DE4212892A1 - Leuchte, insbesondere Kraftfahrzeugheckleuchte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte, insbesondere eine Kraftfahrzeugheckleuchte, nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Bekannte Leuchten dieser Art sind Kraftfahrzeugheckleu­ chten mit einem Lichtfenster mit Bereichen, die u. a. mit aus einer Vielzahl von rasterartig nebeneinanderliegenden kugelförmigen Linsen besetzt sein können. Sie haben je­ weils eine relative Lichtverteilung, bei der das Maximum der Lichtintensität dem mittleren Bereich der Linse zu­ geordnet ist; zu den Randbereichen hin nimmt die Inten­ sität rasch ab. Die gesetzlichen Bestimmungen wie die verschiedenen ECE-Regelungen über Leuchten - hier kurz Norm genannt -, schreiben vor, daß auch für große Ab­ strahlwinkel noch eine bestimmte Lichtintensität vorhanden sein muß. Sie wird bei diesen Leuchten dadurch erreicht, daß Glühlampen mit entsprechend hoher Leistung eingesetzt werden. Dadurch wird die Kurve der relativen Lichtver­ teilung zu höheren Werten hin verschoben, so daß die Norm erfüllt wird. Nachteilig ist jedoch, daß die lei­ stungsstarke Glühlampe im Betrieb relativ hohe Tempera­ turen erzeugt, die sich ungünstig auf die aus Kunststoff bestehende Leuchte auswirken.

Die Lichtintensität kann auch dadurch beeinflußt werden, daß die Lichtfenster in einem helleren Farbton gehalten werden, so daß mehr Licht durch sie hindurchtritt. Der Farbton kann aber nicht beliebig hell gewählt werden, da die Norm bestimmte Farbwerte vorschreibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte dieser Art so auszubilden, daß ohne Verwendung einer Glühlampe hoher Leistung und ohne Veränderung der Farbe des Lichtfensters die erforderliche hohe Lichtintensität im Randbereich erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Leuchte der gattungsbildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung kann durch Größe und Gestalt der Freiformflächen die Lichtverteilung in jedem Bereich gezielt verändert (erhöht bzw. erniedrigt) werden. Je nach Form der Freiformfläche kann eine gezielte Lichtverteilung erreicht werden, ohne daß eine Glühlampe höherer Leistung eingesetzt, die Farbe des Lichtfensters oder die Form oder die Beschichtung des Reflektors verändert werden müssen, so daß die hiermit zusammen­ hängenden Probleme einfach vermieden werden. Mit der erfindungsgemäßen Linse können durch Änderung ihrer Form die verschiedensten Lichtverteilungskurven erreicht werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Kraftfahrzeugleuchte mit einem Reflektor, einer Glühlampe und einem eine Viel­ zahl von Linsen aufweisenden Lichtfenster,

Fig. 2 eine herkömmliche Linse und drei Ausführungs­ formen von Linsen eines Lichtfensters einer erfindungsgemäßen Leuchte mit zugehöriger Lichtverteilungskurve.

Die Leuchten nach den Fig. 1 und 2 werden als Kraftfahr­ zeugheckleuchten verwendet. Bei den Leuchten ist die Glühlampe 1 vor einem Reflektor 2 angeordnet, der in einem schematisch angedeuteten Leuchtengehäuse 3 unter­ gebracht ist. Das Leuchtengehäuse ist an seiner Vorder­ seite durch ein Lichtfenster 4 verschlossen. Es hat an seiner im Gehäuse 3 liegenden Rückseite 5 eine Vielzahl von Linsen 6. Sie sind bei der herkömmlichen Leuchte (Fig. 1 und der linken Linse in Fig. 2) im Querschnitt teilkreisförmig abgerundete sogenannte Kugellinsen. An den Linsen 6 wird das am Reflektor 2 reflektierte Licht 7 so gebrochen, daß eine Lichtverteilungskurve erzeugt wird, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Das auf das Lichtfenster 4 auftreffende Strahlenbündel 7 kann parallel, divergent oder konvergent sein und wird mittels eines geeigneten Reflektors oder einer Fresnellinse erzeugt. Bei der Lichtverteilungskurve liegt das Maximum M der Lichtintensität in der Mitte des beleuchteten Bereiches, während die Lichtintensität zu den Randberei­ chen relativ stark abnimmt. Dies ist in Fig. 2 anhand der linken Linse mit der zugehörigen Lichtverteilungs­ kurve deutlich erkennbar. Nun schreibt die Norm vor, daß im Randbereich der Linse eine Mindest-Lichtintensität vorhanden sein muß. Um diese Anforderung zu erfüllen, werden Glühlampen 1 mit hoher Leistung eingesetzt. Dadurch wird die gesamte Lichtverteilungskurve zu höheren Inten­ sitätswerten verschoben. Eine solche starke Glühlampe 1 erzeugt jedoch im Betrieb sehr hohe Temperaturen, die sich auf das in der Regel aus Kunststoff bestehende Lichtfenster ungünstig auswirken. Auch das Leuchtengehäuse und insbesondere die Reflektoren können durch die große Wärme in Mitleidenschaft gezogen werden.

