DE102012023264A1

DE102012023264A1 - Frontscheinwerfer und Weißlichtlampe

Info

Publication number: DE102012023264A1
Application number: DE201210023264
Authority: DE
Inventors: Dr. Mehrtens Andree; Jens Kromer
Original assignee: Auer Lighting GmbH
Current assignee: Auer Lighting GmbH
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, der
eine Weißlichtlampe (4) und
einen Reflektor aufweist,
wobei die Weißlichtlampe (4) einen transparenten Lampenkörper (16) aufweist, in dem sich eine Lichtquelle (24) zum Aussenden von weißem Licht befindet,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (16) zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung (18) aufweist und dass der Lampenkörper (16) eine Form aufweist, die so gewählt ist, dass ein Lichtanteil des Lichtes, das von der Lichtquelle (24) ausgesendet wird, entlang von Pfaden ausgesendet wird, die nach einer ersten Reflexion an der Beschichtung (18) zumindest noch ein weiteres Mal auf die Beschichtung (18) treffen, wobei der Lichtanteil wenigstens 50% des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, der eine Weißlichtlampe und einen Reflektor aufweist, wobei die Weißlichtlampe einen transparenten Lampenkörper aufweist, in dem sich eine Lichtquelle zum Aussenden von weißem Licht befindet. Die Erfindung betrifft zudem eine entsprechende Weißlichtlampe.
Die Frontscheinwerfer von Kraftfahrzeugen sind bei modernen Fahrzeugen ein wesentliches Designelement, das den optischen Eindruck des Kraftfahrzeugs wesentlich mit bestimmt. Gleichzeitig müssen natürlich die gesetzlichen Vorgaben für Kraftfahrzeugscheinwerfer erfüllt werden. Dies bedeutet insbesondere, dass eine ausreichende Lichtmenge abgestrahlt und der gesetzlich vorgegebene Bereich ausgeleuchtet wird, ohne dass beispielsweise dem Kraftfahrzeug entgegenkommender Gegenverkehr geblendet wird.
Um den gesetzlich geforderten Bereich ausleuchten zu können, verfügt daher ein Frontscheinwerfer über einen entsprechend ausgebildeten gegebenenfalls kompliziert geformten Reflektor. Eine Weißlichtlampe, die ebenfalls Teil des Frontscheinwerfers ist, ist in der Regel mit einer Fassung so im Scheinwerfer befestigt, dass die Fassung im Kraftfahrzeug nach hinten ausgerichtet ist. Am gegenüberliegenden Ende des Lampenkörpers, also in Fahrtrichtung des Fahrzeugs, befindet sich zumeist die Abschmelznase, die beim Abschmelzen des zumeist aus Glas bestehenden Lampenkörpers entsteht. Dadurch ist die Kontur dieser Abschmelznase nur unkontrolliert formbar, so dass der Bereich für eine gezielte Lichtemission nicht genutzt werden kann. Daher wird dieser Bereich des Lampenkörpers zumeist mit einer Lackierung versehen, um die Aussendung von Licht durch diesen Bereich zu vermeiden, die zu einer Blendung des dem Kraftfahrzeug entgegenkommenden Gegenverkehrs führen würde. Zudem wird auf diese Weise erreicht, dass in einer Frontalansicht die Glühwendel beziehungsweise die eigentliche Lichtquelle in der Weißlichtlampe nicht sichtbar ist. Da die Weißlichtlampe in dem silberfarbenen Reflektor des Frontscheinwerfers aus Designgründen möglichst nicht auffallen soll, wird für die Lackierung meist ein silberfarbener Lack gewählt.
Licht, das von der Lichtquelle in der Weißlichtlampe emittiert wird, wird jedoch unkontrolliert von dieser Beschichtung reflektiert. Es ist für die kontrollierte Emission aus dem Frontscheinwerfer heraus ungeeignet, so dass beispielsweise aus der DE 198 57 076 A1 bekannt ist, unter die silberfarbene Beschichtung eine schwarze Beschichtung auf den Lampenkörper aufzubringen, um eine Absorption des in diese Richtung emittierten Lichtes zu erreichen.
Bei herkömmlichen Weißlichtlampen, die in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, befindet sich der Bereich, aus dem Licht aus der Weißlichtlampe austritt, folglich in einem Bereich zwischen der verspiegelten Abschmelznase und der Fassung der Weißlichtlampe. Nachteilig ist, dass im ausgeschalteten Zustand der Weißlichtlampe in einer frontalen Draufsicht die eigentliche Lichtquelle mit gegebenenfalls vorhandenen Anschlüssen zwar nicht sichtbar ist, in einer seitlichen Ansicht gegebenenfalls über den Reflektor jedoch in die Weißlichtlampe hinein geschaut werden kann. Bei einem derartigen schrägen Anblick sind folglich die elektrischen Anschlüsse und gegebenenfalls vorhandene Glühwendel oder andere Lichtquellen in unerwünschter Weise sichtbar.
Aus der EP 0 756 131 A1 ist eine Fahrzeugbeleuchtung, insbesondere ein Scheinwerfer bekannt, der über eine Abdeckscheibe nach außen abgedeckt wird. Diese Abdeckscheibe ist mit einer teilreflektierenden Beschichtung versehen, so dass in den gesamten Frontscheinwerfer im ausgeschalteten Zustand nicht hinein gesehen werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass zum einen auch die optisch ansprechende und heute zum Design zählende Ausgestaltung des Reflektors nicht sichtbar ist und zum anderen auch im eingeschalteten Zustand des Scheinwerfers einen Teil des ausgesandten Lichtes an der Beschichtung der Abdeckscheibe reflektiert wird und somit nicht zur Beleuchtung beitragen kann. Soll trotz der teilreflektierend beschichteten Abdeckscheibe die gleiche Lichtleistung erreicht werden, muss im Innern des Scheinwerfers ein Leuchtmittel verwendet werden, das eine entsprechend höhere Lichtleistung erreicht. Dies ist jedoch insbesondere bei Kraftfahrzeugscheinwerfern nur selten möglich, da beispielsweise die zur Verfügung stehende Bordspannung und die Fahrzeugelektrik für derartige Leuchtmittel nicht ausgelegt sind.
