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Elektrischer Scheinwerfer mit einem aus mehreren Rotationskörpern
zusammengesetzten Reflektor und einer vor demselben angeordneten Blende Die Erfindung
betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der durch seine eigenartige
und zweckmäßige Ausführung nicht nur eine besonders intensive Beleuchtung der Fahrbahn
gestattet, sondern auch eine Blendung der entgegenkommenden Fahrzeugführer oder
Fußgänger völlig vermeidet.
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Es sind bereits elektrische Scheinwerfer bekanntgeworden, .deren Reflektor
sich aus mehreren Rotationskörpern zusammensetzt, vor welchen eine die aufwärts
gerichteten Strahlen abschirmende Blende angeordnet ist. Der Reflektor besteht in
diesem Falle aus einem oberhalb und einem unterhalb der durch .die Lichtquelle gelegten
Horizontalebene liegenden halben Rotationskörper, der durch Rotation einer die Lichtquelle
in einer nach vorn gerichteten Ebene allseitig - umgebenden. Leitlinie um eine durch
die' Lichtquelle horizontal nach vorn gehende Achse entstanden ist.
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Diese. bekannten Scheinwerfer haben jedoch den Nachteil, daß die von
ihnen in einem Bündel ausgeworfenen parallelen Lichtstrahlen durchweg von gleicher
Lichtintensivität sind und daher keine günstige Lichtverteilung durch zweckmäßige
Ausnutzung der Intensität gestatten. .
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Die Erfindung bezweckt, diese bekannten Scheinwerfer zu verbessern,
und zwar dadurch, ' daß sämtliche von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen
durch geeignete Reflektoren gebrochen -werden, derart, daß dieselben zum größten.
Teil in waagerechter Richtung den Scheinwerfer verlassen, während nur ein kleiner
Teil derselben nach vorn schräg abwärts auf die Fahrbahn geleitet wird, und zwar
derart, daß das Strahlenbündel nach oben scharf abgegrenzt ist, während :die Dichte
der Lichtstrahlen nach unten langsam abnimmt. Auf -diese -Weise wird es ermöglicht,
daß, die Beleuchtung da, wo sie sein soll, nämlich in der größten Entfernung vom
Fahrzeug, am intensivsten wirkt, während für die .nähere Umgebung des Fahrzeuges
infolge der kürzeren. Entfernung trotzdem eine gute Beleuchtung erzielt wird, ohne
daß entgegenkommende Personen durch den Scheinwerfer geblendet werden.
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Dies wird gemäß. der Erfindung dadurch erreicht, daß die Leitlinie
aus mehreren. Ellipsen und dem oberen Teil einer Halbparabel zusammengesetzt ist,
die in derartiger Beziehung stehen, daß erstens der größte Teil des Raumes um die
Lichtquelle von einer Ellipse umschlossen wird, welche die von der in ihrem einen
Brennpunkt befindlichen Lichtquelle ausgehenden Strahlen auf eine zweite Ellipse
wirft, von der sie mit wesentlich größerer Konzentration auf dem oberen Teil der
Parabel geleitet werden, von der sie parallel gerichtet nach außen treten, und daß,
zweitens der von der ersten
Ellipse nicht erfaßte Raum um die Lichtquelle
vollständig - bis auf den für die Lampenfassung benötigten Raum - von.:;-weiteren
Ellipsen umgeben wird, die die; auf sie treffenden Lichtstrahlen direkt bzc:.@ Über
eine weitere Ellipse auf den untexx@' Teil .der Halbparabel werfen, von wo sie parallel
mit den übrigen Strahlen nach außen treten.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat zur Folge, da.ß .die Lichtstrahlen
nicht direkt aus dem die Lichtquelle allseitig umgebenden Relektorgehäuse austreten
können, sondein durch die Reflektörwände unter mehrfacher Brechung gesammelt werden,
so daß sie in dichten geschlossenen Strahlenbündeln in waagerechter Richtung, und
zwar nach oben scharf abgegrenzt, das Gehäuse verlassen.
