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Beleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge Um Blendungen im Straßenverkehr
durch das Scheinwerferlicht von Kraftfahrzeugen zu vermeiden, hat man den Scheinwerfer
mit einer schwenkbaren Blende versehen, welche durch das Licht entgegenkommender
Fahrzeuge derart gesteuert wird, daß die Lichtstrahlen des eigenen Scheinwerfers
von einem durch das einfallende Gegenlicht bestimmten Raum abgeschirmt werden, so
daß dieser Raum unbeleuchtet bleibt, solange in ihm Gegenlicht vorhanden ist. Zur
Feststellung des Gegenlichtes weist die Steuereinrichtung eine Fotozelle auf. Damit
deren Blickfeld auf den durch den Scheinwerfer beleuchteten Raum beschränkt wird
- da ja nur Gegenlicht aus diesem Raumteil korrigierende Veränderungen der Blendenstellung
erforderlich macht -, ist auch vor der Fotozelle eine Blende angeordnet, welche
mit der Blende des Scheinwerfers mechanisch oder elektrisch zu annäherndem Gleichlauf
verbunden ist.
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Gegenstand eines älteren Patents ist eine Beleuchtungseinrichtung,
bei der an Stelle einer schwenkbaren Blende ein Scheinwerfer verwendet wird, dessen
Strahlung auf einen Teil des zu beleuchtenden Raumes beschränkt ist und fortlaufend
über diesen geführt wird. Die Steuerung durch das Licht entgegenkommender Fahrzeuge
löscht dabei den Scheinwerfer aus, sobald und solange seine Strahlung in den Raum
fallen würde, in dem sich die Gegenlichtquelle befindet. Die Fotozelle der Steuereinrichtung
hat ein Blickfeld, das wie die Strahlung des Scheinwerfers auf einen Teil des. Raumes
vor dem Fahrzeug beschränkt ist und synchron und im wesentlichen phasengleich mit
der Strahlung des Scheinwerfers über den Raum geführt wird.
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Demgegenüber ist gemäß der Erfindung bei einem Scheinwerfer mit einer
durch Gegenlicht gesteuerten Blende der eingangs beschriebenen Art diese Blende
durch eine fotoelektrische Einrichtung gesteuert, die das Blickfeld der Fotozelle
fortlaufend über den anzustrahlenden Raum bewegt. Diese Bauart vereinigt in sich
auf der Scheinwerferseite die Vorteile einer Lichtquelle, welche nicht dauernd unterbrochen
werden muß, und auf der Seite der fotoelektrischen Steuereinrichtung die Vorteile
eines über den zu prüfenden Raum bewegten Blickfeldes, das auf einen schmalen Teil
dieses Raumes beschränkt ist: eine solche Einrichtung spricht auf eine örtlich konzentrierte
Gegenlichtquelle wesentlich empfindlicher an als eine Einrichtung, deren Blickfeld
den gesamten Raum umfaßt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die fotoelektrische
Einrichtung aus einer Fotozelle mit einem zugeordneten optischen System und einem
umlaufenden Spiegelrad.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist mit dem umlaufenden Spiegelrad
ein rotierender Zylinder am eigenen Scheinwerfer gekuppelt, dessen durch Brennpunkt
und Lichtquelle des Reflektors gehende Rotationsachse parallel zur Schwenkachse
der Schwenkblende ist und der mindestens eine weitere schmale Blende zur streifenweisen
Abdunklung des anzustrahlenden Raumes aufweist und derart angetrieben ist, daß jeweils
der Raumbereich, auf den das Blickfeld der Fotozelle durch das Spiegelrad gerichtet
ist, abgedunkelt ist. Durch diese Einrichtung ist die Gefahr behoben, daß die Steuereinrichtung
Licht aufnimmt, welches nicht von einem entgegenkommenden Fahrzeug stammt, sondern
reflektiertes Licht des eigenen Scheinwerfers ist.
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In dem rotierenden Zylinder können vorteilhaft radial auf seine Rotationsachse
zu gerichtete Lamellen. angeordnet sein,, vorzugsweise parallel zur Abblendkante
der schwenkbaren Blende. Dadurch ergibt sich neben einer die Lichtquelle kühlenden
Ventilation eine gute Ausrichtung der Lichtstrahlen, welche der Ausbildung. einer
scharfen Hell-Dunkel-Grenze durch die schwenkbare Blende förderlich. ist.
