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Lichtverteilungsscheibe für Scheinwerfer, insbesondere Signalleuchte
Die vorliegende Erfindung geht von einer Lichtverteüungsscheibe für Scheinwerfer
desjenigen Typs aus, bei der die wendelförmig langgestreckte Lichtquelle mit Hilfe
der im praktisch parallelen Strahlengang angeordneten, zylindrischen Streuelemente
der Verteilungsscheibe einen Lichtstrom von bandförmigem Querschnitt erzeugt, wobei
die Schnittlinien der Streuelemente zueinander parallel sind und in einer Fläche
verlaufen, die um eine waagerechte und zur Strahlenachse senkrechte Achse schräg
von unten nach oben leuchteneinwärts geschwenkt ist, und beschäftigt sich in erster
Linie mit der Aufgabe, die Ausstrahlungsverhältnisse des Scheinwerfers derart zu
regeln, daß der gewünschte oder gegebenenfalls vorgeschriebene Gesamtstreubereich
in möglichst einfacher Weise erreicht werden kann. Die Erfindung ist in erster Linie
für Eisenbahnsignale, Straßensignale und Straßenwarnsignale an Eisenbahnübergängen
geeignet.
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Es ist bekannt, im _praktisch parallelen, primären Scheinwerferstrahlengang
eine mit parallelen, zylindrischen Riefen versehene, ebene Streuscheibe lotrecht
anzuordnen. Die Schnittlinien der einzelnen Zylinderriefen liegen in einer zu dem
primären Scheinwerferstrahlengang senkrechten Ebene und verlaufen in dieser Ebene
senkrecht oder bilden in ihr mit der Senkrechten einen kleinen Winkel. Ein solches
Lichtverteilungssystem mit einer zu dem primären Scheinwerferstrahlengang im rechten
Winkel angeordneten Zylinderriefenscheibe ergibt auf einem zu dem primären Scheinwerferstrahlengang
senkrecht stehenden Projektionsschirm ein beispielsweise bei senkrechter Anordnung
der Riefenschnittlinien waagerecht verlaufendes Lichtband, das sich je nach einseitiger
oder zweiseitiger Ausgestaltung der Zylinderriefen einseitig oder beiderseitig der
Lichtstrahlenachse erstreckt. Eine solche Zylinderriefenscheibe ergibt nur eine
Streuung in der Waagerechten. Da Verkehrssignalleuchten üblicherweise seitlich und
in beträchtlicher Höhe über dem Verkehrsweg angeordnet sind, fällt der waagerechte
Signallichtstreifen dem in der "Ferne befindlichen Beobachter noch in die Augen,
wird aber von dem gezwungenerweise seitlich dem Signal näherkommenden Beobachter
unterlaufen und dadurch aus den Augen verloren.
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Um diese signaltechnische Unvollkommenheit der einfachen Zylinderriefenscheibe
zu beseitigen, hat man bisher im Signalstrahlengang - gegebenenfalls in stärkerer
Unterteilung - lichtstreuende Elemente solcher Krümmung angeordnet; daß der Signalstrahl
in Signalhöhe nach unten und seitlich abgelenkt wird. Solche Signalscheiben sind
aber infolge ihrer komplizierten Oberflächengestaltung schwierig herstellbar und
dementsprechend teuer.
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Man hat auch schon beispielsweise bei Automobilscheinwerfern jene
an sich bekannte optische Erscheinung ausgenutzt, daß eine im parallelen Strahlengang
schräggestellte Zylinderlinse .ein Strahlenbündel erzeugt, dessen beispielsweise
auf einen Projektionsschirm geworfenes Abbild einen Querschnitt in Form eines schmalen,
gekrümmten Bandes besitzt.
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Auch die vorliegende Erfindung nutzt diesen optischen Effekt einer
im parallelen, Strahlengang schräggestellten Zylinderlinse aus und weist einen einfachen
Weg, wie die räumlichen Querschnitts- und Krümmuügsausmaße des Strahlenbündels dem
jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden können.
