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Die Erfindung betrifft eine Scheinwerferanordnung
für Kraftfahrzeuge
mit einer Einrichtung zum horizontalen Schwenken zumindest einer
kurveninneren Reflektor- bzw. Leuchteinheit bei Kurvenfahrt in Abhängigkeit
von Fahrzeugkenngrößen, insbesondere
in Abhängigkeit
eines Lenkradeinschlagwinkels und/oder eines Lenkwinkels der Vorderräder.
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Zur Anpassung eines Fahrzeuglichts
bei Kurvenfahrt sind Scheinwerfer bekannt, die in Abhängigkeit
von einem Kurvenradius bzw. von einem Lenkeinschlag um eine vertikale
Achse verschwenkt werden können.
Diese sogenannte Kurvenlichtfunktion kann gegebenenfalls auch in
Abhängigkeit
von anderen fahrzeugspezifischen Kenngrößen realisiert werden, bspw.
eines Einschlagwinkels der Vorderräder oder eines Ausgangssignals
eines Gierwinkelsensors. Bei dieser bekannten Kurvenlichtfunktion kann
zumindest ein kurveninnerer Scheinwerfer in Kurvenrichtung verschwenkt
werden. Darüber
hinaus sind auch andere Realisierungen eines Kurvenlichts bekannt,
bspw. durch Zuschalten einer zusätzlichen Leuchteinheit,
die eine bessere Ausleuchtung des Straßenverlaufs bewirkt.
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So ist aus der
DE 196 39 526 A1 ein Verfahren
zur Anpassung eines Fahrzeuglichts sowie eine Schweinwerfereinheit
bekannt, bei der zur Generierung eines Kurvenlichtes einem Abblendlicht
mit einer Abblendlichtverteilung eine Lichtverteilung mit einem
größeren horizontalen
Streubereich als der des Abblendlichts aufgeschaltet wird. Hierzu
wird ein Nebellicht mit einer breiteren Nebellichtverteilung vorgeschlagen.
Ein Schwenkmechanismus für
die Abblendlichteinheit ist hierbei nicht vorgesehen.
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Eine verstellbare Reflektoreinheit
zur Realisierung eines Kurvenlichts ist aus der
DE 199 50 505 A1 bekannt.
Hierbei wird zur Verbesserung der Lichtverteilung einer Scheinwerferanordnung
eines Fahrzeugs vorgeschlagen, eine Lichtquelle für ein Zusatzlicht
um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar zu lagern. Die Lichtquelle
für das
Zusatzlicht ist so angeordnet, dass sie einen gemeinsamen Lichtaustrittsbereich
mit wenigstens einer anderen Lichtquelle aufweist.
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Ein Scheinwerfer mit verstellbarem
Reflektor ist weiterhin aus der
DE 100 21 040 A1 bekannt. Hierbei kann der
Reflektor als Kurvenlicht mittels eines Elektromotors um eine vertikale
Achse verschwenkt werden. Eine Zentrierung des Reflektors in einer Nulllage
für Geradeausfahrt
erfolgt auf mechanischem Wege mittels einer Blattfederkonstruktλon.
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Schließlich ist in der
DE 100 60 491 A1 ein verstellbarer
Fahrzeugscheinwerfer beschrieben, bei dem eine Leuchteinheit und
eine Lichtaustrittsfläche an
der Fahrzeugfront voneinander getrennt sind. Die optische Verbindung
erfolgt über
einen Lichtleiter. Ein vorderes Ende des Lichtleiters lässt sich
um einen horizontalen Verstellweg verschwenken, wodurch eine Verstellung
des Lichtkegels in Abhängigkeit
von der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zur Erzeugung eines Kurvenlichts
ermöglicht
ist.
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Ein in zumindest zwei unterschiedliche
Positionen verschwenkbarer Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges ist
zudem aus der
DE 101
02 686 A1 bekannt. Die Verschwenkbewegung wird mittels
eines Elektromotors, der mit einem Getriebe zusammenwirkt, realisiert.
