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Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer
für Fahrzeuge
und ein Verfahren zur Steuerung oder zum Betrieb eines Fahrzeugscheinwerfers.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 100 27 018 A1 ist
ein Scheinwerfer für
ein Fahrzeug mit einem Gehäuse
und einer im Gehäuse
angeordneten Lichtquelle bekannt, die sichtbares und unsichtbares,
infrarotes Licht aussendet. Die hier verwendete Lichtquelle stellt
eine Gasentladungslampe oder eine Glühlampe dar, die sowohl sichtbares
als auch unsichtbares Licht ausstrahlt. Über optische Elemente in Form
von Reflektoren und Linsen wird das Licht dazu verwendet, zielgerichtet
die Umgebung des Fahrzeuges zu beleuchten. Diese Scheinwerfer haben
das Problem, dass sie bei hoher Lichtleistung eine Gefährdung der
Augen darstellen.
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Aus der
DE 43 35 244 A1 ist ein
Scheinwerfer für
ein Fahrzeug beschrieben, der zur Erzielung der Augensicherheit
großflächige Sammellinsen
mit diesen zugeordneten Mikrolinsen im Strahlengang vorsieht, so
dass die Lichtaustrittsfläche
aus dem Scheinwerfer möglichst
groß ist.
Diese Art von Scheinwerfern erweist sich im Hinblick auf ein ansprechendes
gutes Design für
ein Fahrzeug als wenig geeignet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen
Scheinwerfer und ein Verfahren zum Betrieb eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug
anzugeben, welche sich als ausreichend augensicher erweisen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Scheinwerfer
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb
eines Scheinwerfers mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis
zueigen, dass eine wesentliche Ursache für Augenschäden und damit für das Gefährdungspotenzial
der Augen dadurch verursacht wird, dass das Licht von den lichtstarken
Lichtquellen ungehindert bzw. durch ein zerstörtes Gehäuse eines Scheinwerfers auf
die Netzhaut eines Passanten oder anderen Verkehrsteilnehmers trifft
und dabei die Augen schädigt.
Um diese Gefahr zu verringern, sieht die Erfindung vor, den Scheinwerfer
auf Intaktheit, Unbeschädigtheit
zu überwachen.
Hierzu wird das Gehäuse
des Scheinwerfers druckdicht ausgebildet und dadurch die Möglichkeit
geschaffen, einen im Innenraum des Gehäuses existierenden Über- oder
Unterdruck zu überwachen.
Sinkt der Überdruck
ab bzw. steigt der Unterdruck an und gleicht sich somit dem Umgebungsdruck
an, so kann daraus geschlossen werden, dass eine Undichtigkeit in
dem Gehäuse
vorhanden ist, die auf eine Beschädigung oder eine Zerstörung des
Gehäuses
schließen
lässt.
Abhängig
von dieser Erkenntnis wird dann der Scheinwerfer so gesteuert, dass
eine Gefährdung
der Augen durch den beschädigten
Scheinwerfer möglichst
reduziert ist.
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Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass die Lichtleistung der Lichtquelle reduziert
wird bzw. die Lichtquelle abgeschaltet wird oder auch die Strahlcharakteristik
des Scheinwerfers so verändert
wird, dass eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer merklich reduziert
wird. Beispielswei se kann die Strahlcharakteristik dahingehend geändert werden,
dass der Lichtkegel stärker
Richtung Boden verschwenkt wird und damit keine so große Leuchtreichweite
des Scheinwerfers mehr gegeben ist. Dies hat zur Folge, dass in
einer bestimmten Entfernung der Lichtkegel aufgrund der Steuerung
nicht mehr diese Höhe
erreicht und ein Fußgänger nicht mehr
so stark geblendet wird. Hierbei ist es auch möglich, einen gleitenden Übergang
zwischen Hell/Dunkelgrenze so vorzusehen bzw. so zu steuern, dass
in der erwarteten Höhe
der Augen eines Verkehrsteilnehmers nur eine deutlich reduzierte Lichtleistung
und damit Blendung bzw. schädigende Wirkung
des ausgesendeten Lichtes möglich
ist.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des
Scheinwerfers mit einer Steuerung, welche gehäuseinnendruckabhängig den
Scheinwerfer steuert, ist ein erhöhtes Maß an Augensicherheit und damit ein
geringeres Maß an
Gefährdung
der Verkehrsteilnehmer durch Blendung, aber auch bei der Verwendung
von nichtsichtbarem Licht, insbesondere infrarotem Licht, eine Reduktion
der zerstörenden
Wirkung des Lichtes auf die Augen bzw. die Sehnerven gegeben. Dies
führt zu
einem wesentlich sichereren Scheinwerfer und zu einer größeren Akzeptanz
von Scheinwerfern, die nichtsichtbares, insbesondere infrarotes
Licht, aussenden.
