DE19938179A1 - Hochleistungsscheinwerfer für Nebel- und Abblendlicht mit verbessertem Wirkungsgrad - Google Patents

Hochleistungsscheinwerfer für Nebel- und Abblendlicht mit verbessertem Wirkungsgrad

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Abstract

Scheinwerfer mit erhöhtem Wirkungsgrad nach dem Projektionsprinzip mit Reflektor (2) und im Brennpunkt F1 angeordneter Lichtquelle (1) mit, in der Lichtaustrittsrichtung gesehen, nach dem Reflektor (2) angeordneter Blende (3) und, von der Lichtquelle (1) aus gesehen, nach der Blende (3) angeordneter Linse (4), wobei die unter der Mittelachse (MA) befindliche Blende (3) eine auf der Lichtquelle (1) zugewandten Seite, den Höhen- und Breitendimensionen der Blende (3) entsprechende, spiegelnde, optisch wirksame Fläche aufweist und gleichzeitig in einem bestimmten, vorzugsweise variablen Winkel um die Schwenkachse (6) mit der Unterkante der Blende (3) in Richtung zur Lichtquelle (1) hin geneigt ist und damit die erfindungsgemäße schräge Blendenposition (3a) einnimmt, die so gewählt ist, dass die beispielhaften, nach dem Stand der Technik ausgeblendeten Lichtstrahlen S1/S4 und S5 in die beleuchtungswirksamen Reflektorsegmente I und II (FIG. 2) zurückreflektiert werden und von dort über den Brennpunkt F2 bzw. die multiplen Brennpunkte Fx der Brennlinie (5) durch die Linse (4) zur Projektionsfläche (Straße) gelangen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Automobile oder andere Fahrzeuge als Abblendlicht- oder Nebelscheinwerfer nach dem Projektionsprinzip. Diese Konstruktion ist seit dem 11. Mai 1965 durch die Offenlegungsschrift des Deutschen Patentamtes Nr. 14 72 500 bekannt.
Dieser Scheinwerfer weist einen Reflektor mit darin angeordne­ ter Lichtquelle auf. In Lichtaustrittsrichtung gesehen nach dem Reflektor ist eine Blende zur Bildung der Hell-Dunkel-Grenze im vom Reflektor abgestrahlten Lichtbündel angeordnet. In Licht­ austrittsrichtung gesehen nach der Blende ist eine Projektions­ linse zur optimalen parallel ausgerichteten Formung des Licht­ bündels angeordnet.
Dieses Prinzip des Projektionsscheinwerfers wurde seit 1982 von der Scheinwerferindustrie aufgegriffen. Technisch optimiert ist es heutzutage Stand der Technik und wird weltweit serien­ mäßig in Automobilen als Abblendlicht- und Nebelscheinwerfer verwandt.
Allerdings hat das Projektionsprinzip mit Linse unter Verwen­ dung einer Blende den offensichtlichen Nachteil eines relativ schlechten Wirkungsgrades das heißt, der Lichtmenge (Lichtstrom) auf der Bildfläche (Straße) im Verhältnis zu dem von der Licht­ quelle (Halogen- oder Xenonlampe) abgegebenen Lichtstrom, da dieser mindestens zu 50% von der Blende abgeschirmt wird und somit zur Ausleuchtung der Straße verloren geht. Stand der Tech­ nik ist selbst mit ausgefeiltesten Freiform-Reflektoren ein Wirkungsgrad von nur ca 35% Lichtstrom.
Der hier zum Patent angemeldeten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer so weiterzu­ bilden und lichttechnisch zu optimieren, daß die von der Licht­ quelle ausgesandte Lichtmenge zu einem möglichst großen Teil, möglichst bis zu 100% zur Bildung des Beleuchtungslichtbündels genutzt wird und damit der Wirkungsgrad auf das technisch höchstmögliche Optimum verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die hier vorliegende Patentanmeldung entsprechend den Patentansprüchen gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Die Zeich­ nung zeigt einen gattungsgemäßen Projektionsscheinwerfer im vertikalen axialen Längsschnitt.
Der Scheinwerfer besteht aus dem Reflektor (2), in dessen Brennpunkt F1 sich die Lichtquelle (1) befindet. Die Licht­ quelle (1) kann wahlweise eine bekannte Halogenlampe, Xenon­ lampe oder eine andere geeignete Lichtquelle sein.
Im Brennpunkt F2 des bevorzugt ellipsoiden Reflektors (2) befindet sich im unteren Bereich, unterhalb der Mittelachse MA, entsprechend dem Mittel-Lichtstrahl "S1" die Blende (3) zur Formung der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbündel.