Um sicherzustellen, dass jede Endstellung des Reflektors reproduzierbar
erreicht werden kann, werden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, bspw.
ein Endstellungsmikroschalter, ein Schrittmotor, der so gesteuert
wird, dass er eine festgelegte Anzahl von Umdrehungen in der einen
oder anderen Richtung läuft,
oder eine kreisförmige
leitende oder resistive Bahn, die mit einem Schieber zusammenwirkt,
der mit einer Stellachse gekoppelt ist, wobei die Enden der Bahn
die Haltestellungen des Motors definieren.
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Eine Sensoranordnung zur Erfassung
einer Information über
die Einstellung bzw. Fehleinstellung des Scheinwerfers kann bspw.
auch durch einen Hall-Sensor, der mit einem Permanentmagneten zusammenwirkt,
realisiert werden.
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Ein Ziel der Erfindung besteht darin,
eine bekannte Sensoranordnung zur Erfassung einer Information über die
Einstellung einer schwenkbaren Leuchteinheit für Kraftfahrzeuge derart weiterzuentwickeln,
dass bei möglichst
kompakten Abmessungen eine zuverlässige Erfassung einer aktuellen Schwenkposition
der Leuchteinheit realisiert werden kann.
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Dieses Ziel der Erfindung wird mit
dem Gegenstand des unabhängigen
Patentanspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Wenn im folgenden Zusammenhang von
einer Leuchteinheit des Kraftfahrzeugs die Rede ist, ist damit grundsätzlich entweder
eine Reflektoreinheit, bestehend aus einem Reflektor und einem Leuchtmittel
oder bspw. eine Leuchteinheit mit einem Linsensystem und einer Gasentladungslampe
bzw. Halogenlampe als Leuchtmittel oder dgl. gemeint.
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Demnach weist eine Schweinwerferanordnung
eines Kraftfahrzeugs mit einer Einrichtung zum horizontalen Schwenken
zumindest einer kurveninneren Leuchteinheit bei Kurvenfahrt in Abhängigkeit von
entsprechenden Fahrzeugkenngrößen, insbesondere
in Abhängigkeit
eines Lenkradeinschlagwinkels und/oder eines Lenkwinkels der Vorderräder, eine
Sensoranordnung zur Erfassung eines aktuellen Schwenkwinkels der
jeweiligen Leuchteinheit auf. Die Sensoreinheit besteht aus einem
mit der schwenkbaren Leuchteinheit gekoppelten Positionsgeber und
einem fahrzeugfestmontierten Sensorelement zur Ausgabe eines elektrischen
Ausgangssignals in Abhängigkeit
des aktuellen Schwenkwinkels. Das Sensorelement umfasst einen Hall-Sensor
und der Positionsgeber umfasst ein magnetisch wirkendes Element.
Erfindungsgemäß ist eine
Schaltflanke des elektrischen Ausgangssignals des Hall-Sensors als
Anzeige für
einen aktuellen Schwenkwinkel der Leuchteinheit auswertbar.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Sensoranordnung
einer Leuchteinheit eines Kraftfahrzeugs ist eine zuverlässige Detektion
eines Schwenkwinkels sowie eine hohe Winkelauflösung möglich, wobei herkömmliche
Standardkomponenten verwendet werden können. Es sind auf diese Weise
nur sehr wenige spezifische Sensorbauteile notwendig. Der Zusammenbau
der Sensorkomponenten innerhalb einer Baugruppe erhöht die Unempfindlichkeit
bei der Scheinwerfermontage, sowie die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung weist einen
fahrzeugfesten (abgesehen von der Vertikal-Verschwenkung der Leuchtweitenregelung) Hall-Sensor
als Sensorelement sowie einen mit der horizontal schwenkbaren Leuchteinheit
gekoppelten Permanentmagneten als Positionsgeber auf.
