DE3241826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Scheinwerfer ist aus der DE-OS 20 33 443 bekannt. Dort wird statt des bei Kraftfahrzeugscheinwerfern üblichen parabolischen Reflektors ein elliptischer Reflektor verwendet. Elliptische Reflektoren haben insbesondere den Vorteil, daß sie einen Großteil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstromes erfassen, weil die Lichtquelle über einen sehr großen Raumwinkel vom Reflektor umgeben ist. Auch bei im Vergleich zu einem herkömmlichen parabolischen Reflektor geringeren Volumens erfaßt ein elliptischer Reflek­ tor einen größeren Lichtstrom.

Fig. 1 zeigt schematisch einen waagerechten Schnitt durch einen gattungsgemäßen Scheinwerfer (DE-OS 20 33 443) mit einem Re­ flektor C, welcher einen inneren Brennpunkt F ₁ und einen äußeren Brennpunkt F ₂ aufweist, sowie einen Glühfaden f im Brennpunkt F ₁, eine Strahlenblende O im Brennpunkt F ₂ und eine Linse L, deren Brennpunkt ebenfalls im Brennpunkt F ₂ an­ geordnet ist. Die optische Achse der Anordnung ist mit AA bezeichnet. Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Strah­ lengang fängt die Strahlenblende O , wie mit doppelter Schraf­ fierung dargestellt, diejenigen Lichtstrahlen auf und unter­ drückt sie, die beim Austreten aus der Linse L nach oben ge­ richtete Lichtstrahlen ergeben könnten.

Ein derartiger Scheinwerfer mit elliptischem Reflektor erzeugt jedoch auf einem sogenannten Normschirm, also einem in 25 m Entfernung aufgestellten Standardschirm, kreisrunde und kon­ zentrische Linien gleicher Lichtstärke. Dies hat zur Folge, daß ein derartiger Scheinwerfer auf der Fahrbahn relativ lan­ ge, schmale Lichtstreifen, welche auch als "Lichtschleppe" bezeichnet werden können, erzeugt. Diese Streifen verlaufen also großteils in Längsrichtung der Fahrbahn. Bei Kraftfahrzeug- Scheinwerfern wird aber allgemein eine gleichmäßige Lichtver­ teilung quer zur Fahrbahn-Längsrichtung angestrebt.

Aus der DE-OS 28 56 548 ist ein Kraftfahrzeug-Scheinwerfer mit einem parabolischen Reflektor bekannt, bei dem eine be­ stimmte Zone hinsichtlich ihrer Reflexionseigenschaften un­ wirksam gemacht oder abgeschaltet wird. Es handelt sich dabei um diejenige Zone der Reflektoroberfläche, welche in starkem Maße zur Erwärmung der vorderen Abdeckscheibe des Scheinwer­ fers beiträgt, d. h. die Zone ist derart definiert, daß die von ihr ausgehenden, reflektierten Strahlen, insbesondere auch der infrarote Strahlungsanteil, eine große Konzentration in einer zentralen Zone der Abdeckscheibe aufweisen. Zur Ver­ hinderung einer dadurch bedingten übermäßigen Erwärmung dieses Bereiches der Abdeckscheibe wird die genannte Zone des Re­ flektors unwirksam gemacht oder abgeschattet. Die unwirksame bzw. abgeschattete Zone erstreckt sich kranzförmig um die Achse des Reflektors.

Aus der DE-OS 15 97 919 ist ein Fahrzeug-Scheinwerfer mit einem parabolischen Reflektor bekannt, in dessen Reflektor­ öffnung in jedem der beiden oberen Quadranten oberhalb der horizontalen Mittelebene sektorförmige, von der Mitte bis zum Rand des Reflektors verlaufende Blenden angeordnet sind. Diese Blenden verhindern größere Lichtverluste bei Einschalten von Abblendlicht oder Fernlicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Scheinwerfer mit elliptischem Reflektor derart weiterzubilden, daß er eine gleichmäßige Ausleuchtung der Fahrbahn in Quer­ richtung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Aus­ gestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Bilder des Lampenglühfadens werden auf dem Normschirm auf folgende Weise gebildet:

Ein Lampen-Glühfaden hat im allgemeinen die Gestalt eines langgestreckten Zylinders, der entweder längs der Achse des Reflektors oder quer zu dieser ausgerichtet ist. Ein quer an­ geordneter Glühfaden ist in der Regel horizontal ausgerichtet.

