motors 8 erfolgt eine Verschwenkung
des Lichtmoduls 6 und damit der Leuchtrichtung 10 in
horizontaler Richtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der
Motor 8 von dem Steuergerät 17 in Abhängigkeit
von einem Lenkwinkel von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs
so gesteuert, dass die Leuchtrichtung 10 dem Lenkwinkel
der lenkbaren Räder folgt. Die Ansteuerung des dritten
Motors 16 verändert eine Vertikalkomponente der
Leuchtrichtung 10 und dient zum Beispiel zur Regelung der
Leuchtweite.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Lichtmoduls 6 in
einem Längsschnitt. Das Lichtmodul 6 weist eine
Lichtquelle 18 zum Aussenden von Lichtstrahlen und einen Reflektor 20 zum
Reflektieren zumindest eines Teils der ausgesandten Lichtstrahlen
auf. Der Reflektor 20 hat vorzugsweise die Form eines Rotationsellipsoids oder
eine davon abweichende ellipsoidähnliche Freiform. Die
Lichtquelle 18 ist in einem ersten Brennpunkt F1 des Reflektors 20 angeordnet.
Eine Blendenanordnung 22 schirmt zumindest einen Teil des vom
Reflektor 20 ausgehenden Lichtstroms ab. Die Blende 22 ist
vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zu einer optischen
Achse 24 und durch den zweiten Brennpunkt F2 des
Reflektors 20 verläuft.
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Eine
Linse 26 ist mittels eines an einem Kragen 28 angreifenden
Linsenhalters (nicht dargestellt) an einem vorderen Rand des Reflektors 20 befestigt. Die
Linse 26 besteht aus einem beliebigen lichtdurchlässigen
Material, bspw. aus einem temperaturbeständigen Kunststoff
oder Glas und weist an der der Lichtquelle 18 zugewandten
Seite eine im wesentlichen ebene Lichteintritts-Grenzfläche 30 und
an ihrer gegenüberliegenden Seite eine konvexe Lichtaustritts-Grenzfläche 32 auf.
Selbstverständlich kann die Grenzfläche 30 auch
konkav oder konvex ausgebildet sein.
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Das
Lichtmodul 6 dient zur Erzeugung einer Lichtverteilung
mit Hell-Dunkel-Grenze, vorzugsweise einer Abblendlichtverteilung
oder einer Nebellichtverteilung. Die Hell-Dunkel-Grenze ergibt sich
als Projektion der Oberkante der Blendenanordnung 22 in
der vom Lichtmodul 6 auf der Fahrbahn erzeugten Lichtverteilung.
Die Richtung x ist im Wesentlichen parallel zur Richtung 10 des
Lichtstroms und, bei eingebautem Scheinwerfer 1, parallel
zur Längsachse des Fahrzeugs. Die z-Richtung ist parallel
zur Hochachse des Fahrzeugs und weist nach oben. Die y-Richtung
steht entsprechend senkrecht auf der Zeichnungsebene und weist in
diese hinein.
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In 3a ist
die optische Linse 26 in perspektivischer Ansicht und in 3b in
Draufsicht dargestellt. Die an den x-, y- und z-Achsen angegebenen
Zahlenwerte in Millimeter [mm] sind selbstverständlich
nur als Beispiele genannt und in keiner Weise beschränkend
zu verstehen.
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3b zeigt
eine gegen die Lichtaustrittsrichtung 10 erfolgende Draufsicht
auf die Lichtaustritts-Grenzfläche 32 einer Linse 26,
die mehr als hundert diskret über die Grenzfläche 32 verteilte Overhead-Elemente 34 aufweist.
Bei der dargestellten Ausgestaltung sind ca. zweihundertzwanzig
solche Overhead-Elemente 34 gleichmäßig über
die Grenzfläche 32 verteilt. Dabei wird unter
einer gleichmäßigen Verteilung eine Verteilung
verstanden, bei der die Projektionen der Overhead-Elemente in die y-z-Ebene
eine periodische zweidimensionale Gitterstruktur bilden. Die Overhead-Elemente
erscheinen bei dieser Projektion gleich groß.
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3b zeigt
eine Ausgestaltung, bei der die Overhead-Elemente 34 über
die ganze Lichtaustritts-Grenzfläche 32 der Linse 26 verteilt
sind. Es ist auch möglich, eine gleichmäßige
Verteilung nur in einem Teilbereich, z. B. in einem zum Umfang der
Linse 26 konzentrischen Kreis mit kleinerem Radius vorzunehmen.
