DE69517272T2

DE69517272T2 - Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem eine komplexe Oberfläche aufweisenden Reflektor

Info

Publication number: DE69517272T2
Application number: DE69517272T
Authority: DE
Inventors: Stefania Masuelli; Sergio Zattoni
Original assignee: Automotive Lighting Italia SpA
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Italy SpA
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: IT1266928B1; EP0703403A1; EP0703403B1; ES2146690T3; DE69517272D1; ITTO940733A0; ITTO940733A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Scheinwerfer für Straßenfahrzeuge, insbesondere auf einen Abblendlicht- oder Nebelscheinwerfer, der einen Reflektor mit komplexer Oberfläche in Verbindung mit einem prismenartigen optischen System aufweist.
Vom Gesetz wird gefordert, daß Fahrzeugabblendlicht- und/oder Fahrzeugnebelscheinwerfer den Strahl unterhalb einer idealen sogenannten Trennlinie konzentrieren, um ein Blenden entgegenkommenden Verkehrs zu vermeiden. Beispielsweise bezieht sich das französische Patent Nr. 2 536 502 auf ein Straßenfahrzeug-Abblendlicht, das einen einen Reflektor und eine Lichtquelle enthaltenden Körper sowie eine ptismenartige Linse, die sich vor dem Reflektor befindet und den Körper verschließt, umfaßt. Im Gegensatz zu einer einzelnen reflektierenden, rotationssymmetrischen Oberfläche wie etwa einer parabolischen oder elliptischen Oberfläche, wie sie normalerweise verwendet wird, ist der Reflektor durch eine komplexe Oberfläche definiert, die durch die nahtlose Verbindung reflektierender Oberflächen unterschiedlichen Typs, die durch unterschiedliche Gleichungen definiert sind, gebildet ist. In dem fraglichen französischen Patent umfaßt die komplexe Oberfläche zwei parabolische Oberflächenabschnitte, die zueinander den gleichen Winkel bilden wie jener, der durch die Bestimmungen für die Trennlinie gefordert ist; und zwei Abschnitte einer nicht rotationssymmetrischen Oberfläche, die durch eine mathematische Gleichung beschrieben wird und einerseits die Verbindung der beiden parabolischen Abschnitte schafft und andererseits in Verbindung mit den optischen Linsenprismen die Aufnahme und die Verteilung des von der Quelle ausgesendeten Lichts in einen Winkel von 360º um die Quelle ermöglicht.
Im Vergleich zu früheren bekannten Scheinwerfern, bei denen die Trennung mittels einer Abblendabschirmung erzielt wird, die eine Reflexion eines Teils des von der Quelle ausgesendeten Strahls verhindert, ermöglicht der Abblendstrahl gemäß dem obigen französischen Patent die Ausnutzung des gesamten von der Quelle ausgesendeten Lichts, was im Gebrauch beispielsweise die Verwendung schwächerer Lampen (die weniger verbrauchen und weniger Wärme abgeben) oder kleinerer Reflektoren für eine gegebene Helligkeit des Strahls ermöglicht. Andererseits kann jedoch eine optimale Verteilung des Strahls nicht geschaffen werden. Mit anderen Worten, die komplexe obere Oberfläche des obigen Patents ermöglicht die Erzeugung eines Strahls, wie er gesetzlich gefordert wird, die Notwendigkeit einer nahtlosen Verbindung der verschiedenen Abschnitte der reflektierenden Oberfläche begrenzt jedoch ernsthaft die erzielbare Verschiedenartigkeit der Lichtverteilung.
Das Europäische Patent Nr. 0 373 065 bezieht sich auf eine Verbesserung des früheren Scheinwerfers, wobei die Gleichung zweier gegenüberliegender Zwischenabschnitte der komplexen reflektierenden Oberfläche so modifiziert ist, daß die reflektierende Oberfläche im wesentlichen vertikal in drei spezielle, miteinander verbundene Abschnitte unterteilt ist, wovon jeder die Verteilung des reflektierten Strahls in einer vorgegebenen Ebene schafft. Obwohl dies im Vergleich zu dem französischen Patent tatsächlich eine Verbesserung der Verteilung des Strahls schafft, kann die komplexe Oberfläche des Reflektors gemäß dem europäischen Patent dennoch keine zufriedenstellende Lösung für das Problem liefern.
Das Problem wird weiter verschärft durch die Tendenz, daß aus Gründen des Designs die meisten modernen Fahrzeugscheinwerfer stark geneigte Linsen aufweisen, in denen nur schwer hochgradig prismenartige Abschnitte für die Korrektur und die Optimierung der Verteilung des vom Reflektor erzeugten Strahls gebildet werden können.
