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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfereinsatz für Kraftfahrzeuge mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung für die Abblend- oder Nebellichtfunktion mit einem Reflektor in elliptischer Ausführung, der in einem Bereich seines inneren Brennpunkts eine Lichtquelle trägt, und einer Sammellinse, deren Brennpunkt sich in einem Bereich des äußeren Brennpunkts des besagten Reflektors befindet, und einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung für die Fernlichtfunktion und wobei die zwei Beleuchtungsvorrichtungen nebeneinander angeordnet sind und wobei jede Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine Linse die vor dem Reflektor positioniert ist umfasst, um ein Beleuchtungslichtbündel zu bilden.
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Bei derartigen Beleuchtungsvorrichtungen handelt es sich im Allgemeinen um Vorrichtungen, die die Abblend- oder Nebellichtfunktion übernehmen. Solche Vorrichtungen enthalten bekannterweise einen Reflektor in elliptischer Ausführung mit einer Lichtquelle, die in einem Bereich des inneren ersten Brennpunkts des besagten Reflektors angeordnet ist, und eine Sammellinse, deren Brennpunkt in einem Bereich des äußeren zweiten Brennpunkts des besagten Reflektors positioniert ist.
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Unterschiedliche Arten von Sammellinsen mit variierenden Oberflächenstrukturen für unterschiedliche Einsatzgebiete zeigt die Druckschrift
DE 4212892 A1 auf.
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Um die Fernlichtfunktion auszuführen, wird in der Regel eine Beleuchtungsvorrichtung mit parabolischem Reflektor verwendet, der von einer in seinem Brennpunkt angeordneten Lichtquelle aus ein Lichtbündel bildet, dessen Strahlen zum größten Teil in etwa parallel zur Achse der Vorrichtung verlaufen.
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Zum Einsatz kommen in Scheinwerfern auch geriffelte Spiegel, die die Lichtstrahlen bereits gerichtet auf die Sammellinse reflektieren. Die Druckschrift
DE 622156 A führt derartige Hohlspiegel auf. Die Druckschrift
US 4234247 A zeigt, wie die Herstellung von beliebig ausgeformten Reflektoren möglich ist bei gleichzeitigem fixen Brennpunkt. Zur Zeit umfassen die Scheinwerfereinsätze von Kraftfahrzeugen eine Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung, um die Abblend- und Nebellichtfunktion zu übernehmen, und eine Beleuchtungsvorrichtung in parabolischer Ausführung, um die Fernlichtfunktion zu realisieren, wobei diese Vorrichtungen nebeneinander oder übereinander angeordnet sind, wie die Druckschrift
DE 3530002 C2 zeigt. Eine andere Ausführungsform zeigt die Druckschrift
US 5047903 A auf.
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Scheinwerfer mit hyperbolischen Reflektor und Bauraum verringertem Aufbau werden in der Druckschrift
DE 172196 A beschrieben.
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Da die Beleuchtungsvorrichtung in parabolischer Ausführung, die die Fernlichtfunktion übernimmt, keine vordere Linse umfasst und da die Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung, die die Abblend- oder Nebellichtfunktion übernimmt, eine solche Linse enthält, weist ein derartiger Scheinwerfereinsatz jedoch ein uneinheitliches äußeres Aussehen auf.
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In dem Bestreben, das Außendesign dieser Scheinwerfereinsätze mit einer ersten Beleuchtungsvorrichtung für die Abblend- oder Nebellichtfunktion und einer zweiten Beleuchtungsvorrichtung für die Fernlichtfunktion zu vereinheitlichen, könnte in Betracht gezogen werden, als Beleuchtungsvorrichtung für die Fernlichtfunktion eine Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung zu verwenden.
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Die Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung würde jedoch nicht die Bildung eines leistungsfähigen Fernlichtbündels ermöglichen.
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Der Wert der Lichtstärke des durch eine derartige Beleuchtungsvorrichtung gebildeten Lichtbündels in der Achse der Vorrichtung (grundlegender Wert für eine Beleuchtungsvorrichtung zur Ausführung der Fernlichtfunktion, insoweit er die ”Spitze” des gebildeten Fernlichtbündels bestimmt) ist proportional zur sichtbaren Oberfläche des optischen Systems, die im Falle einer Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung relativ gering ausfällt.
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Um diese sichtbare Oberfläche zu vergrößern, müsste dann der Durchmesser der Sammellinse vergrößert werden. Um jedoch die Dicke (und damit das Gewicht) der Linse relativ begrenzt zu halten, muss die Brennweite der besagten Linse vergrößert werden.