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Die Erfindung ist in den Abbildungen in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Längsschnitt durch den
Erfindungsgegenstand, Abb.2 eine schematische Darstellung der Strahlenbrechung im
Refllektorgehäuse, Abb.3 einen senkrechten Querschnitt nach Linie G-G durch die
aus dem Refl@ektorgehäuse austretenden Strahlenbündel, Abb. q. einen senkrechten
Querschnitt nach Linie F-F durch das Reflektorgehäuse, Abb. 5 einen waagerechten
Querschnitt durch den Erfindungsgegenstand, Abb. 6 einen senkrechten Längsschnitt
durch zwei Filterplatten, Abb.7 den ganzen Strahlenfilter in Ansicht von vorn, Abb.8
eine Darstellung des Strahlenbereiches vor dem Eintritt in den Strahlenfilter: Das
Scheinwerfergehäuse, das am Auto fest . montiert wird, besteht im wesentlichen aus
rechtwinklig zueinander angeordneten ebenen Wänden i. Im vorderen Teil verlaufen
die Seitenwände 2 nicht parallel zueinander. Der Abstand derselben ist nach vorwärts
vergrößert entsprechend der erforderlichen seitlichen Streuung des Strahlenbündels.
Oberhalb der Horizontalebene durch die Achse A-A (Abt. i) sind die Seitenwände 2
senkrecht, unterhalb - dieser Ebene aber geneigt, um eine Beleuchtung der Fahrbahn
in nächster Nähe des Fahrzeuges zu ermöglichen. Geg°n vorn ist das Gehäuse durch
eine planparallele Glasplatte 3 dicht abgeschlossen. Ein Scharnier 5 gestattet das
Öffnen eines Deckels 8 am hinteren Teile des Gehäuses zum Auswechseln der Glühbirnen
und Einstellen der Scheinwerfer usw. Im Innern des Gehäuses sind beidseitig Lager
6 fest montiert, die zur Aufnahme der horizontalen Drehachse 22 (Fig. q.) des Scheinwerfers
dienen. Der Scheinwerfer selbst besteht aus zwei Teilen, die in fester Verbindung
zueinander ;,sind.
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ii Der eine Teil wird durch den Reflektor 7 '.gebildet, den man sich
dadurch entstanden enken kann, daß die aus Ellipsenteilen und einer halben Parabel
zusammengesetzte Abb. 2 mit der Geraden A-A als Drehachse, von der Horizontalebene
durch A-A ausgehend, um 2oo° n. T. gedreht wird. Die konkaven Flächen des so entstehenden
Hohlkörpers sind reflektierende Spiegelflächen.
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Die Abb.2 hat folgende Zusammensetzung: An ein Ellipsenstück
Ei mit den Brennpunkten L und Bi folgt anschließend ein Ellip.senstück L'.
mit den Brennpunkten L und B.. Das anschließende Ellipsenstück Ei hat die Brennpunkte
Bi und BP. Der folgende Ellipsenteil E3 ist über die Brennpunkte L und B"
konstruiert, und endlich das Ellipsenstück EJ hat die Brennpunkte B4 und BP.
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Die Lichtquelle L ist zugleich der eine Brennpunkt der Ellipsen El,
E. und E3. Der Brennpunkt Bi ist den Ellipsen Ei und Ei gemeinsam. B. gehört als
Brennpunkt den beiden EllipsenE. und E.' an. Der Brennpunkt BP der Parabel P ist
gleichzeitig der zweite Brennpunkt der Ellipsen E,, E3 und E.'. Das
letzte Ellipsenstück F'.' wird durch die Drehachse A-A begrenzt. Der Brennpunkt
BP der Parabel P liegt auf der Geraden A-A, die gleichzeitig Parabelachse
ist. Die beiden Brennpunkte L und BP liegen auf der Hauptachse A-A und bleiben bei
der erwähnten Drehung der Abb.2 unverändert, während die Brennpunkte Bi und B, je
einen Halbkreis beschreiben.
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Der Gang der Strahlen ist folgender: Alle Strahlen a, die von
der Lichtquelle L auf die Ellipse E, fallen, werden nach EI reflektiert und gehen
durch den BrennpunktBi. Ei'-reflektiert diese Lichtstrahlen durch den zweigen Brennpunkt
dieses Ellipsenteiles, nämlich durch BP, auf die Parabel P, wo diese Strahlen,
weil sie durch den Brennpunkt B, der Parabel gehen, parallel zur Pafabelachse, d.
h. parallel zur Drehachse A-A, gerichtet werden. Die Strahlen b, die von der gleichen
Lichtquelle L ausgehen und auf die Ellipse E_ treffen, gehen durch den zweiten Brennpunkt
dieses Ellipsenteiles, nämlich durch B.. Auf dem Ellipsenstück E'.; werden diese
Strahlen, als von dem einen Brennpunkt B@ ausgebend, nach dem anderen Brennpunkt
BP reflektiert und somit durch die Parabel P analog den Strahlen a, parallel zur
Drehachse A-A gerichtet. Die im Sektor S3 liegenden Strahlen c werden auf der Ellipse
E3 mit den Brennpunkten L und BP auf die Parabel P reflektiert
und
verlaufen entsprechend den übrigen Strahlen a. und b parallel zur Drehachse
A-A.