Aus der DE 101 07 017 A1 ist eine Kraftfahrzeugleuchte bekannt, die ebenfalls über eine Abdeckscheibe verfügt, die mit einer teilreflektierenden Beschichtung versehen ist. Auf diese Weise soll es möglich gemacht werden, Leuchten beispielsweise in Zierteilen, wie beispielsweise Zierleisten, des Kraftfahrzeugs zu positionieren, ohne dass die Leuchten im ausgeschalteten Zustand von außen sichtbar sind. Auch in diesem Fall führt die teilreflektierende Beschichtung zu einem Verlust an Lichtleistung, der durch ein Leuchtmittel mit einer entsprechend höheren Leistung ausgeglichen werden muss. Zudem ist auch in diesem Fall ein durchaus gewollter Blick in das Innere der Leuchte nicht möglich.
Durch die in der DE 101 07 017 A1 aufgebrachte Beschichtung ist es zudem möglich, dass die Leuchte im ausgeschalteten Zustand beispielsweise silbrig glänzend erscheint, während sie im eingeschalteten Zustand farbiges Licht aussendet. Derartige Leuchten sind beispielsweise für Blinker oder Bremsleuchten eines Kraftfahrzeuges einsetzbar, wie dies beispielsweise aus der DE 10 2004 054 872 B4 , der DE 197 49 047 A1 und der WO 01/97253 A1 bekannt ist. Diese Lösungen sind jedoch für Frontscheinwerfer von Kraftfahrzeugen gänzlich ungeeignet, da zum einen bei dieser Art Leuchten ein Blick ins Innere nicht gewünscht ist und zum anderen die ausgesandte Lichtleistung nicht das entscheidende Kriterium ist, da durch Blinker und Bremsleuchten kein Bereich der Umgebung beleuchtet werden soll. Zudem sendet ein Scheinwerfer kein farbiges Licht aus und soll gleichzeitig in einer anderen Farbe erscheinen, wenn er nicht eingeschaltet ist, so dass sich das in den genannten Druckschriften genannte Problem bei Frontscheinwerfern für Kraftfahrzeuge nicht stellt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Frontscheinwerfer und eine entsprechende Weißlichtlampe so weiter zu entwickeln, dass die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen gattungsgemäßen Frontscheinwerfer, der sich dadurch auszeichnet, dass der Lampenkörper zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung aufweist, und dass der Lampenkörper eine Form aufweist, die so gewählt ist, dass ein Lichtanteil des Lichtes, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, entlang von Pfaden ausgesendet wird, die nach einer ersten Reflexion an der Beschichtung zumindest noch ein weiteres Mal auf die Beschichtung treffen, wobei der Lichtanteil wenigstens 50% des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes beträgt.
Der Lampenkörper weist folglich zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung auf. Unter einer farbneutralen Beschichtung wird dabei eine Beschichtung verstanden, die die Farbtemperatur des von der Lichtquelle abgestrahlten weißen Lichtes um maximal 10% ändert. Teiltransparent ist eine Beschichtung dann, wenn sie lediglich einen Teil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes hindurch lässt, einen anderen Anteil jedoch reflektiert oder absorbiert. Wird nun die Reflektivität groß genug gewählt, ist es in dem Bereich, der mit der farbneutralen, teiltransparenten Beschichtung versehen ist, nicht möglich, von außen in die Weißlichtlampe hineinzusehen. Vielmehr erscheint sie silbrig glänzend und fügt sich somit in nahezu optimaler Weise in das brillante Gesamtbild des Inneren des Frontscheinwerfers ein. Insbesondere dadurch, dass die teiltransparente Beschichtung farbneutral ausgebildet ist, entsteht ein silbrig glänzender Eindruck, der keinen oder allenfalls einen sehr geringen Farbstich aufweist. Dadurch wird das brillante Erscheinungsbild weiter perfektioniert. Die teiltransparente, farbneutrale Beschichtung verfügt folglich über einen nahezu konstanten Reflexionskoeffizienten über den gesamten Bereich des sichtbaren Lichtes. Dieses umfasst elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen ca. 420 und ca. 750 nm. Um insbesondere ein zu starkes Aufheizen der Weißlichtquelle zu verhindern, kann die Beschichtung jedoch beispielsweise im Infrarot-Bereich eine deutlich geringere Reflektivität aufweisen, so dass nicht sichtbare Wärmestrahlung die Weißlichtquelle nahezu ungehindert verlassen kann. Für die vorliegende Erfindung ist die Reflektivität der farbneutralen, teiltransparenten Beschichtung für Licht, das Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereichs aufweist, unerheblich.