Jede Stelle des Reflektors bildet den Glühfaden auf dem er­ wähnten Normschirm ab, und die erzielte Gesamtbeleuchtung kommt durch die Überlagerung aller Einzelbilder aller Stellen des Spiegels zustande. Ein langgestreckter Glühfaden erzeugt langgestreckte Bilder, die je nach der betrachteten Reflektorstelle auf dem Schirm ver­ schiedene Ausrichtungen annehmen. Einige Bilder sind waage­ recht angeordnet, während andere schräg oder senkrecht aus­ gerichtet sind. Die verschiedenen Stellen des Reflektors er­ zeugen somit mehr oder weniger stark geneigte Bilder des Glühfadens.

Aus der Betrachtung der Fig. 2, in der der die mit einem Schein­ werfer mit elliptischem Reflektor erzeugte Gesamt­ beleuchtung auf einem Normalschirm dargestellt ist, ergibt sich, daß zur Erzeugung der Beleuchtung unterhalb der Hell- Dunkel-Grenze ein vertikales Glühfadenbild I _V sehr viel weniger bei­ trägt als ein horizontales Bild I _H . Diese Hell-Dunkel-Grenze ist durch zwei Halbgeraden L _d und L _g rechts und links der Mitte des Schirms dargestellt, auf dem, wie gewöhnlich, die linke Fahrbahnseite B _g , die rechte Fahrbahnseite B _d und die Fahrbahnachse AR angezeichnet sind. Ein großer Teil des ver­ tikalen Bildes I _V bleibt ohne Wirkung auf die nutzbare Be­ leuchtung, die durch Schraffuren dargestellt ist und der nutzbaren Reichweite des Lichtbündels entspricht.

Gemäß der Erfindung wird den horizontalen oder horizontal nur wenig geneigten Bildern des Glühfadens der Vorrang vor vertikalen oder stark zur Horizontalen geneigten Bildern gegeben.

Die im Patentanspruch 1 angegebene Änderung der Reflexionseigenschaften bestimmter Zonen bewirkt, daß die vertikalen, stark geneig­ ten Bilder, die mit der Vertikalen einen Winkel bilden, der geringer ist als 30°, unterdrückt und/oder abgeschwächt und/oder verbreitert und/oder versetzt werden.

Die in Rede stehenden Zonen des Reflektors werden somit anhand der auf einem Normschirm erzeugten Bilder ermittelt, die sie vom Glühfaden erzeugen. Die Zonen können empirisch und rech­ nerisch bestimmt werden.

Bei einem axial ausgerichteten Glühfaden sind die kritischen Zonen durch die Schnittlinien des Reflektors mit zwei Ebenen begrenzt, die gegen die vertikale Axialebene des Reflektors geneigt sind.

Bei Verwendung eines waagerechten, horizontal ausgerichteten Glühfadens haben die kritischen Zonen bei Ansicht von vorne den in Fig. 3 und im vertikalen Axialschnitt den in Fig. 4 dar­ gestellten Verlauf.

Die erfindungsgemäß vorgenommene Veränderung bestimmter Zonen der Oberfläche des Reflektors können sowohl ihr Streu- oder Reflexionsvermögen als auch ihre Gestalt betreffen.

Die kritischen Zonen können beispielsweise durch Entfernen ihrer reflektierenden Beschichtung oder vorzugsweise durch Anstrei­ chen mit einer Mattfarbe nichtreflektierend gemacht werden. Auch kann den Zonen eine streuende Wirkung gegeben werden, beispielsweise mittels einer durch Sandstrahlen durchführba­ ren Aufrauhung oder durch Ausbildung einer bienenwabenförmi­ gen Struktur vor dem Auftragen der reflektierenden Beschich­ tung.