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Die Erfindung. geht also aus von einer Lichtverteilungsscheibe für
Scheinwerfer, dessen wendelförmig langgestreckte Lichtquelle mit Hilfe der im praktisch
parallelen Strahlengang angeordneten, zylindrischen Streuelemente der Verteilungsscheibe
einen Lichtstrom von bandförmigem Querschnitt erzeugt; wobei die Schnittlinien der
Streuelemente zueinander parallel sind und in einer Fläche verlaufen, die um eine
waagerechte und zur Strahlenachse senkrechte Achse schräg von unten nach oben leuchteneinwärts
geschwenkt ist, und kennzeichnet sich dadurch, daß die in an sich bekannter Weise
in einer Ebene angeordneten Streuelemente derart zu dem auf der waagerechten Achse
errichteten, in der Schnittlinienebene liegenden Mittellot geneigt sind, daß ein
sich auf einemvorgeschriebenenWege von fernnähernder Beobachter an jeder Stelle
des Weges eine voll ausgeleuchtete Lichtverteilungsscheibe erblickt.
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Die Erfindung ergibt also die elegante Lösung, beispielsweise mit
einer einfachen Zylinderriefenscheibe,
der- man lediglich die ungewohnte,
erfindungsgemäße, geissermaßen windschiefe Anordnung im parallelen Strahlengang
gibt, die gewünschte Strahlenvertiefung im Beobachtungsraum zu erzielen.
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Das Wesen der Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen erläutert
und mit bekannten Einrichtungen sowie deren denkbaren Abwandlungen verglichen werden.
Es zeigt Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Strahlengang und die
zu seiner Erzeugung erforderlichen optischen Elemente einer Verkehrsleuchte bekannter
Bauart, Fig. 2 -und 4 Aufsichten auf die Vorderseite der gerieften Abschlußscheibe
in Richtung des Pfeils 7 gemäß Fig. 1 betrachtet, Fig. 3, 5 und 6 eine ähnliche
Aufsicht, jedoch in Richtung des Pfeils 5 gemäß Fig. 1 betrachtet und Fig. 3 a,
4 a, 5 a und 6 a je eine schematische Darstellung der Querschnitte der Lichtbänder,
die die einzelnen Abschlußscheiben gemäß Figur gleicher Bezifferung ergeben.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Strahlenerzeugungssystem besteht
aus der waagerecht ausgedehnten Lichtquelle L, beispielsweise einer Glühlampe mit
horizontaler Wendel der beispielsweise plankonvexen Linse 1, die die von der Lichtquelle
ausgesandten Strahlen praktisch parallel richtet, so daß sie die konvexe Linsenfläche
in Richtung des Pfeils 2 verlassen, und der schräggestellten Lichtverteilungsscheibe
3, deren parallel zueinander verlaufenden Streuelemente mit 4 bezeichnet sind. Die
Profile der Streuelemente können gegebenenfalls asphärisch gestaltet sein. Die mit
7 bezeichnete Pfeillinie entspricht der Scheinwerfer-Mittelachse, und die gestrichelt
gekennzeichnete Pfeillinie 5 steht auf der Ebene der Lichtverteilungsscheibe 3 senkrecht.
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Die Grenzlinien zwischen benachbarten Streuelementen 4 sind durch
volle Linien dargestellt, wo die Figur eine Aufsicht auf die Lichtverteilungsscheibe
in Richtung der- Scheinwerferachse, also im Sinne des Pfeils 7, zeigt, während durch
gestrichelte Grenzlinien zwischen den einzelnen Streuelementen 4 solche Aufsichten
auf die Lichtverteilungsscheibe kenntlich gemacht werden sollen, die in Richtung
des Mittellotes auf die Scheibe, also in Richtung der Pfeillinie 5, gesehen werden.
Bei den Aufsichtsfiguren wurde fernerhin unterstellt, daß der Scheinwerfer in üblicher
Weise einen kreisrunden Querschnitt besitzt. Infolgedessen zeigen nur die Fig. 2
und 4 einen kreisrunden Querschnitt, während die Fig. 3, 5 und 6 elliptisch begrenzte
Scheibendarstellungen zeigen.
