DE1497308C3 - Reflektor für einen Fahrzeugbeleuchtungsscheinwerfer - Google Patents

Description

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genügt, worin X, Y, Zkartesische Koordinaten und a sowie f> a Konstanten sind, so daß sich als Schnittkurve mit der X-Y-Ebene eine Hyperbel und als Schnittkurve mit der Z-y-Ebene eine brennpunktgleiche Parabel ergibt.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reflektor für einen Fahrzeugbeleuchtungsscheinwerfer, dessen Spiegelfläche die Hüllfläche einer Schar von brennpunktgleichen Rotationsparaboloiden darstellt, deren Rotationsachsen in einem bestimmten Winkelbereich einer durch den Brennpunkt gehenden Symmetrieebene liegen.

Klassische Scheinwerfer besitzen einen Reflektor in Form eines einfachen Paraboloids, der aus dem von der punktförmigen Lichtquelle ausgehenden und vom Reflektor reflektierten Lichtstrom ein Parallellichtbündel macht, das wiederum durch eine Streuglasscheibe eine gegebene Streuung erhalten soll. Es sind auch Reflektoren in Form einer hyperboloiden Fläche, kombiniert mit einer Ellipsenfläche bekannt (US-PS 17 61919). Für indirekte Beleuchtung sind auch stabförmige, im Querschnitt hyperbolische Reflektoren bekannt (Zeitschrift »Elektrotechnik«, 9. Jahrgang, Heft 7, Juli 1955, S. 56), die sich jedoch wegen ihres divergierenden Strahlungsgangs als ungeeignet erwiesen haben.

Weiterhin sind Reflektoren bekannt, die in verschiedenen Schnitten verschiedene Schnittkurven aufweisen, nämlich in Vertikalrichtung Parabeln und in Horizontalrichtung eine unbestimmte krumme Fläche (DT-PS 5 02 834). Der Reflektor ergibt sich hierbei als die Hüllfläche einer Schar von brennpunktgleichen Rotationsparaboloiden. Die gekrümmte Fläche gestattet jedoch keine brennpunktbezogene Vorherbestimmung des Strahlengangs des mit einem derartigen Reflektor ausgerüsteten Scheinwerfers.

Es ist auch bekannt (GB-PS 1 42 812), eine Lichtverteilung, die eine Bündelung in der Senkrechten und eine Streuung in der Waagrechten besitzt, mit Hilfe reiner Parabolreflektoren zu erzielen, bei denen die Brennweite der Schnittparabeln der Meridiane sich mit zunehmender Verschwenkung von der Längsmittelebene weg ändert Die defokussierte Lichtquelle erzeugt hierbei in seitwärtiger Richtung auch noch eine vertikale Streuung, die bei Fahrzeugscheinwerfern ungünstig ist, da sie als blendender Lichtstrom den vorbeifahrenden Gegenverkehr trifft.

Bei Fahrzeugbeleuchtungsscheinwerfern wird hingegen eine Lichtstromverteilung gefordert, die eine

•5 vertikale Bündelung, insbesondere eine Begrenzung des nach oben gehenden Lichtstroms, und eine breite seitliche Streuung bewirkt, so daß eine helle Ausleuchtung bis in die extremen Seitenbereiche möglich ist, ohne daß Licht nutzlos nach oben entweicht, zur Blendung anderer Verkehrsteilnehmer führt oder von dort befindlichem Nebel od. dgl. blendend reflektiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reflektor für einen Fahrzeugbeleuchtungsscheinwerfer der eingangs angegebenen Art die Spiegelfläche derart auszubilden, daß der in horizontaler Richtung einen gleichmäßig gestreuten Lichtstrom und in vertikaler Richtung einen parallelgerichteten Lichtstrom liefert

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennweite der einzelnen Rotationsparaboloide derart bemessen ist, daß die Spiegelfläche der Gleichung

Z² = 4jJY + α²-α ]/X² + (Y + f)²}

genügt, worin X, Y, Z kartesische Koordinaten und a sowie /> a Konstanten sind, so daß sich als Schnittkurve mit der X- K-Ebene eine Hyperbel und als Schnittkurve mit der Z-Y-Ebene eine brennpunktgleiche Parabel ergibt.