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Vorzugsweise ist eine Schaltflanke
eines elektrischen Ausgangssignals des Hall-Sensors als Positionsanzeige
auswertbar. Damit weist die Sensorik für die Kurvenlichtfunktion folgende
Grundfunktionen auf. Eine eindeutige Positionserkennung zumindest
eines Arbeitspunkts, vorzugsweise einer optischen Null-Lage des
horizontalen Scheinwerferschwenkbereichs ist damit möglich. Falls
bei der motorischen Verstellung des Systems Abweichungen, bspw.
in Form von Schrittfehlern bei einer gesteuerten Bewegung mit einem
Schrittmotor durch Überlastung
auftreten, kann eine daraus resultierende Fehlpositionierung der
Leuchteinheit durch einen Abgleich zum Kurvenlichtsensor kompensiert
werden. Weiterhin ist eine Erkennung einer qualitativen Abweichung
von der Null-Lage
dadurch möglich,
dass das digitale Ausgangssignal des Hall-Sensors ausgewertet wird.
Hierfür
wird ein sogenannter Hall-Schalter mit hysteresebehafteter Zweipunktkennlinie
verwendet, wobei die Position der optischen Null-Lage relativ zu
einer Schaltflanke des Sensors vorgegeben wird. Dabei kann die Schaltflanke
mit der Null-Lage übereinstimmen,
oder einen definierten Offset aufweisen. Eine relative Stellung
dazu wird durch unterschiedliche Sensorausgangspegel ("High" oder
"Low" bzw. "0" oder "1") angezeigt.
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Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
weist eine in einem Spalt zwischen fahrzeugfester Baugruppe aus
Hall-Sensor und Permanentmagnet schwenkbare Scheibe aus ferromagnetischem
Material als Positionsgeber auf. Zwischen Permanentmagnet und Hal1-Sensor
ist ein vorgegebener Luftspalt vorhanden. Das Einschwenken der Scheibe
aus ferromagnetischem Metall, die hier als Blende fungiert, verursacht
eine Flussänderung
im Luftspalt, die vom Hall-Sensor angezeigt werden kann.
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Eine alternative Ausgestaltung weist
eine oberhalb oder unterhalb einer fahrzeugfesten Baugruppe aus übereinander
angeordnetem Hall-Sensor und Permanentmagnet schwenkbarer Scheibe
aus ferromagnetischem Material als Positionsgeber auf. Hierbei können Hall-Sensor
und Permanentmagnet vorzugsweise in einem geschlossenen Gehäuse integriert
sein. Eine Aktivierung in Form einer Flussänderung erfolgt durch eine
an die Schwenkkinematik der schwenkbaren Leuchteinheit gekoppelte
Metallblende, die seitlich an der Bauguppe vorbeigeschwenkt werden
kann und dadurch eine Flussänderung
im Magnetfeld bewirkt.
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Als Positionsgeber eignet sich insbesondere auch
ein konzentrisch zur Schwenkachse der Leuchteinheit angeordneter
Ringmagnet, der wenigstens zwei Pole aufweisen oder auch ein multipolarer
Ringmagnet sein kann. Ein derartiger Ringmagnet lässt sich
in platzsparender Weise in geeigneter Position in Nähe zum Hall-Sensor
montieren und stellt einen sehr robusten Positionsgeber dar.
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Eine alternative Ausführungsform
besteht in einer integrierten Baugruppe, bestehend aus einem Wälzlager
als Schwenklager für
die Reflektoreinheit, einem mit einem drehbaren Lagerring des Wälzlagers
verbundenen multipolaren Ringmagneten als Positionsgeber und aus
einem mit einem feststehenden Lagerring verbundenen Hall-Sensor
als Sensorelement. Derartige integrierte Baugruppen lassen sich
für die
gewünschten
Anwendungsfälle
fertig konfektioniert von Zulieferern beziehen und stellen ein einbaufertiges
Sensormodul da, das an geeigneter Position montiert werden kann
und durch seine geschlossene Bauweise sehr robust gegen Umwelteinflüsse und
Fehler bei der Montage ist.