Auch andere komplexe Oberflächen bekannter Art, beispielsweise des Typs, der in EP-A-0 084 943 offenbart ist (in dem wenigstens ein Teil der Oberfläche durch Translation einer Basiskurve erzeugt wird, um eine Zunahme der horizontalen Lichtverteilung zu schaffen), erlauben keine vollkommen effektive Lösung für diese Probleme.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fahrzeugscheinwerfer zu schaffen, der einen durch eine komplexe Oberfläche definierten Reflektor aufweist, um die Verteilung des reflektierten Strahls zu optimieren, und gleichzeitig eine im wesentlichen nahtlose Oberfläche gewährleistet, um die Massenproduktion des Reflektors zu vereinfachen, der ermöglicht, das von der Quelle ausgesendete Licht in einem Winkel von 360º um die Quelle auszunutzen, und die Quelle ausgerichtet auf die optische Achse des Scheinwerfers hält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1 zum Erzeugen eines Abblendlichts- oder Nebellichtstrahls, der voll ständig unter einer Trennlinie konzentriert ist, um ein Blenden entgegenkommenden Verkehrs zu verhindern, geschaffen.
Dadurch und möglicherweise auch durch Korrigieren der Lichtverteilung des Reflektors unter Verwendung geeigneter Linsenprismen ist es möglich, einen Reflektor mit einer im wesentlichen nahtlosen und daher in einer Massenproduktion einfach herzustellenden reflektierenden Oberfläche zu erhalten, die jedoch die maximal mögliche Lichtmenge von der Quelle (die vorzugsweise aus dem Glühfaden einer Glühlampe besteht) aufnehmen kann und gleichzeitig das Licht nicht nur in Übereinstimmung mit den Vorschriften, sondern außerdem in der Weise verteilen kann, daß die Sicht im Vergleich zu derzeit auf dem Markt befindlichen Scheinwerfern wirksam verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil des Scheinwerfers gemäß der Erfindung ist die Verbesserung des Erscheinungsbildes, indem die Verwendung "abgeflachter" Reflektoren ohne Beeinträchtigung der Lichtverteilung ermöglicht wird und die Anzahl der erforderlichen Linsenprismen - insbesondere dort, wo die Linsen aus Gründen des Designs stark geneigt sind - verringert wird, was außerdem für reduzierte Herstellungskosten sorgt.
Nun wird eine nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
Fig. 1 eine perspektivische schematische Ansicht eines Fahrzeugscheinwerfer-Reflektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht des Reflektors nach Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht eines Scheinwerfers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
die Fig. 4, 5 und 6 schematisch verschiedene Schritte bei der Konstruktion der reflektierenden Oberfläche des Reflektors nach Fig. 1 zeigen;
die Fig. 7 bis 13 die Verteilung der von den verschiedenen Sektoren des in Fig. 1 gezeigten Reflektors erzeugten reflektierten Bilder auf einem Schirm in einem Abstand von 25 m zeigen;
Fig. 14 die Verteilung der von dem Reflektor nach Fig. 1 erzeugten reflektierten Bilder als Ganzes auf einem Schirm in einem Abstand von 25 m zeigt.
In der beigefügten Zeichnung und insbesondere in Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Scheinwerfer für Straßenfahrzeuge zur Erzeugung eines Abblend- oder Nebellichtstrahls, der, wie bekannt ist, dadurch ausgezeichnet ist, daß er vollständig unter einer Trennlinie 2 (die in den Fig. 9 bis 12 in bezug auf einen Abblendlichtstrahl durch die Strichlinie gezeigt ist) konzentriert ist, um ein Blenden anderer Kraftfahrer zu verhindern.
