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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Kraftfahrzeugleuchte ist per se bekannt und weist eine Licht abstrahlende Lichtquelle und einen Reflektor auf, der mit von der Lichtquelle abgestrahltem Licht beleuchtet wird und der gewölbte Reflexionsflächen aufweisende Facetten aufweist, welche Reflexionsflächen spiralförmig angeordnet sind.
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Unter einer Kraftfahrzeugleuchte wird hier eine Beleuchtungsvorrichtung verstanden, die dazu dient, anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz und/oder das momentane oder beabsichtigte Verhalten des Kraftfahrzeugs zu signalisieren. Beispiele von Kraftfahrzeugleuchten sind Tagfahrlichtleuchten, Schlussleuchten, Bremsleuchten und Blinkleuchten.
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Reflektoren von Kraftfahrzeugleuchten sind in der Regel nach folgendem Prinzip aufgebaut: Eine Trägerfläche, die durch eine unter Design-Aspekten vorgegebene Randkontur begrenzt wird, umfasst einen im vorhandenen Bauraum möglichst großen Raumwinkel um ein Leuchtmittel, wodurch ein möglichst großer Anteil der vom Leuchtmittel abgegebenen Strahlen auf die Trägerfläche fällt. Letzteres dient der Erzielung einer möglichst großen Effizienz, unter der hier der Anteil am von der Lichtquelle abgegebenen Licht verstanden wird, der letztlich zu der erwünschten, regelkonformen Signallichtverteilung beiträgt. Unter der Trägerfläche wird dabei eine Fläche verstanden, die sich gedanklich als Einhüllende einer Facetten aufweisenden realen Reflektorfläche ergibt.
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Die dabei verwendeten und bekannten Facetten sind in einer Vielzahl auf der Trägerfläche angeordnet und dienen zwei Zielen:
Ein erstes Ziel besteht darin, eine den gesetzlichen Vorgaben entsprechende Lichtverteilung, beziehungsweise Lichtstärkeverteilung zu erzeugen oder, falls weitere optische Elemente wie Streuscheiben daran beteiligt sind, zumindest dazu beizutragen. Die höchste Lichtstärke soll dabei bei Bugleuchten in der (H = 0°/V = 0°)-Richtung, bei Heckleuchten entsprechend in der dazu entgegengesetzten Richtung erzeugt werden. Die Winkelangaben beziehen sich dabei auf Abweichungen von einer Hauptabstrahlrichtung, die bei bestimmungsgemäß in ein Kraftfahrzeug eingebauter Leuchte parallel zu der Fahrzeuglängsachse liegt. Eine typische horizontale (H) Breite beträgt +/+20°; eine typische vertikale (V) Höhe beträgt +/+10°, jeweils bezogen auf die (H = 0°/V = 0°) Richtung.
Ein zweites Ziel besteht darin, dass ein Betrachter, der aus einer Richtung, die innerhalb eines definierten Winkelbereichs liegt, auf die Leuchte blickt, auf jeder Facette einen leuchtenden Bereich sehen soll, so dass er den Eindruck gewinnt, dass die gesamte Reflektorfläche strahlt.
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Die Anordnung der Facetten auf der Trägerfläche erfolgt beim Stand der Technik üblicherweise in einem Rechteckraster und, bei runden Leuchten, in einem ringförmigen Raster. Bei anderen Formen von Leuchten werden auch Raster verwendet, die der äußeren Form der die Trägerfläche begrenzenden Konturen folgend verlaufen. Die Druckschrift
CA 2 280 120 A1 zeigt in ihrer
5 ein Ringraster von Facetten. In dem Ringraster sind Spiralen erkennbar, die an einem inneren Rand des Reflektors starten.