Eine andere Veränderungsmaßnahme besteht in einer Formänderung der kritischen Zonen durch Versetzen ihres äußeren Brennpunktes gegenüber dem (mit dem Linsenbrennpunkt zusammenfallenden) äußeren Brennpunkt des Reflektors.

Es ist auch möglich, in den kritschen Zonen insbesondere ril­ len- oder rippenförmige Streuelemente anzuordnen. Auch können die Zonen in bezug auf den Glühfaden defokussiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch einen Scheinwerfer mit elliptischem Reflektor,

Fig. 2 eine Darstellung der vom Scheinwerfer gemäß Fig. 1 erzeugten Einzelbilder auf einem in 25 m Entfernung aufgestellten Normschirm,

Fig. 3 eine Ansicht von vorn der kritischen Zonen eines Re­ flektors für einen Scheinwerfer mit quergerichtetem Glühfaden,

Fig. 4 den zugehörigen vertikalen Axialschnitt,

Fig. 5 eine Vorderansicht zur Erläuterung der Bestimmung der kritischen Zonen bei einem mit einem axial aus­ gerichteten Glühfaden zusammenwirkenden Reflektor,

Fig. 6 eine Vorderansicht zur Erläuterung der Bestimmung der kritischen Zonen bei einem mit einem quergerich­ teten Glühfaden zusammenwirkenden Reflektor,

Fig. 7a eine Vorderansicht des Aufbaues eines für die Ver­ wendung mit einem axial ausgerichteten Glühfaden vor­ gesehenen elliptischen Reflektors, bei dem der äuße­ re Brennpunkt im Bereich der kritischen Zonen ver­ setzt ist,

Fig. 7b den zugehörigen horizontalen Axialschnitt,

Fig. 8 eine Ansicht von vorn eines zur Verwendung mit einem quergerichteten Glühfaden vorgesehenen elliptischen Reflektors, dessen kritische Zonen mit insbesondere rillen- oder rippenförmigen Streuelementen versehen sind,

Fig. 9a eine Ansicht von vorn eines zur Verwendung mit einem axial ausgerichteten Glühfaden vorgesehenen ellip­ tischen Reflektors, dessen kritische Zonen in bezug auf den Leuchtglühfaden defokussiert sind, und

Fig. 9b den zugehörigen horizontalen Axialschnitt.

Die Fig. 1 bis 4 sind bereits weiter oben beschrieben worden.

Anhand Fig. 5 und folgenden wird nun im einzelnen die Durch­ führung der Erfindung beschrieben.

Fig. 5 dient zur Erläuterung der Bestimmung der kritischen Zone Z auf einem elliptischen Re­ flektor C, der zur Verwendung mit einem zylindrischen Glüh­ faden f vorgesehen ist, welcher auf der Achse AA des Reflektors C axial angeordnet ist. Die kritische Zone Z, die der Erzeugung von Einzelbildern des Glühfadens f entspricht, deren Neigung gegen eine Vertikale VV in der einen oder der anderen Richtung höchstens gleich einem Win­ kel α (von beispielsweise 20° oder vorzugsweise 30°) ist, ist in diesem Falle gemäß Fig. 5 eine zentrale Zone, die durch die Schnittlinien des Reflektors C mit zwei axialen Ebenen P und P′ begrenzt ist, welche mit der vertikalen Axial­ ebene VV einen Winkel α bilden. Auf der reflektierenden Fläche des Reflektors C ist die Zone Z durch die Schnitt­ kurven begrenzt, die Ellipsoide sind.

Die von der Zone Z erzeugten Bilder sollen gemäß der Erfin­ dung unterdrückt und/oder abgeschwächt und/oder verbreitert und/oder versetzt werden. Die diesbezüglichen Maßnahmen wer­ den nachfolgend näher erläutert.

