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Scheinwerferlampe, insbesondere für Automobile, mit Reflektor, Projektionslinse
und Obturator. Die Erfindung bezieht sich auf eine abgeblendete Scheinwerferlampe,
insbesondere für Automobile. Der Zweck der Erfindung ist, eine Lampe von einfacher
Bauart vorzusehen, bei welcher das parallel zu der Straßenfläche nach vorwärts gerichtete
Lichtbündel eine größtmöglichste Intensität erhält und dabei an seiner oberen Grenze
von einer scharfen Abschneide- oder Trennkante beeinflußt «-ird, so daß nicht der
geringste Teil des
Lichtes bis zu der Sichtebene der Fußgänger emporsteigen
und eine Blendwirkung hervorrufen kann. .
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Die Scheinwerferlampen für Automobile müssen einer zweifachen Bedingung
entsprechen. Erstens ist es zwecks Verhütung der Blendwirkung notwendig, daß eine
scharf bestimmte und sich nach vorwärts erstrekkende, im wesentlichen wagerechte
Trennungsebene oder Trennkante vorgesehen wird zwischen dem breiten, auf die Straßenfläche
gerichteten Lichtbündel und der unmittelbar überlagerten Dunkelheitszone, in welcher
die Sichtebene der Fußgänger einbegriffen ist. Zweitens ist es wünschenswert, den
größten Teil des von der Lichtquelle (elektrischer Glühfaden) ausgesandten Lichtes
in einem Bündel zu konzentrieren, welches annähernd in Linie mit der Lampenachse
und unmittelbar unterhalb der Ebene der Trennkante verläuft.
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Um der ersten Bedingung zu entsprechen, sind Prismen, Schirme usw.
vorn an der Lampe benutzt worden, welche jedoch den Nachteil besitzen, daß sie die
Intensität und die Durchdringungskraft vermindern, welche durch die zweite Bedingung
vorgeschrieben ist.
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Um der zweiten Bedingung zu entsprechen, ist vorgeschlagen worden,
die Lichtquelle in einem mathematischen Verhältnis zu einem Reflektor anzuordnen,
welcher die Gestalt eines geometrischen Körpers besitzt, wie Ellipsoid oder Paraboloid,
und ferner, eine vordere Projektionslinse vorzusehen, welche in mathematischem Verhältnis
zu der Lichtquelle und dem Reflektor steht und das Licht kondensiert und richtet.
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Ist eine Lampe gemäß einem optischen System ausgebaut, welches theoretisch
den beiden Bedingungen entspricht, so ist andererseits gefunden worden, daß infolge
einer bestimmten Gestalt und Größe der Lichtquelle (im Vergleich zu dem theoretischen
Lichtpunkt) oder der geringen Fehler in der Krümmung und Lage des Reflektors eine
gewisse Ungenauigkeit im Verlauf der einzelnen Strahlen im Lichtbündel eintritt,
wodurch dieselben in genügendem Maße nach aufwärts und vorwärts gelenkt werden,
um die Blendwirkung bei den Fußgängern zu bilden.
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Werden mehr komplizierte optische Systeme zwecks Beseitigung der geringen
Fehler verwendet, so sinkt die durchdringende Kraft des Lichtbündels in solchem
Maße, daß die Lampe als Scheinwerfer nicht verwendbar ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheinwerferlampe, welche
ein Lichtbündel von größtmöglichster Intensität achsial zu der Lampe bildet und
eine scharf abgegrenzte (d. h. für die praktische Verwendung in schnell fahrenden
Automobilen genügende) Trennkante besitzt, welche in einer sich nach vorwärts erstreckenden,
wesentlich wagerechten Ebene zwischen dem Lichtbündel und der übergelagerten Dunkelheitszone
verläuft. Diese Lampe enthält im wesentlichen in bekannter Weise eine Lichtquelle,
einen Hauptreflektor, eine vordere Projektionslinse und einen Obturator (d. h. einen
undurchsichtigen Körper mit einer Kante quer zu dem auf die Linse auffallenden Lichtbündel).