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Derartige Scheinwerfer sind von besonderer Bedeutung
für Vorrichtungen
zur Verbesserung der Sicht, welche auch beispielsweise als Nachtsichtgeräte bezeichnet
werden. Diese Nachtsichtgeräte
zeigen eine aktive Infrarotlichtbeleuchtung durch derartige Scheinwerfer.
Das von den beleuchteten Gegenständen
reflektierte infrarote Licht wird durch eine Kamera, welche im Bereich
des infraroten Lichtes empfindlich ist, aufgenommen und entweder
direkt oder nach einer Bildverarbeitung dem Fahrzeugführer oder
anderen Insassen zur Verfügung
gestellt. Diese Bildinformation des Nachtsichtsystems tritt zu der vorhandenen
Information aufgrund der Sicht, beispielsweise durch die Windschutzscheibe,
hinzu und verbessert durch die ergän zende Wirkung die Sicht des
Fahrzeugführers
bzw. der Mitinsassen. Für
derartige Systeme ist es von besonderer Bedeutung, dass eine Gefährdung der
anderen Verkehrsteilnehmer möglichst
verhindert wird.
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Damit wird deutlich, dass der erfindungsgemäße Scheinwerfer
gerade bei der Verwendung von Lichtquellen, die ausschließlich oder
in Verbindung mit sichtbarem Licht, infrarotes, nichtsichtbares
Licht aussenden, von besonderer Bedeutung sind. Dabei hat es sich
besonders bewährt,
als Lichtquellen eine oder mehrere Halbleiter-Lichtquellen vorzusehen,
die zu Arrays zusammengefasst sind und somit ein sehr lichtleistungsstarkes
Scheinwerferlicht abgeben. Durch das sehr leistungsstarke Scheinwerferlicht
ist das grundsätzliche
Gefährdungspotenzial
hoch, so dass entsprechende Vorkehrungen zur Verbesserung der Augensicherheit
erforderlich sind, was durch den erfindungsgemäßen Scheinwerfer gegeben ist.
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Als besonders geeignete Halbleiter-Lichtquellen
haben sich beispielsweise Infrarotlaser, Infrarot-LEDs für sich oder
in Kombination mit entsprechenden Halbleiterkomponenten für sichtbares
Licht bewährt.
Darüber
hinaus hat es sich bewährt,
das sichtbare oder infrarote Licht über einen Lichtwellenleiter
von einer abgesetzten Lichtquelle, die einen sehr leistungsstarken
Laser darstellen kann, in das druckdichte Gehäuse des Scheinwerfers einzukoppeln
und zur Beleuchtung der Umgebung des Scheinwerfers zu verwenden.
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Darüber hinaus hat es sich bewährt, die Steuerung
abhängig
von der Abweichung von einem Solldruck, der vorgegeben ist oder
dem Umgebungsdruck entspricht, oder aber von der Geschwindigkeit der
Druckveränderung
im Gehäuseinneren
zu steuern. Damit ist eine sehr sichere Größe für die Beurteilung der Integrität des Scheinwerfers
mit dem Gehäuse
gegeben. Ändert
sich der Druck sehr stark, also dem Betrag nach oder auch der Geschwindigkeit nach,
so ist ein großes
Loch oder eine starke Zerstörung
des Scheinwerfers identifiziert, was beispielsweise zu einem Abschalten
des Scheinwerfers führt.