Damit in den Randbereichen der Linse die erforderliche Lichtintensität ohne eine stärkere Glühlampe erreicht wird, ist die Linse im Querschnitt mit wenigstens einer Freiformfläche versehen, die den Randbereich der Licht­ verteilung auf Kosten des Zentralbereiches stärkt.

In Fig. 2 sind drei Ausführungsbeispiele für solche Linsen 6a bis 6c dargestellt. Unter Freiformflächen sind solche Flächen an den Linsen zu verstehen, die von einer Kugel-, einer Prismen-, einer Torusform oder einer sonstigen geo­ metrischen Grundform abweichen.

Die Linse 6a hat im Querschnitt in halber Breite einen kon­ vex gekrümmten Scheitel 8, von dem aus die Linsenoberseite zu beiden Seiten hin bis zur Rückseite 27 des Lichtfen­ sters 4a abfällt. Diese beiden Randseiten 11 und 12 verlaufen im Querschnitt jeweils gekrümmt und bilden die Freiformflächen. Diese Krümmung weicht von einer Teil­ kreisform ab. Wie ein Vergleich mit der herkömmlichen Linse 6 (Fig. 2) zeigt, ist die Linse 6a höher, und ihre Randbereiche 11 und 12 verlaufen vom Scheitel 8 aus steiler als bei der Kugellinse 6. Der Scheitel 8 hat im Querschnitt einen verhältnismäßig kleinen Krümmungs­ radius und ist so ausgebildet, daß die Strahlen 7 nur verhältnismäßig wenig gebrochen werden. In den Randbe­ reichen 11, 12 werden die Strahlen 7 wesentlich stärker gebrochen. Die Linse 6a, die im Querschnitt spiegelsymme­ trisch aus gebildet ist, hat keinen scharfen Brennpunkt wie die herkömmliche Kugellinse 6, sondern einen Brenn­ punktbereich 28. Die vom Scheitel 8 gebrochenen Strahlen 7 schneiden zwar einander im Brennpunkt P₁, der innerhalb des Lichtfensters 4a liegt, jedoch bilden die von den Randbereichen 11, 12 gebrochenen Strahlen keinen exakten Brennpunkt. Dadurch ergibt sich eine symmetrische Licht­ verteilunskurve, deren Maximum M_a in halber Breite der Linse 6a geringer ist als das Maximum M der herkömmlichen Kugellinse 6, deren Randbereiche aber eine wesentlich höhere Lichtintensität als bei der Kugellinse aufweisen. Vom Maximum M_a fällt die Lichtverteilungskurve zu beiden Seiten hin nur wenig ab und erreicht mit geringerem Abstand vom Rand jeweils ein weiteres Maximum M_R, das nur wenig geringer ist als das Maximum M_a Die Linse 6a erzeugt somit über eine verhältnismäßig große Breite eine nahezu gleichbleibend hohe Lichtintensität, die in den Randbereichen die Norm erfüllt. Die Linse 6a, die im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, erzeugt eine Lichtverteilungskurve derselben Symmetrie. Dem Randbereich der Linse 6a ist eine Lichtabstrahlung unter großem Winkel und dem mittleren Bereich eine Licht­ abstrahlung unter kleinem Winkel zugeordnet. Da der Randbereich der Linse 6a im Vergleich zu ihrem mittleren Bereich größer ausgebildet ist als bei einer Kugellinse, bedeutet dies, daß auch die Lichtverteilung bei großen Winkeln erhöht ist. Aufgrund der beschriebenen Linsen­ ausbildung ist eine leistungsstarke Glühlampe nicht erforderlich.