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Anstatt eines Ringmagneten kann auch
ein zweipoliges Magnetsegment, eine mit der schwenkbaren Leuchteinheit
gekoppelte Scheibe aus ferromagnetischem Metallblech oder ein ferromagnetischer
Bereich am Ober- bzw. Unterteil der schwenkbaren Leuchteinheit als
Positionsgeber verwendet werden, der jeweils in einem vorgegebenen
Abstand zur Schwenkachse der Leuchteinheit angeordnet ist.
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Alternativ zu den beschriebenen diskreten Aufbauten,
bei denen die funktionsgebenden Bauteile separat innerhalb der Schwenkkinematik
angeordnet sind, können
die funktionsgebenden Bauteile auch als Baugruppe in die Schwenkkinematik
integriert sein, wobei sie relativ zueinander fixiert sind und einen
Magnetkreis ausbilden. Die Änderung
des magnetischen Flusses wird durch Bewegung eines ferromagnetischen
Bauteils im Magnetkreis verursacht. Wenn Positionsgeber und Sensor
in einem derartigen Sensorgehäuse
zusammengefasst sind, ist vorzugsweise eine aus dem Sensorgehäuse herausgeführte Drehachse
mit der Schwenkachse der Leuchteinheit gekoppelt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist jede Leuchteinheit zumindest in jeweils eine kurveninnere
Richtung schwenkbar. Bei diesem einseitigen Schwenken wird ausgehend
von einer Bewegungsrichtung einseitig eine Schaltflanke, die hier
als Regelflanke bezeichnet wird, zur Positionsermittlung verwendet.
Diese Schaltflanke kann entweder direkt mit der Null-Lage übereinstimmen oder
um einen vordefinierten Betrag (Offset) der Bewegung voreilend angeordnet
sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
kann jede Leuchteinheit aus einer mittleren Null-Lage in zwei entgegengesetzte
Richtungen schwenkbar sein. Bei diesem zweiseitigen Schwenken wird
abhängig
von der Bewegungsrichtung die optische Nulllage durch eine der beiden
Schaltflanke angezeigt. Im Vergleich zum einseitigen Schwenken erfolgt
die Anzeige der Null-Lage von beiden Bewegungsrichtungen aus und
vergrößert damit
die statistische Wahrscheinlichkeit der Korrektur von möglichen
Schrittfehlern.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
sieht vor, dass eine Schaltflanke des elektrischen Ausgangssignals
des Hall-Sensors einen Durchgang durch die mittlere Null-Lage der
Leuchteinheit anzeigt. Da die Schaltflanken des elektrischen Ausgangssignals
zwischen entgegengesetzten Schwenkbewegungen der Leuchteinheit typischerweise
eine Hysterese aufweisen, kann eine vorteilhafte Ausgestaltung darin
liegen, dass die Schaltflanken jeweils symmetrisch zur Null-Lage
beabstandet sind. Hierbei werden zur Vermeidung von Rückbewegungen
bei Positionierung auf den optischen Null-Lagen die Schaltflanken
symmetrisch zur optischen Null-Lage angeordnet. Der systematische
Positionierungsfehler wird bspw. durch Vorgabe einer geringen Schalthysterese
begrenzt.
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Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dienen und
auf die beigefügte
Zeichnung Bezug nehmen. Dabei zeigen:
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1 und 2 einen Zusammenhang zwischen
Schwenkbewegung einer Leuchteinheit und einem Sensorausgangssignal,
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3 und 4 schematische Draufsichten
auf beispielhafte Sensoranordnungen,
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5 eine
perspektivische Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung
einer modularen Sensorbaugruppe,
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6 eine
weitere perspektivische Darstellung einer Sensorbaugruppe,
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7 und 8 zwei schematische Ansichten einer
weiteren beispielhaften Sensoranordnung und
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9 und 10 zwei weitere schematische Darstellungen
einer alternativen Sensoranordnung.