Diese Ausführung bewirkt, daß der gemeinsame Brennpunkt der Rotationsparaboloide zugleich einer der Brennpunkte der sich in der Horizontalrichtung ergebenden Hyperbel ist und somit in sämtlichen Schnittebenen ein genau definiertes Reflexionsverhalten herrscht, das eine straffe Bündelung des Lichtstrahls in Vertikalrichtung und eine Verteilung des Lichtstrahls in seitlicher Richtung ohne unerwünschte Vertikalkomponente ermöglicht. Eventuelle zusätzliche Streugläser oder Linsen des Scheinwerfers, die die angestrebte Lichtverteilung ergänzend bestimmen, beispielsweise hinsichtlich einer gewissen Strahlkonzentration in Axialrichtung für das Fernlicht, können so ausgebildet werden, daß eine unerwünschte Lichtdiffusion unterbleibt.

In der Zeichnung sind geometrische Zusammenhänge, Lichtverteilungen und Ausführungsbeispiele für einen Reflektor nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 schematisch die Ausbildung der Spiegelfläche als Hüllfläche einer Schar von brennpunktgleichen Rotationsparaboloiden,

F i g. 4 und 5 eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Reflektors zur Darstellung des in horizontaler bzw. vertikaler Richtung reflektierten Lichtstroms,

F i g. 6 eine schaubildliche Darstellung der Lichtverteilungscharakteristik des Reflektors mit der in F i g. 4 und 5 dargestellten Verteilung des reflektierten Lichtstroms,

F i g. 7 einen waagerechten Schnitt durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Reflektor,

Fig.8 eine Vorderansicht des Scheinwerfers der Fig.7,

Fig.9 eine schaubildliche Darstellung der Lichtver-. teilung für das Fernlicht des in F i g. 7 wiedergegebenen Scheinwerfers,

F i g. 10 eine schaubildliche Darstellung der Lichtverteilung für das Abblendlicht des in F i g. 7 wiedergegebenen Scheinwerfers,

Fig. 11, 12 und 13 Vergleichsschaubilder, aus denen hervorgeht, wie der in F i g. 7 dargestellte Scheinwerfer

im Vergleich zu einem Scheinwerfer bekannter Bauart, der einen paraboloidförmigen Reflektor aufweist, die Straße ausleuchtet.

Die in Fig. 1 in Schrägansicht dargestellte Spiegelfläche stellt die Hüllfläche einer Schar von brennpunktgleichen Rotationsparaboloiden dar, deren Rotationsachsen in einem bestimmten Winkelbereich einer den Brennpunkt Fernhaltenden Symmetrieebene liegen und deren Brennweiten mit zunehmendem Neigungswinkel nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit abnehmen. Bei dieser Spiegelfläche ergibt ein in Richtung der längeren Achse durch die Punkte D, Cund Egelegter Schnitt eine Hyperbel h mit dem Brennpunkt F, während ein in Richtung der kürzeren Achse des gleichen Reflektors durch die Punkte A, C und B gelegter Schnitt eine Parabel ρ liefert, die ihren Brennpunkt F mit der vorerwähnten Hyperbel h gemeinsam hat Die öffnung dieser Fläche ist wie aus F i g. 1 ersichtlich oval geformt

Die F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht der Spiegelfläche mit einem der sie erzeugenden Rotationsparaboloide. Es ergibt sich wieder die Hyperbel h sowie eine gegen diese geneigte Parabel p', die ihren Brennpunkt F mit der Hyperbel h gemeinsam hat und eine gegen deren Achse Y-Ym einem Winkel θ geneigte Achse Y'-Y' aufweist, wobei sie die Hyperbel h in einem Punkt S berührt Die zu der Parabelachse Y'- Y'parallele Gerade L-L geht durch den Berührungspunkt 5 und den unteren Hyperbelbrennpunkt F'.

Die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ dieser Achse F'-F'und der Brennweite /'der Parabel p' ergibt sich aus den Gesetzmäßigkeiten der Kegelschnitte zu

/' = /cos Θ - a,

wobei /die Brennweite und a die halbe große Achse der gegebenen Hyperbel bedeuten. Die Längen / und a ergeben sich als Abstände vom Koordinatennullpunkt O in F i g. 2 zu / = OFbzw. a = OC.

F i g. 3 zeigt eine zu F i g. 2 gehörende Schrägansicht der Spiegelfläche mit einem Paraboloid, das mit sich durch Drehung der Parabel p' um die Achse Y'-Y' entstanden denken kann.

In einem Koordinatensystem mit zueinander senkrechten Koordinaten X-X, Y- Yund Z-Z läßt sich die als Hüllfläche einer Schar von derartigen Rotationsparaboloiden entstehende Spiegelfläche durch die Gleichung

Z² = 4 (./·y + o² - α ix² + (Y + f)²

(D

darstellen.

