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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftfahrzeug-Scheinwerfervorrichtung,
die im Wesentlichen einen Reflektor und ein Ablenkungselement umfasst,
welche einander zugeordnet sind, und so ausgelegt ist, dass sie
ein Lichtbündel
mit einer nicht ebenen Hell-Dunkel-Grenze erzeugt. Aufgabe der Erfindung
ist es insbesondere, eine Verbesserung einer bereits existierenden
Scheinwerfervorrichtung vorzuschlagen, wobei diese Verbesserung in
der Einführung
von Änderungen
der Oberflächen des
Reflektors und/oder des Ablenkungselements besteht, um eine nicht
ebene Hell-Dunkel-Grenze des erzeugten Lichtbündels zu erzielen. Die ursprünglich als
Nebelscheinwerfer konzipierte Scheinwerfervorrichtung kann so insbesondere
als Scheinwerfervorrichtung für
Abblendlicht verwendet werden.
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Die
Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Kraftfahrzeugscheinwerfer.
In diesem Bereich sind verschiedene Scheinwerferarten bekannt, darunter
im Wesentlichen:
- – Positionsleuchten mit geringer
Lichtstärke
und Reichweite;
- – Abblendlichtscheinwerfer
mit größerer Lichtstärke und
einer Reichweite von ungefähr
70 Metern auf der Fahrbahn, die im Wesentlichen nachts verwendet
werden und deren Lichtbündel
derart verteilt ist, dass der Fahrer eines entgegenkommenden Fahrzeugs
nicht geblendet wird;
- – Fernlichtscheinwerfer
und Zusatz-Weitstrahler mit einer Sichtweite von ungefähr 200 Meter
auf der Fahrbahn, die bei entgegenkommenden Fahrzeugen ausgeschaltet
werden müssen,
um deren Fahrer nicht zu blenden;
- – weitergebildete
Scheinwerfer, so genannte Bifunktions-Scheinwerfer, die die Funktion
von Abblend- und Fernlicht vereinen und hierzu eine verschiebbare
Abdeckkappe aufweisen;
- – Nebelscheinwerfer.
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Die
erfindungsgemäße Scheinwerfervorrichtung
findet im Wesentlichen Anwendung als Abblendlichtscheinwerfer, da
sie die für
diesen Scheinwerfertyp geltenden gesetzlichen Vorschriften perfekt
erfüllt.
Bei entsprechender Änderung
der gesetzlichen Vorschriften könnte
sie jedoch auch in jeder anderen der genannten Scheinwerfervorrichtungen
Verwendung finden. Die Tatsache, dass die Erfindung in Zusammenhang
mit einem Abblendlichtscheinwerfer beschrieben wird, besagt demnach
nicht, dass ihre Anwendung auf diesen Fall beschränkt ist.
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Im
Bereich der Scheinwerfervorrichtungen unterscheidet man zwei Hauptgruppen,
die zwei verschiedenen Ausführungen
von Scheinwerferelementen entsprechen:
Die erste Gruppe umfasst
die so genannten Paraboloid-Scheinwerfer. Bei diesem Scheinwerfertyp
wird ein Lichtbündel
von einer in einem Reflektor angeordneten Lichtquelle mit kleinen
Abmessungen erzeugt. Durch Projektion der von einem geeigneten Reflektor reflektierten
Lichtstrahlen auf die Straße
kann direkt ein Lichtbündel
erzielt werden, das den verschiedenen Vorgaben der gesetzlichen
Bestimmungen entspricht. Eine solche Scheinwerfervorrichtung kann eventuell
durch eine Austrittsfläche
in Form einer Scheibe ergänzt
werden, die zum Beispiel mit Rippen versehen sein kann, um das Lichtbündel zu
verändern
und es zum Beispiel aufzufächern.
Zu dieser Scheinwerferfamilie gehören die so genannten Freiflächen- oder
Komplexflächen-Scheinwerfer,
die es ermöglichen,
unmittelbar ein Lichtbündel
mit der gewünschten
linienförmigen
Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen. Als linienförmige Hell-Dunkel-Grenze wird die Grenze zwischen
einem von der Scheinwerfervorrichtung beleuchteten unteren Bereich
und einem nicht von der Scheinwerfervorrichtung beleuchteten oberen
Bereich bezeichnet. Die präzise
Ausführung der
komplexen Oberflächen,
die zuvor sorgfältigen Berechnungen
unterzogen wurden, ermöglichen
es, im Fall eines Paraboloid-Scheinwerfers eine derartige Hell-Dunkel-Grenze
zu erzielen.
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Insbesondere
seine geringe Tiefe und seine Lichtverteilung machen die Leistungsstärke dieses Scheinwerfertyps
aus. Eine der Schwierigkeiten bei der Ausführung dieser Scheinwerfer besteht
darin, dass ihr Reflektor einen großen Anteil der von der Lichtquelle
erzeugten Lichtsignale aufnehmen muss, um ein Lichtbündel mit
ausreichender Lichtstärke
zu erzeugen. Es muss also ein Kompromiss zwischen zwei Lösungen gefunden
werden. Die erste Lösung besteht
darin, eine sehr kleine Grundbrennweite zu verwenden, um einen um
die Lichtquelle stark geschlossenen Reflektor mit geringer Breite
zu erhalten; aufgrund der – in
diesem Fall beträchtlichen – Größe der von
dem Reflektor erzeugten Abbildungen der Lichtquelle ist das Lichtbündel jedoch
zu dick und deshalb schwer beherrschbar. Die zweite Lösung besteht
darin, die Grundbrennweite zu vergrößern, der Reflektor weist in
diesem Fall jedoch große
Abmessungen in Querrichtung zur optischen Achse auf, wodurch der
kompakte Aufbau der Scheinwerfervorrichtung beeinträchtigt wird.