Der Scheinwerfer 1 umfaßt eine Lichtquelle 3, die beispielsweise aus dem spulenförmigen Glühfaden einer Glühlampe mit Länge Lf (Fig. 4) besteht; einen Reflektor 5; eine Prismenlinse 6 vor dem Reflektor 5; und ein becherförmiges Gehäuse 8 (das in Fig. 3 nur teilweise gezeigt ist), das den Reflektor 5 und die Quelle 3 enthält und am offenen Ende durch die Linse 6 fluiddicht verschlossen ist. Genauer ist der Scheinwerfer 1 von dem Typ, bei dem im Gegensatz zu einer speziell geformten Abblendabschirmung, die weggelassen ist, die Trennlinie 2 durch die besondere Lichtverteilung definiert ist, die durch den Reflektor 5 geschaffen wird, der mittels seiner reflektierenden Oberfläche 7 gegenüber der Linse 6 das von der Quelle ausgesendete Licht in einem Winkel von 360º um die Quelle 3 aufnimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Quelle 3 streng koaxial auf die optische Achse Ao des Scheinwerfers ausgerichtet und erstreckt sich längs der optischen Achse ausgehend von einem Punkt Pf (Fig. 3 und 4), der einen beliebigen Brennpunkt bildet, anhand dessen die Oberfläche 7 geformt wird, wie später erläutert wird. Genauer ist der Brennpunkt Pf durch die theoretische Position auf der optischen Achse Ao der ersten Windung (nicht im einzelnen gezeigt) des Glühfadens 3 auf der dem Reflektor 5 zugewandten Seite gegeben; außerdem kommen äußerst enge Toleranzen für den Einsatz der Quelle 3 in bezug auf den Reflektor 5 zur Anwendung, die gleich einem Drittel der Höhe des Glühfadens 3 in bezug auf die maximal zulässige radiale Abweichung zwischen der optischen Achse Ao und dem Zentrum des Glühfadens 3 und gleich einem Fünftel der Länge Lf des Glühfadens 3 in bezug auf die maximal zulässige axiale Abweichung zwischen dem Punkt Pf und der ersten erleuchteten Windung des Glühfadens 3 sind.
Um eine Aufnahme des vom Glühfaden 3 ausgesendeten Lichts in einem Winkel von 360º zu ermöglichen und um gleichzeitig den reflektierten Strahl unter einer Trennlinie 2 zu projizieren, weist der Reflektor 5 eine komplexe reflektierende Oberfläche 7 auf, d. h. eine Oberfläche, die eine Anzahl von Sektoren umfaßt, die alle miteinander im wesentlichen nahtlos verbunden sind, wovon jedoch jede eine (reflektierende oder ablenkende) Oberfläche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften im Vergleich zu den Oberflächen der angrenzenden Reflek toren definiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist keine der Komponentensektoren der reflektierenden Oberfläche 7 durch eine rotationssymmetrische Oberfläche definiert, außerdem weisen in Verbindung mit dieser Eigenschaft die meisten Sektoren Oberflächen auf, die durch Translation einer erzeugenden Basiskurve erzeugt werden.
In dem gezeigten nicht beschränkenden Beispiel (Fig. 2) umfaßt die reflektierende Oberfläche 7 des Reflektors 5 sieben Sektoren: zwei obere seitliche Sektoren 9 und 10, die auf jeder Seite der optischen Achse Ao auf die obere Kante 11 des Reflektors 5 ausgerichtet sind; zwei untere seitliche Sektoren 13 und 14, die auf jeder Seite der optischen Achse Ao auf die untere Kante 15 des Reflektors 5 ausgerichtet sind und sich jeweils unter den Sektoren 9 bzw. 10 befinden; zwei dazwischenliegende seitliche Abschnitte 19 und 20, wovon sich der erste zwischen den Sektoren 9 und 13 befindet und diese verbindet und der zweite zwischen den Sektoren 10 und 14 befindet und diese verbindet; sowie einen mittigen Sektor 21, der auf die optische Achse Ao zentriert ist, sich über die gesamte Höhe Htot des Reflektors 5 erstreckt (Fig. 6) und die Sektoren 9, 19, 13 längs der Seite 22 des Reflektors 5 mit den gegenüberliegenden Sektoren 10, 20, 14 längs der gegenüberliegenden Seite 23 des Reflektors verbindet.
Der Reflektor 5 kann selbstverständlich abweichend von dem in der beigefügten Zeichnung gezeigten nicht beschränkenden Beispiel geformt sein, in dem Sinn, daß die Kanten 11, 15 und die Seiten 22, 23 irgendeine, sogar unterschiedliche Länge besitzen können und geradlinig, gekrümmt oder anders geformt sein können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind sämtliche der obigen Sektoren mit Ausnahme der dazwischenliegenden seitlichen Sektoren 19 und 20 durch jeweilige unterschiedliche Oberflächen definiert, die durch Translation einer erzeugenden Basiskurve - die in einer ersten Ebene definiert ist - längs einer unterstützenden Kurve - die in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene definiert ist - definiert sind. In der Praxis sind die Sektoren 9, 10, 13 und 14 und 21 sämtlich durch Oberflächen definiert, die erzeugt werden durch Translation von in horizontalen Ebenen liegenden Bögen eines Kreises 25 (Fig. 5) längs zweier Parabelzweige 26 (Fig. 4), wovon sich einer oberhalb der optischen Achse (Fig. 