DE3427461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer oder eine Signal­ leuchte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Ein solcher Scheinwerfer ist aus der FR-OS 25 07 741 bekannt. Dort wird die rotationssymme­ trische Grundform des Refraktors nicht verändert, weshalb der Scheinwerfer ebenfalls im wesentlichen rund ist und keine fla­ che, horizontal langgestreckte Bauform aufweist. Der aus der FR-OS 25 07 741 bekannte Scheinwerfer weist keinen Reflektor auf. Die von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen gelangen un­ mittelbar zum Refraktor und werden dort gebrochen und/oder re­ flektiert.

Aus der DE-AS 12 59 747 ist eine Signalleuchte bekannt, bei der ein vor der Lichtquelle angeordneter Refraktor mit einem im we­ sentlichen hinter der Lichtquelle angeordneten Reflektor zusam­ menwirkt. Die bekannte Anordnung ist rotationssymmetrisch, weist also ebenfalls keine flache, horizontal langgestreckte Bauform auf. Der Refraktor ist vollständig vor der Lichtquelle angeordnet und der Reflektor ist gegenüber seiner rotationssym­ metrischen Grundform nicht abgewandelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Scheinwerfer oder eine Signalleuchte derart auszubilden, daß bei flacher Bauweise das Licht der Lichtquelle mit hohem Wir­ kungsgrad in ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel umgesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentan­ spruch 1 gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä­ ßen Scheinwerfers anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikal-Schnitt durch einen Scheinwerfer entlang Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 einen Horizontal-Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung verschiedener Abschnitte des Refraktors.

In Fig. 1 und 2 sind eine auf der optischen Achse A-A der Vor­ richtung angeordnete Lichtquelle 10, ein Reflektor 20 und ein Refraktor 40 dargestellt.

Diese Bauteile sind vorzugsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, das vorn offen und an seiner Öffnung mit einer durchscheinenden Abdeckscheibe versehen ist.

In der Praxis ist die Lichtquelle 10 von einer Glühlampe gebil­ det. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Lichtquelle 10 als Punkt auf der optischen Achse A-A dargestellt, obwohl andererseits der Glühfaden der Lampe sich über einen größeren Bereich erstrecken kann.

Der Refraktor 40 und der Reflektor 20 wirken mit der Lichtquelle 10 zusammen, um mit größtmöglichem Wirkungs­ grad fast den gesamten von der Lichtquelle 10 ausgesendeten Lichtstrom zumindest annä­ hernd parallel zur optischen Achse A-A nach vorne abzustrahlen.

Der Refraktor 40 ist vor der Lichtquelle 10 angeordnet und zum Teil als Rotationskörper mit der optischen Achse A-A als Rotationsachse ausgebildet und von zwei zueinander und zur opti­ schen Achse A-A parallelen Ebenen abgeschnitten, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien T-T dargestellt sind. Die Ebenen T sind rechtwinklig zur Zeichnungsebene der Fig. 1 und parallel zur Zeichnungsebene der Fig. 2 und verlaufen vorzugsweise waagerecht in gleichen Abständen von der opti­ schen Achse A-A.

Von vorn betrachtet hat somit der in seiner Gestalt im wesent­ lichen durch die Geometrie des Refraktors bestimmte Scheinwerfer eine langgestreckte Gestalt, wie dies von den Kraftfahrzeugherstellern gewünscht wird.

Gemäß Fig. 2 erstreckt sich der zwischen den Begrenzungs­ ebenen T angeordnete Teil des Refraktors 40 von der Lichtquelle 10 nach hinten und umhüllt diese also über einen Raumwinkel größer als 2 π.

Der Reflektor 20 ist teilweise hinter der Lichtquelle 10 angeordnet, zumindest annähernd elliptisch, zum Teil als Rotationskörper mit der optischen Achse A-A als Rotationsachse ausgebildet und hat zwei (in Fig. 1 erkennbare) Öffnungen 21, die zu einer (waage­ rechten) Ebene symmetrisch sind, welche zu den Begrenzungs­ ebenen T parallel ist und durch die optische Achse A-A geht.