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In diesem Fall würde dann die Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung mit einer Sammellinse, die eine große Brennweite aufweist, sehr tief, wodurch ihr Einbau in der Fahrzeugkarosserie entsprechend erschwert würde.
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Scheinwerfereinsatz der eingangsgenannten Art, derart zu verbessern, dass er gute Leistungen für die Fernlichtfunktion bietet, ein ähnliches äußeres Aussehen wie eine Beleuchtungsvorrichtung in herkömmlicher elliptischer Ausführung aufweist und einen optimierten Bauraumbedarf besitzt, der dem Bauraumbedarf einer Beleuchtungsvorrichtung in parabolischer Ausführung nahekommt, wodurch ihr Einbau im Innern des Kraftfahrzeugs erleichtert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass erstens der Reflektor der zweiten Beleuchtungseinrichtung des Scheinwerfereinsatzes als hyperbolischer Reflektor mit einem Inneren Brennpunkt und einem äußeren Brennpunkt ausgeführt ist, der hinter dem besagten Reflektor in einem Bereich des Brennpunkts der besagten Sammellinse positioniert ist, wobei die Lichtquelle in einem Bereich des inneren Brennpunkts des besagten Reflektors angeordnet ist, so dass dieser eine virtuelle Lichtquelle im Bereich des Brennpunkts der besagten Sammellinse bildet; Sowie zweitens indem der Reflektor der ersten Beleuchtungseinrichtung des Scheinwerfereinsatzes eine elliptische Ausführung aufweist; sowie drittens indem die zwei Sammellinsen der beiden Beleuchtungsvorrichtungen aneinander angrenzend positioniert sind.
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Im Einzelnen umfasst jede Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes erfindungsgemäß eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine Sammellinse, die vor dem Reflektor positioniert ist, um ein Beleuchtungslichtbündel zu bilden, wobei der besagte Reflektor als hyperbolischer Reflektor mit einem inneren und einem äußeren Brennpunkt ausgeführt ist, der hinter dem besagten Reflektor in einem Bereich des Brennpunkts der besagten Sammellinse positioniert ist, wobei die Lichtquelle in einem Bereich des inneren Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist, sodass dieser eine virtuelle Lichtquelle im Bereich des Brennpunkts der besagten Sammellinse bildet.
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Der Reflektor in hyperbolischer Ausführung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes bildet vorteilhafterweise einen Lichtstromaufnehmer, und ihre Sammellinse weist Abmessungen auf, die mindestens gleich denen der stirnseitigen Öffnung des besagten Reflektors sind, um ein Beleuchtungslichtbündel mit einer bestimmten Lichtstärke entlang der Achse der besagten Vorrichtung zu bilden. Eine solche Beleuchtungsvorrichtung kann insbesondere ein genormtes Fernlichtbündel bilden.
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Nach anderen Merkmalen der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes kann die Sammellinse eine plankonvexe Linse sein.
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Diese horizontale Streuung des durch die Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes gebildeten Beleuchtungslichtbündels über die Sammellinse erfolgen, die eine torische Linse sein kann.
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Der Reflektor kann insgesamt vertikale Rillen umfassen, die die horizontale Streuung des durch die Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes gebildeten Beleuchtungslichtbündels herbeiführen.
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Der Scheinwerfereinsatz ist dabei derart ausgestattet, dass der Reflektor einen hyperbolischen Horizontalschnitt (102'), der die optische Achse (X) der besagten Vorrichtung enthält, mit einem inneren Brennpunkt (F1) und einem äußeren Brennpunkt (F2), der sich hinter dem Reflektor befindet, und jeden Vertikalschnitt aufweist, der mindestens einen durch den besagten hyperbolischen Horizontalschnitt (102') reflektierten Lichtstrahl (Ir) enthält und der einer Hyperbel folgt, deren innerer Brennpunkt der innere Brennpunkt (F1) des besagten hyperbolischen Horizontalschnitts (102') ist und deren äußerer Brennpunkt (F2') sich hinter dem äußeren Brennpunkt (F2) des besagten hyperbolischen Horizontalschnitts befindet, wobei sich die Gesamtheit der äußeren Brennpunkte (F2') der verschiedenen hyperbolischen Horizontalschnitte (102') des besagten Reflektors auf einem Kreisabschnitt befindet, dessen Mittelpunkt (c) in einem Bereich des äußeren Brennpunkts (F2) des besagten Horizontalschnitts positioniert ist.