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Bei der Verwendung ringförmiger und rechteckige Raster treten in der Regel Effizienzverluste an den Facettengrenzen und/oder Einschränkungen in der Gestaltungsfreiheit der Leuchtdichteverteilung im Erscheinungsbild der leuchtenden Kraftfahrzeugleuchte auf. Die Leuchtdichteverteilung bestimmt das Erscheinungsbild der Leuchte und ist damit etwas anderes als die Lichtstärkeverteilung, die zum Beispiel als Helligkeitsverteilung auf einem von der Leuchte beleuchteten Schirm in Erscheinung tritt.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Kraftfahrzeugleuchte anzugeben, mit der diese Effizienzverluste vermieden werden und die dabei eine große Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Gestaltung von Rasterungen der Facettierung von Reflektoren von Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen bietet.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass jede Facette genau einen ausgezeichneten Punkt aufweist, der sich dadurch auszeichnet, dass er auf einer im Raum gekrümmten Fläche liegt, auf der auch die ausgezeichneten Punkte der übrigen Facetten liegen, und dass diese Punkte auf einer Spirale liegen, die von einem Zentrum des Reflektors ausgeht und die das Zentrum mehrfach umläuft, bevor sie einen äußeren Rand des Reflektors schneidet und dass jede Facette entweder von dem äußeren Rand und benachbarten Facetten oder einem inneren Rand des Reflektors und benachbarten Facetten begrenzt wird.
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Anstatt auf einer gedachten Trägerfläche ein Raster vorzugeben und anschließend Facettenflächen in dieses Raster zu "pressen", werden auf der gedachten oder gegebenenfalls auch real vorhandenen Trägerfläche Punkte definiert, an denen die Facettenflächen die Trägerfläche berühren sollen. Das Raster entsteht dann von selbst aus den wechselseiteigen Schnittkurven zwischen den Facettenflächen. Bei der Belegung der Trägerflächen mit Facetten ergeben sich die Schnittkurven damit automatisch als Folge der vorher ausgewählten Punkte und Typen von Facetten.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Facettenfläche in ihrem ausgezeichneten Punkt senkrecht zu der Winkelhalbierenden zwischen einem von einer den Reflektor beleuchtenden Lichtquelle her einfallenden Strahl und einer gewünschten Hauptabstrahlrichtung liegt.
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Bevorzugt ist auch, dass die Reflektorfläche nur Facetten vom gleichen Flächentyp aufweist.
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Weiter ist bevorzugt, dass die Reflektorfläche nur Facetten vom gleichen Flächentyp aufweist, wobei die Facetten unterschiedliche Formparameter aufweisen.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Formparameter eine Krümmung der Facettenfläche im Berührpunkt mit der gedachten Trägerfläche ist.
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Weiter ist bevorzugt, dass wenigstens eine Facettenfläche ein Teil eines Rotationsellipsoids mit bei bestimmungsgemäßer Verwendung vertikal verlaufender großer Halbachse ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Facettenfläche eine Freiformfläche ist, die eine durch Dehnung einer Rotationsfläche erzeugbare Gestalt besitzt, wobei die Rotationsfläche die Gestalt einer Kugelkalottenoberfläche mit einer sich daran stetig differenzierbar anschließenden Kegelstumpfmantelfläche besitzt, wobei die Richtung der Dehnung bei bestimmungsgemäßer Verwendung vertikal ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Facettenfläche ein Teil einer Torusfläche mit bei bestimmungsgemäßer Verwendung in einem Kraftfahrzeug horizontal verlaufenden Torusachse ist.