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Die
zweite Gruppe umfasst die so genannten Ellipsoid-Scheinwerfer. Bei
diesem Scheinwerfertyp wird ein konzentrierter Lichtfleck von einer
in einem Reflektor angeordneten Lichtquelle erzeugt. Üblicherweise
ist die Lichtquelle im ersten Brennpunkt eines Reflektors in Form
eines Rotationsellipsoids angeordnet, wobei sich der Lichtfleck
im zweiten Brennpunkt des Reflektors bildet. Der konzentrierte Lichtfleck
wird anschließend
von einer Sammellinse, zum Beispiel einer plankonvexen Linse, auf
die Straße projiziert.
Um eine Hell-Dunkel-Grenze in dem von der Vorrichtung erzeugten
Lichtbündel
zu erhalten, wird der konzentrierte Lichtfleck teilweise abgeschattet,
zum Beispiel mit Hilfe einer in der Scheinwerfervorrichtung angeordneten
Abdeckung aus Metall.
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Dieser
Scheinwerfertyp ist hinsichtlich der Aufnahme der von der Lichtquelle
erzeugten Lichtsignale besonders leistungsstark; darüber hinaus sind
seine Abmessungen in Querrichtung zur optischen Achse relativ gering,
was ebenfalls einen Vorteil darstellt. Dagegen weist dieser Scheinwerfer
eine beträchtliche
Tiefe sowie eine schwer beherrschbare Lichtverteilung auf, da kein
mit Rippen versehenes Korrekturelement das von der Linse erzeugte
Lichtbündel
korrigieren kann.
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Neben
diesen beiden Scheinwerfergruppen zeigt sich seit kurzem eine verstärkte Nachfrage
nach Scheinwerfervorrichtungen, die folgende Kriterien erfüllen:
- – Einerseits
werden manchmal Scheinwerfervorrichtungen gefordert, die nicht nur
quer zur optischen Achse einen geringen Raumbedarf aufweisen, wie
dies bei Ellipsoid-Scheinwerfern der Fall ist, sondern auch in der
Tiefe, das heißt
entlang der optischen Achse, wie dies bei Paraboloid-Scheinwerfern
der Fall ist. Keiner der Scheinwerfer der beiden soeben beschriebenen
Gruppen kann dieses erste Kriterium erfüllen, ohne hierbei seine Beleuchtungsqualität zu vermindern.
- – Andererseits
bestehen Forderungen seitens der Designer, die sich auf das äußere Erscheinungsbild
der verschiedenen Scheinwerfertypen beziehen. Die beiden beschriebenen
Scheinwerfergruppen weisen ein sehr unterschiedliches Aussehen auf:
Paraboloid-Scheinwerfer weisen eine relativ breite, meist geriffelte
Scheibe auf, und in ausgeschaltetem Zustand sind in ihrem Innenraum
der Reflektor und verschiedene Zierteile deutlich zu erkennen. Ellipsoid-Scheinwerfer zeichnen
sich durch eine glatte Scheibe aus, durch die nur eine konvexe Außenseite
der Linse, eventuell umgeben von einer passenden Zierkappe, zu erkennen
ist. Die Kombination eines Ellipsoid-Scheinwerfers und eines Paraboloid-Scheinwerfers
stellt für
manche Designer aufgrund des unterschiedlichen Erscheinungsbilds
dieser beiden Scheinwerfertypen keine befriedigende Lösung dar.
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Aus
der EP-1 225 386 ist ein Scheinwerfer bekannt, der die oben genannten
Kriterien zu erfüllen versucht.
Neben einem Reflektor und einer Lichtquelle umfasst dieser Scheinwerfer
eine im Längsschnitt oder
Querschnitt konkave oder konvexe Linse. Das Licht, das die Linse
durchquert, wird stark gebrochen, so dass der Innenraum des Scheinwerfers
kaum zu erkennen ist.
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Um
die vorstehend genannten Anforderungen zu erfüllen, wurde vor kurzem eine
besondere Scheinwerfervorrichtung vorgeschlagen, die als Basishybridscheinwerfer
bezeichnet wird. Der Basishybridscheinwerfer, obwohl aus technischer
Sicht zur Familie der Paraboloid-Scheinwerfer gehörend verfügt er jedoch
nicht über
eine Abdeckung zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze, zeichnet
sich im ausgeschalteten Zustand durch ein Aussehen aus, das sich
mehr dem Erscheinungsbild eines Ellipsoid-Scheinwerfers annähert, als
dies bei herkömmlichen
Paraboloid-Scheinwerfern der Fall ist. Die vorgeschlagene Basishybridscheinwerfervorrichtung
erzeugt im Übrigen
ein Lichtbündel
von guter Qualität.
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Das
Konstruktionsprinzip der Basishybridscheinwerfervorrichtung ist
in 1 in Form eines axialen Horizontalschnitts schematisch
dargestellt. Es ist lediglich der Aufbau einer Seitenhälfte des
Basishybridscheinwerfers dargestellt, die andere Hälfte kann
anhand derselben Informationen symmetrisch oder unsymmetrisch aufgebaut
sein. Im Folgenden wird auf ein orthonormales Bezugssystem Bezug
genommen, bei dem sich 0 im geometrischen Mittelpunkt einer Lichtquelle 10 befindet,
Y-Y die optische Achse, X-X die quer zur optischen Achse des Scheinwerfers
verlaufende Horizontalachse und Z-Z die Vertikalachse ist.