Im eingeschalteten Zustand der Weißlichtlampe wird von der Lichtquelle folglich Licht ausgesandt, das auf die farbneutrale, teiltransparente Beschichtung trifft. Hier wird entsprechend dem Reflexionskoeffizienten der Beschichtung ein Teil dieses Lichtes reflektiert und kann somit die Weißlichtlampe nicht in Richtung auf den Reflektor verlassen. Um eine zu starke Helligkeitseinbuße der Weißlichtlampe zu verhindern, weist der Lampenkörper eine Form auf, die so gewählt ist, dass der Lichtanteil des Lichtes, das ausgesendet und von der Beschichtung reflektiert wird, zumindest ein weiteres Mal auf die Beschichtung auftrifft. Licht, das einmal von der Beschichtung reflektiert wird, ist folglich für die Lichtausbeute der Weißlichtlampe und damit des Frontscheinwerfers nicht verloren, sondern kann auch bei dem zweiten Auftreffen auf die Beschichtung die Weißlichtlampe verlassen und somit zur Lichtausbeute beitragen. Um hier eine ausreichende Lichtstärke der Weißlichtlampe für die Anwendung eines Frontscheinwerfers zu erreichen, ist die Form des Lampenkörpers so gewählt, dass der Lichtanteil wenigstens 50% des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes beträgt. Dabei kann die Form des Lampenkörpers vorzugsweise so gewählt werden, dass auch das Licht, das bei einem zweiten Auftreffen auf die Beschichtung den Lampenkörper verlässt, so auf den Reflektor auftrifft, dass es in die gewünschte Richtung reflektiert wird und zur Lichtausbeute beiträgt. Je größer der Lichtanteil ist, der entlang von Pfaden ausgesendet wird, die zumindest ein zweites Mal auf die Beschichtung treffen, desto größer ist die Lichtausbeute, so dass ein Lichtanteil von beispielsweise 70%, 80% oder gar 90% des ausgesandten Lichtes vorteilhaft ist.
Herkömmlicherweise sind Weißlichtquellen insbesondere in Frontscheinwerfern von Kraftfahrzeugen einer Reihe von Begrenzungen unterworfen. Dies betrifft zum einen die räumliche Ausdehnung der entsprechenden Weißlichtlampen, zum anderen jedoch auch die elektrischen Größen. So sind derartige Weißlichtlampen üblicherweise für die Bordspannung von 12 V und eine Nennleistung von beispielsweise 55 W ausgelegt. Die einfache Beschichtung des Lampenkörpers mit einer teiltransparenten Beschichtung hätte eine Absenkung der Lichtausbeute zur Folge, die beispielsweise durch eine erhöhte Lichtleistung und damit verbunden eine erhöhte Leistungsaufnahme der Weißlichtlampe ausgeglichen werden müsste, was jedoch in vielen Fällen nicht möglich ist. Erst durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Form des Lampenkörpers wird erreicht, dass die durch die teiltransparente Beschichtung aufgebrachte Teilverspiegelung nicht dazu führt, dass bei gleicher Leistungsaufnahme der Weißlichtlampe die für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer geltenden gesetzlichen Bestimmungen insbesondere im Hinblick auf die Leuchtstärke, nicht mehr erfüllt werden. Vielmehr ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung möglich, durch die farbneutrale, teiltransparente Beschichtung sowohl den optischen Eindruck des Frontscheinwerfers und der Weißlichtlampe wunschgemäß zu verbessern als auch die insbesondere für Kraftfahrzeugscheinwerfer geltenden gesetzlichen Bestimmungen weiterhin zu erfüllen.
Die Lichtausbeute einer erfindungsgemäßen Weißlichtlampe beziehungsweise eines erfindungsgemäßen Frontscheinwerfers für Kraftfahrzeuge hängt dabei von der Größe des Lichtanteiles ab, der mehrfach auf die Beschichtung trifft und somit mehrfach die Möglichkeit erhält, den Lampenkörper der Weißlichtlampe zu verlassen. Daher ist es von Vorteil, den Lichtanteil so groß wie möglich zu machen. Vorteilhafterweise umfasst der Lichtanteil daher wenigstens 65%, noch bevorzugter wenigstens 75% und besonders bevorzugt wenigstens 85% des ausgesandten Lichtes.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Frontscheinwerfers weist die Beschichtung eine Reflektivität von wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 55%, besonders bevorzugt wenigstens 65% auf. Je größer die Reflektivität ist, desto besser ist der silbrig glänzende optische Eindruck, den der beschichtete Teil des Lampenkörpers bei einer Betrachtung von außen im ausgeschalteten Zustand macht. Unabhängig von der Höhe der Reflektivität ist die Beschichtung weiterhin farbneutral, so dass die Reflektivität als Funktion der Wellenlänge des Lichtes im sichtbaren Bereich konstant oder zumindest nahezu konstant ist. Als Kriterium dient hier wieder, dass die Farbtemperatur des ausgesandten weißen Lichtes durch die Beschichtung um möglichst weniger als 10% der Farbtemperatur geändert wird.
Natürlich steigt mit wachsender Reflektivität der Anteil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes, der an der Beschichtung reflektiert wird. Da mit jeder Reflexion auch immer ein kleiner Anteil des Lichtes beispielsweise in der Beschichtung absorbiert wird, und ein Teil des reflektierten Lichtes nicht wieder auf die Beschichtung trifft, sinkt mit steigender Reflektivität die Lichtausbeute, so dass hier bei gegebener Form des Lampenkörpers ein Optimum zwischen möglichst großer Reflektivität und möglichst großer Lichtausbeute gefunden werden muss. Sind sowohl die Reflektivität als auch die benötigte Lichtausbeute vorgegeben und auch die elektrischen Kenngrößen der Lichtquelle nicht veränderbar, kann jedoch über die Form des Lampenkörpers versucht werden, die Lichtausbeute zu erhöhen, indem beispielsweise der Lichtanteil vergrößert wird.