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Weiter ist bevorzugt, dass sich ein großer Radius der Torusfläche mit wachsendem radialen Abstand vom Mittelpunkt ändert.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflexionsflächen konkav sind.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Reflexionsflächen konvex sind.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die 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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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 eine Trägerfläche eines parabolischen Reflektors mit zwei konvexen Facetten nach dem Stand der Technik;
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2 einen Schnitt durch verschiedene Trägerflächen, die sich in ihrer Krümmung unterscheiden;
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3 einen unerwünschten Effekt, der insbesondere bei Facetten auf einer konvexen Trägerfläche auftritt;
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4 eine Möglichkeit, auf einer Spirale liegende Punkte für eine Anordnung von Facetten zu definieren;
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5 ein Beispiel einer Trägerfläche;
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6 eine alternative Möglichkeit, auf einer Spirale liegende Punkte für eine Anordnung von Facetten zu definieren;
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7 eine kreisförmig begrenzte und im Raum gewölbte Trägerfläche;
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8 Den Gegenstand der 7 aus einer der Hauptabstrahlrichtung entgegengesetzten Blickrichtung;
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9 dasselbe für eine ellipsenförmige Facette;
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10 ein Beispiel für eine Facetten-Freiformfläche;
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11 eine Schrägansicht in einen ersten Reflektor;
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12 einen horizontalen Schnitt durch eine abgestrahlte Lichtstärkeverteilung;
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13 einen vertikalen Schnitt durch eine abgestrahlte Lichtstärkeverteilung;
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14 eine Leuchtdichteverteilung aus verschiedenen horizontalen Blickrichtungen;
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15 einen weiteres Beispiel eines Reflektors;
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16 einen horizontalen Schnitt durch die Lichtstärkeverteilung des Reflektors aus 15;
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17 einen vertikalen Schnitt durch diese Lichtstärkeverteilung;
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18 eine Leuchtdichteverteilung des Reflektors aus der 15;
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19 ein weiteres Beispiel eines Reflektors;
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20 eine Leuchtdichteverteilung des Reflektors aus 19;
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21 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Vorsatzoptik;
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22 eine Seitenansicht des Gegenstands der 21;
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26 eine Vorderansicht des Gegenstands aus 21 mit einem veränderten Parameter der Spirale;
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27 eine Ansicht des Gegenstands aus 26 von unten;
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28 eine Schrägansicht des Gegenstands aus 26; und
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29 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
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1 zeigt ein Problem, das immer entsteht, wenn in ein vorgegebenes Raster Facetten, die eine exakt definierte optische Aufgabe erfüllen sollen, eingefügt werden müssen. Auf einer Trägerfläche 10 eines Reflektors 12, die hier ohne Einschränkung der Allgemeinheit eine paraboloide Fläche ist, sind einige Rasterkurven 14, 16 eingezeichnet, die hier zwei, ohne Einschränkung der Allgemeinheit, quadratische Plätze für zwei Facetten 18, 20 definieren. Die Facetten 18, 20 bestehen hier, ebenfalls ohne Einschränkung der Allgemeinheit aus Kugelflächen, die konvex über die Trägerfläche 10 hinausragen. Bei konkaven Flächen ergibt sich derselbe Sachverhalt. Diese Kugelflächen berühren die Trägerfläche 10 lediglich an wenigen Punkten auf den Rasterkurven 14, 16.
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Dort, wo sich einander benachbarte Facetten 18, 20 gegenseitig begrenzen, sind die Schnittkurven (Kanten) benachbarter Facetten 18, 20 nicht miteinander identisch. Der Abstand der Facettenflächen von der Trägerfläche ändert sich dort sprungartig. Die sprungartigen Abstände können mit Füllflächen abgedeckt werden, die zu den Ebenen, mit denen die Rasterkurven 14, 16 erzeugt wurden, parallel verlaufen. Eine solche Anordnung ist jedoch nicht für die für große Stückzahlen bevorzugte Herstellung durch Spritzguss geeignet, weil eine Entformung nicht möglich ist.
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Es sind Verfahren bekannt, mit denen dieses Problem umgangen werden kann. Die begrenzenden Füllflächen können schräg ausgeführt werden, oder es wird von jeder Facette ein umlaufender Rand zum Erzeugen einer glatten Verbindungsfläche zwischen jeweils benachbarten Facetten geopfert. Bekannt ist es auch, von jeder Facette einen umlaufenden Rand zum Erzeugen einer Fläche zu opfern, die den neu entstandenen Rand mit den Rasterkurven verbindet. Allen diesen bekannten Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, das optisch wirksame Facettenfläche und somit Effizienz verlorengeht.
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2 zeigt Schnitte durch vier Trägerflächen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 und (gestrichelt) vier Lichtstrahlen 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, die von einer gemeinsamen Lichtquelle 24 ausgehend jeweils auf den Randpunkt der Trägerflächen treffen. Die unterste Trägerfläche 10.1 ist eine Parabel in deren Brennpunkt die Lichtquelle 24 angeordnet ist und die somit zur Parabelachse 26 paralleles Licht erzeugt. Der eingezeichnete Winkel a dient als Maß für den von den Trägerflächen 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 eingefangenen Lichtstrom. Die 2 zeigt somit, dass (bei konstanter Reflektorbreite) erheblich weniger Licht auf die Trägerfläche trifft, wenn sie von der konkaven Parabel 10.1 hin zu einer konvexen Fläche 10.4 verändert wird.