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Die
Scheinwerfervorrichtung ist im Wesentlichen von einer die Lichtquelle 10 beherbergenden Lampe,
einem Reflektor 20 und einem vor dem Reflektor 20 angeordneten
lichtdurchlässigen
optischen Ablenkungselement 30, hier Linse genannt, gebildet. Der
Reflektor 20 vermag mit der Lichtquelle 10 zusammenzuwirken,
um ein Lichtbündel
zu erzeugen, das durch eine linienförmige Hell-Dunkel-Grenze begrenzt
ist, wobei das Ablenkungselement 30 eine horizontale Auffächerung
des Lichts ohne wesentliche Veränderung
der vertikalen Verteilung des Lichts zu gewährleisten vermag. Allgemein
besteht das von einer Scheinwerfervorrichtung erzeugte Lichtbündel aus
einer Überlagerung
sämtlicher
Abbildungen der Lichtquelle nach Reflexion der von ihr auf die reflektierende
Oberfläche
des Reflektors 10 ausgesandten Lichtsignale und nach Durchquerung
der Linse 30.
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Die
Lichtquelle 10 ist axial entlang der optischen Achse Y-Y
des Reflektors 20 angeordnet, von dem eine Erzeugende 21 eine
Kurve y = f20(x) beschreibt, die nachstehend
noch erläutert
wird. Nach dem Stand der Technik existieren zahlreiche Veröffentlichungen,
die derartige Reflektoren beschreiben. Zum Beispiel kann das Dokument
DE-A-42 00 989 erwähnt
werden, das eine allgemeine Methode für die mathematische Erzeugung
derartiger Oberflächen
ausgehend von einer beliebigen horizontalen Erzeugenden näher beschreibt.
Die Linse 30 ist quer zu der Achse 0Y angeordnet und besitzt
eine Innenfläche 31 bzw.
Eintrittsfläche,
die das von dem Reflektor reflektierte Licht aufnimmt, und eine
glatte, ebene Außenfläche 32 bzw.
Austrittsfläche,
die zu der Achse 0Y senkrecht verläuft. Die Innenfläche 31 der
Linse 30 weist einen Horizontalschnitt auf, der eine durchgehende
und vorzugsweise ableitbare Kurve y = f30(x)
beschreibt, die nachstehend noch erläutert wird. Die Linse 30 erhält man,
indem eine vertikale Leitlinie entlang dieser Kurve verschoben wird, um
ihre Innenfläche
zu bilden, wobei die Linse somit zylindrisch ist. Der Reflektor 20 bzw.
die Innenfläche 31 der
Linse 30 werden in Abhängigkeit
eines gewünschten
Verhaltens hinsichtlich der Ausbreitung der reflektierten bzw. gebrochenen
Strahlen gefertigt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer solchen Basishybridscheinwerfervorrichtung
kann nach einem insbesondere in 1, 2a und 2b dargestellten
Verfahren mit den folgenden verschiedenen Schritten konzipiert werden,
die darin bestehen:
- – eine erste Abhängigkeit
festzulegen, welche bezüglich
der optischen Achse Y-Y des Scheinwerfers einen zweiten Seitenabstand
x eines Auftrefforts eines reflektierten Strahls auf einer in der Umgebung
des Ablenkungselements 30 angeordneten Bezugsgeraden mit
der Gleichung y = y1 als Funktion eines ersten Seitenabstandes x
des Reflexionsorts dieses reflektierten Strahls auf einer horizontalen
Erzeugenden des Reflektors bezüglich
derselben optischen Achse Y-Y ausdrückt; ein Beispiel dieser ersten
Abhängigkeit
ist in 2a dargestellt;
- – anhand
dieser ersten Abhängigkeit
die horizontale Erzeugende 21 des Reflektors zu bestimmen;
- – anhand
dieser horizontalen Erzeugenden abhängig von einer angestrebten
vertikalen Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels mathematisch eine reflektierende
Oberfläche
des Reflektors zu konstruieren;
- – anhand
der mathematischen Konstruktion der reflektierenden Oberfläche eine
Matrize für
die Herstellung des Reflektors mit dieser reflektierenden Oberfläche anzufertigen;
- – den
Reflektor 20 unter Verwendung der Matrize herzustellen;
- – eine
zweite Abhängigkeit
festzulegen, welche eine horizontale Winkelablenkung θ des von
dem Reflektor reflektierten Strahls bezüglich der optischen Achse des
Scheinwerfers als Funktion des ersten Seitenabstands x ausdrückt; ein
Beispiel dieser zweiten Abhängigkeit
ist in 2b dargestellt;
- – anhand
dieser zweiten Abhängigkeit
einen horizontalen Abschnitt des Ablenkungselements 30 zu
bestimmen;
- – anhand
dieses horizontalen Abschnitts die Lichteintrittsfläche 31 und
die Lichtaustrittsfläche 32 des
Ablenkungselements mathematisch zu konstruieren;
- – anhand
dieser mathematischen Konstruktion der Eintritts- und Austrittsflächen eine
Form für
die Herstellung des Ablenkungselements mit diesen Eintritts- und
Austrittsflächen
anzufertigen, und
- – das
Ablenkungselement 30 unter Verwendung der Form herzustellen.
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Im
weiteren Verlauf der Beschreibung wird, insbesondere unter Bezugnahme
auf 2a und 2b, die
halbe Breite des Reflektors 20 und der Linse 30 mit
D/2 bezeichnet.