Nach dem heutigen Stand der Technik bewirkt diese Blende neben den sonstigen Lichtvewrlusten eine Verschlechterung des Schein­ werfer-Wirkungsgrades um mindestens 50%, was erfindungsgemäß beseitigt werden soll.
Von der Lichtquelle aus gesehen hinter der Blende (3) befindet sich die Projektionslinse (4) zur optischen Ausrichtung des zunächst divergenten Lichtbündels in möglichst parallele Licht­ strahlen mit einer Abbildung der Blende (3) als Hell-Dunkel- Grenze auf der Projektionsfläche (Straße).
Die in der Zeichnung dargestellten einzelnen Lichtstrahlen (S1 bis S6) sind beispielhaft aus dem Gesamtlichtbündel herausge­ griffen und dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Funk­ tionsprinzips.
Die in der Zeichnung dargestellte Linie (6) ist eine sogenannte "Schwenkachse" der Blende (3), die genau im oberen Rand der Blende (3) winklig zur Scheinwerfer-Mittelachse (MA) steht (in der Zeichnung perspektivisch schräg dargestellt).
Um diese Schwenkachse (6) ist die Blende (3) durch eine geeig­ nete Aufhängung (nicht gezeichnet) beweglich gelagert, die er­ möglicht, daß die Blende (3) in eine nicht wie üblich vertikale Position, sondern wie dargestellt, zum Reflektor (2) geneigte Stellung einnimmt (Blendenposition 3a).
Die Winkelstellung der Blendenposition (3a) wird gemäß den optischen Parametern und technischen Dimensionen des Schein­ werfers gewählt und dient zur variablen Lichtbündelmodulation (Funktion: Wahl Nebellicht oder Abblendlicht).
In einer optimalen Version kann erfindungsgemäß die Blenden­ position (3a) in der Schwenkachse (6) variabel über Stell­ motoren oder andere geeignete Schwenkvorrichtungen eingestellt werden. Weitere optimale Ausführungsbeispiele hierzu bleiben einer separaten Patentanmeldung vorbehalten.
Die Blende (3) hat erfindungsgemäß eine spiegelnde Beschich­ tung auf der zur Lichtquelle (1) zugewandten Seite oder be­ steht ganz aus einem optisch hochreflektierenden Material, das bewirkt, daß sämtliche Lichtstrahlen, die im unteren, abgeschirm­ ten Bereich auf die Blende (3a) auftreffen, wieder zurückreflek­ tiert werden auf den Refelektor (2), und zwar in den Bereich zwischen den Strahlpunkten S1 bis S6, wobei diese Strahlen dann auch als Nutzstrahlen durch den Brennpunkt F2 (5) und die Projektionslinse (4) gehen.
Dieses "Doppel-Reflexion" (DRX) genannte Prinzip ist in den Lichtstrahlen S2, S4 und S5 als Beispiel dargestellt.
Bei optimaler Ausgestaltung kann dieses erfindungsgemäße Wirk­ prinzip der Doppelreflexion eine durch Versuche nachgewiesene Verbesserung des Lichtstromes um bis zu ca. 96% im Lichtstrom­ kernbereich bewirken.
Der Wirkungsgrad als Stand der Technik beträgt zur Zeit bei einem Scheinwerfer, mit H1-Halogenlampe, die 1.100 Lumen abgibt, nur ca. 35% (ca. 385 Lm) Ein gemäß der Erfindung hergestelltes, noch keineswegs optimiertes und insoweit noch verbesserungs­ fähiges Versuchsmuster hat bereits einen Lichtstrom von ca. 704 Lumen erzielt und somit den Wirkungsgrad deutlich auf ca 45% gesteigert. Wenn man den Stand der Technik mit 100% ansetzt, bedeutet die Steigerung des Wirkungsgrades von ca. 35% auf 45% eine effektive Verbesserung um 28,6%
Dies ist in der beiliegenden Vergleichstabelle der Versuchs­ messungen als Wirksamkeitsnachweis tabellarisch dargestellt.
VERGLEICH Photometrische Messwerte
Hochleistungs-Scheinwerfer umgebaut aus Standardmodul mit Halogenlampe H1 und Linse 60 mm 13,2 V (Nr. 1/2/3) im Lichtlei­ stungsvergleich mit Projektionsscheinwerfer neuester Bauart:
Linse 70 mm, Lampe H7 (Stand der Technik).
Nr. 1 = Ursprungsmodul 13,2 V Nr. 2 = Neues System, Variante A,
Nr. 3 = verbessertes System, Variante B mit H1-ETALON-Lampe,
Nr. 4 = Standardmodul H7-ETALON (Stand der Technik).
AUSWERTUNG/MESSWERTE (1 ×) tabellarisch dargestellt (siehe Anlage)
VERGLEICHSTABELLE Lux-Differenz/Prozentuale Verbesserung (DRX)
FAZIT
Der noch optimierungsfähige erfindungsgemäße Prototyp- Scheinwerfer (Nr. 2/3) zeigt gegenüber dem Ursprungs-System (Nr. 1) eine enorme WIRKUNGSGRAD-Steigerung. Der Gesamtlichtstrom beträgt bei Modul 2 und 3 ca. 480 bzw 704 lm statt 385 lm Scheinwerfer Nr. 1. Dies bedeutet eine effektive Wirkungsgradverbesserung von 24,64 bzw 32,35% gegenüber dem Ausgangswert.