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3 zeigt einen weiteren unerwünschten Effekt der konvexen Trägerfläche 10.4: während die Facette 28 auf dem Parabelschnitt 10.1 nur geringfügig von der Parabelform abweicht, müsste die Facette 30 auf der konvexen Trägerfläche 10.4 die eingezeichnete Stellung einnehmen, was wiederum zum oben beschriebenen Nachbarschaftsproblem zwischen den Facetten führt. Derselbe unerwünschte Effekt ergibt sich, wenn man in den 2 und 3 in die andere Richtung von der Parabelform abweicht. Daraus ergibt sich insgesamt, dass es vorteilhaft ist, wenn die noch nicht mit Facetten versehene Trägerfläche möglichst paralleles Licht liefert. Die Linien 32 repräsentieren Lichtstrahlen.
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Die in den 2 und 3 beschriebenen Probleme können vermindert werden, wenn im Lichtweg zwischen dem Leuchtmittel und dem Reflektor eine Vorsatzoptik angebracht wird, die den Öffnungswinkel des Lichtbündels verringert. Dies ermöglicht es, überhaupt mehr Licht mit einem Reflektor gegebener Breite einzufangen. Der Winkel a aus 2 verringert sich bei Veränderung der Trägerfläche weniger stark und die Abweichung der Facettenfläche von der Trägerfläche, wie sie in der 3 dargestellt ist, fällt bei engerem ankommendem Bündel kleiner aus. Trotzdem gilt auch dann, dass diejenige Trägerfläche 10.1 optimal ist, die das von der Vorsatzoptik abgegebene Bündel parallelisiert.
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Die Trägerfläche müssen keinerlei Symmetrieeigenschaften aufweisen. Die Randkontur der Trägerfläche ist ebenso wie die des letztendlich vorliegenden Reflektors unerheblich und kann beispielsweise durch Design- oder Bauraumvorgaben bestimmt werden. Die Trägerfläche muss beim eigentlichen Reflektor nicht körperlich vorhanden sein. Sie dient lediglich als Konstruktionshilfe.
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4 zeigt die prinzipielle Vorgehensweise, mit der ein Reflektor einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte entworfen werden kann. Figur zeigt insbesondere eine hier kreisförmig begrenzte Trägerfläche 10. Der Durchmesser der Trägerfläche beträgt bevorzugt 8 cm bis 12 cm, wenn er durch eine Glühlampe beleuchtet wird, und 2 cm bis 3 cm, wenn er durch eine Leuchtdiode beleuchtet wird. Für den Entwurf wird die Trägerfläche 10 zunächst mit konzentrischen Kreisen 34, 36, 38 und einer vom Kreismittelpunkt ausgehenden radialen Gerade 40 versehen. In der Realität wird die Zahl der Kreise wesentlich größer sein als in dem dargestellten Beispiel und der Abstand der Kreise voneinander wird bevorzugt bei 0,5 mm bis 1,5 mm liegen. Die radiale Gerade 40 schneidet den innersten Kreis 34 in einem ersten Punkt 42. Vom ersten Punkt 42 auf dem inneren Kreis 34 wird eine Strecke der Länge r radial bis zum nächstgrößeren Kreis 36 gezogen. Der Schnittpunkt der radialen Gerade 40 mit dem nächstgrößeren Kreis 36 wird um einen Winkel w gedreht und bildet einen zweiten Punkt 44. Dies wird für die jeden weiter außen liegenden Kreis 38, 39 wiederholt, was die Punkte 46 und 48 ergibt.
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Je nachdem, ob der Abstand r zwischen zwei benachbarten konzentrischen Kreisen konstant ist oder sich in bestimmter Weise verändert ergeben sich unterschiedliche Typen von Spiralen, auf denen die Punkte 42, 44, 46 und 48 sowie entsprechend konstruierte weitere Punkte liegen.