Vorteilhafterweise wird wenigstens 50% des Lichtanteiles entlang von Pfaden ausgesandt, die wenigstens dreimal, bevorzugt wenigstens viermal, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal auf die Beschichtung treffen, wenn das Licht bei jedem vorherigen Auftreffen reflektiert wird. Dieses Licht erhält somit wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens fünf Möglichkeiten, durch die Beschichtung zu dringen und die Weißlichtlampe und damit den Frontscheinwerfer in die gewünschte Richtung zu verlassen. Dadurch wird die Lichtausbeute deutlich vergrößert, so dass für eine gegebene Gesamtlichtausbeute eine höhere Reflektivität gewählt werden kann, so dass die Weißlichtlampe brillanter verspiegelt wirkt. Es ist vorteilhaft, den Anteil des Lichtanteiles, dessen Pfade mehr als zweimal auf die Beschichtung treffen, möglichst groß, beispielsweise 65%, 75%, oder 85% zu wählen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Lampenkörper zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsachse ausgebildet. Diese Längsachse verläuft in der Regel von der Fassung der Weißlichtlampe zur Abschmelznase. Durch eine zumindest teilweise rotationssymmetrisch ausgebildete Form des Lampenkörpers lässt sich dieser besonders einfach herstellen und die Lichtausbeute ist in jeder Richtung gleich. Damit wird gewährleistet, dass eine so ausgebildete Weißlichtlampe in jeder Orientierung in den Frontscheinwerfer eingesetzt werden kann. Für bestimmte Anwendungen kann es jedoch auch sinnvoll sein, den Lampenkörper nicht rotationssymmetrisch auszubilden, sondern eine Form zu wählen, die einer bevorzugten Lichtabstrahlcharakteristik entspricht. So kann es sinnvoll sein, dass auf einer Seite mehr Licht die Weißlichtlampe verlässt als auf einer anderen Seite. Diesem Umstand kann durch einen entsprechend geformten Lampenkörper Rechnung getragen werden.
Vorzugsweise wird der Lichtanteil in einem zur Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildeten Raumwinkelbereich ausgesendet und trifft auf den rotationssymmetrischen Bereich des Lampenkörpers. Dabei kann es bevorzugt sein, wenn auch der Anteil des Lichtanteiles, der wenigstens dreimal auf die Beschichtung trifft, wenn das Licht bei jedem vorherigen Auftreffen reflektiert wird, in einem rotationssymmetrischen Raumwinkelbereich ausgesendet wird. Auf diese Weise lässt sich eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung und Formgebung des Lampenkörpers erreichen.
Vorzugsweise ist die Weißlichtlampe eine Lampe der H-Baureihe, insbesondere eine H4-Lampe oder eine H7-Lampe. Diese Lampen werden herkömmlicherweise in Kraftfahrzeugscheinwerfern eingesetzt. Sofern eine derartige Weißlichtlampe mit der erfindungsgemäßen Beschichtung versehen wird, können auch bestehende Frontscheinwerfer mit einer derartigen Lampe ausgestattet werden und so die vorteilhaften Eigenschaften der hier beschriebenen Erfindung nutzen.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Beschichtung um eine dielektrische Beschichtung aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien. Dabei werden üblicherweise abwechselnd Schichten aus einem hoch brechenden und einem niedrig brechenden Beschichtungsmaterial verwendet, die die Beschichtung bilden, deren Transmissionskoeffizient und Reflexionskoeffizient zuvor berechnet wurden. Auf diese Weise kann die Beschichtung genau an die gewünschten Eigenschaften angepasst und entsprechend designed werden. Als hoch brechendes Beschichtungsmaterial kann dabei beispielsweise Titandioxid (TiO₂) und als niedrig brechendes Beschichtungsmaterial Siliziumoxid (SiO₂) verwendet werden. Andere hoch brechende Materialien sind beispielsweise Nb₂O₅ oder ZrO₂. Als niedrig brechendes Material eignet sich beispielsweise auch MgF₂. Alle diese Materialien können in Schichten mit geeigneten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, beispielsweise PVD- oder CVD-Verfahren aufgebracht werden.
Vorzugsweise weist die Weißlichtlampe eine Gesamttransmission von wenigstens 70%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt wenigstens 90% auf. Die Bezugsgröße ist dabei die Lichtausbeute einer identisch ausgebildeten Weißlichtlampe, die keine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung aufweist. Je größer die Gesamttransmission ist, desto besser eignen sich entsprechende Weißlichtlampen für die Verwendung in Frontscheinwerfern für Kraftfahrzeuge. Die Gesamttransmission kann dabei beispielsweise durch eine Herabsenkung der Reflektivität der aufgebrachten Beschichtung oder durch eine Änderung der Form des Lampenkörpers erreicht werden, wodurch es einem großen Teil des Lichtanteiles des ausgesandten Lichtes ermöglicht wird, häufiger auf die Beschichtung zu treffen und so gegebenenfalls auch nach mehreren Reflexionen den Lampenkörper zu verlassen. Dies ist naturgemäß nicht uferlos möglich, da mit jedem Reflexions- oder Transmissionsvorgang auch ein geringer Absorptionsvorgang einhergeht, so dass bei jedem Auftreffen von Licht auf die Beschichtung ein Teil des Lichtes verloren geht. Zudem lässt sich nicht ausschließen, dass ein Teil des reflektierten Lichtes nach einer gewissen Anzahl von Reflexionen nicht wieder auf die Beschichtung trifft, sondern beispielsweise im Sockel- oder Fassungsbereich der Weißlichtlampe absorbiert wird.
Vorzugsweise verfügt der Lampenkörper in einem einer Fassung gegenüberliegenden Bereich über eine Beschichtung mit einem Transmissionskoeffizienten von 0%. Dies entspricht der aus dem Stand der Technik bereits bekannten Vollverspiegelung der Abschmelznase, um hier ein direktes Austreten von Licht aus dem Frontscheinwerfer zu verhindern, was zu einer unerwünschten Blendung des dem Kraftfahrzeug entgegenkommenden Gegenverkehrs führen könnte.
Eine erfindungsgemäße Weißlichtlampe mit einem transparenten Lampenkörper, in dem sich eine Lichtquelle zum Aussenden von weißem Licht befindet, zeichnet sich dadurch aus, dass der Lampenkörper zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung aufweist und dass der Lampenkörper eine Form aufweist, die so gewählt ist, dass ein Lichtanteil des Lichtes, das von einer Lichtquelle ausgesendet wird, entlang von Pfaden ausgesandt wird, die nach einer ersten Reflexion an der Beschichtung zumindest noch ein weiteres Mal auf die Beschichtung treffen, wobei der Lichtanteil wenigstens 50% des ausgesandten Lichtes beträgt. Eine erfindungsgemäße Weißlichtlampe ist folglich insbesondere eine Weißlichtlampe für einen Frontscheinwerfer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, kann jedoch auch in anderen Gebieten eingesetzt werden. Eine derartige Weißlichtlampe kann vorzugsweise die im Bezug auf Weißlichtlampen für Frontscheinwerfer beschriebenen Eigenschaften und Merkmale aufweisen und dennoch auch für andere Zwecke verwendbar sein.