Die Form der Linse kann je nach der gewünschten Lichtver­ teilungskurve verändert werden.

Soll beispielsweise nach wie vor im zentralen Bereich der Linse die höchste Lichtintensität bestehen und zu den Randbereichen hin nur leicht abnehmen, dann kann die Linse 6b verwendet werden. Sie ist im Querschnitt eben­ falls spiegelsymmetrisch ausgebildet. Sie hat einen zentralen, konkav ausgebildeten Bereich 9, an dem die Strahlen 7 divergierend gebrochen werden. Sie bilden einen relativ breiten Streukegel 17. Die Strahlen, die an den seitlichen konvexen Randabschnitten 18, 19 der Linse 6b konvergierend gebrochen werden, schneiden einander in einem Brennpunkt 20. Der Bereich 9 und die Randabschnitte 18, 19 bilden die Freiformflächen der Linse 6b.

Die zur Linse 6b gehörende Lichtverteilungskurve hat einen symmetrischen Verlauf. In der Mitte der Lichtverteilung existiert ein Maximum M_b. Von ihm aus fällt die Kurve nach beiden Seiten hin zunächst nur flach ab. Erst kurz vor dem Übergang der Randabschnitte 18, 19 der Linse 6b in die Rückseite 27 des Lichtfensters 4a nimmt die Lichtintensität rasch bis auf Null ab. Das Maximum M_b ist geringer als bei der herkömmlichen Kugellinse 6, jedoch fällt die Lichtintensität im Vergleich zur Kugel­ linse zu den Rändern hin weniger stark ab, so daß im Randbereich der Linse 6b die von der Norm geforderte Lichtintensität erreicht wird.

Die Linse 6c nach Fig. 2 hat einen asymmetrischen Quer­ schnitt. Dadurch ist auch die Lichtverteilung asymmetrisch. Der Randbereich 24 ist größer ausgebildet als der Rand­ bereich 23. Deshalb trifft auf den Randbereich 24 mehr Licht als auf den Randbereich 23. Da der Bereich 24 das Licht der rechten Hälfte der Lichtverteilung erzeugt, ergibt sich dort eine höhere Intensität und ein Maximum M_c. Ein sehr schwach gekrümmtes Flächenelement 23′ im Randbereich 23 erzeugt außerdem ein zweites Maximum M_c′ Vom Scheitel 8c aus fällt der eine Randbereich 23 stärker ab als der andere Randbereich 24. Beide Randbereiche 23, 24 der Linse 6c sind im Querschnitt jeweils konvex ge­ krümmt. Der Randbereich 23 hat eine stärkere Krümmung als der Randbereich 24. Die Randbereiche 23 und 24 sind so gekrümmt, daß die Strahlen 7 zur einen Seite der Linse 6c hin stärker gebrochen werden als zur anderen Seite. Die Strahlen 7 werden im Scheitelbereich 8c und in den Randbereichen 23, 24 jeweils konvergent gebrochen. Die vom Randbereich 24 und vom Scheitelbereich 8c ausgehenden gebrochenen Strahlen schneiden einander im Brennpunkt 25, während die vom Randbereich 23 ausgehenden gebrochenen Strahlen 26 außerhalb des Brennpunktes 25 verlaufen.

Die Lichtverteilungskurve hat ein außermittig liegendes Maximum M_c, das durch die vom Randbereich 23 und vom Scheitelbereich 8c gebrochenen Strahlen erzeugt wird. Die Lichtintensität nimmt vom Maximum M_c zum benachbarten Rand allmählich bis auf Null ab, während sie zur anderen Seite hin flacher abfällt und im Randbereich 24 das weitere Maximum M_c, hat. Dieses Maximum M_c, ist geringer als das Maximum M_c. Vom Maximum M_c, nimmt die Lichtin­ tensität nach beiden Seiten hin rasch ab.