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5 zeigt eine runde und mit einem Punktraster versehene Trägerfläche 10. Auf diese Trägerfläche 10 werden Punkte 42, 44, 46, 48, die nach obigem Rezept in einer als Konstruktionshilfe dienenden Ebene 50 erzeugt wurden, entlang einer Projektionsrichtung 52 projiziert. Sowohl der Mittelpunkt 54 als auch die Projektionsrichtung 52 können beliebig gewählt werden, insbesondere muss die Projektionsrichtung 52 nicht mit der bei der späteren Verwendung üblichen Hauptabstrahlrichtung 0°/0° übereinstimmen. Betrachtet man die sich durch eine Verbindung der der Punkte 54, 42, 44, 46 ergebende Spirale nach der Projektion auf die Trägerfläche 10 entlang der Projektionsrichtung, erscheint die Spirale auf der Trägerfläche 10 unverzerrt.
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6 zeigt ebenfalls eine runde Trägerfläche 10, die mit einem Punktraster versehen ist. Auf der Trägerfläche 10 wird ein Mittelpunkt 56 gewählt und durch diesen wird eine Achse 58 gelegt, die beispielsweise senkrecht zur Trägerfläche 10 im Mittelpunkt 56 ausgerichtet ist. Dann wird ein Drehpunkt 60 auf dieser Achse 58 festgelegt und die Achse 58 und wird durch Drehung um den Winkel a um den Drehpunkt 60 herum aus dem Mittelpunkt 56 herausgedreht. In einem zweiten Schritt wird diese gedrehte Achse um einen Winkel b um die ursprüngliche Lage der Achse 58, die durch den Mittelpunkt 56 und den Drehpunkte 60 definiert ist, gedreht, so dass sich die Gerade 62 ergibt. Der Schnittpunkt 64 dieser Geraden 62 mit der Trägerfläche 10 ist der erste Punkt 64 einer sich durch Wiederholen dieses Vorgangs erzeugten Spirale. Bei einer ersten Wiederholung wird der erste Punkt 64 als Ausgangspunkt verwendet, und die Drehung erfolgt in die gleiche Richtung. Dies gilt analog für weitere Wiederholungen. Die auf diese Weise erzeugten Punkte, die alle auf einer in der Trägerfläche liegenden Spirale liegen, dienen dann als Berührpunkte für die Trägerfläche berührende Facetten.
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Die Facetten können viele verschieden Formen besitzen. Die Facetten können zum Beispiel Teil von Kugelflächen sein. Im Grenzfall unendlicher Kugelradien würden dann auch ebene Facettenflächen mit eingeschlossen sein. Kugeln erzeugen jedoch eine rotationssymmetrische Lichtverteilung, die nicht der für Kraftfahrzeugleuchten gesetzlich geforderten eher rechteckförmigen Lichtverteilung entspricht und daher hier nicht weiter betrachtet wird.
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In einem anderen Beispiel sind die Facetten Teile von Flächen von Rotationsellipsoiden, deren große Halbachse bei bestimmungsgemäßer Verwendung in einer Kraftfahrzeugleuchte vertikal ausgerichtet ist. Dies bewirkt dass die Facette in horizontaler Richtung stärker streut als in vertikaler Richtung, was der Form von für Kraftfahrzeugleuchten regelkonformen Lichtverteilungen näher kommt.
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In einem weiteren Beispiel sind die Facetten Teile von Torusflächen, deren gerade Torusachse bei bestimmungsgemäßer Verwendung in einer Kraftfahrzeugleuchte horizontal ausgerichtet ist. Dies bewirkt, dass die Facette in horizontaler Richtung stärker streut als in vertikaler Richtung.
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In einem weiteren Beispiel sind die Facettenflächen Freiformflächen, die vertikal eine geringere Krümmung aufweisen als horizontal. Auch dies bewirkt, dass die Facette in horizontaler Richtung stärker streut als in vertikaler Richtung.