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Was einen Steuerimpuls der Steuereinrichtung auf die Scheinwerferblende
auslösen soll, ist Gegenlicht, das aus dem vom Scheinwerfer beleuchteten Raum kommst,
während Gegenlicht, das aus dem abgeblendeten Raum kommt, keine Wirkung haben soll.
Aus der unterschiedlichen Bewegungscharakteristik der schwenkbaren Scheinwerferblende,
die ihre Stellung nur nach Maßgabe vorhandenen Gegenlichtes, ändert,
u.,td
der fortlaufend das Blickfeld über den Raum führenden Steuereinrichtung ergibt sich
die Notwendigkeit, die jeweilige Stellung der Blende auf die Funktion der Steuereinrichtung
in besonderer Weise einwirken zu lassen. Dies geschieht durch einen von der schwenkbaren
Blende betätigten Gleitkontakt eines Unterbrechers für den Fotozellenstrom, der
den Strom unterbricht, sobald das Blickfeld der Fotozelle in den von der schwenkbaren
Blende abgeschirmten Raumbereich gelangt.
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Der Stehantrieb für die schwenkbare Blende kann zweckmäßig an die
ständig umlaufende Antriebvorrichtung für die Steuereinrichtung angeschlossen werden.
Sie ist dann als Differentialgetriebe ausgebildet, dessen Planetenräder mit der
Blende verbunden sind und dessen Sonnenräder vorzugsweise über ständig angetriebene
Rutschkupplungen im Verhältnis 1: 2 gegenläufig antreibbar sind, wobei zur Umkehr
der Blendenbewegung das schneller angetriebene Sonnenrad durch eine von der Fotozelle
gesteuerte Bremse blockiert werden kann, so daß durch Blockierung dieses Sonnenrades
oder durch Lösen der Blockierung ein Schwenkender schwenkbaren Blende in der einen
oder anderen Richtung herbeigeführt wird. Die Vorteile eines solchen Stehantriebes
für die Blende sind nicht auf die Anwendung bei einer Konstruktion der vorbeschriebenen
Art beschränkt.
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Von großer Wichtigkeit für eine sichere Blendschutzwirkung ist die
Ausbildung einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze in Richtung der Blendenkante. Hierzu
dienen folgende Merkmale: eine Lichtquelle mit einem geraden, zur Abblendkante parallelen
Leuchtdraht; ein Reflektor, der einen zum Leuchtdraht konzentrischen, kreisförmigen
Querschnitt und einen parabolischen oder hyperbolischen oder elliptischen Längsschnitt
hat; eine vor der Lichtaustrittsöffnung zur Abblendkante parallel angeordnete konkav-konvexe,
vorzugsweise zylindrische Sammellinse, deren größte Dicke, in Strahlenrichtung gesehen,
links von der Mitte der Lichtaustrittsöffnung liegen kann. Weitere Merkmale der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit den Zeichnungen und den Ansprüchen. Es zeigt F i g. 1 eine Beleuchtungsvorrichtung
in vereinfachter Darstellung, senkrecht geschnitten, F i g. 2 einen horizontalen
Schnitt nach Linie C-D der F i g. 1, F i g. 3 einen horizontalen Schnitt nach Linie
A -B
der F i g.1, F i g. 4 einen horizontalen Schnitt nach Linie E-F der F
i g. 1, F i g. 5 ein Schaltschema, F i g. 6 und 7 eine Glühbirne des Scheinwerfers
in Ansicht und horizontalem Schnitt.
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Das Grundprinzip der Beleuchtungsvorrichtung besteht darin, daß ein
von einer Lichtquelle 1 ausgehendes radiales Strahlenbündel durch eine schwenkbare
Blende 9 so weit abgeblendet wird, daß lediglich der rechts von der Kante 10 der
Blende 9 liegende Raumwinkel beleuchtet wird, wobei die Lage der Kante laufend so
eingestellt wird, daß sie etwas rechts von dem entgegenkommenden Fahrzeug liegt.