Im Prinzip können die Overhead-Elemente 34 jedoch
in verschiedenen Anordnungen, z. B. in konzentrischen Kreisen, Spiralen,
Rauten, Dreiecken oder anderen Mustern wie Logos etc. angeordnet werden.
Ferner können die einzelnen Overhead-Elemente 34 zur
Ablenkung des Lichts in einfachen kartesischen oder versetzt übereinander
liegenden kartesischen Rastern unterschiedlicher Ortsfrequenz angeordnet
werden.
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Durch
die Anordnung kann das visuelle Erscheinungsbild den subjektiven ästhetischen
Vorstellungen angepasst werden. Die Quantität des entstehenden
Overhead-Lichts wird durch eine Variation der Packungsdichte, der
Größe und der Form der einzelnen Overhead-Elemente 34 eingestellt.
Wesentlich für die Anordnung ist in jedem Fall, dass die einzelnen
Overhead-Elemente 34 relativ zueinander so ausgerichtet
sind, dass sie das Licht jeweils in gleiche Richtungen ablenken.
Zu diesem Zweck ist es auch bevorzugt, dass die einzelnen Overhead-Elemente 34 die
gleiche Form und gegebenenfalls zusätzlich gleiche Abmessungen
aufweisen, also untereinander gleich sind. Die zusammenaddierte
Fläche der Overhead-Elemente 34 beträgt
bevorzugt fünf Prozent bis zehn Prozent der Linsen-Grenzfläche 32.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung eines Overhead-Elements 34 in perspektivischer
Darstellung. Das dargestellte Overhead-Element 34 erhebt
sich aus der übrigen Grenzfläche 32 heraus.
Die Höhe der Erhebung über der übrigen
Grenzfläche 32 beträgt bevorzugt 3% bis
15% der vertikalen Ausdehnung (Länge) eines Overhead-Elements.
Unter der vertikalen Ausdehnung oder Länge des Overhead-Elements
wird hier der Abstand der Punkte 38 und 40 in der 5 verstanden.
Bei den bevorzugten Abmessungen von 0,5 bis 4 mm erhält
man Erhebungen von 15 Mikrometer bis 0,6 mm. Die zu wählende
Höhe hängt auch von der Brechzahl der Linse ab.
Je größer die Brechzahl ist, desto kleiner wird
die Höhe sein. Wie aus der 4 ersichtlich
ist, geht das herausgehobene Overhead-Element 34 jeweils
abgerundet in die übrige Grenzfläche 32 über,
so dass keine Kanten zwischen der Grenzfläche 32 und
dem aus dieser in Lichtaustrittsrichtung 10 hervorstehenden Overhead-Element 34 entstehen.
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Für
die Abrundung können verschiedene, durch mathematische
Funktionen definierte Verrundungsflächen zum Einsatz kommen,
beispielsweise durch Spline-Funktionen definierte Flächen.
Auch anders definierte Verrundungsflächen sind möglich. Wesentlich
ist jeweils, dass keine Kante entsteht.
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Bei
einer Draufsicht auf das in 4 dargestellte
Overhead-Element 34 wird eine trapezförmige Grundform
der Erhebung sichtbar. Mit zunehmender Ausdehnung in z-Richtung
wird die Breite des Overhead-Elementes 34 in y-Richtung
geringer.
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Das
Overhead-Element 34 ist als Verkippung eines Teilbereichs
der Grenzfläche 32 gegenüber der übrigen
Grenzfläche 32 realisiert. Durch diese Verkippung
wird der gewünschte prismatische, das heißt Licht-ablenkende
Effekt erreicht, mit dem die Overhead-Beleuchtung erzeugt wird.
Die verkippten Abschnitte sind in einer Ausgestaltung quadratisch;
sie können aber auch eine andere Gestalt, z. B. die genannte
Trapezform, besitzen. Bevorzugt ist auch, dass die Verkippung der
Oberfläche innerhalb eines Overhead-Elements 34 nicht
konstant ist, sondern in z-Richtung variiert. Der Grad der Verkippung
beeinflusst den Winkel, um den das Licht abgelenkt wird. Durch die
Variation dieses Winkels erfolgt eine Ausleuchtung des gesamten
Overhead-Messbereichs, in dem an vorgeschriebenen Messpunkten vorgegebene
Intensitäten erreicht und/oder unterschritten werden müssen.