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Ist die Veränderung nur sehr gering, so
hat es sich bewährt,
den Fahrzeugführer
oder die anderen Fahrzeuginsassen über eine Ausgabeeinheit, die sowohl
optisch als auch akustisch ausgeführt werden kann, über die
Schädigung
des Scheinwerfers zu informieren, so dass der Fahrzeugführer Maßnahmen zur
Behebung des Defektes in die Wege leitet, beispielsweise durch Aufsuchen
der Werkstatt zur Behebung dieses Defektes. Um dies zu erreichen,
ist die Steuerung des Scheinwerfers mit der Ausgabeeinheit derartig
verbunden, dass ein entsprechendes Signal, Warnsignal oder ein entsprechender
Hinweis zum Aufsuchen einer Werkstatt, beispielsweise in einem Multifunktionsdisplay,
generiert und ausgegeben wird. Hierzu kann das bereits in vielen
Fahrzeugen vorgesehene Informationsdisplay verwendet werden. Dies
führt zu
einem noch sichereren Scheinwerfer, der möglichst frühzeitig, bevor eine massive Schädigung des
Scheinwerfers und damit eine massive Gefährdung der Verkehrsteilnehmer
gegeben ist, ausgetauscht, ersetzt oder repariert wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Scheinwerfers ist dieser mit einer Pumpe versehen, die geeignet
ist, in dem Gehäuse einen
vorgegebenen Über-
oder Unterdruck zu erzeugen. Dieser Unter- oder Überdruck gewährleistet die
Möglichkeit,
ein Abweichen von dem durch die Pumpe vorgegebenen Solldruck sicher
zu detektieren und ggf. die Geschwindigkeit der Änderung sicher zu erfassen.
Mithilfe der Pumpe wird regelmäßig der
gewünschte Über- oder
Unterdruck erzeugt oder wiederhergestellt. Damit ist die Funktionsfähigkeit des
Scheinwerfers in besonderem Maße
gegeben.
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Daneben ist durch einen derartigen
Scheinwerfer mit Pumpe die Möglichkeit
geschaffen, kontinuierlich den gewünschten Über- oder Unterdruck zu erhalten und anhand
der Aktivität
der Pumpe eine Information über
das Maß des
Druckverlustes zu gewin nen und dadurch eine Ausgangsgröße für die Steuerung
des Scheinwerfers abzuleiten. Ist die Pumpe kontinuierlich im Betrieb,
um den gewünschten Über- oder
Unterdruck zu realisieren, wird daraus geschlossen, dass eine erhebliche
Schädigung
des Gehäuses
und damit des Scheinwerfers vorliegt, so dass die dieser Schädigung entsprechenden
Maßnahmen,
beispielsweise das Abschalten des Scheinwerfers, vorgenommen wird.
Ist die Aktivität
der Pumpe entweder in ihrem zeitlichen Umfang oder auch in ihrer
Pumpleistung sehr gering, so lässt
sich daraus auf eine geringe Schädigung,
beispielsweise durch einen Haarriss in der Frontscheibe des Gehäuses, schließen, so
dass ein Abschalten des Scheinwerfers nicht notwendig ist, so wird
die Steuereinheit des Scheinwerfers ein entsprechendes Signal an
die Ausgabeeinheit zur Warnung der Fahrzeuginsassen gegeben und
auf die Notwendigkeit der Behebung der Schädigung des Scheinwerfers hinzuweisen.
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Als besonders einfache Steuerungen
für die druckabhängige Steuerung
des Laser-Scheinwerfers hat es sich bewährt, einen Druckschalter vorzusehen,
der so geschaltet ist, dass bei Vorhandensein des gewünschten,
gewählten Über- oder
Unterdrucks im Innenraum des Gehäuses
der Stromkreis zur Versorgung der Lichtquelle geschlossen ist, so dass über diesen
Druckschalter die Energieversorgung der Lichtquelle, insbesondere
der Laser-Lichtquelle, ermöglicht
ist, wohingegen bei Abweichen des gewünschten Druckes der Druckschalter
geöffnet
und die Energieversorgung der Lichtquelle unterbrochen und damit
der Scheinwerfer ausgeschaltet wird. Dabei ist der Druckschalter
so gewählt
und so ausgebildet, dass geringe Abweichungen durch Druckschwankungen
und ähnliches
nicht zu einer Trennung des Stromkreises führen, wohingegen merkliche,
deutliche oder große
Abweichungen, die mit einer Schädigung
des Gehäuses
verbunden sind, zu einer sicheren Trennung führen. Dieser einfach aufgebaute
Druckschalter stellt ein passives System zur Steuerung des Scheinwerfers
dar, der keiner weiteren elektronischen Steuerungskomponenten bedarf.