Wie die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, lassen sich die unterschiedlichsten Lichtverteilungskurven sehr einfach durch geringfügige Änderung der Linsenform herstellen.

Das Lichtfenster 4a kann nur eine Linsenform haben. Es ist aber auch möglich, verschiedene Linsenformen, auch herkömm­ liche Linsenformen, miteinander zu kombinieren, je nach der gewünschten Lichtintensitätsverteilung.

Die Linsen sind vorteilhaft in Heckleuchten von Kraftfahr­ zeugen vorgesehen und können im Bereich des Bremslichtes und/oder des Rückfahrlichtes und/oder des Schlußlichtes auch möglich, die Linse z. B. im Scheinwerferbereich ein­ zusetzen. Für diesen Fall würde sich vorteilhaft die Linse 6c eignen. Aufgrund der verschiedenen Linsen können die Re­ flektoren, die den Glühlampen zugeordnet sind, herkömm­ liche Form haben. Sie benötigen also keine spezielle Formgebung, um die gewünschte Lichtverteilung zu erreichen.

Die beschriebenen Linsen 6a bis 6c können neben den herkömmlichen Linsen, wie Kugel-, Torus-, oder Prismen­ linsen, eingesetzt werden.

Zur Ermittlung der jeweils geeignetsten Form der Linse werden anhand der Brechungsgesetze für eine gewünschte Lichtverteilungskurve entsprechend geeignete Flächen definiert und diese Teilflächen durch eine glatte Fläche angenähert. Auf diese Weise lassen sich einfach die notwendigen Linsenformen bestimmen und herstellen.

Die Linsen können teilweise aus Nichtfreiformflächen, wie Ebene, Kugel, Kegel, Zylinder, Prisma, Torus usw. bestehen. Sie können symmetrisch, wie punktsymmetrisch, spiegel­ symmetrisch oder rotationssymmetrisch, oder teilweise symmetrisch oder völlig asymmetrisch ausgebildet sein.

Die Linsen können nur in einem bestimmten Leuchtenbereich verwendet werden, z. B. bei Kraftfahrzeugheckleuchten im Blinklichtbereich, oder sie können vermischt mit herkömm­ lichen Linsen in einem bestimmten Leuchtenbereich ein­ gesetzt werden. Sie können auch im gesamten Leuchtenbe­ reich unvermischt oder mit herkömmlichen Linsen vermischt werden.

Claims (11)

1. Leuchte, insbesondere Kraftfahrzeugheckleuchte, mit mindestens einem Reflektor, der einer Glühlampe zuge­ ordnet ist, und mit einem vor der Glühlampe liegenden, Linsen aufweisenden Lichtfenster, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (6a bis 6c) mit mindestens einer Freiformfläche (11, 12; 9, 18, 19; 23, 24) versehen ist, durch welche die Lichtintensität im Randbereich der zugehörigen Lichtverteilungskurve durch Brechung der Strahlen (7) an der Freiformfläche erhöht wird.

2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (11, 12; 18, 19; 23, 24) konvex gekrümmt verläuft.

3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (9) konkav gekrümmt verläuft.

4. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (6a, 6b) symmetrischen Querschnitt hat.

5. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (6a, 6b, 6c) zwei vom Scheitel (8, 8c) aus in entgegengesetzte Richtungen verlaufende Freiformflächen (11, 12; 18, 19; 23, 24) aufweist.

6. Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (11, 12; 18, 19) im Querschnitt spiegelbildlich gleich ausgebildet sind.

7. Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (23, 24) unterschiedlich ausgebildet sind.

8. Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (23, 24) unterschiedlich gekrümmt verlaufen.

9. Leuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (11, 12, 23, 24) über einen konvex gekrümmt verlaufenden Scheitelbereich (8, 8c) der Linse (6a, 6c) ineinander übergehen.

10. Leuchte nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformflächen (18, 19) an einen konkav gekrümmten Scheitelbereich (9) anschließen.

11. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiformfläche (11, 12; 18, 19; 23, 24) von der Rückseite (27) des Lichtfensters (4a) aus bis zum Scheitelbereich (8, 9, 8c) verläuft.