Bei den Scheinwerferlampen dieser Art bestand die Schwierigkeit, gleichzeitig eine
scharfe Trennung der durch die Obturatorkante erzeugten dunklen Zone und der durch
den Reflektor und die Linse konzentrierten hellen Lichtzone zu erzielen, ohne die
Lichtstärke der letzteren und ihi e Tragweite oder Wirkungsbereich in der Fahrtrichtung
zu vermindern. In der Tat war es nicht möglich, den beiden Bedingungen des möglichst
nahen Heranbringens der Obturatorkante an den Brennpunkt der Linse einerseits (zwecks
scharfer Trennung) und der Lichtquelle (zwecks möglichst geringen Lichtverlustes)
anderseits zu entsprechen, da sich diese beiden Bedingungen infolge des Glaskörpers
der Lichtquelle, z. B. der Leuchtdrähte, gegenseitig ausschließen. Gemäß Erfindung
wird dies jedoch dadurch ermöglicht, daß das von dem Hauptreflektor zurückgestrahlte
Lichtbündel der Lichtquelle zu einer hellen Zone gesammelt wird, welche dicht an
der wirksamen Kante des Obturators liegt, wobei die Linse ebenfalls in der Nähe
der Kante ihre Brennebene besitzt. Es wird auf diese Weise auf beträchtliche Entfernung
vor der Lampe eine scharf abgegrenzte Trennungsebene zwischen Licht und Dunkelheit
unmittelbar oberhalb der Zone der größten Helligkeit des Lichtbündels hergestellt.
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Der Obturator kann einen Teil eines gelochten Hilfsreflektors bilden,
welcher mit dem Hauptreflektor zusammenwirkt und das sonst verlorengehende Licht
sammelt. Da die Kante des Obturators dicht an der Stelle der Zone der Verdichtung
der von dem Hauptreflektor zurückgestrahlten Strahlen liegt, so wird das ausgehende
Lichtbündel die größte Helligkeit dicht an der Ebene der Trennkante aufweisen.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann ein par aboloidaler Reflektor
(wodurch das Licht nicht zu einem Brennpunkt gesammelt wird) und damit eire Mehrzahl
von vorderen Sammellinsen benutzt werden, von welchen jede mit eigenem Obturator
versehen ist, um die projizierten Bilder zu kombinieren oder überzülagern und die
gewünschte -Wirkung
(-ler größten Helligkeit an der praktisch gemeinsamen
Ebene der Trennkante zu erzeugen.
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Da die geeignetste Form des Lichtbündels im Querschnitt lotrecht flach
und wagerecht breit sein soll, so wird die Projektionslinse mit lotrechten Rippen
versehen, um das Licht seitlich zu zerstreuen.
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Das Licht innerhalb des ausgehenden Bündels kann beliebig nach abwärts
und auswärts abgeflacht werden. Etwas Licht wird vorzugsweise oberhalb der Dunkelheitszone
an der Sichtebene vorgesehen.
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Obgleich theoretisch entsprechend der idealen Form gemäß der Erfindung
die Projektionslinse so angeordnet sein sollte, um ein Bild des Obturators bei ungefähr
go nt zu erzeugen, ist - trotzdem verständlich, daß z. B. mit einer Linse von 12,5
cm Brennlänge eine kleine Bewegung von i bis ilJ2 mm der Linse längs der optischen
Achse einer Bewegung des Bildes entspricht, die in den Grenzen von i2 m von der
Lampe aus bis »unendlich« liegt. In der Erfindung sind derartige Grenzwerte einbegriffen.
Bei den Ausführungsformen der Erfindung fällt die Brennebene der Projektionslinse
nahezu zusammen mit der senkrechten Ebene, welche durch die zur Wirkung kommende
Kante des Obturators geht.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. reinen Mittelschnitt einer Lampe mit ellipsoidalem Hauptreflektor
und einem ähnlichen Hilfsreflektor, welcher mit der Abschneide- oder Trennkante
versehen ist.
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Abb. z ist die Endansicht und Abb.3 ein entsprechender Schnitt einer
Lampe mit zwei paraboloidalen Reflektoren mit einem gemeinsamen Brennpunkt und vier
Projektionslinsen, während Abb. q. das dadurch projizierte Bild darstellt. Abb.