Der Reflektor 20 ist so ausgelegt, daß er die Lichtquelle 10 über einen Raumwinkel umhüllt, der zu dem vom Refraktor 40 begrenzten Raumwinkel komplementär ist.

Einer der Brennpunkte - f ₁ - des Reflektors 20 fällt mit der Lichtquelle 10 zusammen. Der zweite Brennpunkt des Reflektors 20 ist mit f ₂ bezeichnet. Die Brennweite des Reflektors 20, also der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten f ₁ und f ₂, ist von der Geometrie des Refraktors 40 abhängig und nimmt mit größer werdendem Abstand der Begrenzungsebenen T von der optischen Achse A-A ab.

Der wegen der weiter oben angegebenen ästhetischen Forderun­ gen vom Refraktor 40 nicht aufgefangene, im wesent­ lichen vertikal nach oben und nach unten gerichtete Licht­ strom wird gemäß Fig. 1 und 2 von den oberen und unteren Ab­ schnitten des Reflektors 20 reflektiert, welche die Licht­ quelle 10 weit nach vorn umhüllen.

Dank der im Reflektor 20 ausgebildeten Öffnungen 21 und der die Lichtquelle 10 seitlich (zwischen den Begrenzungsebenen T) über einen Raumwinkel größer als 2 π umhüllenden Struktur des Refraktors 40 wird dagegen ein großer Teil des von der Lichtquelle 10 (über einen Raumwinkel größer als 2 π) ausgesendeten Lichtstroms vom Refraktor 40 aufge­ fangen. Diese Ausbildung ermöglicht es, für den Scheinwerfer einen guten Wirkungsgrad zu erzielen.

Der Refraktor 40 hat einen höheren Wirkungsgrad als der Reflektor 20, bei dem die reflektierten Lichtstrahlen wenigstens einmal reflek­ tiert werden und einmal durch das Glas der Leuchte hindurch­ treten. Dies führt zu einer Anpassung der Geometrie des Refraktors 40 in Abhängigkeit von den Forderungen der Automobilhersteller, derart, daß der Refraktor 40 einen größtmöglichen Anteil, der Reflektor 20 den Rest des Lichtstromes auffängt.

Durch diese Anordnung, bei der wenigstens ein Teil des Refraktors 40 bis hinter die Lichtquelle 10 geführt wird, wird andererseits der vom Reflektor 20 zum zweiten Brennpunkt f ₂ zurückgestrahl­ te Lichtstrom begrenzt, derart, daß eine schädliche Erwärmung der Leuchte verhindert wird.

Gemäß einer Ausführungsform reflektiert der Reflektor 20 die Gesamtheit der auf ihn auftretenden Licht­ strahlen zu einem weiter unten näher beschriebenen zentralen Bereich des Refraktors 40, der mehrere brechende, zur optischen Achse A-A koaxiale Ringprismen aufweist, um die reflektierten und durch den zweiten Brennpunkt f ₂ gehenden Lichtstrahlen zumindest annähernd parallel zur optischen Achse A-A auszu­ richten.

Andererseits weist eine Umfangszone des Refraktors 40 ebenfalls zur optischen Achse A-A koaxiale aber totalreflektierende äußere Ringprismen auf, welche die direkt von der Lichtquelle 10 kommenden Licht­ strahlen zumindest annähernd parallel zur optischen Achse A-A auszurichten vermögen.

Es wird nun der spezielle Aufbau des Refraktors 40 anhand Fig. 3 beschrieben.

Ausgehend von seinem (in der optischen Achse A-A liegenden) Zentrum zum Umfang hin weist der Refraktor 40 vier aufeinanderfolgende Zonen Z ₀, Z ₁, Z ₂ und Z ₃ auf, die koaxial zur Achse A-A angeordnet sind. Bei der dargestell­ ten Ausführungsform liegen die Begrenzungsebenen T des Refraktors 40 auf der Höhe seiner Umfangszone Z ₃.