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Die
horizontale Erzeugende des Reflektors 20 ist derart konstruiert,
dass eine vorgegebene Abhängigkeit
erfüllt
wird, für
die ein Beispiel in 2a wiedergegeben ist, die einen
Wert X(x) ergibt, der somit von der Abszisse x abhängig ist.
Der Wert X(x) entspricht einem Auftreffpunkt eines Lichtstrahls
auf einer theoretischen Geraden mit der Gleichung y = y1 in der
Ebene der 1, der in dem Punkt mit dem Wert
x der horizontalen Erzeugenden des Reflektors 20 reflektiert
wird.
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Eine
solche Abhängigkeit
ermöglicht
die Modellierung verschiedener Formen horizontaler Erzeugender.
Die ausgewählte
Abhängigkeit
ermöglicht
die Regulierung der von dem Reflektor aufgenommenen Lichtstrommenge,
indem die Art und Weise festgelegt wird, wie der Reflektor die Lichtquelle
umschließt.
In 2a weist die horizontale Erzeugende eine elliptische
Form (X(x) = 0) zwischen dem Wert 0 und dem Wert x = x1 auf. Zwischen
diesem Wert x1 und dem maximalen Wert x = D/2 verlagert sich der Auftreffpunkt
des reflektierten Strahls anschließend nach und nach zwischen
X(x) = 0 und X(x) = D/2, wobei dieser letzte Wert dem äußersten
Seitenmaß der Linse 30 entspricht.
Indem festgelegt wird, dass X(x) D/2 nicht überschreiten darf, wird sichergestellt,
dass der überwiegende
Teil, ja sogar die Gesamtheit der von dem Reflektor 20 reflektierten
Strahlung tatsächlich
die Eintrittsfläche
der Linse 30 erreicht. Die horizontale Erzeugende 21 des
Reflektors 20 verändert ihren
Verlauf ausgehend von dem Wert x1 somit allmählich von elliptisch zu parabolisch.
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2b zeigt
ein Beispiel einer Abhängigkeit, welches
die Form des inneren horizontalen Abschnitts der Linse definiert,
der durch die Kurve y = f30(x) definiert
ist. Mit Hilfe dieser Abhängigkeit
kann eine horizontale Endablenkung θ(x) festgelegt werden, die
demnach von dem Wert x abhängt,
der einem von der Erzeugenden 21 des Reflektors reflektierten
Strahl zugeordnet wird. Bei diesem Beispiel, wo den Ablenkungen
nach links üblicherweise
ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist, sind folgende unterschiedliche
Verhaltensweisen zu beobachten:
- – zwischen
den Werten 0 und x2 verläuft
die Ablenkung allmählich
von 0 zu einem Grenzwinkel –θL;
- – zwischen
den Werten x2 und x3 verläuft
die Ablenkung allmählich
von dem Höchstwert –θL nach 0;
- – zwischen
den Werten x3 und D/2 ist die Ablenkung gleich Null.
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Die
Kurven y = f20(x) und y = f30(x),
die die horizontale Erzeugende des Reflektors bzw. der Eintrittsfläche der
Linse bilden, und somit ihre gesamte dreidimensionale Form nach
den Lehren der vorstehend genannten Dokumente, können problemlos anhand der
beschriebenen Abhängigkeiten
durch ein Differentialgleichungssystem definiert werden, das dem
Fachmann bekannt ist. Die Kombination der in 2a und 2b dargestellten
Abhängigkeiten
ermöglicht
somit die Konzeption eines Reflektors und einer Linse durch Anpassung
der von dem Reflektor hervorgerufenen horizontalen Ablenkung der
Strahlung und damit der Aufnahme des von der Lichtquelle 10 erzeugten
Lichtstroms durch diesen Reflektor einerseits und der von der Linse 30 hervorgerufenen horizontalen
Ablenkung der Strahlung andererseits.
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Legt
man die folgenden in Millimeter ausgedrückten Werte zugrunde: D = 90,
y1 = 130, x1 = x3 = 30, x2 = 10 und θL =
35°, so
erhält
man einen Reflektor und eine Linse, deren Verlauf in 3 bis 6 dargestellt
ist.
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In
diesen Figuren ist die Linse, deren theoretische Form mit durchgezogenen
Linien als quadratischer Umriss dargestellt ist, mit einem kreisförmigen Umriss 33 ausgeführt, der
in 6 punktiert wiedergegeben ist. So weist die ausgeschaltete
Hybridscheinwerfervorrichtung aufgrund ihrer glatten Flächen und
aufgrund ihres kreisförmigen
Umrisses ein ähnliches
Aussehen und eine ähnliche
Form wie eine Linse auf, die üblicherweise
in Ellipsoid-Scheinwerfervorrichtungen verwendet wird. Außerdem ist
festzustellen, dass der Umriss 23 des Reflektors 20 derart
ausgeführt
ist, dass dieser keinerlei Bereiche aufweist, die das Licht zur
Außenseite
des kreisförmigen Umrisses 33 der
Linse reflektieren könnten.
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Die
beschriebene Hybridscheinwerfervorrichtung bildet demnach einen
Scheinwerfer mit kompakter Breite und Tiefe, der aufgrund des geringen Lichtsignalverlusts
im Innern der Hybridscheinwerfervorrichtung ein Lichtbündel mit
zufriedenstellender Lichtstärke
zu erzeugen vermag und ein ähnliches Aussehen
wie eine Ellipsoid-Scheinwerfervorrichtung
aufweist.