Die Lage der Blendenkante 10 wird dabei am besten senkrecht gewählt, jedoch kommen
auch kleine Neigungen in Frage.
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Im folgenden wird in der Beschreibung eine senkrechte Lage vorausgesetzt.
Die zugehörigen Angaben sind bei anderer Neigung sinngemäß zu ändern. Dieses Prinzip
setzt voraus, daß das Strahlenbündel sauber radial ausgerichtet ist. Dies wird dadurch
erreicht, daß die Lichtquelle 1 einen parallel zur Abblendkante 10 verlaufenden
Leuchtdraht 40 enthält. Durch diese linienförmige Lichtquelle wird erreicht, daß
die Streuung des Lichtbündels senkrecht zur Abblendkante 10 lediglich durch
die Dicke des Leuchtdrahtes bestimmt ist. In der Richtung parallel zur Kante 10
ist die Streuung durch die Länge des Drahtes gegeben und dementsprechend erheblich
größer. Dies ist jedoch unwesentlich, da in dieser Dimension keine scharfe Bündelung
des Strahlenbündels erforderlich ist. Eine derartige Lichtquelle wäre in ihrer Leuchtkraft
schlecht ausgenützt, da nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des gesamten Raumwinkels
zur Wirkung kommt. Um die gesamte Strahlung der Lichtquelle nutzbar zu machen, werden
bei Scheinwerfern üblicher Art rotationssymmetrische Reflektoren verwendet, welche
im Meridianschnitt im allgemeinen parabolisch oder annähernd parabolisch geformt
sind. Auch ist es bekannt, Vorsatzlinsen zu verwenden, um dem Strahlenbündel einen
engeren Winkel zu geben. Diese Maßnahmen sind nun nicht ohne weiteres bei der vorliegenden
Lichtquelle anwendbar. Die durch den annähernd parabolischen Spiegel reflektierten
Strahlen haben einen anderen gemeinsamen Schnittpunkt als die direkten von der Lichtquelle
ausgehenden Strahlen. Der durch die kante 10 der Blende 9 abgeschnittene Raumwinkel
ist daher nicht einheitlich, wodurch eine unzulängliche Abblendwirkung entsteht.
Dieser Nachteil ließe sich vermeiden, wenn man statt eines Parabolspiegels einen
kugelförmigen Reflektor benutzt, in dessen Mittelpunkt die Lichtquelle liegt. Die
reflektierten Strahlen werden dann wieder auf die Lichtquelle zurückgeworfen, und
das dadurch entstehende Strahlenbündel ist in gleicher Weise ausgerichtet wie das
von der Lichtquelle direkt ausgehende Strahlenbündel. Diese Einrichtung hat zwei
Nachteile. Einmal findet keine eigentliche, scheinwerferartige Konzentration des
Strahlenbündels statt. Die Verstärkung der Lichtintensität in Richtung des erforderlichen
Raumwinkels ist also nur gering. Ferner muß das reflektierte Licht durch den Leuchtdraht
der Lichtquelle hindurchgehen, was eine gewisse Abschwächung zur Folge hat.
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Eine brauchbare Wirkung wird durch einen Spiegel 2 erreicht, der im
waagerechten Schnitt (F i g. 2) kreisförmig und im senkrechten Schnitt (F i g. 1)
parabolisch geformt ist. Hierbei ist der Umstand günstig, daß bei senkrechter Lage
der Abblendkante 10 eine scharfe Bündelung nur in der waagerechten Richtung
erforderlich ist. Dies wird durch die rotationssymmetrische Ausbildung des Spiegels
2 um den senkrechten Leuchtfaden 40 erreicht. Dagegen ist eine scharfe Bündelung
in senkrechter Richtung nicht erforderlich, so daß der Spiegel t in dieser Dimension
nach dem Gesichtspunkt der Konzentration des Strahlenbündels, also parabolisch,
hyperbolisch oder elliptisch ausgebildet ist. Hierdurch wird auch erreicht, daß
nur ein Teil der reflektierten Strahlen durch das Gebiet des Leuchtdrahtes hindurchtreten
muß.