Der weiter oben angegebene zentrale Bereich, der die vom zweiten Brennpunkt f ₂ stammenden Lichtstrahlen R ₀ und R ₁ parallel zur optischen Achse A-A ausrichtet, ist von der zentralen Zone Z ₀ und der angrenzenden ersten Zwischenzone Z ₁ gemeinsam gebildet.

Die Umfangszone Z ₃ richtet die von der Lichtquelle 10 direkt kom­ menden Lichtstrahlen R ₃ parallel zur optischen Achse A-A aus.

Außerdem ist die zweite Zwischenzone Z ₂ so ausgelegt, daß sie, in ähnlicher Weise wie die Umfangszone Z ₃, die von der Lichtquelle 10 direkt kommenden Lichtstrahlen R ₂ parallel zur optischen Achse A-A ausrichtet.

Die zentrale Zone Z ₀ ist von einer an sich herkömmlichen Fresnellinse gebildet.

Diese Linse ist mit solcher Streuung aus­ gebildet, daß in der Vorzugsrichtung A-A das von ihr aus­ gesendete Lichtbündel schließlich eine Leuchtdichte von der gleichen Größenordnung wie die Leuchtdichte der anderen Zonen in derselben Richtung hat.

Die die Fresnellinse umgebende Zwischenzone Z ₁ ist aus neben­ einander angeordneten Ringprismen P ₁ zusammengesetzt, die an ihrer Außenfläche S ₁ lichtbrechend wirken, um die vom zwei­ ten Brennpunkt f ₂ stammenden Lichtstrahlen parallel zur opti­ schen Achse A-A auszurichten. Dadurch konvergieren die aus der Lichtquelle 10 ausgetretenen und direkt zur Zwischenzone Z ₁ gelangenden Lichtstrahlen R′ ₁ zur optischen Achse A-A und sorgen für die Breite der Lichtbündel.

Die Zwischenzone Z ₂ hat eine zumindest annähernd ebene Außen­ fläche S ₂; ihre Innenfläche ist von nebeneinander angeordne­ ten Ringprismen P ₂ gebildet, die an ihrer Fläche S′ ₂ durch Total­ reflexion wirken, um die von der Lichtquelle 10 kommenden Lichtstrahlen R ₂ parallel zur optischen Achse A-A auszurichten.

Die Umfangszone Z ₃ setzt sich aus nebeneinander angeordneten Ringprismen P ₃ zusammen, von denen jedes eine innere Eintrittsfläche e ₁, eine totalreflektierende Fläche e ₂ und eine äußere Austrittsfläche e ₃ aufweist.

Die verschiedenen Eintrittsflächen e ₁ sind voneinander durch Absätze d getrennt, welche so ausgebildet sind, daß ihre Rich­ tung mit dem Verlauf des Lichtstrahls zusammenfällt, der von der Lichtquelle 10 kommt und in der Nähe einer Kante a durch die Eintrittsfläche e ₁ hindurchgeht.

Andererseits sind die Eintrittsflächen e ₁, die gemäß Fig. 3 zwei Ringprismen P ₃ gemeinsam sein können, Kegel­ stumpfflächen mit der Achse A-A, deren Erzeugenden der Rich­ tung der Achse A-A so nahe wie möglich kommen.

Der von der Erzeugenden der Eintrittsflächen e ₁ und der op­ tischen Achse A-A eingeschlossene Winkel nimmt vom vorderen zum hinteren Abschnitt der Umfangszone Z ₃ gleichmäßig zu. So können z. B. die am weitesten vorn gelegenen Eintrittsflächen e ₁ mit der optischen Achse A-A einen Winkel von etwa 5° bil­ den, wogegen die am weitesten hinten gelegenen Eintritts­ flächen e ₁ mit der optischen Achse A-A einen Winkel von etwa 10° bilden.