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Abb. 3 zeigt den Vertikalschnitt G-Gr vor der Parabolfläche; die Lichtstrahlena
treten in einem halben Kreisring a-a mit dem Zentrum BP aus dein Scheinwerfer; m
einem kleinen Halbkreis b um den gleichen Mittelpunkt BP liegen 'die austretenden
Lichtstrählen. b, und im halben Kreisring c-c zwischen den. Flächen b und
a-a sind die austretenden Strahlen.c.
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Die Ellipse E'1. (Abb. 2) ist zwischen L. und Bp unter die Drehachs-eA-A
gezogen, um die direkten Lichtstrahlen von L nach F9 abzuschirmen und gleich den
übrigen Strahlen a durch den Brennpunkt B" zu lenken.
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Durch diese Anordnung werden sämtliche von der Lichtquelle L ausgehenden
Lichtstrahlen, mit Ausnahme. derjenigen in .dem kleinen Sektor Sl' ' liegenden,
parallel zur Achse A-A gerichtet und in den kleinen Querschnittb, c-c oder a-a zusammengenommen.
Der Nutzeffekt der Lampe wird dadurch wesentlich erhöht. Die Lampe kann kleiner
und schwächer gehalten werden.
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Eine wesentliche Bedingung besteht darin, daß die Lichtquelle genau
im Brennpunkt L sich befindet, zu welchem Zwecke eine. geeignete Reguliervorrichtung
12 vorgesehen wird.
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Aus konstruktiven Gründen ist der Reflektor an der Horizontalebene
durch die Drehachse A.-A in zwei Teile zerlegt, die durch ein Scharnier 16, das
in dieser Ebene liegt und senkrecht zu A-A steht, fest miteinander verbunden
sind. Diese Konstruktion ermöglicht ein rasches und bequemes Auswechseln der Lampen.
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Durch das Zusammendrängen der austretenden Lichtstrahlen in einen
Raum mit kleinem Querschnitt (Abb.3) wird die Konstruktion eines geeigneten . Filters
praktisch möglich.
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Dieser Filter bildet den zweiten. Teil des Scheinwerfers. Mit dem
Reflektor 7 fest verbunden ist ein Rahmen 17 (Abb. i und @), der eine Anzahl Metallplatten
18 trägt. Diese Metallplatten 18 bilden in ihrer Gesamtheit den Strahlenfilter.
Die "-erforderliche parallele Stellung dieser Platten zueinander wird mittels geeigneter
Stützen i9, die im Rahmen 17 befestigt sind, gewährleistet.
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Abb. 6 zeigt einen axialen Längsschnitt durch zwei solcher Platten
18, wobei zur Ermöglichung der Darstellung in der Zeichnung die Höhen gegenüber
den Längen im Maßstab io:i eingetragen sind.. Die feinen Doppellinien in Abb. 6
bedeuten, saß diese Flächen a .1s ebene Spiegelflächen poliert sind. Die Achsen
C-C, die in der Mitte der lichten Öffnungen h zwischen je zwei Platten verlaufen,
sind parallel zur HauptachseA-A. Die oberen Spiegelflächen 2o schneiden sich allein
einer horizontalen Linie; die am vorderen Ende der Platten durch die Achse C-C geht
und auf ihr senkrecht steht. Diese Flächen 20 verteilen sich auf die hintere Hälfte
der Länge an der oberen Fläche der Platte. Die vordere Hälfte ist mit Querrippen
2 i versehen, denen Höhe i zum gegenseitigen Abstand h in demselben Verhältnis steht
wie der Abstand A der Platten 18 zu deren halber Läge.
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Das Verhältnis h: i sei das Filterverhältnis. Die unteren Flächen
der Platten sind sämtlich in ihrer ganzen Ausdehnung als Spiegelflächen ausgebildet.
Die Dicke der Platten, die Anzahl der Flächen 2 0 und der Rippen 21 hängt
nur von der Art des verwendeten. Materials und von der Möglichkeit dessen Verarbeitung
(Walzfähigkeit) ab. Die Platten sind möglichst dünn zu halten. Die Querrippen 21
ergeben eine willkommene Querversteifung und dienen zugleich zur Aufnahme der Stützen
i9.
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Durch die. starre und parallele Anordnung des Strahlenfilters gegenüber
der HorizontalachseA-A hat der Kern des von der Parabolfläche ausgehenden Strahlenbündels,
nämlich die horizontalen Strahlen, den ungehinderten ;Verlauf.