Da in der senkrechten Richtung das Strahlenbündel bereits weitgehend
konzentriert ist, ist nur noch eine Zusammenfassung in waagerechter Richtung erforderlich.
Dies läßt sich durch eine zylindrische Vorsatzlinse 7 erreichen, die durch zwei
Zylinderflächen mit zur Abblendkante 10 paralleler Achse begrenzt ist. Eine solche
Linse weist allerdings chromatische Abweichungen auf, wobei das durch die Abblendkante
10 abgeschnittene Strahlenbündel für die einzelnen Farben verschiedene Grenzwinkel
aufweist, was einmal eine unsaubere Begrenzung des Strahlenbündels und zum anderen
Farbeffekte zur Folge hat, die zu nicht erwünschten Nebenwirkungen führen können.
Diese Fehler treten nur am Rande der Linse auf, während die durch die Mitte gehenden
Strahlen nicht betroffen werden. Es ist deshalb vorteilhaft, die optische Mitte
8 der Linse etwas unsymmetrisch nach links von der Mitte der Lichtaustrittsöffnung
zu legen, da im allgemeinen die Abblendkante links von dieser Mitte liegen wird.
Dadurch wird erreicht, daß im allgemeinen keine störenden Farbeffekte auftreten.
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Eine weitere Ausrichtung des Strahlenbündels kann durch in den Strahlengang
eingebaute Lamellen erfolgen, die lediglich Licht in gewünschter Richtung durchlassen.
Es ist daher ein um eine durch die Lichtquelle gehende senkrechte Achse rotierender
Zylinder 4 vorgesehen, welcher senkrecht radial ausgerichtete Lamellen 5 enthält
(F i g. 1, 2).
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Die Blende 9 wird vorteilhaft zwischen den rotierenden Zylinder
4 und die Linse 7 gelegt, jedoch kann sie auch außerhalb der Linse
liegen. Die seitlichen festen Begrenzungen der Lichtaustrittsöffnung sind nicht
eingezeichnet.
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Der rotierende Zylinder 4 enthält ferner noch Blenden 6, welche in
gleicher Phase mit der nachfolgend beschriebenen fotoelektrischen Steuereinrichtung
arbeiten. Sie erzeugen Schattenstreifen und bewirken, daß Eigenlicht nicht in den
Raumsektor fällt, der jeweils durch die fotoelektrische Steuereinrichtung angepeilt
wird.
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Der Mechanismus zum Erkennen des entgegenkommenden Lichtes ist in
F i g. 1 und 3 gezeigt. Durch einen rotierenden Spiegel 14 wird das Blickfeld 17
einer Fotozelle 16 periodisch von rechts nach links geschwenkt. Durch ein optisches
System 15
wird das Bild des Gegenlichtes auf die Fotozelle bzw. Fotodiode
16 abgebildet. Vor der Fotozelle bzw. Fotodiode 16 befindet sich eine
Blende 45, welche lediglich das Bild eines schmalen senkrechten Streifens
freigibt. Das Spiegelrad 14 wird durch Zahnräder 11, 12, 13 synchron
mit dem Zylinder 4 angetrieben. Die Zahnraduntersetzung ist so bemessen,
da.ß die Winkelgeschwindigkeit des Blickfeldes 17 etwa gleich der Winkelgeschwindigkeit
der durch die rotierenden Blenden 6 gebildeten Schattenstreifen außerhalb der Linse
7 ist.
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Um den Wirkungsbereich der Steuereinrichtung auf den von der Blende
9 nicht abgedeckten Raumsektor zu begrenzen, ist an dem rotierenden Zylinder 4 ein
Schleifring 21 angeordnet, der drei leitende Lamellen 22 aufweist (F i g. 4). Durch
diese Lamellen werden zwei Kontaktbürsten 23, 24 leitend verbunden, deren eine (23)
feststeht und der rechten Begrenzung der Lichtaustrittsöffnung entspricht. Die andere
Kontaktbürste 24 ist mit der schwenkbaren Blende 9 verbunden und entspricht der
jeweiligen Stellung der AbbIendkante 10 und somit der linken Begrenzung der Scheinwerferstrahlung.