Es entsteht also ein flächig-kontinuierlich beleuchtetes
Lichtband oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze. Da das Ausmaß der
Verkippung den Ablenkwinkel bestimmt und da die Breite des Overhead-Elementes 34 bei
einem bestimmten Verkippungswinkel die Menge des um den zugehörigen
Ablenkwinkel abgelenkten Lichts beeinflusst, lässt sich durch
eine Variation der Breite in Abhängigkeit vom Verkippungswinkel
die Menge des in bestimmte Richtungen abgelenkten Lichts steuern.
Daher kann es vorteilhaft sein, auch andere Formen als Quadrate für
die Draufsicht der Overhead-Elemente zu verwenden.
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Der
verkippte Bereich der Oberflächenabschnitte wird in einer
bevorzugten Ausgestaltung durch Zylinderabschnitte bzw. torische
Flächenelemente realisiert. Alternativ können
aber auch Spline-Funktionen oder vergleichbare mathematische Funktionen
oder eine Kombination solcher Funktionen zum Einsatz kommen.
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Insgesamt
zeigt die 4 damit insbesondere eine Ausgestaltung
eines Overheadelements, das im Wesentlichen aus einer aus der Grenzfläche 32 der
Linse heraus gekippten Hauptablenkfläche 33 und
jeweils mindestens drei in eine andere Richtung verkippten Flächen 35 besteht.
Dabei ist eine in die positive y-Richtung weisende verkippte Fläche
mit dem Bezugszeichen 35 bezeichnet. Eine andere verkippte
Fläche weist in der dargestellten Ausgestaltung etwa in
die negative y-Richtung, während noch eine weitere verkippte
Fläche etwa in die positive z-Richtung weist. Alle drei
in eine andere Richtung verkippten Flächen 35 gehen
stetig in die Hauptablenkfläche 33 und die Grenzfläche 32 über.
Dabei ist bevorzugt, dass die Flächen jeweils stetig differenzierbar
ineinander übergehen. Als Grenzfläche wird in
einer Ausgestaltung eine keine Erhebungen oder Vertiefungen aufweisende
Grundfläche der Linse betrachtet. Alternativ kann als Grenzfläche
aber auch eine andere Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweisende
Grenzfläche betrachtet werden, wie sie zum Beispiel zur
Reduzierung des Kontrastes einer Helldunkelgrenze verwendet wird.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch das Overhead-Element 34 der 4 entlang
der Linie VV in 4. Der Querschnitt des Overhead-Elements 34 teilt
sich in einen ersten Abschnitt 42, der zwischen den Punkten 38 und 40 liegt,
und einen zweiten Abschnitt 46 auf, der zwischen den Punkten 40 und 44 liegt.
Unter der vertikalen Ausdehnung oder Länge des Overhead-Elements
wird hier der Abstand der Punkte 38 und 40 in
der 5 verstanden. Die Krümmung des ersten
Abschnitts 42 entspricht in einer bevorzugten Ausgestaltung
der Krümmung eines Zylindermantels. Die zum Abschnitt 42 zugehörige Oberfläche
des Overhead-Elements 34 entspricht einem Teil einer Mantelfläche
eines imaginären Zylinders, dessen Achse bei im Fahrzeug
eingebautem Scheinwerfer 1 parallel zur Grundfläche
des Fahrzeugs innerhalb der Linse 26 liegt. Alternativ
kann die Kontur 42 auch als Spline-Funktion oder als vergleichbare
mathematische Funktion oder als Kombination solcher Funktionen erzeugt
werden. Wesentlich ist jeweils der stetig differenzierbare Verlauf
bei in z-Richtung variabler Krümmung.
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Der
erste Abschnitt 42 erzeugt die gewünschte Abblendwirkung.
Der Abschnitt 46 dient lediglich zur Realisierung eines
stetig differenzierbaren und damit kantenlosen Übergangs
zwischen dem ersten Abschnitt 42 des Overhead-Elements 34 und der übrigen
Grenzfläche 32 der Linse 26.