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Das Verständnis des Gegenstands der Erfindung und ihrer möglichen Ausführung wird durch die nachstehende Beschreibung erleichtert, die unter Bezugnahme auf die als Beispiele ohne einschränkende Wirkung beigefügten Zeichnungen angeführt wird.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Seitenteilschnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung;
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2 eine schematische Horizontalteilschnittansicht einer Ausführungsvariante der Beleuchtungsvorrichtung; und
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3 eine schematische Horizontalansicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfereinsatzes.
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Die 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung nach dem Stand der Technik. Es ist eine Beleuchtungsvorrichtung 100 für Kraftfahrzeuge mit der Achse X dargestellt, die eine in etwa punktuelle Lichtquelle, die hier durch den Glühfaden einer Lampe 101 dargestellt ist, einen Reflektor 102 für die Aufnahme des durch die Lichtquelle 101 abgestrahlten Lichtstroms, und eine Sammellinse 103 umfasst, die vor dem Reflektor 102 angeordnet ist, um ein Beleuchtungslichtbündel 1 zu bilden.
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Nach der dargestellten Ausführungsart ist die Sammellinse 103 eine plankonvexe Linse mit einer konvexen Vorderseite, einer ebenen Rückseite und einer bestimmten Brennweite F.
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Der Reflektor 102 ist in hyperbolischer Konstruktion ausgeführt, das heißt, er besitzt einen inneren ersten Brennpunkt F1, der dem Reflektor am nächsten liegt und vorne zwischen dem Reflektor 102 und der Sammellinse 103 angeordnet ist, und einen äußeren Brennpunkt F2, der hinter ihm angeordnet ist. In dem in 1 dargestellten Fall besteht der Reflektor 102 aus einem Hyperboloidabschnitt. Der Reflektor 102 und die Sammellinse 103 sind so angeordnet, dass sich der äußere zweite Brennpunkt F2 des Reflektors 102 in einem Bereich der Objektbrennebene der Sammellinse 103 befindet, das heißt in der Brennweite F der besagten Linse. Da sich die Lichtquelle 101 in einem Bereich des inneren Brennpunkts F1 des Reflektors 102 befindet, bildet dieser daher eine virtuelle Lichtquelle 101' als Abbild der realen Lichtquelle 101 im Bereich seines äußeren Brennpunkts F2, der sich im Bereich des Brennpunkts der Sammellinse 102 befindet.
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Die durch die reale Lichtquelle 101 in Richtung des Reflektors 102 abgestrahlten Lichtstrahlen i werden durch den Reflektor in Richtungen reflektiert, die so verlaufen, dass die besagten reflektierten Strahlen is von der virtuellen Lichtquelle 101' zu kommen scheinen, die im Bereich des äußeren Brennpunkts F2 des Reflektors angeordnet ist (der sich in der Objektbrennebene der Linse befindet), wobei die aus der Sammellinse 103 austretenden Lichtstrahlen i5 dann in etwa parallel zur Achse dieser Linse verlaufen.
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Die Sammellinse 103 der Beleuchtungsvorrichtung 100 weist ein ähnliches Aussehen wie eine Sammellinse einer Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung auf. Ihre Abmessungen sind mindestens gleich den Abmessungen der stirnseitigen Öffnung des Reflektors 102, um ein Beleuchtungslichtbündel mit einer bestimmten Lichtstärke in der Achse K der Beleuchtungsvorrichtung zu erzielen. Insbesondere bei einer konvexen Linse ist der Linsendurchmesser mindestens gleich dem Durchmesser der stirnseitigen Öffnung des Reflektors. Außerdem wird die Brennweite F dieser Sammellinse 103 so gewählt, dass ihre Dicke und von daher auch die Gesamttiefe der Beleuchtungsvorrichtung begrenzt wird.
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Der Durchmesser der plankonvexen Sammellinse 103 kann zwischen etwa 60 und 120 mm, hier bei 90 mm liegen, während ihre Dicke auf 5 bis 30 mm, hier etwa 10 mm, begrenzt sein kann, woraus sich eine Brennweite der Linse von etwa 206 mm bei einer Sammellinse in plankonvexer Ausführung ergibt, die aus einem Material mit dem Index 1,5 besteht. Die Tiefe der Beleuchtungsvorrichtung liegt etwa zwischen 70 und 100 mm, hier in einer Größenordnung von 70 mm (Abstand vom Scheitel des Reflektors bis zur Linse), während der Abstand zwischen dem inneren Brennpunkt und dem Scheitel des Reflektors etwa zwischen 7 und 15 mm, hier in einer Größenordnung von 8 mm liegt.