Die Kontaktbürsten 23 und 24 sind somit durch die Lamellen 22 nur so lange verbunden,
wie das Blickfeld 17 der Fotozelle 16 sich in dem nicht abgeblendeten Raumsektor
rechts von der Abblendkante befindet. Sie können unmittelbar oder, wie zu F i g.
5 beschrieben werden wird, mittelbar im Stromkreis der Fotozelle 16 liegen.
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Der Antrieb der schwenkbaren Blende 9 und des rotierenden Zylinders
4 ist in F i g. 1 rechts unten dargestellt. Ein Motor 35 treibt über Kegelräder
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und Zahnräder 19, 18 den Zylinder 4 mit konstanter Geschwindigkeit an.
Auf der Motorwelle sitzen zwei Zahnräder 30 und 31, welche zwei Zahnräder 28 und
32 antreiben. Die Geschwindigkeit des Zahnrades 32 ist doppelt so groß wie die des
Zahnrades 28, die Drehrichtungen sind infolge eines Zwischenrades 29 gegenläufig.
Mit den Zahnrädern 28 und 32 sind über Rutschkupplungen Sonnenräder 27 bzw. 33 eines
Planetengetriebes verbunden, dessen Planetenradträger 26 über eine Schneckenwelle
ein Schneckenrad 25 antreibt, welches die schwenkbare Blende 9 trägt. Auf das Sonnenrad
33 wirkt eine magnetisch lösbare Bremse 34, welche an der Rutschkupplung des Zahnrades
32 angreift.
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Ist die Bremse 34 nicht gelöst, so ist das Sonnenrad 33 blockert,
und durch die Drehung des Sonnenrades 27 wird über die Planetenräder und das Schneckenrad25
die Blende9 gleichmäßig nach links geschwenkt bis zu einer Endstellung, die durch
einen nicht gezeichneten Anschlag gegeben ist.
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Wird von der Fotozelle 16 Gegenlicht in dem beleuchteten Raumteil
festgestellt, so wird die Magnetbremse 34 gelöst, so daß das Sonnenrad 33 mit doppelter
Geschwindigkeit wie das Sonnenrad 27 läuft. Dies hat über die Planetenräder und
das Schneckenrad 25 eine Schwenkung der Blende 9 nach rechts zur Folge.
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Die elektrische Steuerung des Bremslösemagneten 34 erfolgt über die
Fotozelle bzw. über die Fotodiode 16 und die Bürsten 23, 24 (F i g. 5). Der durch
das Licht ausgelöste Strom wirkt über einen Verstärker 36 auf ein Stromtor 37. Dieses
wird ferner über eine Verbindung Bürste 24, Schleifringlamellen 22 und Bürste 23
gesteuert und nur freigegeben, wenn sich das Blickfeld 17 (F i g. 3) etwa im Bereich
des durch die Blende 9 freigegebenen Leuchtsektors befindet. Durch den von der Fotozelle
gesteuerten Strom wird ein Kondensator 38 aufgeladen, welcher das intermittierende
Arbeiten der Fotozelle ausgleicht. Dieser Kondensator wirkt abermals über einen
Verstärker 39 auf den Bremslösemagneten 34.
Solange sich also Gegenlicht
im Bereich des nicht abgeblendeten Leuchtsystems befindet, wird die Bremsung des
Sonnenrades 33 (F i g. 1) aufgehoben und somit die Blende nach rechts verschoben,
bis der Leuchtsektor so weit eingeschränkt ist, daß das Gegenlicht außerhalb desselben
liegt.
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F i g. 6 zeigt noch eine für den speziellen Zweck besonders vorteilhafte
Ausbildung einer Glühbirne. Es ist zunächst erforderlich, daß der Leuchtdraht
40
möglichst genau linienförmig und senkrecht in der Achse des Gesamtsystems
verläuft. Da die durch den Spiegel 2 reflektierten Lichtstrahlen 43, 44 wiederum
durch die Mitte des Systems laufen, jedoch auf Grund der Ausdehnung des Leuchtdrahtes
und der etwa parabolischen Ausbildung des Spiegels im senkrechten Schnitt aber auch
oberhalb und unterhalb
des Leuchtdrahtes wieder durch die Birne
hindurchtreten können, muß dieses Raumgebiet im Bereich der Achse freigehalten werden.