5 und 6 zeigen einen Hauptreflektor von ellipsoidaler Gestalt in Vereinigung mit
einem kugelförmigen Hilfsreflektor mit der Trennkante-Abb. 7 stellt das entsprechende
Bild dar. Abb. 8 ist ein einzelner Reflektor von ellipsoidaler Gestalt in der Nähe
der Achse, wobei die Ellipse jedoch nach der Kante zu als nach außen abweichende
Kurve ausgebildet ist. Die Trennkante besteht aus einem undurchsichtigen Streifen,
welcher sich quer durch die Lampe erstreckt.
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Abb. 9 ist die Ansicht eines Bildes, und Abb. io bis 13 sind einzelne
Projektionslinsen.
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Mit Bezug auf die Abb. i ist mit R ein ellipsoidales Reflektorgehäuse
bezeichnet, das aus zwei Teilen gebildet wird, und zwar aus dem Hauptreflektor r1
und dein Hilfsreflektor y=, wobei der letztere an seinem vorderen Ende eine Öffnung
a hat, die beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein kann mit einer geradlinigen
wagerechten unteren Bewegung. Der Obturator ist vorzugsweise durch diese gerade
Kante o1 der Öffnung a gebildet oder er kann auch bei einer anderen Ausführung von
dieser Kante aus etwas abgesetzt werden, wie es in gestrichelten Linien bei 02 dargestellt
ist. Die Lichtquelle ist eine elektrische Birne B, und diese befindet sich in dem
hintersten der beiden Brennpunkte f1 und f2 des Reflektors R. Die ProjektionslinseP
.liegt so, daß ihre Brennebene die Kante des Obturators enthält, um das Licht, welches
durch die Öffnung kommt, zu sammeln und nach vorn im umgekehrten vergrößerten Bild
die Öffnung in einer beträchtlichen Entfernung vor der Lampe zu projizieren. Die
hinterste Hauptbrennebene der Linse P fällt fast mit der senkrechten Ebene zusammen,
die durch die zur Wirkung kommende Kante des Obturators geht. C ist eine Sammellinse.
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Wie oben ausgeführt, muß die Kante des Obturators scharf ausgebildet
werden, um eine Begrenzung zu erzielen. Wenn der Obturator o1 verwendet wird, wird
die untere Begrenzung des Lichtbündels, welche durch die obere Kante o3 der Öffnung
a begrenzt wird, ebenfalls gut abgegrenzt infolge ihrer verhältnismäßig nahen Lage
an der Brennebene. Wenn jedoch der Obturator o2 verwendet wird, wird die untere
Begrenzung des Lichtbündels allmählich abgestuft oder verschwommen. Beispiele der
verschiedenen Strahlen nach einer oder mehreren Rückstrahlungen, die durch die Öffnung
a herausgehen, sind in der Zeichnung dargestellt.
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An Stelle eines ellipsoidalen Hilfsreflektors kann auch ein halbellipsoidaler
Hauptreflektor verwendet werden, der mit einem Reflektor vereinigt wird, welcher
seine Strahlen nach hinten richtet. Bei dieser Ausführungsform liegt der zweite
Brennpunkt der Ellipse außerhalb der gehäuseförmigen Kammer, die durch die beiden
Reflektoren gebildet wird.
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In den Abb. 2 und 3, welche eine Stirnansicht und einen Mittelschnitt
darstellen, sind der Hauptreflektor p1 und der Hilfsreflektor beides Paraboloide
mit einem gemeinsamen Brennpunkt f1, wobei die Reflektoren koächsial zueinander
angeordnet sind. Drei öffnungen a1, a2, a3 sind vorgesehen, und es werden vier Projektionslinsen
p1, p2 ps verwendet, von denen zwei Linsen p= mit der öffnung a2 zusammenwirken.
Diaphragmen dl, trennen die optischen Systeme voneinander. Diese Diaphragmen sind
so angeordnet, daß ie mit den unteren Kanten der Obturatoren 04, 05 zusammenfallen,
welche durch
undurchsichtige Streifen gebildet sind, die sich quer
wagerecht durch die Lampe erstrecken.