Außerdem sind die totalreflektierenden Flächen e ₂ und die Austrittsflächen e ₃ bei aufeinanderfolgenden Ringprismen P ₃ so gewählt, daß die benachbarten Lichtstrahlen­ büschel, die den von den totalreflektierenden Flächen e ₂ von zwei benachbarten Prismen P ₃ reflektierten Lichtstrah­ len entsprechen, gemäß Fig. 3 beim Austreten aus den zugehörigen beiden benachbarten Prismen P ₃ als Lichtstrahlenbüschel PL ₁ und PL ₂ dicht aneinandergrenzen.

Andererseits ist die Geometrie der Ringprismen P ₃ so festgelegt, daß die von der Lichtquelle 10 kommenden Licht­ strahlen R ₃ aus dem Refraktor 40 zumindest annähernd parallel zur optischen Achse A-A austreten. In einem solchen Falle sind die Lichtstrahlenbüschel PL ₁ und PL ₂ von paralle­ len Lichtstrahlen gebildet.

Die geometrischen Kennwerte der Ringprismen P ₃, insbesondere die Richtung der Eintrittsfläche e ₁, der total­ reflektierenden Fläche e ₂ und der Austrittsfläche e ₃, wer­ den für jedes einzelne Ringprisme P ₃ ausgehend von den vorstehend angegebenen Bedingungen nach und nach mit den vorderen Ringprismen P ₃ beginnend nach hinten festgelegt.

Hierzu sind drei Parameter notwendig, nämlich

• - die Richtung der aus der Lichtquelle 10 ausgetretenen und auf das betreffende Prisma P ₃ auffallenden Lichtstrahlen,
  - der Winkel der Totalreflexion an der Fläche e ₂ (er muß in jedem Falle größer bleiben als der Grenzwinkel der Total­ reflexion für den betrachteten Werkstoff),
  - der Austrittswinkel der Lichtstrahlen R ₃ beim betrachteten Prisma P ₃.

Wie weiter oben angegeben, wird die Neigung der Eintritts­ flächen e ₁ gegen die optische Achse A-A so klein wie möglich festgelegt. Bei der Festlegung der Scheitelpunkte S ₃ und der Fußpunk­ te B ₃ der Ringprismen P ₃ ist die Bedingung einzu­ halten, daß die Lichtstrahlenbüschel PL ₁ und PL ₂ aneinander­ grenzen. Die Absätze d fallen, wie dargestellt, mit der Rich­ tung zusammen, welche die von der Lichtquelle 10 auftreffenden Lichtstrahlen nach Hindurchgehen durch die Eintritts­ flächen e ₁ haben.

Bei Einhaltung der vorstehend genannten Bedingungen kann in der Umfangszone Z₃ von vorn nach hinten fortschreitend nach und nach jedes Ringprisma P ₃ in bestmöglicher Weise bestimmt werden.

Die verschiedenen Zonen werden so gewählt, daß die direkt von der Lichtquelle 10 kommenden Lichstrahlen entsprechend ihrem Neigungswinkel gegen die zentrale Ausstrahlungsrichtung A-A der Leuchte mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad ausgerichtet werden.

Gemäß der gezeigten Ausführungsform erscheint die Fresnellinse bzw. zentra­ le Zone Z ₀ bei Betrachtung von der Lichtquelle 10 her unter einem Öffnungshalbwinkel, der bis etwa 20° betragen kann. Bei Betrachtung von der Lichtquelle 10 her erscheint die er­ ste Zwischenzone Z ₁ unter einem Öffnungshalbwinkel zwischen etwa 20° und 45°. Die mit Innenprismen totalreflektierende Zwischenzone Z ₂ kann mit einfallenden Lichtstrahlen R ₂ arbei­ ten, die mit der optischen Achse A-A einen Winkel zwischen etwa 45° und 60° bilden. Schließlich kann die mit Außenprismen totalreflektierende Umfangszone Z ₃ Lichtstrahlen R ₃ beein­ flussen, die mit der optischen Achse A-A einen Winkel zwischen etwa 60° und 120° bilden.