Prinzipiell ist die vorliegende Erfindung unabhängig von der Art der in der Weißlichtlampe verwendeten Lichtquelle. Jedoch weist die Verwendung ausreichend starker Leuchtdioden Vorteile auf, da sie zum einen baulich klein ausgebildet werden können und zum anderen Licht gerichtet aussenden. Durch die baulich kleine Ausgestaltung befinden sich bei der Verwendung von Leuchtdioden (LED, OLED) keine oder nur sehr wenige Bauteile im Inneren des Lampenkörpers. Daher kann Licht, das von der Beschichtung reflektiert wurde, im Inneren des Lampenkörpers nur von sehr wenigen Bauteilen absorbiert werden, so dass der Absorptionsgrad einer derartigen Lampe gering ist. Durch die gerichtete Lichtemission kann der Lichtanteil vergrößert und somit die Effektivität der Mehrfachreflektionen gesteigert werden, ohne die Form des Lampenkörpers zu verändern.
Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
1 – die Gesamttransmission einer Weißlichtlampe für einen Frontscheinwerfer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Funktion der Anzahl der Reflexionen,
2 – die Gesamttransmission als Funktion der Reflektivität,
3 – die Summe aus Reflektivität und Gesamttransmission als Funktion der Reflektivität,
4 – der durch Mehrfachreflexion erreichte Zugewinn an Transmissionen als Funktion der Reflektivität,
5 – die Reflektivität als Funktion der Gesamttransmission,
6 – einen Vergleich der berechneten Werte der Reflektivität als Funktion der Gesamttransmission mit gemessenen Werten,
7 – eine beispielhafte Reflektivität als Funktion der Wellenlänge für unterschiedliche Einfallswinkel des Lichtes und
8 – die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Weißlichtlampe.
Die 1 bis 7 zeigen Ergebnisse unterschiedlicher Simulationen, bei denen theoretische Spiegelschichten betrachtet wurden, die unterschiedliche Reflektivitäten und unterschiedliche Absorptionsgrade aufweisen. Dabei ist unter dem Begriff der Absorption nicht nur die Absorption innerhalb einer Spiegelschicht zu verstehen, die auftritt, wenn das Licht teilweise innerhalb der dielektrischen Schichtfolge reflektiert und teilweise durchgelassen wird, sondern auch die Absorption des Lichtes, die auftritt, wenn der reflektierte Anteil auf dem Weg durch das Innere des Lampenkörpers auf Gegenstände trifft, beispielsweise eine Glühwendel oder eine elektrische Zuleitung, bevor er die Beschichtung auf der gegenüberliegenden Seite des Lampenkörpers erreicht. All diese möglichen Absorptionsmechanismen sind durch die in den Simulationen angenommenen Absorptionsgrade berücksichtigt.
1 zeigt die Ergebnisse der Gesamttransmission T in % als Funktion der Anzahl n, die angibt, wie oft Licht, das von der Lichtquelle innerhalb der Weißlichtlampe ausgesendet wird, auf den mit der teiltransparenten Beschichtung versehenen Lampenkörper trifft. Dabei sind die Kurven für unterschiedliche Reflektivitäten R errechnet worden, die der Legende der 1 zu entnehmen sind. Für alle Kurven wurde ein fixer Absorptionsgrad von 1% angenommen, der jedes Mal dann auftritt, wenn das Licht auf die teiltransparente Beschichtung trifft. Man erkennt, dass insbesondere bei relativ geringen Reflektivitäten R zwischen 40% und 55% bereits nach drei Reflexionen eine Gesamttransmission T von 80% erreicht wird. Insbesondere bei diesen relativ geringen Reflektivitäten R sind die vierten und fünften Teiltransmissionen, also die Transmissionen, die auftreten, wenn das Licht zum vierten beziehungsweise fünften Mal auf die teiltransparente Beschichtung trifft, vernachlässigbar klein, während sie insbesondere bei sehr hohen Reflektivitäten R zwischen 80% und 90% noch zu einer signifikanten Steigerung der Gesamttransmission T führen. Für den Fall, dass die Absorption größer ist als 1% bei jedem Auftreffen der Strahlung auf die teiltransparente Beschichtung, würden sich vom Verlauf her ähnliche Kurven ergeben, die jedoch aufgrund der höheren Absorption insgesamt zu kleineren Gesamttransmissionen T verschoben wären.
2 zeigt wieder die Gesamttransmission T, die diesmal jedoch als Funktion der Reflektivität R dargestellt ist. Aufgetragen ist die Gesamttransmission T, die nach fünf Teiltransmissionen vorliegt, also nachdem das Licht fünfmal auf die teiltransparente Beschichtung getroffen ist. Die unterschiedlichen Kurven entsprechen dabei unterschiedlichen Absorptionsgraden A.
Die fünf gezeigten Kurven für A = 1%, 3%, 5%, 7% und 9%, fallen von recht hohen Werten der Gesamttransmission T bei relativ kleinen Werten für die Reflektivität R zu niedrigeren Gesamttransmissionswerten für hohe Reflektivitäten R ab. Bei großen Absorptionsgraden A und hohen Reflektivitäten R geht die Gesamttransmission T gegen Null, was bedeutet, dass fast das gesamte von der Lichtquelle ausgesandte Licht aufgrund von hoher Reflexion und hoher Absorption im Inneren des Lampenkörpers verbleibt.