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Mehrere
Varianten, die der beschriebenen Struktur ähnlich sind, werden ebenfalls
als Basishybridscheinwerfer angesehen:
- – der Reflektor 20 und
die Linse 30 können
unterschiedliche Breiten aufweisen, wobei die Breite des Reflektors
kleiner oder gleich der Breite der Linse sein kann;
- – die
Linse kann statt einer glatten, ebenen Außenfläche und einer Innenfläche der
oben beschriebenen Ausführung
mit einer glatten, ebenen Innenfläche und einer Außenfläche der
oben beschriebenen Ausführung
oder aber mit einer Innenfläche
und einer Außenfläche, die
beide bearbeitet sind, konzipiert sein.
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Eine
der Eigenschaften der beschriebenen Basishybridscheinwerfer besteht
darin, dass sie eine ebene und zumeist horizontale linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
erzeugen. Auch wenn eine solche linienförmige Hell-Dunkel-Grenze für die Realisierung
bestimmter Arten von Scheinwerfervorrichtungen wie etwa Nebelscheinwerfer
zufriedenstellend sein mag, so genügt sie dagegen einigen gesetzlichen
Vorschriften nicht, die eine nicht ebene linienförmige Hell-Dunkel-Grenze für einige
andere Vorrichtungen vorschreiben. Dies gilt insbesondere für Abblendlichtscheinwerfervorrichtungen,
die entweder eine Stufe 70 auf einer schematisch in 7a dargestellten
Hell-Dunkel-Grenze 71 im
Bereich der optischen Achse aufweisen müssen, so dass das Lichtbündel auf
einer Straßenseite
einen höheren Bereich
beleuchtet als auf der anderen, wie es bei amerikanischen Abblendlichtscheinwerfern
der Fall ist, oder sich durch eine schematisch in 7b dargestellte
geneigte Hell-Dunkel-Grenze 72 auszeichnen, die im Bereich
der optischen Achse einen Winkel 73 von etwa 15 Grad bezüglich der
Horizontalen aufweist, jedoch nur auf einer Straßenseite, wie dies typischerweise
bei europäischen
Abblendlichtscheinwerfern der Fall ist.
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Möchte man
eine nicht ebene linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
in einem von einem Reflektor reflektierten Lichtbündel erzeugen,
geschieht dies üblicherweise
durch Drehung bestimmter Teile der Oberfläche des Reflektors. Bei der
Herstellung eines Reflektors mit einer komplexen Oberfläche, die
dazu bestimmt ist, von einer Lichtquelle erzeugte Lichtsignale derart
zu reflektieren, dass ein Lichtbündel
gebildet wird, dessen Homogenität
den Anforderungen der verschiedenen gesetzlichen Vorschriften entspricht, wobei
gleichzeitig eine linienförmige
Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels sichtbar
ist, wird nämlich
die Form und die Lage von auf dem Reflektor anzuordnenden Rippen
berechnet, um die gewünschte Homogenität zu erzielen.
Mit diesen Berechnungen werden jedoch immer ebene Hell-Dunkel-Grenzen erzielt,
so dass bestimmte Teile der reflektierenden Oberfläche des
Reflektors, insbesondere bestimmte Rippen, gedreht werden müssen, wobei
die von diesen gedrehten Teilen erzeugten Abbildungen der Lichtquelle
somit in dem von der Scheinwerfervorrichtung erzeugten Lichtbündel eine
Gruppe von Lichtstrahlen erzeugen, die eine Hell-Dunkel-Grenze bilden, die
nicht mehr eben ist und den Vorschriften für europäische und/oder amerikanische
Abblendlichtscheinwerfer zu entsprechen vermag.
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Aufgrund
der vorhandenen Linse 30 ist es nicht möglich, mit den oben beschriebenen
Basishybridscheinwerfern ebenso zu verfahren. Wie vorstehend erläutert wurde,
besteht die Funktion der Linse 30 nämlich darin, die nach Reflexion
am Reflektor 20 auf ihre Innenfläche treffenden Lichtstrahlen
horizontal aufzufächern.
Das Drehen eines Teils des Reflektors 20 würde demnach
aufgrund der von der Linse hervorgerufenen horizontalen Auffächerung
keinen Versatz auf der Hell-Dunkel-Grenze, sondern einen diffusen
Fleck auf einem Großteil
der Breite des Lichtbündels
erzeugen.
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Das
Problem der Erzeugung einer nicht ebenen Hell-Dunkel-Grenze kann
im Fall einer Hybridscheinwerfervorrichtung also nicht mit Hilfe
der Techniken gelöst
werden, die bei paraboloiden Scheinwerfervorrichtungen zum Einsatz
kommen.
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Die
Lösung
dieses Problems ist ein Gegenstand der Erfindung. Allgemein schlägt die Erfindung eine
gegenüber
den beschriebenen Basishybridscheinwerfern weitergebildete Hybridscheinwerfervorrichtung
mit einer kompakten Breite und Tiefe vor, die ein zufriedenstellendes
Lichtbündel
zu erzeugen vermag und ein ähnliches
Aussehen wie ein Ellipsoid-Scheinwerfer aufweist, wobei an diesem
weitergebildeten Hybridscheinwerfer einige Änderungen vorgenommen wurden,
um eine nicht ebene linienförmige
Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels
zu erzielen.
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Hierzu
wird im Rahmen der Erfindung eine vertikale Verkippung bestimmter
Oberflächenbereiche
des Reflektors und/oder der Linse vorgeschlagen, um die Neigung
dieser Bereiche zu verändern und
auf diese Weise einige der Abbildungen der Lichtquelle, die das
Lichtbündel
bilden, nach oben zu verschieben.