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7 zeigt eine kreisförmig begrenzte Trägerfläche 10, deren Krümmung durch radiale Schnittkurven 66 verdeutlicht wird. Ein von einer Lichtquelle L abgegebener Strahl 68 trifft an einem zum Beispiel nach einem der oben beschrieben Verfahren bestimmten Punkt einer Spirale auf die Trägerfläche 10. An diesem Punkt liegt weiterhin eine torusförmige Facette 70 an, die den Strahl in eine gewünschte Richtung 0°/0° reflektiert. Damit dies wie beschrieben gelingt, muss die Torusfläche 70 im Berührpunkt senkrecht auf der Winkelhalbierenden 72 zwischen dem Strahl 68 und der 0°/0° Richtung.
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8 zeigt dieselbe Anordnung aus einer der 0°/0° Richtung entgegengesetzten Richtung. Wie oben beschrieben, steht die Torusfläche 70, beziehungsweise der zugehörige Torus, bei der genannten bestimmungsgemäßen Verwendung vertikal, was damit gleichbedeutend ist, dass die Torusachse 72 horizontal liegt. Dies führt dazu, dass die Streuung in horizontaler Richtung 74 zu größeren Winkeln reicht als die Streuung in vertikaler Richtung 76. 8 zeigt auch den Berührpunkt 76 zwischen Torusfläche 70 und Trägerfläche 10, einen Mittelpunkt 78 eines kleinen Toruskreises auf der gepunkteten Winkelhalbierenden und den Mittelpunkt 80 des großen Toruskreises
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9 zeigt dasselbe für eine ellipsenförmige Facette 82. Die vertikal gedehnte Ellipse 82 liegt wiederum senkrecht zur Winkelhalbierenden zwischen ankommendem Strahl 68 und gewünschtem Strahl am Punkt an der Trägerfläche 10 an.
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10 zeigt ein Beispiel für eine Freiformfläche als Facettenfläche, die folgendermaßen aufgebaut ist, beziehungsweise durch die folgende Konstruktionsanweisung erzeugt wird. Die Facettenfläche ist eine Freiformfläche, die durch folgende Schritte erzeugt wird: An einen Kreisbogenausschnitt 86 eines Kreises wird an beiden Enden 88, 90 eine tangentiale Gerade 92, 94 angeschlossen. Diese aus drei Stücken bestehende Linie wird um eine Achse 95 gedreht, die durch den Mittelpunkt 97 des Kreises und durch den auf dem Kreisbogenausschnitt 86 liegenden mittleren Punkt 96 des Kreisbogens liegt. Diese Rotationsfläche wird in bei bestimmungsgemäßer Verwendung vertikaler Richtung um einen Faktor (hier 1,5) gedehnt.
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Das Ergebnis ist eine Fläche, die im Zentrum (innerhalb der dünnen Kurve) aus einem Ellipsoiden besteht und die von einem Rand umgeben ist, der in allen Schnitten, die die Drehachse enthalten, aus tangential an den Ellipsoiden anliegenden Geraden (drei sind gestrichelt dargestellt) besteht.
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Für jede Art der Definition der Facettenflächen wird jeweils eine der erhaltenen Facettenflächen so angeordnet, dass sie die Trägerfläche in je einem der definierten Punkte (und nur in diesem Punkt) der Spirale berührt. Um den gesamten Reflektor zu erhalten, wird dieses Verfahren des Anordnens der Facettenfläche für alle Punkte der spiralförmig auf der Trägerfläche in vorgegebenen Abständen liegenden Punkte wiederholt. Die eigentliche Reflektorfläche entsteht durch gegenseitiges Verschneiden aller Facettenflächen. Die Trägerfläche 10 muss dabei nicht als physikalisch reale Struktur vorhanden sein. Sie dient lediglich als Konstruktionshilfe für die Anordnung der Facetten. Die einzelnen Facetten können konvex oder konkav ausgeführt werden. Werkzeugtechnisch ist die konvexe Ausführung günstiger, da in diesem Fall keine spitz zulaufenden Flächen zwischen den Facetten in das Spritzgusswerkzeug eingebracht werden müssen. Optisch sind beide Ausführungen gleichwertig.