Für die Schnittlinie dieser Fläche mit der die größere Achse D-E enthaltenden Ebene X-Y erhält man aus Gleichung (1), wenn man Z=O setzt,

also die Gleichung einer Hyperbel mit den Achsen α und h = /J²" ¹

g
- α¹.

In entsprechender Weise liefert der " die kürzere Achse der gleichen Fläche enthaltende Schnitt mit der Ebene Z-Yeine Parabel, da sich aus der Gleichung (1) für den FaIlAT=O

Ζ²=4(/-α)(Υ-α),

also die Gleichung einer Parabel mit der Brennweite /'= /- a,ergibt.

Die Menge der auf dieser Fläche gelegenen Punkte, von denen aus zueinander parallelgerichtete, gegen die Achse Y-Y im Winkel© geneigte Lichtstrahlen reflektiert werden, bildet eine Kurve R-S-T, die zugleich die Berührungslinie zwischen dem um den Winkel θ geneigten Paraboloid und der Hüllfläche darstellt Durch die Kurve R-S-T, die eine Parabel bildet, läßt sich eine zur Z-Achse und zur Achse F'-V'des Paraboloids parallele Ebene legen, die in Fig.2 als Schnittlinie L-L

ίο erscheint, durch den zweiten Brennpunkt F' der Hyperbel A geht und die Achse V-Kschräg im Winkel θ schneidet

Die obigen Erläuterungen gelten für die gesamte Fläche, so daß ein aus einer in dem Brennpunkt F befindlichen Lichtquelle auf diese Fläche auftreffender Lichtstrom wie in den Fig.4 bzw.5 gezeigt in horizontaler Richtung infolge der hyperbolischen Reflexionscharakteristik einen gleichmäßig gestreuten Lichtstrom sowie in vertikaler Richtung infolge der parabolischen Reflexionscharakteristik einen parallelgerichteten Lichtstrom liefert und somit Lichtverteilungseigenschaften erhalten werden, wie sie in F i g. 6 dargestellt sind.

Wie aus der Gleichung (1) für die Hüllflächenform hervorgeht, kann die Oberfläche durch die Hyperbel h bestimmt werden. Sind also der größere Durchmesser X, der maximale Neigungswinkel θ und die Brennweite /gegeben, so können hieraus der kleinere Durchmesser in Richtung der Z-Achse, die Tiefe in Richtung der K-Achse und die im wesentlichen ovale Form der Vorderfläche bestimmt werden.

Die Reflektorfläche weist also eine einzige, einer gegebenen Gleichung gehorchende Oberfläche sowie einen einzigen Brennpunkt auf, wobei der gesamte, von einer in diesem Brennpunkt F befindlichen Lichtquelle auf die Reflektorfläche fallende Lichtstrom entsprechend gegebenen Regeln reflektiert werden kann.

Der als Ausführungsbeispiel in F i g. 7 dargestellte Fahrzeugscheinwerfer enthält einen Reflektor 1, dessen gesamte reflektierende Oberfläche wie in den Fig.4 und 5 gezeigt aus der oben beschriebenen Reflektorfläche besteht, ein Deckglas oder eine lichtmodifizierende Linse 2, einen Fernlichtfaden 3, einen Abblendlichtfaden 4 und eine Leuchtfadenabschirmung 5.

Für die Lichtverteilung des Fahrzeugscheinwerfers ist bei Fernlicht ein Lichtstrom zur Aufhellung der Ferne und eine horizontale Streuung erforderlich, während bei Abblendlicht der nach oben gerichtete Lichtstromanteil auf das äußerste begrenzt sein soll, um die Blendwirkung für die Fahrer des Gegenverkehrs auszuschalten.

Der erfindungsgemäße Reflektor weist als solcher die in Fig.6 dargestellte Lichtverteilungscharakteristik auf, wobei die Intensität des Lichtstroms nach der Mitte hin zunimmt und in Richtung der Randzonen kontinuierlieh abnimmt. Vor der Mitte des Reflektors kann demgemäß eine lichtmodifizierende Linse vorgesehen sein, um den ferneaufhellenden Lichtstrom für das Fernlicht zu erhalten, und wenn die Randzonen so ausgebildet sind, daß der gestreute Lichtstrom zur Nahaufhellung erzeugt wird, so ist der Reflektor geeignet sowohl die Straßenoberflächen in einemweiteren Bereich gleichmäßig zu beleuchten als auch einen breiten Streuungswinkel zu gewährleisten. Somit kann also der gesamte Sichtbereich des Fahrers ausgeleuchtet werden.

Der reflektierte Strom besteht aus in vertikalen Ebenen, wie aus F i g. 5 ersichtlich, parallel zueinander verlaufenden Strahlen, so daß ein nach oben gerichteter

Streulichtanteil des Abblendlichts unbedeutend gehalten werden kann.