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Die
Erfindung betrifft demnach im Wesentlichen eine Scheinwerfervorrichtung
mit insbesondere einer Lichtquelle, einem Reflektor, der eine reflektierende
Oberfläche
zum Reflektieren von Lichtsignalen, die von der Lichtquelle erzeugt
werden, besitzt und eine horizontale Erzeugende aufweist, deren Verlauf
sich von elliptisch nach parabolisch verändert, und einem lichtdurchlässigen optischen
Ablenkungselement, das eine Fläche
zum Eintritt der reflektierten Lichtsignale und eine Fläche zum
Austritt der reflektierten Lichtsignale aufweist, wobei das lichtdurchlässige Ablenkungselement
vor dem Reflektor angeordnet ist, wobei der Reflektor mit der Lichtquelle
zusammenzuwirken vermag, um ein Lichtbündel zu erzeugen, das durch
eine linienförmige
Hell-Dunkel-Grenze begrenzt ist, und wobei das Ablenkungselement
eine horizontale Auffächerung der
von der Lichtquelle erzeugten und von dem Reflektor reflektierten
Lichtsignale ohne Veränderung der
vertikalen Verteilung der Lichtsignale zu gewährleisten vermag, wobei die
Scheinwerfervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie wenigstens
einen Absatz aufweist, der auf wenigstens einer der Flächen ausgebildet
ist, auf die die Lichtsignale treffen, um eine nicht ebene linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
des Lichtbündels
zu erzielen, wobei der Absatz aus wenigstens einem Prisma gebildet
ist, das auf dem lichtdurchlässigen
optischen Ablenkungselement angeordnet ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – unter
den auf dem optischen Ablenkungselement angeordneten Prismen befindet
sich wenigstens ein seitliches Prisma, das auf einem senkrechten
Seitenstreifen des optischen Ablenkungselements angeordnet ist;
- – unter
den auf dem optischen Ablenkungselement angeordneten Prismen befindet
sich ein mittleres Prisma, das auf einem senkrechten Mittelstreifen
angeordnet ist, wobei einer der Ränder des senkrechten Mittelstreifens
mit einer senkrechten Mittelachse des optischen Ablenkungselements
deckungsgleich ist;
- – eine
Basis eines jeden Prismas ist im oberen Teil eines jeden senkrechten
Streifens angeordnet, auf dem es angeordnet ist, wobei eine Spitze
eines jeden Prismas im unteren Teil eines jeden senkrechten Streifens
angeordnet ist, auf dem es angeordnet ist;
- – jedes
Prisma ist auf der Eintrittsfläche
des optischen Ablenkungselements für reflektierte Lichtsignale
angeordnet;
- – wenigstens
ein Absatz besteht in einer Verkippung eines die reflektierende
Oberfläche
des Reflektors bildenden senkrechten Streifens bezüglich eines
angrenzenden senkrechten Streifens des Reflektors;
- – unter
den auf der Oberfläche
des Reflektors ausgeführten
Verkippungen befindet sich wenigstens eine seitliche Verkippung
eines senkrechten Seitenstreifens des Reflektors;
- – unter
den auf der Oberfläche
des Reflektors ausgeführten
Verkippungen befindet sich eine mittlere Verkippung, die auf einem
senkrechten Mittelstreifen des Reflektors angeordnet ist; wobei einer
der Ränder
des senkrechten Mittelstreifens mit einer senkrechten Mittelachse
des Reflektors deckungsgleich ist;
- – jede
Verkippung eines senkrechten Streifens des Reflektors ist derart
ausgeführt,
dass die Verbindungsflächen,
die zwischen den gekippten senkrechten Streifen und den angrenzenden senkrechten
Streifen auftreten, den von der Lichtquelle erzeugten Lichtsignalen
möglichst
wenig ausgesetzt sind;
- – wenigstens
ein Absatz besteht in einem Ersetzen eines speziellen Abschnitts
der reflektierenden Oberfläche
des Reflektors durch eine paraboloide Fläche, wobei der spezielle Abschnitt
den seitlichen Enden eines Oberflächenstücks des Reflektors entspricht,
das aus dem Schnittpunkt der reflektierenden Oberfläche des
Reflektors mit dem Raum resultiert, der zwischen einer ersten horizontalen
Mittelebene des Reflektors und einer bezüglich der ersten Ebene geneigten
zweiten Ebene gebildet ist;
- – wenigstens
ein Absatz besteht in einem Ersetzen eines speziellen Abschnitts
der Eintrittsfläche der
reflektierten Lichtsignale des lichtdurchlässigen optischen Ablenkungselements
durch eine ebene Fläche,
wobei der spezielle Abschnitt den seitlichen Enden eines Oberflächenstücks der Eintrittsfläche entspricht,
das sich aus dem Schnittpunkt der Eintrittsfläche mit dem Raum ergibt, der
zwischen einer ersten horizontalen Mittelebene des Reflektors und
einer bezüglich
der ersten Ebene geneigten zweiten Ebene gebildet ist;
- – die
Neigung zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene beträgt etwa
15 Grad.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das mit
wenigstens einer Scheinwerfervorrichtung ausgestattet ist, die wenigstens
eines der soeben beschriebenen Merkmale aufweist.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung und ihrer verschiedenen Anwendungen dient die nachfolgende
Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren. Diese sind nur
beispielhaft angeführt
und schränken
die Erfindung in keiner Weise ein.