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Aus den Aufsichtsfiguren ist die jeweilige Stellung der Lichtverteilungsscheibe
im Strahlengang ablesbar. Die Fig. 2 und 3 zeigen die eingangs geschilderte, bekannte
Lichtverteilungsscheibe, bei der die einander parallelen Schnittlinien der Streuelemente
in der Ebene der gemäß Fig. 1 schräggestellten Lichtverteilungsscheibe von unten
nach oben verlaufen. Eine derart angeordnete Lichtverteilungsscheibe erzeugt auf
einem Projektionsschirm ein schmales, gekrümmtes Lichtband etwa von der Form gemäß
Fig. 3 a. Die Breite des Streubildes hängt von der Dicke des Glühfadens und der
Brennweite der Linse ab und verlangt daher für jede vorgegebene Lichtbandform eine
bestimmte Ausgestaltung dieser Elemente. Die bekannte Lichtverteilungsscheibe hat
daher in der Praxis auch nur dort Anwendung gefunden, wo das auszuleuchtende Feld
immer die gleiche Form besitzt. Dies gilt z. B. für Automobilscheinwerfer mit bestimmter
Lichtverteilungscharakteristik auf der Straße.
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Die Fug. 4 und 4 a erläutern eine nicht bekannte, möglicherweise aber
vom Fachmann erprobte Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3, bei der der ganze Scheinwerfer
um die Achse 7 gedreht wird, so daß nicht nur die Schnittlinien der Streuelemente,
sondern auch des Glühfadens der Lichtquelle Schrägstehen. Dies hat zur Folge, daß
sich die auf einem Projektionsschirm erzeugte Lichtfigur um den gleichen Winkel
und im gleichen Drehsinn verschwenkt, wie dies in der Fig. 4 a dargestellt ist.
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In den Fig. 5 und 6 sind nun zwei Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt. In beiden Fällen besitzt das Scheinwerfersystem seine ursprüngliche,
in Fig. 1 angedeutete Stellung, d. h., die Achse der Glühwendel verläuft waagerecht
und die 1.:ichtverteilungsscheibe 3 ist gegenüber der Scheinwerferachse 7 schräggestellt.
Zum Unterschied gegenüber Fig. 2 und 3 sind nun aber innerhalb der Ebene der Lichtverteilungsscheibe
die Streuelemente 4 uhrzeigermäßig um das Mittellot 5 herum verdreht. Hierdurch
wird gegenüber der bekannten Scheinwerferausgestaltung gemäß Fig. 2 und 3 eine wesentlich
andere Lichtverteilung erreicht. Das erfindungsgemäß geschaffene Lichtband ist erstens
breiter, zweitens schwächer gekrümmt und drittens stärker um das Mittellot 5 verschwenkt.
Die Breitenvergrößerung des Lichtbandes beruht darauf, daß mit zunehmender Schiefstellung
der Streuelemente die Längsausdehnung der Glühwendel für die Breite der Figur stärker
zur Wirkung kommt. Die Verringerung der Krümmung, d. h. die Verlängerung des Krümmungsgrades,
wird durch die Abschwächung der Krümmungswirkung der verdrehten Streuelemente hervorgerufen,
und die Verschwenkung der Lichtfigur beruht darauf, daß sie immer senkrecht zu den
Streuelementen ihren Ausgang mulmt.
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Fig. 6 und 6 a zeigen die Wirkung der Erfindung, wenn die Verdrehung
der Streuelemente um das Mittellot noch stärker gewählt wird. Das so geschaffene
Lichtband ist noch breiter und im Krümmungsradius noch länger geworden, und auch
die Verschwenkung der Achse ist natürlich der Schwenkung der Streuelemente nachgefolgt.
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Insbesondere aus den letzten beiden Fig. 5 und 6 ist ersichtlich,
daß die Erfindung eine Möglichkeit gibt, mit geringstem. technischen Aufwand, d.
h. praktisch. nur mit einer Verdrehung der Lichtverteilungsscheibe in ihrer Fassung
im Scheinwerfergehäuse, Lichtbänder verschiedener Form zu schaffen und damit eine
ganze Reihe von signaltechnischenAufgaben zu lösen. Hierzu gehört insbesondere,
daß sich die Streuungsverhältnisse an die Art des vom Verkehrssignal zu erfassenden
Raumgebiets anpassen lassen, in dem sich ein dem Verkehrssignal sich nähernder und
dasselbe seitlich unterwandernder Beobachter bewegt.