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Hier ist festzustellen, dass im Vergleich zu einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Reflektor in elliptischer Ausführung, bei der sich der Brennpunkt der Linse vor dem inneren Brennpunkt des Reflektors in einem Bereich seines äußeren Brennpunkts befindet, bei einer Beleuchtungsvorrichtung mit einem Reflektor in hyperbolischer Ausführung eine Tiefeneinsparung von über 136 mm erzielt wird (Abstand zwischen dem Scheitel des Reflektors in hyperbolischer Ausführung und dem äußeren Brennpunkt des besagten Reflektors, wo sich der Brennpunkt der Linse befindet).
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Nach einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsart der Beleuchtungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Sammellinse eine torische Linse ist, um eine gewisse horizontale Streuung des gebildeten Lichtbündels herbeizuführen. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Reflektor entlang einer allgemein vertikalen Richtung gerillt ist, um die horizontale Streuung des besagten Beleuchtungslichtbündels herbeizuführen, das durch die Beleuchtungsvorrichtung gebildet wird.
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Die 2 zeigt eine schematische Horizontalteilschnittansicht einer Ausführungsvariante der Beleuchtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik. Nach der in 2 dargestellten Variante kann, um das durch die Beleuchtungsvorrichtung abgestrahlte Lichtbündel in der Breite zu streuen, vorgesehen sein, dass der Reflektor so gestaltet ist, dass er einen (in 2 dargestellten) hyperbolischen Horizontalschnitt 102' aufweist, der die optische Achse X der besagten Beleuchtungsvorrichtung enthält. Dieser hyperbolische Horizontalschnitt 102' weist einen inneren Brennpunkt F1 und einen äußeren Brennpunkt F2 auf, der sich hinter dem Reflektor befindet. Der Reflektor weist Vertikalschnitte auf, die mindestens einen durch den hyperbolischen Horizontalschnitt reflektierten Lichtstrahl ir enthalten und die Hyperbeln folgen, wobei jede dieser Hyperbeln einen inneren Brennpunkt, der dem inneren Brennpunkt F1 des besagten hyperbolischen Horizontalschnitts entspricht, und einen äußeren Brennpunkt F2 umfasst, der sich hinter dem äußeren Brennpunkt F2 des besagten hyperbolischen Horizontalschnitts 102' befindet. Die Gesamtheit der äußeren Brennpunkte F2' der verschiedenen hyperbolischen Vertikalschnitte des besagten Reflektors befindet sich auf einem Kreisabschnitt, dessen Mittelpunkt C in einem Bereich des äußeren Brennpunkts F2 des hyperbolischen Horizontalschnitts des Reflektors positioniert ist.
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Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungsvorrichtung in zufriedenstellender Weise die Fernlichtfunktion übernehmen, indem sie ein Fernlichtbündel gemäß den geltenden Vorschriften bildet, wobei sie gleichzeitig das äußere Aussehen einer Beleuchtungsvorrichtung in elliptischer Ausführung aufweist, die im Allgemeinen die Abblendlichtfunktion übernimmt.
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Dazu wird erfindungsgemäß, wie in 3 dargestellt, ein Scheinwerfereinsatz 10 vorgeschlagen, der zwei nebeneinander angeordnete Beleuchtungsvorrichtungen 200, 100 umfasst, wobei die erste Beleuchtungsvorrichtung 200 des Scheinwerfereinsatzes hier die Abblendlichtfunktion übernimmt und bekannterweise einen Reflektor 202 in elliptischer Ausführung aufweist, der in einem Bereich seines inneren ersten Brennpunkts die Lichtquelle trägt, sodass die durch den besagten elliptischen Reflektor 202 reflektierten Lichtstrahlen in einem Bereich seines äußeren zweiten Brennpunkts konvergieren, in dem sich die Objektbrennebene der Sammellinse 203 befindet, die vor dem Reflektor angeordnet ist.
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Die zweite Beleuchtungsvorrichtung des Scheinwerfereinsatzes, die die Fernlichtfunktion übernimmt, ist in der Art der in 1 dargestellten Beleuchtungsvorrichtung 100 ausgeführt, mit einem Reflektor in hyperbolischer Ausführung 102, der in der Nähe des Reflektors in elliptischer Ausführung 10 angeordnet ist.
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Die zwei Sammellinsen 203, 103, die für die erste und die zweite Beleuchtungsvorrichtung 200, 100 des Scheinwerfereinsatzes verwendet werden, weisen natürlich ein gleichartiges Aussehen auf und sind vorteilhafterweise aneinander angrenzend positioniert, um einen Scheinwerfereinsatz zu erhalten, der außen ein harmonisches Design aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsarten beschränkt, sondern der Fachmann kann daran alle dem Erfindungsgedanken entsprechenden Varianten ausführen.