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1 die
bereits beschrieben wurde, zeigt anhand eines axialen Horizontalschnitts
eine schematische Darstellung des Konstruktionsprinzips eines Basishybridscheinwerfers;
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2a und 2b,
ebenfalls bereits beschrieben, zeigen jeweils zwei Verhaltenskurven,
die ein besonderes Ausführungsbeispiel
eines Reflektors und eines optischen Ablenkungselements darstellen,
die in einem Basishybridscheinwerfer verwendet werden;
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3 ebenfalls
bereits beschrieben, ist eine schematische Ansicht als axialer Horizontalschnitt
eines Beispiels eines nach diesem Prinzip konstruierten Basishybridscheinwerfers;
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4 ebenfalls
bereits beschrieben, ist eine schematische Ansicht als senkrechter
Axialschnitt des Scheinwerferbeispiels aus 3;
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5 ebenfalls
bereits beschrieben, ist eine Vorderansicht des optischen Elements
des Scheinwerferbeispiels aus 3 und 4;
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6 ebenfalls
bereits beschrieben, ist eine perspektivische Darstellung mit Spurlinien
des Reflektors und der Linse des Scheinwerfers aus 3 bis 5;
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7a und 7b sind
schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen linienförmiger Hell-Dunkel-Grenzen,
die mit der erfindungsgemäßen Scheinwerfervorrichtung
erzielt werden sollen;
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8a bis 8c sind
verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels der Oberfläche des
Reflektors, der Bestandteil der erfindungsgemäßen Scheinwerfervorrichtung
ist;
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9a und 9b sind
verschiedene Ansichten eines anderen Ausführungsbeispiels der Oberfläche des
Reflektors, der Bestandteil der erfindungsgemäßen Scheinwerfervorrichtung
ist;
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10a und 10b sind
verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels der Oberfläche der
Linse, die Bestandteil der erfindungsgemäßen Scheinwerfervorrichtung
ist.
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Elemente,
die mehreren Figuren gemeinsam sind, sind in den verschiedenen Figuren
mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Um
eine nicht ebene Hell-Dunkel-Grenze der in 7a dargestellten
Art zu erzielen, werden erfindungsgemäß mehrere Ausführungsbeispiele
vorgeschlagen: Bei allen Beispielen wurde die reflektierende Oberfläche des
Reflektors 20 der Basishybridscheinwerfer und/oder die
Eintrittsfläche 31 der
Linse 30 dieser Scheinwerfer geringfügig geändert.
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Auf
diese Weise erhält
man zum Beispiel einen neuen Reflektor 80, von dem ein
mögliches
Ausführungsbeispiel
in 8a (Vorderansicht des Reflektors) bis 8c in
verschiedenen Ansichten dargestellt ist. Im Rahmen solcher Änderungen
der reflektierenden Oberfläche
des Reflektors wird diese Oberfläche
mit Absätzen
versehen. Geht man davon aus, dass die reflektierende Oberfläche des
Reflektors 80 eine Aneinanderreihung mehrerer aneinander angrenzender
senkrechter Streifen ist, so bezeichnet der Begriff Absatz hier
eine Verkippung einer dieser senkrechten Streifen. Im Rahmen der
Erfindung kann man eine Verkippung eines linken senkrechten Seitenstreifens 81 vornehmen,
der dem linken Ende der reflektierenden Oberfläche des Reflektors entspricht, und/oder
man kann eine Verkippung eines rechten senkrechten Seitenstreifens 82 vornehmen,
der dem rechten Ende der reflektierenden Oberfläche des Reflektors entspricht,
und/oder man kann eine Verkippung eines senkrechten Mittelstreifens 83 vornehmen,
der einem an eine senkrechte Mittelachse 84 des Reflektors
angrenzenden Streifen entspricht.
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Durch
die Verkippung der Seitenstreifen 81 und 82 kann
in dem von dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer
erzeugten Lichtbündel
die Anhebung von kleinen Abbildungen der im Innern des Reflektors angeordneten
Lichtquelle erreicht werden, wobei diese Abbildungen eine relativ
große
Lichtstärke
aufweisen. Man erhält
auf diese Weise eine Stufe in der Art der Stufe 70 aus 7a.
Durch die Verkippung des Mittelstreifens 83 kann die Anhebung
größerer Abbildungen
der Lichtquelle erzielt werden, deren Lichtstärke jedoch geringer ist, so
dass man auf diese Weise eine linienförmige Hell-Dunkel-Grenze vom Typ
der Hell-Dunkel-Grenze 71 erhält. Der mittlere Seitenstreifen
ist unmittelbar links oder unmittelbar rechts von der senkrechten
Mittelachse 84 angeordnet, abhängig von der Seite, auf der
die linienförmige Hell-Dunkel-Grenze 71 angehoben
werden soll. Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel des Reflektors 80 beträgt die Neigung
der Seitenstreifen 81 und 82 etwa 3 Grad bezüglich der
an sie angrenzenden Seitenstreifen, wobei die Neigung des Mittelstreifens 83 etwa
1 Grad bezüglich
der an sie angrenzenden Seitenstreifen beträgt. Im Fall desselben Beispiels wird
der linke Seitenstreifen unter Beibehaltung des orthonormalen Bezugssystems
aus 1 zwischen den Abszissen –40 Millimeter und –35 Millimeter
und der rechte Seitenstreifen zwischen den Abszissen 35 Millimeter
und 40 Millimeter angeordnet, während
der Mittelstreifen zwischen den Abszissen –10 Millimeter und 0 Millimeter
angeordnet wird.
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Die
Verkippung der Streifen wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass
die Verbindungsflächen zwischen
den gekippten Streifen und ihren angrenzenden Streifen den von der
Lichtquelle erzeugten Lichtsignalen möglichst wenig ausgesetzt sind,
damit nicht zu viele Störstrahlen
in das erzeugte Lichtbündel
gelangen.