4) und der andere unterhalb (nicht gezeigt) befindet und die beide in der vertikalen Ebene durch die optische Achse Ao liegen. Andererseits sind die seitlichen Zwischensektoren 19 und 20 durch Oberflächen definiert, die durch eine Polynom gleichung vierten Grades beschrieben wird, die, wie deutlich werden wird, aus einer Gleichung für eine sphärische Oberfläche abgeleitet ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, werden die beiden Parabelzweige 26, die als Basiskurve für die Translation der Bögen 25 dienen, längs ihrer Erstreckung vorzugsweise allmählich nach oben und/oder zur Außenkante 27 des Reflektors gedreht, so daß die Basiskurve, längs derer die Translation der Bögen 25 erfolgt, gegenüber der Parabel 26 eine modifizierte Parabel 28 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Geometrie der die Oberflächen definierenden Sektoren 9, 10, 19, 20, 13, 14 und 21 in der Weise gewählt, daß jeder Sektor eine vorgegebene Verteilung der Bilder erzeugt, die von ihm reflektiert werden, wenn sie bei einem vorschriftsmäßigen Test auf einen Schirm in einem Abstand von 25 m projiziert werden. Genauer sind die seitlichen Zwischensektoren 19 und 20 des Reflektors 5 so geformt, daß sie die reflektierten Bilder ausschließlich unterhalb der optischen Achse Ao verteilen, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, so daß der vom Scheinwerfer 1 ausgesendete Strahl unter der Trennlinie 2 zentriert ist.
Ebenso sind der obere seitliche Sektor 9 und der untere seitliche Sektor 14, der dem Sektor 9 in bezug auf den mittigen Sektor 21 diagonal gegenüberliegt, so geformt, daß eine breitere Verteilung des Strahls geschaffen wird und der Strahl auf jeweilige entsprechende erste Prismensektoren 30 der Linse 6 (in Fig. 3 schematisch gezeigt) gerichtet wird, die sich ungefähr auf der inneren Fläche der Linse 6 befinden, die dem Reflektor 5 zugewandt ist; in Verbindung mit dem Entwurf der Sektoren 9 und 14 sind die Prismensektoren 30 ihrerseits (unter Verwendung bekannter Techniken) so geformt, daß die von den Sektoren 9 und 14 reflektierten Bilder wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt verteilt werden, d. h. in der Weise, daß ein schräger Abschnitt 2a der Trennlinie 2 definiert wird, oder mit anderen Worten in der Weise, daß die 15-Grad-Lichtverteilung erzielt wird, die für die Trennlinie des Abblendlichtstrahls typisch ist.
Ebenso ist ein horizontaler Abschnitt 2b der Trennlinie 2 durch die in den Fig. 11 und 12 gezeigte Bildverteilung definiert, die gemäß der vorliegenden Erfindung durch Sektoren 10 und 13 erhalten wird, d. h. durch den oberen seitlichen Sektor gegenüber dem Sektor 9 und durch den unteren seitlichen Sektor, der sich diesem in bezug auf den mittigen Sektor 21 diagonal gegenüber befindet, sowie durch jeweilige entsprechende zweite Prismensektoren 33 der Linse 6 (die in Fig. 3 schematisch gezeigt sind).
Schließlich ist der mittige Sektor 21 so geformt, daß das Licht mittig und unterhalb der optischen Achse Ao verteilt wird, um die in Fig. 13 gezeigte Lichtverteilung zu erzielen, die gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sicht für mit dem Scheinwerfer 1 ausgerüstete Fahrzeuge schafft. Auf einem Schirm in einem Abstand von 25 Metern vom Scheinwerfer 1 ist daher die optische Verteilung der vom Reflektor 5 reflektierten und neu verteilten Bilder, die möglicherweise ferner durch die Prismensektoren 30 und 33 korrigiert werden, wie in Fig. 14 gezeigt gegeben, woraus hervorgeht, daß eine stark verbesserte Sicht durch die Konzentration des Lichts präzise vor dem Scheinwerfer geschaffen wird.
Was die tatsächliche Konstruktion betrifft, werden zunächst die Sektoroberflächen des Reflektors 5 computergestützt entworfen (CAD); die sich ergebenden Zeichnungen werden komplett mit sämtlichen punktweise berechneten Abmessungen direkt an Produktionsmaschinen (CIM) für die spanabhebende Bearbeitung von Stempeln aus geeignetem Material geschickt; außerdem wird der Reflektor 5 anschließend unter Verwendung herkömmlicher Techniken aus Kunststoff mittels Druckguß hergestellt (oder aus Metallblech gezogen).