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In Abb.6 ist das Strahlenbündel der ungebrochen aus. dem Filter austretenden
(direkten) Strahlen m-n mit punktierten Linien schraffiert. Der Strahls stellt den
Grenzstrahl dar zwischen direktem Strahl und einmal gebrochenem Strahl. Der Strahle
ist der steilste aufwärts gerichtete Strahl, dessen Austritt aus dem Filter möglich
ist; er ist dann. gegenüber der Horizontalachse um den Betrag seines Höhenwinkels
abwärts gerichtet. Der Grenzstrahl zwischen direktem Strahl und doppelt reflektiertem
Strahl ist mit f bezeichnet. In Abb.6 ist der Gang dieses -Strahles bei doppelter
Bereclmiing eingezeichnet, der direkte Strahl verläuft an der Oberfläche der unteren
Platte.
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Die vorbeschriebene Anordnung der Flächen 20 verhindert das Austreten
von Lichtstrahlen aus dem Filter, die steiler aufwärts gerichtet sind .als der letztmögliche
direkte Strahl. Der Strahl g ist der letzte mögliche abwärts fallende Lichtstrahl,
der aus dem Filter austreten kann; seine Neigung abwärts gegenüber der Horizontalachse
wird durch die Brechung verdoppelt. Der Bereich des filtrierten. Strahlenbündels
auf deiner im AbstandD vom Scheinwerfer entfernten Vertikalebene ist somit vom Schnittpunkt
der Hauptachse A-ALauf dieser Vertikalebene nach oben gleich dem Abstand D multipliziert
mit dem
Filterverhältnis, währenddem der Lichtbereich unterhalb
der Achse A-A viermal größer ist.
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Abb. 8 zeigte den Bereich der Strahlen, und zwar im linken Teil vor
dem Eintritt in den Filter, wobei die Winkel zehnmal zu groß aufgezeichnet sind,
und im rechten Teil nach dem Austritt aus dem Filter. Die Lichtstrahlen, die vor
ihrem Eintritt in den Filter gleichmäßig um die Horizontalachse C-C gruppiert sind,
werden durch den Filter, mit Ausnahme der direkten Strahlen, ausnahmslos abwärts
reflektiert, also der Bieleuchtung der Fahrbahn ;nutzbar gemacht. Das Bündel der
direkten Strahlenm-n, in der Abb.8 senkrecht schraffiert, hat nach dem Austritt
aus dem Filter eine vertikale Ausdehnung, die gleich dem doppelten Filterverhältnis
ist und symmetrisch zur Achse C-C liebt. Die aufwärts gerichteten Lichtstrahlen
d-e, in Fig.8 schief nach rechts schraffiert, werden durch den Filter gebrochen
zu einem Strahlenbündel, .das von der Achse C-C abwärts bis zum doppelten Filterverhältnis
reicht. Die abwärts gerichteten Strahlen f-g, in Abb.8 schief nach links punktiert
schraffiert, haben nach dem Austritt aus dem. Filter einen Bereich etwas unterhalb
des Filterverhältnisses beginnend und bis . zum vierfachen Filterverhältnis hinabreichend.
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Die Form des Reflektors vergibt ,eine konzentrierte Gruppierung der
Lichtstrahlen parallel zur Achse A-A. Somit sind die direkten Strahlen am dichtesten
während die Strahlenbündeld-e und 1-g von oben nach unten abnehmen. In ihrer Gesamtheit
und gegenseitigen überdecktuig verhält man somit ein Strahlenbündel, das im obersten
Fünftel die größte Dichte aufweist.
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Das den Zeichnungen und Berechnungen zugrunde liegende Filterverhältnis
von i : 8o dürfte das Geeignetste sein.. Blei einer Stellung des Scheinwerfers i
m über Boden und einer Neigung der Hauptachse um 1/$o gegen den Horizont reichen
die Schnitte der Lichtstrahlen mit einer horizontalen Fahrbahn vom Unendlichen bis
i 6 m vor den Scheinwerfer.
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Der Scheinwerfer selbst ist mit einer geeigneten Kippvorrichtung ausgestattet,
zu welchem Zweck der Rahmen, der den Reflektor und den Strahlenfilter trägt, mit
einer horizontalem. Drehachse 22 versehen ist, die in den Lagern 6 im Gehäuse i
drehbar ist.