Fig. 6 zeigt den Fall, in dem der elliptische Reflektor C mit einem waagerecht quer angeordneten zylindrischen Glüh­ faden f zusammenwirkt. In diesemFalle, wie auch in Fig. 3 und 4 dargesellt, ist die kritische Zone Z in zwei Halb­ zonen Z _d und Z _g geteilt, die auf der rechten bzw. der linken Seite des Reflektors C und zur vertikalen Axialebene VV sym­ metrisch angeordnet sind. Die Halbzonen Z _d und Z _g sind auf dem Ellipsoid als der Ort der Punkte definiert, die Bilder erzeugen, deren Neigung gegen die Vertikale höchstens gleich einem im voraus festgelegten Winkel α ist.

Jede der Halbzonen Z _d und Z _g kann grob, aber mit sehr großer Annäherung, als durch die Schnittlinien des elliptischen Re­ flektors C mit zwei Zylindern begrenzt betrachtet werden. Diese Zylinder werden folgendermaßen ermittelt: Der (mit dem glühfaden f im wesentlichen zusammenfallende) innere Brenn­ punkt F ₁ des Reflektors C wird in der Querrichtung waagerecht in zwei Punkte P _d und P _g auf der rechten bzw. der linken Sei­ te des Reflektors C auf letzteren projiziert. Ausgehend von den beiden Punkten P _d und P _g werden je zwei zur Achsenrichtung AA parallele und gegen die horizontale Axialebene HH unter einem Winkel α geneigte Ebenen gezeichnet. Somit ist der Punkt P _d Ursprung der beiden Ebenen 20 _d und 21 _d , der Punkt P _g Ursprung der beiden Ebenen 20 _g und 21 _g . Die zur Richtung AA parallelen Achsen der Zylinder liegen in diesen Ebenen, und der Radius der Zylinder ist gleich der kurzen Halbachse b des die Oberfläche des Reflektors C definierenden Rotations­ ellipsoids; sie entspricht der kurzen Halbachse jeder als Schnittlinie der Ellipsoidfläche mit einer beliebigen Axial­ ebene entstehenden Ellipse. Die Halbzone Z _d ist durch die Schnittlinien des Reflektors C mit Zylindern 10 _d und 11 _d mit der Achse 30 _d bzw. 31 _d begrenzt, die Halbzone Z _g durch die Schnittlinien des Reflektors C mit Zylindern 10 _g und 11 _g mit den Zylinderachsen 30 _g und 31 _g .

Eine derartige angenäherte Begrenzung der Halbzonen Z _d und Z _g ist sehr befriedigend, denn sie kommt an die optimale theore­ tische Begrenzung bis auf weniger als 10% heran.

Außerdem ermöglicht eine derartige Begrenzung ein sehr ein­ faches Anzeichnen der Grenzen der Halbzonen Z _d und Z _g auf dem Reflektor C selbst oder auf dem zu seiner Herstellung be­ nutzten Formwerkzeug; tatsächlich lassen sich Markierungen, die den Schnittlinien mit Rotationszylindern entsprechen, durch Drehen der Teile sehr bequem anzeichnen.

Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 5 erwähnt, geht es, nachdem die kritischen Zonen definiert worden sind, darum, durch insbesondere Unterdrücken und/oder Abschwächen und/ oder Verbreitern und/oder Versetzen die entsprechenden Bilder zu modifizieren.

Eine erste Lösung besteht darin, derarti­ ge Zonen zu verdecken, entweder durch Abdecken, insbesondere durch Auftragen einer Mattfarbe, oder durch Mattschleifen. Auch kann diesen Zonen durch mehr oder weniger fein struktu­ riertes Aufrauhen eine streuende Wirkung verliehen werden. In allen Fällen werden die der kritischen Zone entsprechenden schädlichen Bilder des Glühfadens unterdrückt oder jedenfalls stark abge­ schwächt.