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Auf einer Trägerfläche können unterschiedliche Flächentypen von Facetten verwendet werden. Es kann zum Beispiel eine Mischung von Torusflächen und Ellipsoidflächen verwendet werden. Alternativ oder ergänzend können innerhalb eines Reflektors auch Facetten mit unterschiedlichen Ausformungen eines Flächentyps verwendet werden. Bei einer Torusfläche als Flächentyp von zu verwendenden Facetten kann zum Beispiel der große Radius mit dem radialen Abstand vom Mittelpunkt variieren.
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11 zeigt eine Schrägansicht in einen ersten Reflektor 100. Durch eine zentrale Öffnung im Inneren des Reflektors 100 ragt eine Glühlampe 102 in den Reflektor 100. Die Hauptabstrahlrichtung des Reflektors 100 ist bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung die dargestellte 0°/0° Richtung. Die Facettierung dieses Reflektors ergibt sich nach dem unter Bezug auf die 6 erläuterten Verfahren mit einem Paraboloid als Trägerfläche und Winkeln a = 1,5° und b = 137,508°. Der Winkel b entspricht dabei dem sogenannten goldenen Winkel, der sich durch Aufteilung eines Kreisumfangs in zwei Kreisbögen ergibt, deren Längenverhältnis sich nach dem goldenen Schnitt ergibt. Die Facetten sind von ihrem Flächentyp her Torusflächen mit gleichen Torusparametern, also mit von Facette zu Facette gleichem großen Radius und mit von Facette zu Facette gleichem kleinen Radius.
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12 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die abgestrahlte Lichtstärkeverteilung und 13 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die abgestrahlte Lichtstärkeverteilung. Wie man sieht, ist die Lichtstärkeverteilung in der horizontalen Richtung breiter als in der vertikalen Richtung, wie es regelkonforme Lichtverteilungen erforderlich ist.
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14 zeigt die Leuchtdichteverteilung aus verschiedenen horizontalen Blickrichtungen. Die Leuchtdichteverteilung entspricht dem sich dem Betrachter bietenden Erscheinungsbild bei eingeschalteter Lichtquelle. Die spiralige Erscheinung bleibt auch bei seitlicher Ansicht erkennbar erhalten, was ein großer Vorteil ist und bei nicht erfindungsgemäßen Leuchten in der Regel nicht der Fall ist.
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15 zeigt einen Reflektor 104, der sich hinsichtlich seiner die Punktverteilung und damit die Facettenverteilung bestimmenden Parameter von dem in 12 gezeigten Reflektor 102 nur in der Wahl des Winkels b unterscheidet: Der Winkel b beträgt bei dem Reflektor 104 = 73°.
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16 zeigt den horizontalen Schnitt, und 17 zeigt den vertikalen Schnitt durch die Lichtstärkeverteilung, und 18 zeigt die Leuchtdichteverteilung, gesehen entgegen der 0°/10°-Richtung. Sowohl die Geometrie der Reflektoroberfläche als auch die Leuchtdichteverteilung unterscheiden sich stark von der in 11 gezeigten Ausführung.
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19 zeigt einen Reflektor 106, der sich hinsichtlich seiner die Punktverteilung und damit die Facettenverteilung bestimmenden Parameter von dem in 12 gezeigten Reflektor 102 nur in der Wahl des Winkels b unterscheidet: Der Winkel b beträgt bei dem Reflektor 106 = 11°.
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20 zeigt die Leuchtdichteverteilung, gesehen entgegen der 0°/0°-Richtung. Sowohl die Geometrie als auch die Leuchtdichteverteilung unterscheiden sich stark von den entsprechenden Größen des in 12 gezeigten Reflektors 100.
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Die 21 und 22 zeigen eine weitere Ausführung. Da im Unterschied zu den bisher gezeigten Ausführungen eine Leuchtdiode als Lichtquelle dient, wird als zusätzliches Bauteil eine Vorsatzoptik 112 in den Strahlengang eingefügt. Sie hat die Aufgabe, das von der Leuchtdiode 110 abgegebene und sich über einen Halbraum erstreckende weit geöffnete Bündel in einen schmaleren Lichtkegel mit deutlich reduziertem Öffnungswinkel zu transformieren.