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Die
gewünschte ablenkende Wirkung wird durch den Vergleich
des Lichtbündels 48, das durch die Grenzfläche
der Linse 26 im Bereich des Overhead-Elements 34 hindurchtritt,
mit den Lichtbündeln 50, 52, die durch
zum Overhead-Element 34 benachbarte Bereiche der Grenzfläche 32 durchtreten,
deutlich. Im Vergleich zu der nicht oder nur vergleichsweise schwachen
Ablenkung der Lichtbündel 50 und 52 beim
Durchtritt durch die Grenzfläche 32 erfährt
ein Teil 48' des Lichtbündels 48 eine
vergleichsweise stärkere Ablenkung in z-Richtung. Durch
die vergleichsweise stärkere Ablenkung wird das Lichtbündel 48' über
die Hell-Dunkel-Grenze hinaus abgelenkt, während der Teil 48'' des
Lichtbündels 48 in die Abblendlichtlichtverteilung
abgelenkt wird. Die Lichtbündel 50, 52 beleuchten
den Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze.
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Entsprechend
der Aufteilung der Flächen der Overhead-Elemente 34 und
der übrigen Lichtaustritts-Grenzfläche der Linse 26 werden
fünf Prozent bis zehn Prozent des durch die Linse 26 hindurchtretenden
Lichts in den Overhead-Bereich gestreut, während die verbleibenden
neunzig bis fünfundneunzig Prozent zur Beleuchtung des
Bereichs unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze dienen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt eine maximale Ablenkung
eines durch ein Overhead-Element 34 abgelenkten Lichtstrahls 48 gegenüber
einem benachbarten Lichtstrahl 50, 52, der nicht durch
das Overhead-Element 34 abgelenkt wird, mindestens fünf
Grad.
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Bis
hierher wurde die Erfindung am Beispiel einer Lichtaustritts-Grenzfläche
einer Projektionslinse 26 erläutert. Alternativ
oder ergänzend kann die örtlich selektiv ablenkende
Wirkung aber auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Lichteintritts-Grenzfläche
der Linse 26 erzeugt werden. Bei Fahrzeugscheinwerfern,
deren Lichtmodul 6 nicht schwenkbar ist, kann die ablenkende
Wirkung gegebenenfalls auch durch eine Verteilung von Overhead-Elementen
auf der Lichteintritts-Grenzfläche der Abdeckscheibe realisiert
werden. Bevorzugt wird jedoch eine Lösung, bei der die
Overhead-Elemente diskret über die Lichteintritts-Grenzfläche
oder Lichtaustritts-Grenzfläche der Projektionslinse 26 verteilt
sind.
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6 zeigt einen Vergleich von Lichtverteilungen,
die sich bei Projektions-Fahrzeugscheinwerfern mit und ohne Overhead-Elementen
ergeben. Solche Lichtverteilungen ergeben sich z. B. auf einer vor
dem Fahrzeug angeordneten, senkrecht zur Fahrzeuglängsachse
ausgerichteten Fläche. Die waagerechte Linie HH markiert
die Lage eines Horizontes, während die vertikale Linie
VV das Sichtfeld des Fahrers etwa in der Fahrzeugmitte teilt. Punkte, die
auf derselben Kurve liegen, zeichnen sich durch eine untereinander
gleiche Beleuchtungsintensität aus. Mit Blick auf eine
Mehrzahl von Kurven nimmt die Intensität von innen nach
außen ab.
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6a zeigt
eine typische Abblendlichtverteilung eines ersten Projektions-Fahrzeugscheinwerfers
ohne Overhead-Elemente. Die Beleuchtungsintensitäten konzentrieren
sich im Wesentlichen auf den Bereich unterhalb des Horizonts HH.
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6b zeigt
dagegen eine typische Lichtverteilung, wie sie mit einem zweiten
Scheinwerfer erzielt wird, der sich nur durch eine mit Overhead-Elementen
der hier vorgestellten Art versehene Linse 26 von dem ersten
Projektionsscheinwerfer unterscheidet. Die nach oben über
den Horizont hinausgewölbten Linien gleicher Beleuchtungsintensität
repräsentieren in der 6b die
gewünschte Overhead-Beleuchtung. Diese an sich bekannte
Overhead-Beleuchtung lässt sich mit der Erfindung mit den
weiter oben vorgestellten Vorteilen der Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen
der zugrunde liegenden Lichtverteilung und des verbesserten Erscheinungsbildes
einstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 9000395
U [0001, 0005]
- - DE 102004024107 A1 [0007, 0007]
- - US 6971778 [0007, 0007]
- - DE 4031352 A1 [0007]
- - DE 102008023551 [0036]