Ein anderes Bild ergibt sich für kleine Reflektivitäten R. So wird beispielsweise bei R = 40% unabhängig von der Größe des Absorptionsgrades A jeweils eine Gesamttransmission T von mehr als 80% erreicht. Selbst bei einer Reflektivität von 55% zeigen alle in 2 gezeigten Kurven unabhängig vom Absorptionsgrad A eine Gesamttransmission T von mehr als 70%. Um von außen einen ausreichend verspiegelten Eindruck zu machen, sind Reflektivitäten R von 55% durchaus ausreichend, auch wenn für eine brillant-silbrige Verspiegelung noch höhere Reflektivitäten R wünschenswert wären. Bei einem Absorptionsgrad A von 1% ergibt sich bei einer Reflektivität R von 65% noch immer eine Gesamttransmission T von deutlich über 75%. Bei den in 2 gezeigten Gesamttransmissionen T für Reflektivitäten R zwischen 40% und 65% können derartige Weißlichtlampen beispielsweise in Form einer Lampe der H-Baureihe in Frontscheinwerfern für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
3 zeigt auf der y-Achse die Summe aus Reflektivität R und Gesamttransmission T als Funktion der Reflektivität R. Auch dies ist wieder für unterschiedliche Absorptionsgrade A aufgetragen. Man sieht, dass die Summe aus Gesamttransmission T und Reflektivität R im Bereich niedriger Reflektivitäten R zwischen etwa 120% und 140% liegt. Dies bedeutet, dass 20% bis 40% mehr Licht aus der Weißlichtlampe austritt, als man es aus der üblichen Beziehung erwartet hätte, nach der die Gesamttransmission T plus die Reflektivität R plus der Absorptionsgrad A 100% (R + T + A = 100%) bilden, wie dies bei einem einfachen Auftreffen des Lichtes auf die teiltransparente Beschichtung der Fall ist. In dieser Überlegung wird jedoch vernachlässigt, dass bei dem fünffachen Auftreffen des Lichtes auf die Beschichtung, die auch in 3 zugrunde gelegt wurde, eine teilweise nicht unerhebliche Absorption auftritt. Statt die in 3 dargestellte Summe aus Gesamttransmission T und Reflektivität R auf die Summe von 100% zu beziehen, müssten die Werte eigentlich auf 100% minus dem Absorptionsgrad A (100% – A = R + T) bezogen werden.
Dies ist in 4 dargestellt. Gezeigt ist auf der y-Achse die Differenz aus der Gesamttransmission T und der Einfachtransmission T₁, die aus der Beziehung T₁ = 100% minus Reflektivität R minus Absorptionsgrad A (T₁ = 100% – R – A) errechnet wird. Auf diese Weise wird der Absorptionsgrad A mit berücksichtigt. Auch in 4 wurden für die Berechnung der Gesamttransmission T fünf Teiltransmissionen berücksichtigt, die auftreten, wenn das von der Lichtquelle ausgesandte Licht fünfmal auf die teiltransparente Beschichtung trifft. Auch 4 zeigt die Daten wieder für unterschiedliche Absorptionsgrade A.
Man erkennt, dass für eine Reflektivität R = 40% ein Transmissionszugewinn von etwa 35% bei einem Absorptionsgrad A von 1% zu Buche schlägt. Je größer der Absorptionsgrad A ist, desto geringer fällt dieser Zugewinn, der in 4 auf der y-Achse abgetragen ist, aus. Beispielhaft seien die gezeigten Daten für den Fall einer Reflektivität R = 40% und einem Absorptionsgrad A = 1% näher erläutert. Die Einfachtransmission T₁ für diesen Fall beträgt 59%. Die Differenz dieser Einfachtransmission T₁ und der Gesamttransmission T, die bei 94% liegt, wie beispielsweise 1 zu entnehmen ist, beträgt, wie 4 zu entnehmen ist, 35% (T – T₁ = 94% – 59% = 35%). Dies entspricht etwa 60% der ursprünglichen Einfachtransmission T₁. Durch die Ausgestaltung des Lampenkörpers so, dass zumindest ein Teil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes bis zu fünfmal auf die teiltransparente Beschichtung trifft, kann folglich die Lichtausbeute um 60% der ursprünglichen Lichtausbeute gesteigert werden, ohne die von der Lichtquelle ausgesandte Lichtleistung zu vergrößern, so dass trotz der teiltransparenten Beschichtung, die von außen einen silbrigverspiegelten Eindruck erweckt, eine ausreichende Lichtausbeute erreicht werden kann, um entsprechende Weißlichtlampen in dem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeuges verwenden zu können.
Man erkennt in 4, dass für alle Reflektivitäten R und für alle Absorptionsgrade A die Gesamttransmission T größer ist als die Einfachtransmission T₁. Der Zuwachs ist jedoch insbesondere bei großen Reflektivitäten R so gering, dass Beschichtungen, die eine Reflektivität R von beispielsweise mehr als 80% aufweisen, wohl nicht geeignet sind, in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs verwendet zu werden. Dies ist jedoch anhand der jeweiligen Kriterien und Erfordernissen für jeden Einzelfall zu prüfen.
Die Reflektivität R sollte nach den hier gezeigten Berechnungen möglichst zwischen 40% und 70% liegen, um ausreichend hohe Gesamttransmissionen T und damit verbunden ausreichend hohe Lichtströme der so beschichteten Lampenkörper zu erreichen. Diese Aussage ist bei den hier gezeigten Berechnungen unabhängig vom Absorptionsgrad A zwischen 1% und 9% zutreffend. Wird der Lampenkörper jedoch so geformt, dass der Lichtanteil, der mehr als einmal auf die Beschichtung trifft, möglichst groß ausfällt, und zudem eine große Anzahl von Teiltransmissionen möglich ist, das von der Lichtquelle ausgesandte weiße Licht also sehr häufig auf die Beschichtung trifft und somit viele Möglichkeiten hat, den Lampenkörper zu verlassen, ist es insbesondere bei geringen Absorptionsgraden A möglich, auch bei höheren Reflektivitäten R einen ausreichenden Lichtstrom zu erreichen. Die Form des Lampenkörpers, die Reflektivität R der aufgebrachten Beschichtung sowie der Absorptionsgrad A können dabei in Abhängigkeit der gewünschten Gesamttransmission T ausgewählt und optimiert werden.