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Das Licht, «-elches durch die Öffnung a' herauskommt, geht durch eine
Projektionslinse p@, um so ein umgekehrtes Bild il zu erzeugen, welches in der Abb.4
dargestellt ist. Die Linse p3 bildet in ähnlicher Weise ein Bild i3 der Öffnung
a s. Zwei Linsen p2 sind hintereinander angeordnet, um das Licht von der Öffnung
a= zu sammeln, welches so in zwei Teile zerfällt, wobei die Trennungslinie als gestrichelte
Linie r in der Abb. a dargestellt ist. Diese Doppellinsen sind so angeordnet, um
zwei Bilder i2 zu erzeugen, welche im wesentlichen übereinanderliegen. Die
optischen Achsen der verschiedenen Linsen sind so angeordnet, daß die oberen Begrenzungen
der Bilder zusammenfallen, so daß eine Zone von größerer Lichtfülle gebildet wird,
die von einer Zone geringerer Lichtfülle umgeben ist.
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Dieselbe Wirkung wird erzielt, indem jeder Obturator und sein entsprechendes
Diaphragma ersetzt wird, das etwas schräg nach oben und nach hinten zu verläuft,
so daß sein hinteres Ende die zur Wirkung kommende oder obere Kante des in der Zeichnung
dargestellten Obturators ersetzt.
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Diese Anordnung bewirkt die größte Helligkeit, angrenzend an der Ebene
der Abschneide- oder Trennkante, ähnlich derjenigen eines Reflektors, welcher das
reflektierte Licht zu einem hellen Flecken dicht an der Kante des Obturators sammelt.
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In den Abb. 5 bis 7 ist eine Anordnung dargestellt, die aus einer
Kombination eines ellipsiodalen Hauptreflektors r1 und einem kugelförmigen Hilfsreflektor
y2 besteht, der mit seiner Mitte sich im Brennpunkt f 1 des Reflektors r1 befindet.
Die Lichtquelle ist hier so dargestellt, daß sie eine gewisse Ausdehnung besitzt,
und die verschiedenen Strahlenbahnen sind in der Zeichnung dargestellt. Bei dieser
Ausführungsform wird eine Menge von über 5o Prozent des Lichtes von der Lichtquelle
ausgesandt, wobei das Licht durch die Öffnung a. tritt, nachdem es durch eine Reflexion
von dem Reflektor y-' aus beeinflußt worden ist. Das Licht fällt zuerst auf den
Reflektor r2 und wird dann nach der Reflexion vom Reflektor r1 divergierend, wie
es in gestrichelten Linien dargestellt, entsprechend der eine gewisse Ausdehnung
besitzenden Lichtquelle geleitet. Das resultierende Bild nimmt deshalb in Wirklichkeit
im allgemeinen die Form eines mittleren hellen Lichtbandes s und einer dieses Lichtband
umgebenden Zone t von geringerer Lichtstärke an. In beiden F#-illen jedoch wird
durch den Obturator o eine scharf begrenzte obere Kante erzeugt. Diese Form des
Bildes stimmt im allgemeinen mit derjenigen überein, die in Verbindung mit Motorscheinwerfern
erforderlich ist. Das mittlere helle Lichtband s kann seitlich ausgedehnt «-erden,
wenn als Lichtquelle ein gerader oder nahezu gerader, schraubenförmig gewickelter
Glühfaden Verwendung findet, dessen Achse quer zur Achse des Systems angeordnet
ist.
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Um Veränderungen der Intensität innerhalb der OOuerschnittfläche des
Strahlenbündels zu ermöglichen, kann die Form des Reflektors, wie in der Abb. ß
dargestellt, verändert werden. Bei dieser Ausführungsform ist der mittlere Teil
r' in der Nähe der Achse ellipsoidal ausgebildet, und die Lichtquelle befindet sich
im Brennpunkt f 1 der Ellipse. Die sich anschließenden Zonen r=, r3, r4, r' des
Reflektors weichen von der Ellipsenforrn ab und biegen nach außen, wobei sie jedoch
eine fortlaufende Kurve ohne Winkelbrechungen bilden. Das ganze reflektierte Licht
geht durch die Linse P und kann entsprechend geregelt werden.
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Der Obturator o liegt nahezu in der Brennebene der Linse P und ist
ebenfalls dicht an dem zweiten Brennpunkt f2 des Flächenteiles r' angeordnet. Der
Obtur ator besteht aus einem Materialstreifen, der sich quer zum Strahlenbündel
erstreckt und in geeigneter Weise vom Lampengehäuse getragen wird.