Hinsichtlich der Lichtverteilung (Leuchtdichte) können über die Streuung der verschiedenen Zonen Z ₀, Z ₁ und Z ₂ deren Leuchtdichten in der Richtung A-A aufein­ ander abgestimmt werden. Beispielsweise führt eine Vergrößerung der Zahl der Prismen P ₁ zu einer Zunahme der Leuchtdichte (im Grenzfall ergibt eine unendlich große Zahl von Prismen P ₁ eine bestmögliche Leuchtdichte in der optischen Achse A-A, weil dann alle Lichtstrahlen R ₁ streng parallel zur optischen Achse A-A sind).

Eine so ausgebildete Signalleuchte läßt in sie von außen ein­ fallende Lichtstrahlen nur in geringem Maße wieder aus­ treten, so daß eine eventuelle Signalfarbe des Glaskolbens der die Lichtquelle 10 bildenden Lampe bei nicht eingeschal­ teter Lampe von außen fast nicht sichtbar ist.

Claims (7)

1. Scheinwerfer oder Signalleuchte, insbesondere für Kraft­ fahrzeuge, mit

• a) einer auf einer zentralen optischen Achse (A-A) angeordneten Lichtquelle (10),
• b) einem in seiner Grundform rotationssymmetrischen Refraktor (40), der zumindest mit Abschnitten (Z ₀ bis Z ₃) vor der Licht­ quelle angeordnet ist und sich mit seitlichen Abschnitten (Z ₃) bis hinter die Lichtquelle (10) erstreckt und der mit derarti­ gen lichtbrechenden bzw. totalreflektierenden Flächen ausge­ bildet ist, daß von der Lichtquelle (10) ausgestrahltes Licht im wesentlichen parallel zur optischen Achse (A-A) gebündelt wird,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• c) der Refraktor (40) ist durch zwei zur zentralen optischen Achse (A-A) parallele Ebenen (T-T) abgeschnitten,
• d) ein in seiner Grundform zumindest annähernd rotationsellip­ tischer Reflektor (20) ist zumindest mit seinem zentralen Ab­ schnitt hinter der Lichtquelle (10) angeordnet, wobei der eine Brennpunkt (f ₁) mit der Lichtquelle (10) zusammenfällt und der Reflektor (20) zwei seitliche Öffnungen (21) aufweist, durch die von der Lichtquelle (10) ausgehende Strahlen (R ₃) direkt, ohne Reflexion am Reflektor (20) zum Refraktor (40) gelangen, so daß der Reflektor (20) die Lichtquelle (10) über einen Raum­ winkel umhüllt, der zu dem vom Refraktor (40) begrenzten Raum­ winkel komplementär ist,
• e) zentrale Abschnitte (Z ₀, Z ₁) des Refraktors (40) sind derart ausgebildet, daß sie die vom zweiten Brennpunkt (f ₂) des Re­ flektors (20) ausgehenden Lichtstrahlen zumindest annähernd pa­ rallel zur optischen Achse (A-A) bündeln.

2. Scheinwerfer oder Signalleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Refraktor (40) in der horizontalen Schnittebene von der Lichtquelle (10) aus gesehen einen Öffnungshalb­ winkel zwischen 120° und 125° aufweist (Fig. 2).

3. Scheinwerfer oder Signalleuchte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Schnitt-Ebenen (T-T) von der optischen Achse (A-A) gleichen Abstand haben (Fig. 1).

4. Scheinwerfer oder Signalleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Abschnitt (Z ₀) des Refraktors (40) von einer Fresnellinse gebildet ist.

5. Scheinwerfer oder Signalleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Refraktor (40) einen von brechenden Ringprismen (P ₁) gebildeten ersten Zwischenabschnitt (Z ₁), einen von totalreflektierenden inneren Ringprismen (P ₂) ge­ bildeten zweiten Zwischenabschnitt (Z ₂) und einen totalreflek­ tierende äußere Ringprismen (P ₃) aufweisenden Um­ fangsabschnitt (Z ₃) aufweist (Fig. 3).

6. Scheinwerfer oder Signalleuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Schnitt-Ebenen (T-T) den Refraktor (40) im Bereich des Umfangsabschnittes (Z ₃) schneiden (Fig. 1).