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Bei dieser Ausgestaltung wird eine dünne Linse als Vorsatzoptik verwendet, die zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor angeordnet ist. Die Linse weist bevorzugt eine im Wesentlichen ebene Lichteintrittsfläche auf, die der Lichtquelle zugewandt und so angeordnet ist, dass eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle durch das Zentrum der Eintrittsfläche verläuft. Die der Eintrittsfläche gegenüberliegende Austrittsfläche ist konvex gewölbt. Die Wölbung ist derart erzeugt, dass in einer senkrecht zur Eintrittsfläche verlaufenden Mittelschnittebene von der Lichtquelle ausgehende und über die Eintrittsfläche in die Linse eingekoppelte Lichtstrahlen die Linse über eine Schnittkurve zwischen der Mittelschnittebene und der Austrittsfläche im Wesentlichen ohne eine Richtungsänderung verlassen. Die gewölbte Austrittsfläche ist durch eine Rotation der Schnittkurve um eine Rotationsachse erzeugt, die parallel zu der Mittelschnittebene und senkrecht zu der Eintrittsfläche verläuft. Alternativ weist die die Austrittsfläche eine Wölbung auf, die durch Skalieren der auf die zuvor beschriebene Weise erzeugten gewölbten Fläche mit einem Skalierungsfaktor, der größer 0 und kleiner 1 ist, über die gesamte Fläche der Eintrittsfläche erzeugt ist. Diese Ausgestaltung zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Effizienz aus. Der Reflektor kann an jedem Punkt mit annähernd demselben Lichtstrom beaufschlagt werden. Vorteilhaft ist auch der geringe Bauraumbedarf und die geringen Kosten, da die Linse ein nur sehr kleines Kunststoffteil ist.
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Welche Art von Vorsatzoptik verwendet und wie die Vorsatzoptik im Einzelfall ausgestaltet ist, hängt von den Gegebenheiten (Bauraum, Temperaturverteilung im Scheinwerfer, Kosten...) des Einzelfalls ab.
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Als nahezu parallelisierende Trägerfläche für den Reflektor 114 dient bei den Gegenständen der 21 und 22 ein Teilbereich eines Rotationsparaboloiden, dessen Brennpunkt nahe dem Ort der Leuchtdiode 110 liegt und dessen Achse in die 0°/0° Richtung zeigt. Die für die Anordnung der Facetten maßgebliche Definition der Punkte auf der Trägerfläche wurde mit dem unter Bezug auf die 4 und 5 erläuterten Verfahren erzeugt. Dabei war r = konstant = 0,88 mm und w = 137,508° = "goldener Winkel". Als Flächentyp für die Facettenflächen wurden die vertikal gestreckten Ellipsoide aus 9 verwendet.
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23 zeigt die Leuchtdichteverteilung des Reflektors 114 und zeigt 24 einen horizontalen Schnitt, und 25 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die vorbildliche Lichtstärkeverteilung des Reflektors 114.
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Die 26 (Vorderansicht), 27 (Ansicht von unten) und 28 (Schrägansicht) zeigen, wie sich der in 21 gezeigte Reflektor ändert, wenn man statt des dort benutzten Winkels w = 137,508° den Winkel w = 89° zur Erzeugung der Punktmenge nutzt (alles andere bleibt unverändert). Die Effizienz liegt trotz der ungewöhnlichen Form bei über 40%.
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29 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 120. Die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung weist ein Gehäuse 122 auf, dessen Lichtaustrittsöffnung durch eine transparente Abdeckscheibe 124 abgedeckt wird. Im Inneren befindet sich ein Lichtmodul 126, dass insbesondere einen der in dieser Anmeldung erläuterten Reflektoren, zum Beispiel den Reflektor 100, den Reflektor 104, den Reflektor 106 oder den Reflektor 114 sowie eine zugehörige Lichtquelle und gegebenenfalls noch eine zugehörige Vorsatzoptik aufweist. Die Kombination aus Lichtquelle, ggf. Vorsatzoptik und Reflektor ist dabei so angeordnet, dass die Hauptabstrahlrichtung des Reflektors der 0°/0°-Richtung entspricht.
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Die Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung kann zusätzlich weitere Lichtmodule, sei es ein weiteres Signalleuchtenmodul oder ein Scheinwerferlichtmodul aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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