Claims (9)

1. Scheinwerfer nach dem Projektionsprinzip mit Reflektor (2) und im Brennpunkt (F1) angeordneter Lichtquelle (1) mit in der Lichtaustrittsrichtung gesehen nach dem Re­ flektor (2) angeordneter Blende (3) und von der Licht­ quelle (1) aus gesehen, nach der Blende (3) angeordne­ ter Linse (4), dadurch gekennzeichnet, daß die unter der Mittelachse (MA) befindliche Blende (3) eine auf der der Lichtquelle (1) zugewandten Seite in den Höhen- und Breitendimensionen der Blende (3) eine spiegelnde optisch wirksame Fläche aufweist und gleichzeitig in einem bestimmten, vorzugsweise variablem Winkel um die Schwenkachse (6) mit der Unterkante der Blende (3) in Richtung zur Lichtquelle (1) hin geneigt ist und da­ mit die erfindungsgemäße schräge Blendenposition (3a) einnimmt, die so gewählt ist, daß die beispielhaften, nach dem Stand der Technik ausgeblendeten Lichtstrah­ len (S1/S4) und (S5) in die beleuchtungswirksamen Reflek­ torsegmente (I) und (II) reflektiert werden und von dort über den Brennpunkt (F2) bzw die multiplen Brennpunkte (Fx) der Brennlinie (5) durch die Linse (4) zur Projek­ tionsfläche (Straße) geführt werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle (1) zugewandte Seite der Blende (3) einen hochhitzebeständigen, planparallelen Spiegel auf­ weist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (3/3a) insgesamt aus einem planparallelen, hochhitzebeständigen Spiegel besteht, dessen optisch wirksame Seite der Lichtquelle (1) zugewandt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lichtquelle (1) zugewandte Seite der Blende (3/3a) aus Aluminium, Stahl, Kunststoff, Keramik oder ei­ nem anderen geeigneten Material besteht oder wahlweise insgesamt daraus besteht, mit einer hochspiegelnden op­ tisch wirksamen Oberfläche, die ggfs aufgedampft oder in anderer Weise aufgebracht ist, wie zum Beispiel eloxiert, aufgewalzt, aufgespritzt, aufgeklebt usw. soweit das Mate­ rial nicht selbst eine spiegelnde Oberfläche aufweist, wie zum Beispiel poliertes Aluminium, verchromter Stahl oder ähnliches.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die der Lichtquelle (1) zugewandte Seite der Blende (3/3a) ganz oder teilweise eine optisch wirk­ same Form aufweist wie zum Beispiel eine ellipsoide oder paraboloide Konkav- oder Konvexform, multifokale ellip­ soide oder paraboloide Konkav- oder Konvexform oder ellipsoide mit paraboloiden sowie planparallelen For­ men in geeigneter optisch-physikalischer Ausgestaltung ganz oder teilweise kombiniert.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Neigung der Blende (3a) um die Schwenk­ achse (6) variabel einstellbar ist durch einen geeigne­ ten manuellen Betätigungsmechanismus, bevorzugt als Fern­ bedienung vom Fahrersitz aus. (Leuchtweitenregulierung)
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die variable Neigung der Blende (3a) um die Schwenkachse (6) mittels elektomotorischem oder elekto­ magnetischem Stellmechanismus betätigt wird vorzugsweise zum Zwecke der Lichtbündelformung zum Beispiel für eine variable Reichweitenänderung als wahlweise Verwendung für Nebel- oder Abblendlicht mit Fernlichtoption.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die variable Neigung der Blende (3a) um die Schwenkachse (6) vollautomatisch microprozessorgesteuert elektromechanisch oder elektromagnetisch einstellbar ist zum Zwecke der den Fahrsituationen automatisch angepass­ ten Lichtbündelformung zum Beispiel für die variable Reichweitenänderung als wahlweise Verwendung für Nebel- oder Abblendlicht mit Fernlichtoption.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erfindungsgemäße optisch wirksame Re­ flexionsteil (3a) von der Blende (3) getrennt ausgeführt wird, mit der reflektierenden Fläche zur Lichtquelle (1) gewandt und sich im Brennpunkt (F2) (5) befindet bzw. in den multiplen Brennpunkten (F2x) oder in deren Nähe mon­ tiert ist.
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