Außerdem kann eine Blendwirkung auch insofern besser vermieden werden, als bei einem einen parabolischen Reflektor aufweisenden Scheinwerfer, als das Helligkeitsverhältnis zwischen der Mittelzone und einer im Rahmen der Lichtverteilung innerhalb des Scheinwerferstrahls von der Mitte weit entfernten Stelle im Vergleich zu dem einen parabolischen Reflektor aufweisenden Scheinwerfer, wie in Fig. 10 ι ο gezeigt wird, ein sehr niedriges ist

Die Fig.9 und 10 zeigen die Lichtverteilung im Vergleich zu der eines nach dem Stand der Technik bekannten Scheinwerfers. Die Lichtverteilung Li bzw. A des Scheinwerfers mit dem erfindungsgemäßen Reflektor wird dabei in F i g. 9 für das Fernlicht und in F i g. 10 für das Abblendlicht der Lichtverteilung Lz bzw. k des bekannten, einen parabolischen Reflektor aufweisenden Scheinwerfers gegenübergestellt In den F i g. 11,12 und 13 ist der Ausleuchtungsbereich Wi des Scheinwerfers mit dem erfindungsgemäßen Reflektor dem Ausleuchtungsbereich Wz des bekannten, einen parabolischen Reflektor aufweisenden Scheinwerfers gegenübergestellt Der Scheinwerfer sitzt an einem Fahrzeug 6, die auszuleuchtenden Objekte sind beispielsweise eine Straße 7, ein Verkehrszeichen 8, ein Fußgängerübergang 9 und ein Fußgänger 10. Die Herstellung einer Scheinwerfervorderlinse, die solche Lichtverteilungseigenschaften ergibt, wie sie in diesen Figuren schaubildlich dargestellt sind, bereitet keine Schwierigkeiten. Die Aufgabe der Linsenausbildung ist leicht zu lösen und unterliegt im wesentlichen den gleichen Bedingungen wie bei einem parabolischen Reflektor bekannter Bauart.

Bei den Scheinwerfern bekannter Bauart, bei denen ein parabolischer Reflektor Verwendung findet, ergibt sich das Problem, daß der nach oben gerichtete Streulichtanteil, der von den Linsenstufenfugen ausgeht, eine Blendwirkung herbeiführt, sobald er durch Nebel, Dunst, Regen, Schnee oder Staub in das Auge des Fahrers reflektiert wird. Es ist eine beträchtliche Anzahl komplizierter Maßnahmen zur möglichst weitgehenden Ausschaltung dieses Problems entwickelt worden. Durch den erfindungsgemäßen Reflektor kann dagegen von vornherein ein diffuser Lichtstrom erzeugt werden, so daß es sich bei dem von den Linsenstufenfugen ausgehenden unerwünschten Lichtstrom nicht um das noch konzentrierte Licht, sondern um diffuses Licht handelt, und der nach oben gerichtete Streulichtanteil kann daher ausgeschaltet werden.

Die Vorteile eines Scheinwerfers, bei dem der erfindungsgemäße Reflektor Anwendung findet, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Ein Scheinwerfer, der ein breit gestreutes Licht erzeugt, ist leicht herstellbar. Wie aus den F i g. 11, 12 und 13 hervorgeht, können in dieser Weise die nicht ausgeleuchteten Bereiche, die man bei Scheinwerfern bekannter Bauart erhält, entfallen, was nicht nur für das Fahren auf gerader Straße, sondern auch für das Kurvenfahren erwünscht ist und die Fahrsicherheit erhöht.

2. Es ist ein wirkungsvolles Abblenden bei weitgehender Vermeidung jeglicher Blendwirkung ermöglicht

3. Die Linsenausbildung kann vereinfacht werden.

4. Es kann ein Scheinwerfer geschaffen werden, bei dem kein nach oben gerichteter Streulichtanteil erzeugt wird.

5. Das Vorderteil kann in einer für die Karosseriekonstruktion vorteilhaften Weise ausgebildet werden, nämlich in einer im wesentlichen ovalen oder rechteckigen Form.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Reflektor für einen Fahrzeugbeleuchtungsscheinwerfer, dessen Spiegelfläche die Hüllfläche einer Schar von brennpunktgleichen Rotationsparaboloiden dargestellt, deren Rotationsachsen in einem bestimmten Winkelbereich einer durch den Brennpunkt gehenden Symmetrieebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite der einzelnen Rotationsparaboloide derart bemessen ist, daß die Spiegelfläche der Gleichung