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1 verdeutlicht
in einer schematischen Darstellung den Zusammenhang zwischen Schwenkbewegungen
der Scheinwerferanordnung 2 um eine Schwenkachse 41 und
einem daraus resultierenden Ausgangssignal 8 eines Sensorelements. Ein
Reflektor 22 mit einem in einem Brennpunkt angeordneten
Leuchtmittel 23 kann von einer mittleren Null-Lage 42 zwischen
einer linken Endstellung 43 und einer rechten Endstellung 44 hin
und her geschwenkt werden. Der maximale Schwenkwinkel α teilt sich
auf in einen linken Schwenkwinkel α1 zwischen
mittlerer Null-Lage 42 und linkem Endanschlag 43 und
einen rechten Schwenkwinkel α2 zwischen Null-Lage 42 und rechter
Endstellung 44 der Leuchteinheit 21. Bei einer Schwenkbewegung
von einem linken Bereich über
die Null-Lage 42 in einen rechten Bereich macht das Sensorausgangssignal 8 einen
Sprung von einem niedrigen elektrischen Ausgangssignal (z.B. " Low
" oder "0") zu einem hohen Ausgangssignal (z.B. "High " oder "1"),
wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel
die rechte Schaltflanke 82 mit der Null-Lage übereinstimmt.
D.h., das Sensorelement liefert genau dann ein positives Ausgangssignal,
wenn die schwenkbare Leuchteinheit 21 die Null-Lage 42 bei
einer Schwenkbewegung nach rechts überfährt. Bei einer Rückbewegung
von einem rechten Bereich in einen linken Bereich liegt die linke Schaltflanke 81 jedoch
nicht auf der Nulllage 42, woraus eine deutlich erkennbare
Schalt-Hysterese 83 resultiert.
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Ausgehend von einer Bewegungsrichtung wird
einseitig eine von beiden Schaltflanken (auch als Regelflanke bezeichnet)
zur Positionsermittlung ausgewertet. Die Schaltflanke kann entweder
direkt mit der Null-Lage übereinstimmen
oder der Bewegung um einen definierten Betrag voreilen. In 1 ist die Situation für einseitiges
Schwenken dargestellt bei Synchronisation der Regelflanke und der
optischen Null-Lage.
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2 verdeutlicht
den gleichen Zusammenhang bei verschobenen Schaltflanken, so dass
sich hier linke und rechte Schaltflanken 81, 82 symmetrisch
zur Null-Lage befinden.
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Beim zweiseitigen Schwenken wird
die optische Null-Lage der Leuchteinheit 21 in Abhängigkeit von
der Bewegungsrichtung durch eine der beiden Schaltflanken angezeigt.
Im Vergleich zum einseitigen Schwenken erfolgt dies von beiden Bewegungsrichtungen
her und vergrößert damit
die statistische Wahrscheinlichkeit der Korrektur von möglichen Schnittfehlern.
Zweckmäßigerweise
werden zur Vermeidung von Rückbewegungen
bei einer Positionierung auf die Null-Lage die Schaltflanken 81, 82 symmetrisch
zu dieser angeordnet, wie dies in 2 dargestellt
ist.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel mit
einem Hall-Sensor 71 als Sensorelement 70 und einem
Ringmagneten 66 als Positionsgeber 64. Der Ringmagnet 66 ist
ein Permanentmagnet 65 und muss mindestens ein Polpaar
aufweisen, um dem Hall-Sensor 71 ein definiertes Schaltsignal
liefern zu können.
Der angedeutete Pfeil verdeutlicht die rechte Schaltflanke 82 bei
einer Schwenkbewegung um die Schwenkachse 41 der Schwenkeinrichtung 4 bzw. um
die Drehachse 63 der Sensoranordnung 6 über die
optische Null-Lage 42.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
mit einem ringförmigen
Magnetsegment 67 als Positionsgeber 64, dessen
Radiusmittelpunkt ebenfalls mit der Schwenkachse 41 zusammenfällt. Das Magnetkreisringsegment 67 muss
ebenfalls mindestens ein Polpaar aufweisen. Die Grenzfläche zwischen
Nord- und Südpol
des Magnetsegments 67 definiert gleichzeitig die Schaltflanke 82 des
Sensorausgangssignals.