5 zeigt auf der y-Achse die Reflektivität R und auf der x-Achse die Gesamttransmission T, die wieder für fünf Teilreflexionen bei unterschiedlichen Absorptionsgraden A berechnet wurde. Aus dem in 5 gezeigten Diagramm lässt sich beispielsweise anhand der Pfeile 2 entnehmen, welche Reflektivität R bei fünf Teilreflexionen und den gezeigten Absorptionsgraden A benötigt wird, um beispielsweise eine Gesamttransmission T von 80% zu erreichen. Man erkennt, dass dies Reflektivitäten zwischen R = 40% und R = 60% sind, während größere Reflektivitäten R kleinere Gesamttransmissionen T zur Folge haben. Doch auch bei einer Reflektivität R von 65% wird noch eine Gesamttransmission T von 75% überschritten, wenn der Absorptionsgrad A klein genug ist und beispielsweise nur 1% beträgt. Wird eine größere Reflektivität R gewünscht, kann entweder der Absorptionsgrad A noch weiter verringert werden oder die Anzahl der Teilreflexionen oder Anteil des Lichtes, der an den Teilreflexionen teilnimmt, vergrößert werden. Dies geschieht durch eine Anpassung der Form des Lampenkörpers. Einerseits kann der Raumwinkelbereich, in dem der Lichtanteil ausgesendet wird, vergrößert werden, so dass ein größerer Anteil des von der Lichtquelle ausgesandten weißen Lichtes an den Mehrfachreflexionen teilnimmt. Andererseits kann auch die Form des Lampenkörpers in diesem Bereich so geändert werden, dass mehr Teilreflexionen ermöglicht werden, so dass das Licht noch öfter auf den teiltransparent beschichteten Bereich des Lampenkörpers auftrifft.
6 zeigt die Darstellung aus 5, bei der wieder die Reflektivität R als Funktion der Gesamttransmission T aufgetragen ist. Dies ist wieder für unterschiedliche Absorptionsgrade A bei jeweils fünf Teilreflexionen aufgetragen worden. Ergänzt werden diese theoretisch berechneten Werte durch vier Messungen, von denen zwei an einer H4-Lampe H4 und zwei an einer H7-Lampe H7 durchgeführt wurden. Damit wurde die Praxistauglichkeit der bisher gezeigten Berechnungen überprüft. Jeweils eine H4-Lampe und jeweils eine H7-Lampe wurden mit einer Beschichtung mit einer Reflektivität R = 44% und R = 50% versehen. Die so beschichteten vier Lampenvarianten wurden anschließend auf ihren emittierten Lichtstrom hin vermessen und das so ermittelte Ergebnis ins Verhältnis zum ausgesandten Lichtstrom derselben Lampe ohne Beschichtung gesetzt.
Man erkennt, dass die beiden Messungen zur H7-Lampe H7 relativ gut mit der Kurve für einen Absorptionsgrad A von 3% übereinstimmen und mit einer derart beschichteten Lampe bei beiden Reflektivitäten R = 44% und R = 50% eine Gesamttransmission T von mehr als 85% erreicht wurde. Die H4-Lampe H4 lässt sich nicht so einfach einem Absorptionsgrad A zuordnen. Dennoch ist auch bei dieser Lampe bei beiden Beschichtungen eine Gesamttransmission T von mehr als 75% erreicht worden.
Eine H4-Lampe H4 verfügt über zwei dicht nebeneinander liegende voneinander elektrisch getrennte Wendeln, von denen eine für das Abblendlicht und eine für das Fernlicht zuständig ist. Die Wendel für das Abblendlicht ist mit einem kleinen metallischen Reflektor versehen und von diesem teilweise umgeben. Durch diese relativ großen Bauteile im Inneren des Lampenkörpers der H4-Lampe kommt es zu dem erhöhten Absorptionsgrad A. Als Ergebnis dieser Messung lässt sich jedoch festhalten, dass sich mit einer Ausgestaltung der Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung trotz dieser Bauteile eine ausreichende Gesamttransmission T erreichen lässt.
7 zeigt die Reflektivität R einer speziellen Beschichtung als Funktion der Wellenlänge λ für unterschiedliche Lichteinfallswinkel. Man erkennt, dass die gewünschte Reflektivität R = 50% über den nahezu vollständigen Längenwellenbereich des sichtbaren Lichtes erreicht werden kann. Dies gilt nicht nur für den senkrechten Einfall (0°), sondern bis zu 40° Einfallswinkel. Bei deutlich größeren Winkeln von beispielsweise 60° ist, wie in 7 dargestellt ist, diese Reflektivität R nicht vollständig zu erreichen. Dies ist jedoch für den praktischen Einsatz als teiltransparente Beschichtung auf dem Lampenkörper insbesondere für Lampen einer H-Baureihe nicht nötig, da derartige flache Einfallswinkel kaum vorkommen. Auch bei diesem Einfallswinkel ist die Reflektivität R jedoch über beinahe den gesamten Wellenlängenbereich konstant, so dass durch die etwas unterhalb von 50% liegende Reflektivität R mehr Licht als gewünscht aus dem Lampenkörper austritt. Die Farbneutralität bleibt jedoch gegeben, so dass ein von außen silbrig glänzender Eindruck entsteht.