In Fig. 7a und 7b ist eine Lösung dargestellt, bei der die Zone Z so verformt wird, daß die entsprechenden Bilder nach links und nach rechts versetzt sind. Beim gezeigten Beispiel wirkt ein Reflektor C mit einem in der Achse AA axial angeordneten Glühfaden zusammen. Die Zone Z ist so­ mit entsprechend Fig. 5 angeordnet. Der Reflektor C hat, wie in Fig. 1 definiert, insgesamt zwei Brennpunkte F ₁ und F ₂. Gemäß der Erfindung bleibt die gesamte Oberfläche des Reflek­ tors C reflektierend, erfährt jedoch eine Formänderung im Bereich der kritischen Zone Z. Hierzu erhalten die rechten und linken Hälften Z _d und Z _g der kritischen Zone Z eine sol­ che Divergenz in bezug auf die Achse AA, daß ihr innerer Brennpunkt im wesentlichen in F ₁ bleibt, ihr äußerer Brenn­ punkt dagegen seitwärts versetzt ist, und zwar nach F _{2 d} bei der Halbzone Z _d und nach F _{2 g} bei der Halbzone Z _g . Dank einer solchen Versetzung der äußeren Brennpunkte F _{2 d} und F _{2 g} , in denen die Bilder des in der Nähe des gemeinsamen inneren Brennpunktes F ₁ angeordneten Glühfadens f erzeugt werden, sind die endgültigen Bilder auf dem Schirm gemäß Fig. 2, die vertikale Bilder mit einer Neigung von ±α gegen die Verti­ kale wären, seitwärts versetzt und somit akzeptabel.

Fig. 8 zeigt für die Halbzonen Z _d und Z _g , die auf den Reflektor C im Hinblick auf sein Zusammenwirken mit einem quergerichteten Glühfaden f aufgezeichnet sind, eine verschiedene Anordnung, die darauf zielt, die der kri­ tischen Zone entsprechenden Bilder zu zerstreuen. Gemäß Fig. 8 ist die kritische Zone in diesem Falle mit insbesondere ril­ len- oder rippenförmigen vertikalen Streuelementen s ver­ sehen, die eine Zerstreuung des den vertikalen Bildern ent­ sprechenden Lichtes bewirken, so daß diese vertikalen Bilder akzeptabel werden.

Bei der in Fig. 9a und 9b dargestellten Anordnung für das Zusammenwirken zwischen dem Reflektor C mit einem axialen Glühfaden f sind die linken und rechten kri­ tischen Halbzonen Z _g und Z _d in bezug auf den Glühfaden f, der dem inneren Brennpunkt F ₁ des Reflektors C entspricht, systematisch defokussiert. Gemäß Fig. 9b, die eine schemati­ sche Ansicht in einer waagerechten Ebene zeigt, sind die Ach­ sen der Halbzonen Z _d und Z _g versetzt, um ihre beiden Brenn­ punkte F _{1 d} und F _{2 d} bzw. F _{1 g} und F _{2 g} in der Waagerechten seit­ wärts zu versetzen. Bei einem axialen Glühfaden beträgt die Versetzung etwa 1,5 mm. Bei einer solchen Anordnung sind die der kritischen Zone entsprechenden vertikalen Bilder seit­ lich vergrößert, damit sie zur Beleuchtung der Fahrbahnränder beitragen, wodurch sie akzeptabel und sogar nützlich werden.

Alle Lösungen, die im Vorstehenden bei der einen oder der anderen (axialen oder quergerichteten) Glühfadenanordnung be­ schrieben wurden, sind unterschiedslos auf beide Anordnungen anwendbar.