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Ebenfalls
mit dem Ziel, eine linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
der in 7a dargestellten Art zu erhalten,
wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, an Stelle von Verkippungen
der Streifen des Reflektors oder ergänzend zu diesen Verkippungen
Prismen auf der Eintrittsfläche
der Linse anzuordnen, die das optische Ablenkungselement des Scheinwerfers
bildet. Diese Prismen, die Absätze
auf der Eintrittsfläche
der Linse bilden, sind auf senkrechten Streifen der Eintrittsfläche der
Linse gegenüber
den senkrechten Streifen des Reflektors angeordnet, die gemäß den vorstehenden
Ausführungen geneigt
werden können. Üblicherweise
sind die Prismen aus demselben Material wie die Linse gefertigt und
bilden mit ihr ein Stück.
Um die linienförmige Hell-Dunkel-Grenze 71 auf
einer Seite anzuheben, ist ihre Basis auf den oberen Teil der Streifen
ausgerichtet, auf denen sie angeordnet sind. Ihre Funktion ist vergleichbar
mit der Funktion der geneigten Streifen des Reflektors: Die auf
den äußeren Seitenstreifen
der Austrittsfläche
der Linse angeordneten Prismen sind dazu bestimmt, kleine lichtstarke
Abbildungen der Lichtquelle anzuheben, um die Stufe 70 zu bilden,
wobei das auf einem Mittelstreifen angeordnete Prisma dazu bestimmt
ist, diese Stufe unter Anhebung größerer, lichtschwächerer Abbildungen
der Lichtquelle zu verlängern.
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Um
eine nicht ebene Hell-Dunkel-Grenze der in 7b dargestellten
Art zu erhalten, werden erfindungsgemäß ebenfalls mehrere Ausführungsmöglichkeiten
vorgeschlagen: Bei allen Beispielen wurde die reflektierende Oberfläche des
Reflektors 20 der Basishybridscheinwerfer und/oder die
Eintrittsfläche 31 der
Linse 30 dieser Scheinwerfer ebenfalls geringfügig geändert.
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Man
erhält
auf diese Weise zum Beispiel einen neuen Reflektor 90,
von dem ein mögliches
Ausführungsbeispiel
in 9a (Vorderansicht des Reflektors) und 9b in
verschiedenen Ansichten dargestellt ist. Im Rahmen derartiger Änderungen
der reflektierenden Oberfläche
des Reflektors wird diese Oberfläche
mit Absätzen
versehen. Diese Absätze bestehen
hier aus einem Ersetzen eines speziellen Abschnitts 91 der
reflektierenden Oberfläche
des Reflektors 90 durch eine paraboloide Fläche, wobei
der spezielle Abschnitt 91 den seitlichen Enden eines Oberflächenstücks des
Reflektors entspricht, das aus dem Schnittpunkt der reflektierenden
Oberfläche des
Reflektors mit dem Raum resultiert, der zwischen einer ersten horizontalen
Mittelebene des Reflektors und einer bezüglich der ersten Ebene geneigten zweiten
Ebene gebildet ist. Indem man auf diese Weise verfährt und
einen Winkel von K Grad, zum Beispiel 15 Grad, zwischen den beiden
Ebenen wählt,
verlagert man eine Reihe von Abbildungen der Lichtquelle, wobei
diese Abbildungen in dem speziellen Abschnitt bereits um 0 bis K
Grad geneigt sind. Man erhält
auf diese Weise eine linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
der in 7b dargestellten Art mit einem
Anhebungswinkel von K Grad. Die Abschnitte 101 können vorteilhafterweise
(eventuell links und rechts unterschiedliche) Paraboloidteile mit Brennpunkten
sein, die auf der Achse des Glühfadens
und im Innern des Glühfadens
angeordnet sind. Die Brennpunkte der linken und rechten Teile sind vorzugsweise
in der Mitte deckungsgleich oder symmetrisch versetzt. In jedem
Fall befindet sich der Brennpunkt des rechen Teils in der Rückansicht
vor dem Mittelpunkt des Glühfadens
(zur Linse hin) und der Brennpunkt des linken Teils hinter dem Mittelpunkt
des Glühfadens
(zum Reflektor hin).
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Gleichfalls
mit dem Ziel, eine linienförmige Hell-Dunkel-Grenze
der in 7b dargestellten Art zu erhalten,
wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, ergänzend zu diesen Änderungen
eine neue Linse 100 auszuführen, die geringfügige Änderungen
bezüglich
der bei den Basishybridscheinwerfervorrichtungen verwendeten Linsen
aufweist. Im Rahmen dieser Änderungen
der Innen- oder Eintrittsfläche
der Linse 100 wird diese Oberfläche mit Absätzen versehen. Diese Absätze bestehen
hier ebenfalls in einem Ersetzen eines speziellen Abschnitts 101 der
Innenfläche
der Linse 100 durch eine Fläche, die ein neutrales Diopter
bildet, zum Beispiel ein Element mit ebener Oberfläche, oder
eventuell eine Öffnung, wobei
der spezielle Abschnitt 101 den seitlichen Enden eines
Stücks
der Innenfläche
der Linse entspricht, das aus dem Schnittpunkt dieser Innenfläche mit
dem Raum resultiert, der zwischen einer ersten horizontalen Mittelebene
der Linse und einer bezüglich
der ersten Ebene geneigten zweiten Ebene gebildet ist. Indem man
auf diese Weise verfährt,
wird eine horizontale Auffächerung
der Abbildungen verhindert, die durch die Bereiche 101 des
Reflektors korrekt geneigt und platziert sind.