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Die Zone r2 des Reflektors ist eine Umdrehungsfläche, die durch den
Teil einer Ellipse erzeugt wird, mit ihren Brennpunkten bei f1'
f g, und die Zone r' ist konisch geformt. Die Zone r3 ist eine Kurve, welche
die Fortsetzung zwischen- den angrenzenden Zonen bildet. Bei dieser Ausführungsform
wird die kleine Lichtmenge, die zwischen die Zone y' und die Kanten der Projektionslinse
fällt, vernachlässigt. Die Konstruktion projiziert ein Bild der belichteten Ebene
x, so daß ein helles mittleres Strahlenbündel mit einer dieses umgebenden Zone von
sich stark verringender Intensität erzeugt wird. Der Obturator braucht sich nicht
über die ganze Breite der Lampe zu erstrecken, vorausgesetzt, daß der helle mittlere
Teil des Bündels entsprechend der Sichtlinie der Fußgänger versperrt ist. Die lotrechte
Höhe des Obturators kann gering sein, so daß etwas Oberlicht gebildet wird. Der
Obturator ist vorzugsweise an der Rückseite versilbert. Der Reflektor kann von dem
Ansatz der ellipsenförmigen Kurve des Mittelteils nach innen gebogen werden.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann eine elektrische Birne Verwendung
finden, bei welcher die ganze Wand oder ein Teil derselben eine ellipsenförmige
oder kugelförmige Form hat, indem ferner die Versilberung eines geeigneten Teiles
der Wand einen Teil des Reflektorsystems selbst bilden kann.
In
der Abb. g ist in ausgezogenen Linien die allgemeine Form eines Bildes dargestellt,
welches durch die in der Abb. 8 veranschafilichte Konstruktion erzeugt wird. In
diesem Bild ist mit s ein mittleres helles Lichtband bezeichnet, das von einer Zone
t geringerer Leuchtkraft umgeben ist. In Verbindung mit Automobilscheinwerfern ist
es von Vorteil, beide Teile des Bildes seitlich auszudehnen. Dieses kann durch Veränderung
der Projektionslinse erfolgen. Diese Wirkung wird erzielt durch Vereinigung einer
zylindrischen Linse mit einer kugelförmigen Linse, indem beispielsweise der Projektor
mit einer kugelförmigen und einer zylindrischen Fläche ausgerüstet ist, oder indem
torische Flächen für die Korrektur der Aberration vorgesehen sind. An Stelle eines
einzelnen Zylinders können eine Anzahl von Zylindern p3, p4 v erwendet werden, wie
es in den Abb. io bis 13 dargestellt ist. Das durch solche Linsen erzeugte Bild
ist in gestrichelten Linien in der Abb. g veranschaulicht: Das Bild des Obturators
o ist ebenfalls, wie in gestrichelten Linien dargestellt, ausgedehnt, und die Wirkung
der Streifenbildung wird verringert. Bei den oben beschriebenen Konstruktionen ist
keine besondere Anordnung berücksichtigt worden, um das Licht direkt von der Lichtquelle
ohne Reflexion zu benutzen, da diese Anordnung praktisch bei Automobilscheinwerfern
nicht in Frage kommt.
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Die Erfindung kann sich auch auf andere Lampen als auf Motorscheinwerfer
erstrecken; beispielsweise kann die Erfindung auf Lampen für Lokomotiven Verwendung
finden, die in Landstrichen fahren, wo Wild oder andere Hindernisse die Strecke
versperren. Unter derartigen Bedingungen ist die das Blenden verhindernde Wirkung
weniger wichtig, jedoch werden die Augen des Führers weniger durch die bei Nebel
oder Sprühregen erfolgende zurückwerfende Wirkung des Lichtes beeinflußt, wodurch
die Sichtbarkeit vergrößert wird. Die Entfernung kann auch auf Lampen Anwendung
finden, die in Leuchttürmen und Schiffen gebraucht werden oder für irgendeinen anderen
Zweck, wo eine einwandfreie Begrenzung des Lichtstrahlenbündels angebracht erscheint.