Gemäß einem vollkommen neuen Verfahren, das ebenfalls einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, besteht der erste Schritt der Bildung der Oberfläche 7 des Reflektors 5 in einer beliebigen Erstellung einer optischen Achse und eines Brennpunkts auf der optischen Achse, um den die erforderliche Oberfläche unter Verwendung einer "Umkehr"-Technik konstruiert wird. Gemäß der Erfindung wird die Achse des Glühfadens der gewählten Lichtquelle 3, z. B. einer Glühlampe mit vorgegebener Leistung, als fiktive optische Achse Ao gewählt; außerdem wird der Punkt, der der Position auf der optischen Achse Ao entspricht, die die erste Windung des Glühfadens 3 auf der dem Reflektor 5 zugewandten Seite einnimmt, als Brennpunkt Pf gewählt. Wie bereits erwähnt worden ist, muß, da das gesamte Konstruktionsverfahren auf den obigen Parametern basiert, die Quelle 3, sobald der Reflektor 5 gebildet ist, äußerst genau in bezug auf diesen und streng innerhalb der obenerwähnten Toleranzen montiert werden.
Sobald die optische Achse Ao und der Brennpunkt Pf erstellt und gezeichnet worden sind, wird die Brennweite der beiden Parabolzweige 26, die als die Basiskurven verwendet werden, berechnet, wobei die Brennweite eine eineindeutige Bestimmung der Parabeln ergibt, die dann gezeichnet werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Brennweite der beiden Parabeln 26 gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
(I) FP1 = Pf - C und
(II) FP2 = Pf+Lf+C
wobei FP1 die Brennweite des ersten Parabelzweigs 26 oberhalb der optischen Achse Ao ist (Fig. 4); FP2 die Brennweite eines zweiten Parabelzweigs 26 (nicht gezeigt) unterhalb der optischen Achse ist; C eine von den Bearbeitungstoleranzen abhängende Konstante ist; Lf die axiale Länge des Glühfadens 3 ist; und Pf der axiale Ort des Brennpunkt wie definiert ist.
An dieser Stelle wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Lichtverteilung der Krümmungsradius der Bögen der Sektoren 9, 10, 13, 14 und 21 berechnet.
Genauer und wie in Fig. 5 gezeigt wird für die Erzeugung der Oberflächen der Sektoren 9, 10, 13 und 14 die jeweilige unterstützende Parabel 26 (die obere für die Sektoren 9 und 10 und die untere für die Sektoren 13 und 14) in der horizontalen Ebene bis zu einer Breite aufgetragen, die gleich derjenigen des zu erzeugenden Sektors ist, wobei die Parabel zwischen denselben Grenzpunkten (PI) durch einen Bogen mit einem gemäß der folgenden Gleichung berechneten Radius ersetzt wird:
wobei X2 und Y2 die Koordinaten des Punkts PI2 (Fig. 5) sind; und Xc und Yc die Koordinaten des Zentrums des Umfangs sind, die durch die folgenden Gleichungen gegeben sind:
(V) Yc = Mun · (Xc - Xn)+Yn
wobei X1 und Y1 die Koordinaten des Punkts Pl&sub1; sind; Xn und Yn die generischen Koordinaten irgendeines Punkts auf dem Umfang zwischen den Punkten PI sind; Mun der Winkelkoeffizient der geraden Linie ist, die die Punkte PI verbindet; und MM1-2 der Winkelkoeffizient der geraden Linie ist, die den Winkel halbiert, der zwischen der geraden Linie, die den Punkt PlS mit dem Glühfaden 3 verbindet, und der geraden Linie, die den Punkt Pl&sub2; mit einem entsprechenden Punkt verbindet, auf den der Punkt Pl&sub2; auf einem Schirm in einem Abstand von 25 m vom Scheinwerfer projiziert wird, gebildet wird.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, können offensichtlich verschiedene Bögen 25 mit unterschiedlichen Radien, z. B. die Bögen 25a und 25b, zwischen dieselben Punkte PI eingesetzt werden, so daß sich ein weiter Bereich unterschiedlicher Lichtverteilungen ergibt, da die geometrischen Beschränkungen des bisher beschriebenen Konstruktionsverfahrens minimal sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, einen Reflektor 5 zu schaffen, bei dem der Radius der Bögen der Sektoren 9 und 14 derart ist, daß ein extrem weiter Strahl erzeugt wird, der mit Hilfe geeigneter Prismensektoren der Linse 6 verwendet werden kann, um einen Nebellichtstrahl anstelle eines Abblendlichtstrahls zu erzeugen.