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Die Wirkungsweise des Scheinwerfers ist folgende: Die aus dem Reflektor
7 austretenden Lichtstrahlen werden durch den Filter mit dem Verhältnis i : 8o zu
einem Strahlenbündel vereinigt, dessen größte Dichte in der Achse A-A liegt und
dessen Ausdehnung von dieser Achse aus gerechnet nach oben 8o° n.T. und nach unten
q.° n. T. beträgt. Wenn der Scheinwerfer i m über Boden. angebracht ist und die
Achse A-A um 8o° gegen den Horizont geneigt ist, so verläuft der oberste Lichtstrahl
horizontal, die intensivste Beleuchtung ist von etwa i 2o bis 6o m und nimmt ab
bis auf 16 m. Dadurch ist jede Blendung für ein Auge, das sich mehr als i
m über Boden befindet, absolut ausgeschlossen. Die ganze Fahrbahn ist bis auf eine
Distanz von mindestens i 2o m vor dem Scheinwerfer gut beleuchtet. Die Beleuchtung
ist trotz des Abnehmens der Dichte der Lichtstrahlen doch eine gleichmäßige, weil
gleichzeitig auch die Distanz abnimmt. Die Beleuchtung der nächsten Umgebung des
Scheinwerfers ist ebenfalls gewährleistet, indem in beliebiger Steilheit aufwärts
gerichtete Lichtstrahlen durch die unterste Filterplatte in abwärts gerichtete Lichtstrahlen
'von entsprechender Steilheit verwandelt werden und diesen Strahlen nur durch die
schiefe Grundplatte q. des Scheinwerfergehäuses eine Grenze gesetzt ist. Die schiefe
Stellung der Gehäuseseitenwände 2 bezweckt, daß jeder auf sie treffende Lichtstrahl
mehr oder weniger steil nach abwärts reflektiert wird. Über der Grenze der obersten
direkten Strahlen ist kein Lichtstrahl mehr möglich.
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Bei freier Fahrt wird der Scheinwerfer der Fahrgeschwindigkeit entsprechend
eingestellt. Beim Herannahen eines entgegenkommenden Fahrzeuges sind die Scheinwerfer
abwärts zu kippen, und zwar nur so weit, daß der Lenker des entgegenkommenden Fahrzeuges
nicht mehr geblendet wird. Dabei hat jeder Fahrer .seine Fahrbahn auf genügende
Distanz noch voll beleuchtet. Ein Kreuzen kann so sicher wie bei vollem Tageslichterfolgen,
da die eigenen Scheinwerfer das zu kreuzende Fahrzeug im unteren breitesten Teil
voll beleuchten.
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Kleine Schwankungen in der Längsrichtung der Fahrzeuge sind unvermeidlich.
Sie werden durch die Querwellen in der Fahrbahn hervorgerufen. Der Lenker eines
entgegenkommenden Fahrzeuges wird jedoch nur einen kurzen Moment in den Strahlenbereich
des Scheinwerfers kommen, weil der Wagen sofort wieder in seine Gleichgewichtslage
zurückkehrt. Dieser kurze Augenblick genügt aber nicht, um eine tatsächliche Blendwirkung
zu verursachen. ' Mit fortschreitender Technik (absolut ebene Fahrbahn durch Straßenfertiger,
Schwingachsen an den Autos) werden solche Gleichgewichtsstörungen bedeutend verringert.
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Bei Verwendung von Lampen mit zwei vers c 'hiede nen Glühkörpern wird
der zweite Glühkörper, der naturgemäß, nicht mehr im
Brennpunkt
L liegen kann, ein weniger intensives Licht ergeben. Mit der Vorschrift einer größten
Reichweite der Scheinwerfer von 8o m könnte sein absolut blendungsfreier Innerortsverkehr
Herreicht werden, wofür die schwächere Strahlung vollständig genügt. Die Fahrzeugführer
hätten trotzdem seine viel bessere Beleuchtung der Fahrbahn als mit den heute üblichen
abgeblendeten Scheinwerfernoder den speziellen, Stadtlichtern.
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Einer der wichtigsten. Vorzüge dieses Scheinwerfers liegt darin, daß
per bei Nebel günstig ist. Die schlechte Sicht bei Nebel ist bekanntlich eine Folge
der Blendwirkung durch Lichtreflektion in den beleuchteten Wasserteilchen. Die Sehstrahlen
dringen bei vorliegendem Scheinwerfer auf einem viel längeren Wege durch unbeleuchteten
Nebel, bis sie in das Auge dies Fahrzeuglenkex#si treffen, als dies bei den bis
jetzt üblichen Scheinwerfern der Fall ist, weshalb seine Blendwirkung ausgeschlossen
wird. Außerdem können: die Scheinwerfer mittels der Kippvorrichtung auf diejenige
Distanz eingestellt werden, die der Sichtweite durch den Nebel entspricht.