Dementsprechend werden die l#Ialterungen 41, 42 des Leuchtdrahtes
40
seitlich gelegt.
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Es empfiehlt sich ferner, dem Scheinwerfer einen eigenen Scheibenwischer
zu geben, da Verschmutzungen im Strahlengang des Systems Störungen zur Folge haben
kennen, die die Abblendung herabsetzen können, Man kann den gesteuerten Scheinwerfer
als Sonderbeleuchtung neben urgesteuerten Scheinwerfern benutzen. Fs ist auph möglich,
einen der urgesteuerten Scheinwerfer, vorzugsweise den rechten, durch einett gesteuerten
zu ersetzen. In beiden Fällen kann auf das normale Fqrnlicht verzichtet werden,
wobei der oder die urgesteuerten Scheinwerfer waagerecht abgeblendet sind. Die Abblendung
kann dabei vorteilhafterweise etwas stärker geneigt als bisher üblich verlaufen.
Es muß nämlich vermieden werden., daß das Eigenlicht dieser nicht gesteuerten Scheinwerfer
durch Reflexion störend auf den gesteuerten Scheinwerfer einwirkt. Diesem Umstand
kann auch noch dadurch Rechnung getragen werden, daß die Empfindlichkeit des optischen
Erkennungssystems für Gegenlicht aus dem unteren Teil des Raumes vor dem Fahrzeug
herabgesetzt wird. Dies kann durch Einsetzen von passend geformten Graufiltern vor
die Blende 45 erfolgen. Diese Filter werden so eingestellt, daß etwa der durch den
oder die nicht gesteuerten Scheinwerfer beleuchtete Raumwinkel auf das optische
Erkennungssystem abgeschw4cht einwirkt: Eine vollständige Abblendung dieser Einswirkung
darf nicht erfolgen, da es vor Bergkuppen möglich ist, daß Gegenlicht auch in dem
relativ zu der in der Fahrtrichtung liegenden Achse des Fahrzeuges tiefliegenden
Raumwinkel auftritt. In diesem Falle ist das Gegenlicht jedoch so stark, daß die
Fotozelle bzw. Fotodiode trotz des vorgesetzten Graufilters anspricht.
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Die verminderte Beleuehtuug durch die stärker geneigt abgeblendeten,
urgesteuerten Scheinwerfer kann ungenügend sein, wenn der oder die gesteuerten Scheinwerfer
ganz abgeschaltet werden, z. B. in Ortschaften. Dann kennen die urgesteuerten Scheinwerfer
so eingerichtet werden, daß durch Betätigen des üblichen Fußschalters nicht das
volle Fernlicht, sondern lediglich das Abblendlicht entsprechend den gültigen Bestimmungen,
eingeschaltet wird. Zwecks Vereinfachung der $chaltungsvorgänge ist es besonders
gün$tig, finit dem normalen Fußschalter den gesteuerten Scheinwerfer abzuschalten
und gleichzeitig das normale Abblendlicht einzuschalten.
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Werden mehrere gesteuerte Scheinwerfer an demseltlen Fahrzeug verwendet,
so muß die Bewegung der Fotog.ellenWirkfelder aller Scheinwerfer phasengleich sein,
so daß auch die rotierenden Blenden 6 gleichzeitig denselben Raumwinkel abdecken
und das Einwirken vors reflektiertem Eigenlicht verhindern.
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Es können noch besondere Maßnahmen getroffen werden, um Fuß gringe;
nicht zu blenden. Da ein Fußgänger keine Steuerung des Scheinwerfers durch Gegenlicht
hervorruft, mußte an sich der Scheinwerfer durch den Fahrer voll abgeschaltet werden.
Man kann nun eine Sonderblende für Fußgänger einbauen. Da die Fußgänger vorschriftsmäßig
rechts auf das Fahrzeug zukqmnosen müssen, genügt die Abblendung des rechts vom
Fahrzeug liegenden Raumwinkels. Dies kann durch eine besonders von rechts über einen
Magneten und eine Sondertaste eingeschwenkte Blende erfolgen.