Sobald ein entsprechender Bogen 25 für jeden Sektor 9, 10 und 13, 14 gezeichnet worden ist, werden durch Translation einer Bögen 25 längs der beiden Parabelzweige 26 die die Sektoren definierenden Oberflächen gebildet. Da es sich hierbei um eine einfache mathematische Operation handelt, kann ein CAD- System offensichtlich jede Oberfläche Punkt für Punkt schnell zeichnen und die für die Produktion erforderlichen Abmessungen liefern.
Sobald die Oberflächen der Sektoren 9, 10, 13 und 14 wie oben beschrieben definiert worden sind, werden die Oberflächen der Sektoren 19, 20 und 21 in der Weise definiert, daß eine im wesentlichen nahtlose (d. h. stufenlose) Verbindung zwischen der einen Sektor definierenden Oberfläche und derjenigen, die einen weiteren Sektor definiert, erzielt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Oberflächen der Sektoren 19 und 20, die in vertikaler Richtung obere seitliche Sektoren 9 und 10 mit unteren seitlichen Sektoren 13 und 14 verbinden, gemäß der folgenden Gleichung definiert:
(VI) a + b · X + c · X² + d · X³ + e · X&sup4; + f + g · Y + h · Y² + I · Y³ + m · Y&sup4;
Dies ist eine Polynomgleichung vierten Grades, die durch Einsetzen der Werte Punkt für Punkt die Abmessungen der Oberflächen ergibt und folgendermaßen erhalten wird (Fig. 6):
- zunächst wird der Radius eines weiteren in der horizontalen Ebene durch die optische Achse Ao anzuordnenden Bogens unter Verwendung von Gleichung (III) definiert;
- dieser Bogen wird in idealer Weise um die optische Achse Ao um einen Winkel gedreht, der gegeben ist durch die Gleichung:
(VII) αmin = αmax = arctan Htot/Ltot
wobei Htot und Ltot die maximale Höhe bzw. die maximale Breite des Reflektors 5 sind, um zwei Abschnitte der (fiktiven) rotationssymmetrischen Oberfläche 40, die in Fig. 6 gezeigt ist, zu erhalten, die offensichtlich die Gleichung einer Kugel erfüllt; und
- dann wird die Gleichung modifiziert und unter der Vorgabe gelöst, daß eine nahtlose oder stufenlose Verbindung mit den Oberflächen der Sektoren 9, 13 bzw. 10, 14 erzielt wird.
Die obige Bedingung ergibt den Wert der Koeffizienten a-m, die in der Gleichung (VI) verwendet werden, wie bekannt ist und ausführlicher in "Mathematics" von Stephen Wolfram, erschienen bei Addison-Wesley, beschrieben ist, wobei der Inhalt hiervon durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Schließlich wird die Oberfläche des Mittelsektors 21 in der gleichen Weise wie für die Sektoren 9, 10 und 13, 14 definiert, indem zunächst unter Verwendung von Gleichung (III) und in Abhängigkeit von der erforderlichen Lichtverteilung der Krümmungsradius eines Bogens zum Verbinden der Sektoren 9, 10 und 13, 14 berechnet wird; indem der Bogen auf der optischen Achse Ao positioniert wird; und indem für den Bogen eine Translation längs derselben beiden Parabelzweige 26 wie für die oberen und unteren seitlichen Sektoroberflächen ausgeführt wird. Hierbei handelt es sich erneut um eine wiederholte mathematische Operation, die von einem CAD-System ausführbar ist, woraus sich die genauen Abmessungen ergeben, die für die Herstellung der Oberfläche erforderlich sind.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann die Lichtleistung der Sektoren 9, 10, 13 und 14 weiter verbessert werden, indem für jedes Paar Sektoren 9, 10 und 13, 14 statt der Parabel 26 die Kurve 28 als Basiskurve verwendet wird, längs derer für die Bögen 25 mit dem unter Verwendung von Gleichung (111) verwendeten Radius eine Translation ausgeführt wird. Die Kurven 28 (eine oberhalb der optischen Achse Ao (wie gezeigt) und eine unterhalb (nicht gezeigt)) werden aus entsprechenden Parabeln 26 durch Auftragen dieser Parabeln in aufeinanderfolgenden Abschnitten und durch Drehen der Achse der Parabel am Ende jedes Abschnitts um einen vorgegebenen Winkel z. B. um ein halbes Grad, und in einer vorgegebenen Richtung (z. B. aufwärts in Fig. 4 und mit einer beliebigen Rate in einer Richtung aus dem Reflektor 5) erhalten. Eine Drehung nach oben um ein halbes Grad wird vorzugsweise für jeweils 10 Millimeter der Länge der aufgetragenen Parabel 26 ausgeführt, wobei mit der Parabelachse begonnen wird, die mit der optischen Achse Ao zusammenfällt, so daß die sich ergebende Kurve 28 die Ein hüllende sämtlicher Parabeln 26 darstellt, deren Achsen allmählich um vorgegebene Winkel in derselben Richtung gedreht werden.