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5 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Sensoranordnung 6, die in diesem Fall integrierter
Bestandteil eines Wälzlagers 45 ist. Das
Wälzlager 45 kann
in vorteilhafter Weise als Schwenklager der Schwenkeinrichtung 4 dienen.
Ein Ringmagnet 66 ist mit einem drehbaren inneren Lagerring 46 fest
verbunden. Ein Hall-Sensor 71 ist mit einem feststehenden äußeren Lagerring 47 verbunden.
Vorzugsweise ist der Ringmagnet 66 ein Multipolmagnet und
liefert eine Vielzahl von Schaltflanken bei einer vollständigen Umdrehung
des drehbaren Lagerrings 46.
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6 zeigt
in einer perspektivischen Schemadarstellung eine alternative Ausgestaltung
der Sensoranordnung als integrierte Sensorbaugruppe 61.
Diese befindet sich in einem Sensorgehäuse 62, aus dem eine
mit einem Positionsgeber 64 verbundene Drehachse 63 herausgeführt ist.
Die Drehachse 63 ist vorzugsweise direkt oder über eine Übersetzung
rnit der Schwenkachse 41 der schwenkbaren Leuchteinheit 21 gekoppelt.
Die Zuordnung des Magneten als Positionsgeber und des Hall-Sensors
innerhalb des Sensorgehäuses 62 entspricht
prinzipiell den diskreten Anordnungen wie in den 3 bis 5 gezeigt.
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Die 7 und 8 zeigen zwei Darstellungen einer
weiteren alternativen Sensoranordnung 6, bei dem sowohl
Permanentmagnet 65 als auch Hall-Sensor 71 fahrzeugfest
montiert sind. Zwischen beiden Bauteilen ist ein Spalt 72 vorgesehen,
innerhalb dessen sich ein Positionsgeber 64 in Form einer Scheibe 68 bewegen
kann. Die Scheibe ist gekoppelt mit der schwenkbaren Leuchteinheit 21 und
verändert
den magnetischen Fluss innerhalb des Spalts 72, woraus
ein verändertes
Ausgangssignal des Hall-Sensors 71 resultiert, das als
Positionsanzeige auswertbar ist.
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Die 9 und 10 zeigen schließlich eine weitere
alternative Ausgestaltung mit feststehender Sensoranordnung 6,
bei der eine Metallblende oberhalb der als Baugruppe 61 zusammengefassten
Magneten 65 und Hall-Sensors 71 bewegt wird und
auf diese weise für
eine Flussänderung
beim Verschwenken der Leuchteinheit 21 sorgt. Ein ferromagnetischer
Bereich 69 kann hier in vorteilhafter weise entweder als
Scheibe 68 oder auch als Beschichtung auf dem Reflektor 22 ausgeführt sein.
Diese ferromagnetische Beschichtung kann bspw. auf einer Oberseite
oder Unterseite des Reflektors aufgebracht sein.
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Auf diese Weise kann eine besonders
kompakte Bauform erreicht werden.
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- Scheinwerferanordnung
- 21
- Leuchteinheit
- 22
- Reflektor
- 23
- Leuchtmittel
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Schwenkeinrichtung
- 41
- Schwenkachse
- 42
- Null-Lage
- 43
- linke
Endstellung
- 44
- rechte
Endstellung
- 45
- Wälzlager
- 46
- drehbarer
Lagerring
- 47
- fest
stehender Lagerring
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Sensoranordnung
- 61
- Sensorbaugruppe
- 62
- Sensorgehäuse
- 63
- Drehachse
- 64
- Positionsgeber
- 65
- Permanentmagnet
- 66
- Ringmagnet
- 67
- Magnetsegment
- 68
- Scheibe
- 69
- ferromagnetischer
Bereich
- 70
- Sensorelement
- 71
- Hall-Sensor
- 72
- Spalt
-
-
Ausgangssignal
- 81
- linke
Schaltflanke
- 82
- rechte
Schaltflanke
- 83
- Hysterese
-
- Schwenkwinkel
- α1
- linker
Schwenkwinkel
- α2
- rechter
Schwenkwinkel