Dieser Scheinwerfer erweist sich als sehr kostengünstig, robust
und sicher in seiner Funktionsweise.
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Darüber hinaus hat es sich bewährt, einen Drucksensor
am Gehäuse
vorzusehen, der in der Lage ist, den Innenraum des Gehäuses auf
seinen Über-
bzw. Überdruck
zu sensieren. Das Druckergebnis wird an eine Steuereinheit zur weiteren
Auswertung bzw. zur Steuerung einer IR-Laserdiode als Lichtquelle,
beispielsweise zur Steuerung des geschalteten Netzteils, für die als
Laser-Lichtquelle ausgebildete Lichtquelle verwendet. Durch diese Ausbildung
des Scheinwerfers ist die Möglichkeit
geschaffen, eine sehr differenzierte Auswertung der Druckverhältnisse
im Innenraum des Gehäuses,
beispielsweise im Hinblick auf die Änderungsgeschwindigkeit des
Innendruckes, zu erfassen und im Hinblick auf die notwendige, differenzierte
Steuerung des Scheinwerfers, beispielsweise im Hinblick auf eine
angemessene Reduktion der Lichtleistung, beispielsweise einer Laser-Lichtquelle,
insbesondere im infraroten Bereich, vorzunehmen. Diese Art des erfindungsgemäßen Scheinwerfers
erweist sich als sehr sicherer und auf die gegebenen äußeren Umstände differenziert
reagierende Scheinwerfer. Ein unnötiges, frühzeitiges gänzliches Ausschalten des Scheinwerfers
kann durch diese differenzierte Steuerung verhindert werden, so
dass sich dieser Scheinwerfer als besonders sicher erweist.
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Die erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer können Frontscheinwerfer,
Heckscheinwerfer, Kurvenlichter, Blinker, Rückscheinwerfer und Nebelschlussleuchten
sowie Nebelscheinwerfer darstellen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier
vorteilhafter beispielhafter Ausbildungen dargestellt.
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1 zeigt
einen Scheinwerfer mit Gehäuse und
Druckschalter und
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2 zeigt
einen Scheinwerfer mit Drucksensor.
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Der in 1 dargestellte
Scheinwerfer 1 zeigt ein Gehäuse, das aus einem Reflektor 2a und einer
mehrstufig ausgebildeten Frontscheibe 2b besteht. In das
Gehäuse
ist eine Halterung für
die Laser-Lichtquelle 3 integriert. Das Gehäuse ist
druckdicht ausgebildet, so dass im Innenraum 4 des Gehäuses befindlicher Überdruck
dauerhaft erhalten bleibt. Wird die Frontscheibe 2b, welche
aus mehreren optischen Elementen, einer Diffusorscheibe, einer Fresnellinse
und einer Glasscheibe besteht, von einem Stein durch Steinschlag
zerstört,
so wird der Innenraum 4 des Scheinwerfers 1 nicht
mehr druckdicht von der Umgebung getrennt sein. Der Überdruck
wird sich dem Außendruck
anpassen.
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Ist der Innenraum 4 mit
dem Überdruck
versehen, so ist der im Gehäuseinneren
befindliche Druckschalter 5 dem Überdruck entsprechend geschlossen,
so dass die Laser-Lichtquelle 3, die über den Druckschalter 5 mit
Energie versorgt wird, betriebsbereit ist. Sinkt der Überdruck
ab, so öffnet
der Druckschalter entsprechend seiner Ausbildung und die Energieversorgung
für die
Laser-Lichtquelle 3 wird unterbrochen. Damit ist eine sehr
sichere Steuerung des Scheinwerfers gegeben, der bei einem Defekt
der Frontscheibe 2b die Laser-Lichtquelle 3 ausschaltet
und damit eine Gefährdung
anderer Verkehrsteilnehmer durch das Laserlicht, welches ein sehr
intensives, leistungsstarkes Licht darstellt, durch die zerstörte Frontscheibe 2b,
ohne deren schützenden
Eigenschaften, verhindert. Dies umso mehr, wenn es sich bei der
Laser-Lichtquelle 3 um eine Infrarot-Laserdiode handelt,
die im nichtsichtbaren Lichtbereich intensive, leistungsstarke Strahlung aussendet,
die von den Verkehrsteilnehmern nicht gesehen werden kann und somit
nicht zu einem Schutzreflex durch schließende Augen oder Abwenden des
Gesichtes führen.