Für einen Frontscheinwerfer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einer Weißlichtlampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es unerheblich, ob zunächst die farbneutrale, teiltransparente Beschichtung oder zunächst, sofern vorhanden, die Versilberung der Abschmelznase aufgebracht wird. Wesentlich ist lediglich, dass zumindest ein Abschnitt des Lampenkörpers die farbneutrale, teiltransparente Beschichtung aufweist und die Form des Lampenkörpers entsprechend gewählt ist.
8 zeigt die schematische Darstellung einer Weißlichtlampe 4, die im rechten Bereich über eine Fassung 6 verfügt. Diese verfügt über einen Absatz 8, an dem zwei elektrische Kontakte 10 angeordnet sind. Auf der den elektrischen Kontakten 10 gegenüberliegenden Seite des Absatzes 8 befindet sich ein Lampenteller 12, an dem sich ein Sockel 14 anschließt. An diesem ist ein Lampenkörper 16 angeordnet, der mit einer Beschichtung 18 versehen, die farbneutral und teiltransparent ist. Am der Fassung 6 gegenüberliegenden Ende des Lampenkörpers 16 befindet sich eine Abschmelznase 20, in deren Bereich der Lampenkörper 16 zusätzlich eine Zusatzbeschichtung 22 aufweist, die vollständig intransparent ausgebildet ist. Im Inneren des Lampenkörpers 16 befindet sich eine Glühwendel 24, die als Lichtquelle wirkt und mit zwei Anschlüssen 26 mit den elektrischen Kontakten 10 verbunden ist. Natürlich sind auch andere Arten von Lichtquellen vorstellbar. Man erkennt, dass durch strichpunktierte Linien ein Raumwinkelbereich 28 dargestellt ist, der dem Bereich entspricht, in dem der Lichtanteil ausgesendet wird. Licht, das von der Glühwendel 24 in diesem Bereich ausgesandt wird, trifft nach der Reflexion an der Beschichtung 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Lampenkörpers 16 erneut auf die Beschichtung 18 und entspricht somit dem Lichtanteil. Durch geschickte Wahl der Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle, beispielsweise der Glühwendel 24, kann dieser Lichtanteil besonders groß gewählt werden.
Bezugszeichenliste

T: Gesamttransmission
n: Anzahl
R: Reflektivität
A: Absorptionsgrad
T₁: Einfachtransmission
H4: H4-Lampe
H7: H7-Lampe
λ: Wellenlänge
2: Pfeil
4: Weißlichtlampe
6: Fassung
8: Absatz
10: Elektrischer Kontakt
12: Lampenteller
14: Sockel
16: Lampenkörper
18: Beschichtung
20: Abschmelznase
22: Zusatzbeschichtung
24: Glühwendel
26: Anschluss
28: Raumwinkelbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19857076 A1 [0004]
EP 0756131 A1 [0006]
DE 10107017 A1 [0007, 0008]
DE 102004054872 B4 [0008]
DE 19749047 A1 [0008]
WO 01/97253 A1 [0008]

Claims

Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, der eine Weißlichtlampe (4) und einen Reflektor aufweist, wobei die Weißlichtlampe (4) einen transparenten Lampenkörper (16) aufweist, in dem sich eine Lichtquelle (24) zum Aussenden von weißem Licht befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (16) zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung (18) aufweist und dass der Lampenkörper (16) eine Form aufweist, die so gewählt ist, dass ein Lichtanteil des Lichtes, das von der Lichtquelle (24) ausgesendet wird, entlang von Pfaden ausgesendet wird, die nach einer ersten Reflexion an der Beschichtung (18) zumindest noch ein weiteres Mal auf die Beschichtung (18) treffen, wobei der Lichtanteil wenigstens 50% des von Lichtquelle (24) ausgesandten Lichtes beträgt.
Frontscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (18) eine Reflektivität (R) von wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 55%, besonders bevorzugt wenigstens 65% aufweist.
Frontscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens 50% des Lichtanteiles entlang von Pfaden ausgesendet wird, die wenigstens dreimal, bevorzugt wenigstens viermal, besonders bevorzugt wenigstens fünfmal auf die Beschichtung (18) treffen, wenn das Licht bei jedem vorherigen Auftreffen reflektiert wird.
Frontscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (16) zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch zu einer Längsachse ausgebildet ist.
Frontscheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtanteil in einem symmetrisch zu der Längsachse ausgebildeten Raumwinkelbereich (28) ausgesendet wird und auf den rotationssymmetrischen Bereich des Lampenkörpers (16) trifft.
Frontscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weißlichtlampe (4) eine Lampe der H-Baureihe, insbesondere eine H4-Lampe (H4) oder eine H7-Lampe (H7) ist.
Frontscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (18) eine dielektrische Beschichtung aus einer Mehrzahl von Einzelschichten aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien ist.
Frontscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weißlichtlampe (4) eine Gesamttransmission (T) von wenigstens 70%, bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt wenigstens 90% aufweist.
Frontscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (16) in einem einer Fassung (6) gegenüberliegenden Bereich eine Zusatzbeschichtung (22) mit einem Transmissionskoeffizienten von 0% aufweist.
Weißlichtlampe (4) mit einem transparenten Lampenkörper (16), in dem sich eine Lichtquelle (24) zum Aussenden von weißem Licht befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Lampenkörper (16) zumindest teilweise eine farbneutrale, teiltransparente Beschichtung (18) aufweist und dass der Lampenkörper (16) eine Form aufweist, die so gewählt ist, dass ein Lichtanteil des Lichtes, das von der Lichtquelle (24) ausgesendet wird, entlang von Pfaden ausgesendet wird, die nach einer ersten Reflexion an der Beschichtung (18) zumindest noch ein weiteres Mal auf die Beschichtung (18) treffen, wobei der Lichtanteil wenigstens 50% des von der Lichtquelle (24) ausgesandten Lichtes beträgt.