Claims (8)

1. Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, bestehend aus

• a) einem durch ein Rotationsellipsoid definierten Reflek­ tor (C) mit einer optischen Achse (A-A) , einem inneren Brennpunkt (F ₁) und einem vor dem Reflektor (C) liegen­ den äußeren Brennpunkt (F ₂);
• b) einer Lampe mit einem dem inneren Brennpunkt (F ₁) zuge­ ordneten länglichen Glühfaden (f);
• c) einer dem äußeren Brennpunkt (F ₂) zugeordneten Strahlenblende (O);
• d) einer auf der optischen Achse (A-A) koaxial angeordne­ ten Sammellinse (L), deren innerer Brennpunkt dem äußeren Brennpunkt (F ₂) des Reflektors (C) entspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche des Reflektors (C) bestimmte Zonen (Z) in der Weise begrenzt und modifiziert sind, daß in der auf einem quer zur optischen Achse (A-A) angeordneten Normschirm erzeugten Lichtverteilung die stark geneigten Bilder des Glüh­ fadens (f), die zu beiden Seiten der axialen Vertikalebene (V-V) innerhalb eines Grenzwinkels (±α) von höchstens 30° liegen, wahl­ weise

• - unterdrückt
• - abgeschwächt
• - verbreitert und/oder
• - versetzt sind.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, bei dem der Glühfaden (f) längs der optischen Achse (A-A) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (Z) begrenzt sind durch die Schnittlinien der Innenfläche des Reflektors (C) mit zwei axialen Ebenen (P, P′), die gegen die axiale Vertikalebene (V-V) symmetrisch unter dem Grenzwinkel (±a) geneigt sind (Fig. 5).

3. Scheinwerfer nach Anspruch 1, bei dem der Glühfaden (f) quer zur optischen Achse (A-A) horizontal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (Z _g , Z _d ) begrenzt sind durch die Schnittlinien der Innenfläche des Reflektors (C) mit zwei Paaren von Kreis­ zylindern (10 _g , 11 _g ; 10 _d , 11 _d ) auf der linken und der rechten Seite des Reflektors (C), wobei jedes der beiden Zylinderpaare durch die Projektionen in Querrichtung (P _g , P _d ) des inneren Brennpunktes (F ₁) des Reflektors (C) auf dessen Innenfläche geht, der Radius der Zylinder (10 _g , 11 _g ; 10 _d , 11 _d ) gleich der kurzen Halbachse (b) des den Reflektor (C) definierenden Rotationsellipsoids ist, und die Achsen (30 _g , 31 _g ; 30 _d , 31 _d ) der Zylinder (10 _g , 11 _g ; 10 _d , 11 _d ) in zwei Paaren von Ebenen (20 _g , 21 _g ; 20 _d , 21 _d ) lie­ gen, die paarweise durch die Projektionen in Querrichtung (P _g , P _d ) des inneren Brennpunktes (F ₁) des Reflektors (C) auf dessen Innen­ fläche gehen und gegenüber der axialen Horizontalebene (H-H) jeweils unter dem Grenzwinkel (±α) geneigt sind (Fig. 6).

4. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Zonen (Z) nichtreflektierend oder streuend ausgebildet ist.

5. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Zonen (Z) mit meridionalen, rillen- oder rippenförmigen Streumitteln (s) ausgebildet ist (Fig. 8).

6. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (Z _g , Z _d ) gegenüber dem den Reflektor (C) definierenden Rotationsellipsoid in zwei symmetrisch zur optischen Achse (A-A) liegende Ellipsoidabschnitte verformt sind, deren inneren Brennpunkte (F ₁) zusammenfallen, während der äußere Brennpunkt (F ₂) bei der linken Zone (Z _g ) nach links (F _2g ) und bei der rechten Zone (Z _d ) nach rechts (F _{2 d} ) versetzt ist (Fig. 7b).

7. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen (Z _g , Z _d ) gegenüber dem den Reflektor (C) definierenden Rotationsellipsoid in zwei symmetrisch zur opti­ schen Achse (A-A) liegende Ellipsoidabschnitte verformt sind, deren Achsen bei der linken Zone (Z _g ) nach links und bei der rechten Zone (Z _d ) nach rechts parallelverschoben und deren Brennpunkte (F _{1 g} , F _{2 g} ; F _{1 d} , F _{2 d} ) entsprechend in Querrichtung projiziert sind (Fig. 9b).