Claims

1. Fahrzeugscheinwerfer (1) zum Erzeugen eines Abblendlichtstrahls oder eines Nebellichtstrahls, der vollständig unterhalb einer Trennlinie konzentriert ist, um ein Blenden entgegenkommenden Verkehrs zu verhindern; wobei der Scheinwerfer eine Lichtquelle (3), einen Reflektor (5) und eine Prismenlinse (6) vor dem Reflektor umfaßt und von dem Typ ist, bei dem der Reflektor (5) das von der Quelle ausgesendete Licht in einen Winkel von 360º um die Quelle aufnimmt und bei dem die Quelle (3) koaxial auf die optische Achse (Ao) des Scheinwerfers ausgerichtet ist; wobei der Reflektor (5) eine komplexe reflektierende Oberfläche (7) aufweist, die eine Anzahl unterschiedlicher Sektoren (9, 10, 13, 14, 19, 20, 21), die im wesentlichen nahtlos miteinander verbunden sind, umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß

- keiner der Komponentensektoren (9, 10, 13, 14, 19, 20, 21) der reflektierenden Oberfläche (7) durch eine rotationssymmetrische Oberfläche definiert ist; und

- die meisten Sektoren (9, 10, 13, 14, 19, 20, 21) aus Oberflächen aufgebaut sind, die durch Translation einer erzeugenden Basiskurve erzeugt werden; und daß

- die reflektierende Oberfläche (7) des Reflektors sieben Sektoren aufweist: zwei obere seitliche (9, 10), zwei untere seitliche (13, 14), zwei dazwischenliegende seitliche (19, 20) und einen mittigen Sektor (21), der sich über die gesamte Höhe des Reflektors (5) erstreckt; wobei alle diese Sektoren mit Ausnahme der zwei dazwischenliegenden seitlichen Sektoren (19, 20) durch Oberflächen definiert sind, die durch Translation einer erzeugenden Basiskurve (25) erzeugt werden, die in einer ersten Ebene längs einer unterstützenden Kurve (26) definiert ist, die ihrerseits in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene definiert ist.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme der beiden dazwischenliegenden seitlichen Sektoren (19, 20) sämtliche Sektoren durch Oberflächen definiert sind, die durch Translation von Bögen (25) erzeugt sind, die in horizontalen Ebenen liegen und einen vorgegebenen Radius besitzen, der anhand der erforderlichen Lichtverteilung berechnet wird, und die längs zweier jeweiliger Parabelzweige (26) liegen, wobei sich einer der Parabelzweige oberhalb und der andere Parabelzweig unterhalb der optischen Achse (Ao) befindet und wobei beide in der vertikalen Ebene durch die optische Achse liegen.

3. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei dazwischenliegenden seitlichen Sektoren (19, 20) durch Oberflächen definiert sind, die durch eine Polynomgleichung vierten Grades beschrieben werden.

4. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dazwischenliegenden seitlichen Sektoren (19, 20) durch Oberflächen definiert sind, die durch die folgende Gleichung beschrieben werden:

(IV) a + b · X + C · X² + d · X³ + e · X&sup4; + f + g · Y + h · Y² + I · Y³ + m · Y&sup4;.

5. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Parabelzweige (26) längs ihrer Erstreckung allmählich nach oben und/oder zur Außenkante (27) des Reflektors gedreht sind.

6. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zum Konzentrieren des Strahls unterhalb der Trennlinie aufweist; wobei die Mittel die beiden dazwischenliegenden seitlichen Sektoren (19, 20) des Reflektors umfassen, die eine Verteilung der reflektierten Bilder unterhalb der optischen Achse (Ao) ergeben.

7. Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zum Definieren eines schrägen Abschnitts der Trennlinie aufweist; wobei die Mittel in Kombination einen ersten (9) der oberen seitlichen Sektoren und einen entsprechenden (14) der unteren seitlichen Sektoren, der dem ersten in bezug auf den mittleren Sektor (21) diagonal gegenüberliegt, sowie entsprechende erste Prismensektoren (30) der Linse (6) umfassen.

8. Scheinwerfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zum Definieren eines horizontalen Abschnitts der Trennlinie umfaßt; wobei die Mittel in Kombination einen zweiten (10) der oberen seitlichen Sektoren, der dem ersten gegenüberliegt, einen entsprechenden (13) der unteren seitlichen Sektoren, der dem zweiten oberen seitlichen Sektor in bezug auf den mittleren Sektor diagonal gegenüberliegt, und jeweilige zweite Prismensektoren (33) der Linse (6) umfassen.

9. Scheinwerfer nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zum Verteilen des Lichts mittig und unter halb der optischen Achse umfaßt; wobei die Mittel den mittleren Sektor (21) umfassen.

10. Verfahren zum Herstellen einer komplexen reflektierenden Oberfläche (7) für den Reflektor (5) eines Fahrzeugabblendlichts oder -nebellichts; dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

- Schaffen eines beliebigen Brennpunkts auf einer fiktiven optischen Achse (Ao); wobei die Achse eines Glühfadens, der die Lichtquelle (3) bildet, als optische Achse (Ao) gewählt wird; und die Position auf der optischen Achse der ersten Windung des Glühfadens auf der dem Reflektor zugewandten Seite als Brennpunkt gewählt wird;

- Berechnen der Brennweite zweier Parabelzweige (26) in der vertikalen Ebene durch die optische Achse unter Verwendung der folgenden Gleichungen:

(I) FP1 = Pf - C und

(II) FP2 = Pf + Lf + C

wobei FP1 die Brennweite eines ersten Parabelzweigs oberhalb der optischen Achse ist; FP2 die Brennweite eines zweiten Parabelzweigs unterhalb der optischen Achse ist; C eine von den Bearbeitungstoleranzen abhängende Konstante ist; Lf die axiale Länge des Glühfadens ist; und Pf der axiale Ort des Brennpunkts ist;

- Berechnen des Krümmungsradius von vier Bögen entsprechend der geforderten Lichtverteilung unter Verwendung der folgenden Gleichung:

wobei Xc und Yc die Koordinaten des Zentrums des Umfangs sind, die durch die beiden folgenden Gleichungen gegeben sind:

(V) Yc = Mun · (Xc - Xn) + Yn

wobei Mun der Winkelkoeffizient der geraden Linie ist, die die Endpunkte des Umfangs verbindet; und MM1-2 der Winkelkoeffizient der geraden Linie ist, die den Winkel halbiert, der zwischen der geraden Linie, die einen ersten Endpunkt des Umfangs mit dem Glühfaden verbindet, und der geraden Linie, die denselben Punkt mit einem entsprechenden Punkt auf einem Schirm in einem Abstand von 25 m vom Scheinwerfer, auf den dieser Punkt projiziert wird, gebildet wird;

Bilden von vier seitlichen Oberflächensektoren (9, 10, 13, 14) des Reflektors, zwei längs der oberen Kante und zwei längs der unteren Kante des Reflektors, indem für die vier Bögen (25) längs der beiden Parabelzweige (26) eine Translation ausgeführt wird;

- Bilden zweier gegenüberliegender dazwischenliegender seitlicher Oberflächensektoren (19, 20) des Reflektors, die so angeordnet sind, daß sie die oberen seitlichen Sektoren mit den unteren seitlichen Sektoren vertikal verbinden, wobei die folgende Gleichung verwendet wird:

(VI) a + b · X + c· X² + d · X³ + e · X&sup4; + f + g · Y + h · Y² + I · Y³ + m · Y&sup4;

und

- Bilden eines mittleren Oberflächensektors (21) des Reflektors, der so angeordnet ist, daß er sämtliche anderen Sektoren paarweise horizontal verbindet, indem entsprechend der geforderten Lichtverteilung der Krümmungsradius eines Bogens unter Verwendung von Gleichung (III) berechnet wird und indem für den Bogen eine Translation längs der beiden Parabelzweige und durch die optische Achse ausgeführt wird.