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Dieser beschriebene Scheinwerfer 1 erweist sich
somit als sehr einfacher, robuster und kostengünstiger Scheinwerfer, der ein
besonderes Maß an Augensicherheit
gewährleistet.
Dem Fahrzeugscheinwerfer 1 ist eine Pumpe 6 zugeordnet,
die bei Inbetriebnahme des Scheinwerfers 1 den gewünschten Überdruck
im Innenraum 4 des Scheinwerfers 1 einstellt.
Hierdurch ist sichergestellt, dass bei einem langen Stillstand des
Fahrzeuges oder bei einer langen Nichtbenutzung des Scheinwerfers 1,
ein Abfall des Überdruckes
im Inneren des Scheinwerfers 4 durch das Gehäuse oder
mögliche
Zwischenräume zwischen
den Komponenten des Gehäuses
sich nicht automatisch als defekter Scheinwerfer 1 wiederspiegeln,
sondern die Funktionsfähigkeit
des erfindungsgemäßen Scheinwerfers
auch unter derartigen Umständen
sicher gegeben ist. Ein geringer Druckverlust, der nicht im Zusammenhang
mit einem Defekt oder einer mangelnden Integrität des Scheinwerfers im Zusammenhang
steht, kann damit als Ursache für
eine Fehlfunktion des Scheinwerfers, insbesondere der Steuerung
des Scheinwerfers, ausgeschlossen werden.
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Der in 2 dargestellte
erfindungsgemäße Scheinwerfer 1 zeigt
einen entsprechenden Aufbau wie der in 1 dargestellte Scheinwerfer. Um Wiederholungen
zu vermeiden, werden im folgenden nur die wesentlichen Unterschiede
dargestellt. Statt des Druckschalters 5 ist in dem zweiten
Scheinwerfers 1 ein Drucksensor 5a an der Außenwand
des Reflektors 2a vorgesehen. Dieser ist geeignet, den
Druck im Innenraum 4 des Scheinwerfers 1 zu erfassen. Das
ermittelte Drucksignal wird an eine Steuereinheit 7 weitergeleitet.
Diese Steuereinheit 7 wertet das Drucksignal auf Schwankungen,
Veränderungen bzw.
die Art der Veränderungen
des Druckes im Innenraum 4 des Scheinwerfers 1 aus.
Sind die Änderungen
groß,
so wird dies durch die Steuereinheit 7 erfasst und – entsprechend
einer in ihr abgelegten Entscheidungslogik – die ihr zugeführte Ener gie
zur Versorgung der Lichtquelle 3 unterbrochen. Dies erfolgt
durch ein der Steuereinheit 7 zugeordnetes geschaltetes
Netzteil zur Energieversorgung der Laserdiode 3. Durch
die Verwendung eines geschalteten Netzteils lässt sich die Unterbrechung
der Energieversorgung der Laser-Lichtquelle 3 sehr einfach
realisieren und dadurch sehr sicher eine Unterbrechung der Abgabe
des Laserlichtes, insbesondere des infraroten Laserlichtes, verhindern.
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Darüber hinaus ist die Steuereinheit 7 in
der Lage, geringe Veränderungen,
die auf einen feinen Riss in der Frontscheibe 2b des Scheinwerfers schließen lassen,
zu identifizieren und das Netzteil so zu steuern, dass die Laser-Lichtquelle
nur noch einen Teil, insbesondere die Hälfte ihrer möglichen
Lichtleistung abgibt, so dass eine Reduktion der abgestrahlten Lichtleistung
erreicht wird, was wiederum die Gefahr von Augenschäden oder
sonstigen Schädigungen
anderer Verkehrsteilnehmer reduziert. Mithin ist der in 2 beschriebene Scheinwerfer
mit Steuereinheit 7 in der Lage, sehr differenziert auf
unterschiedliche Druckänderungen
zu reagieren und damit situationsgemäß die richtigen Entscheidungen zum
Ausschalten des Scheinwerfers bis zur Reduktion der Lichtleistung
oder Beibehaltung der Lichtleistung bei minimalen Druckschwankungen
vorzunehmen. Dies führt
zu einem sehr sicheren Scheinwerfer.