EP0791779A2

EP0791779A2 - Kraftfahrzeugscheinwerfer für Abblend- und Fernlicht und Lampe

Info

Publication number: EP0791779A2
Application number: EP97102893A
Authority: EP
Inventors: Franz-Josef Kalze; Wolfgang Peitz; Rolf Kiesel
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co; Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1997-08-27
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: EP0791779B1; US5725298A; CN1084864C; ES2242972T3; JPH09237504A; AU1484697A; KR970062473A; CN1160137A; EP0791779A3; AU714638B2; CA2198193C; DE59712309D1; CA2198193A1; KR100450646B1

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer (1) enthält einen Reflektor (2) mit zwei verschiedenen Freiflächenkonturen und eine Zweifadenglühlampe (3) mit integriertem Abschatter (9), der um die Hauptwendel (7) eine Schattenzone (12) mit einem Azimutwinkel von 100 bis 140° erzeugt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeugscheinwerfer für Abblend- und Fernlicht mit Reflektor und Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine für Scheinwerfer geeignete Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Es handelt sich dabei insbesondere um Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Freiflächenreflektor und einer Lampe mit zwei Leuchtkörpern sowie einem metallischen Schirm, im folgenden als Abschatter bezeichnet. Die Lampe ist üblicherweise eine Halogenglühlampe.
Das bisher angewendete Konzept eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit Reflektor und Lampe verwendet normalerweise sog. H4-Lampen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 26 51 643 bekannt sind. Dabei ist innerhalb des Lampenkolbens ein Abblendlichtleuchtkörper und ein Fernlichtleuchtkörper jeweils axial angeordnet. Der Abblendlichtleuchtkörper ist in einer Abblendkappe derart eingebettet, daß die Kappe nahezu eine Halbschale bildet, also azimutal einen Winkel von knapp 180° aufspannt. Die Abblendkappe ist am sockelseitigen Ende des Abblendlichtleuchtkörpers so hochgezogen, daß sie den Fernlichtleuchtkörper abschattet.
Das Grundprinzip derartiger Lampen ist ausführlich in älteren Anmeldungen beschrieben, wie zum Beispiel DE-OS 17 72 256 und DE-OS 15 39 371. Demnach ist die Abblendkappe durch Projektion ihrer Seitenkanten am Reflektor für das Erzielen der Hell-Dunkel-Grenze verantwortlich. Bevorzugt wird eine asymmetrische Ausleuchtung der Straße angestrebt, die dadurch erzielt wird, daß die eine Seite der Abblendkappe nicht ganz bis zur Ebene des Abblendlichtleuchtkörper hochgezogen ist, sondern etwa 15° darunter endet, so daß der von der Abblendkappe aufgespannte Winkel nur 165° beträgt (DE-OS 15 89 242). Die Fernlichtwendel kann im Prinzip auch eine Transversalwendel statt einer Axialwendel sein. In dieser Betriebsweise, bei der normalerweise nur entweder die Abblendlicht- oder die Fernlichtwendel aktiv ist, ist die Ausnutzung des Reflektors eingeschränkt. Der Verlust infolge Abschattung durch die Abblendkappe liegt in der Größenordnung von 40% des gesamten Raumwinkels im Falle des Abblendlichts. Umgekehrt lassen sich für das Fernlicht nur etwa 40% des Raumwinkels gezielt nutzen, während etwa 60% des Raumwinkels unkontrolliert zur Beleuchtung des Nahfelds beitragen, indem das Licht des Fernlichts in dem für das Abblendlicht gedachten Teil des Reflektors gestreut wird.
Der zugehörige Reflektor ist meist aus zwei Paraboloidteilen zusammengesetzt, siehe beispielsweise DE-OS 27 20 956. Vereinzelt werden jedoch auch Freiflächenreflektoren verwendet, wie sie u.a. in der DE-OS 38 08 086 und der EP-A 282 100 beschrieben sind.
Dieses bisher bekannte Grundprinzip ist ein Kompromiß aus einander widerstrebenden Forderungen, der noch nicht optimal zufriedenstellen kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit Reflektor und Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, der ein großes Maß an Flexibilität bei der Auslegung multifunktionaler Scheinwerfer erlaubt. Dies bezieht sich insbesondere auf eine optimale Lösung der beiden Funktionen Abblendlicht/Fernlicht. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Konzept aber auch für moderne Lichtfunktionen, die variabel ausgelegt sind und speziellen Ansprüchen genügen.
Es ist eine weitere wesentliche Aufgabe der Erfindung, eine besonders gut für Scheinwerfer geeignete Lampe bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und 11 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich jeweils in den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheinwerfer besteht aus einem Reflektor, der eine optische Achse definiert, und einer darin angeordneten Zweifadenglühlampe, wobei der erste Leuchtkörper, im folgenden Hauptwendel genannt, axial angeordnet ist und von einer als Abschatter wirkenden metallischen Kappe teilweise umgeben ist. Der Begriff axial bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Wendel innerhalb hinreichend enger Toleranzen in der optischen Achse liegt.
Abgesehen davon ist es auch erforderlich, wie an sich bekannt, daß die Hauptwendel sich außerhalb der Achse des Lampenkolbens befindet. Genauer gesagt, befindet sie sich im Reflektor unterhalb der Kolbenachse. Damit wird eine Blendung durch Spiegelbilder verhindert.
Der Reflektor besteht aus zwei Segmenten, die unterschiedliche Konturverläufe aufweisen, wobei das erste Segment optisch im wesentlichen der Hauptwendel zugeordnet ist, während das zweite Segment optisch ausschließlich vom zweiten Leuchtkörper, im folgenden als Nebenwendel bezeichnet, bedient wird. Zumindest die Kontur des ersten Segments ist eine Freiflächenkontur, deren Prinzip beispielsweise in der DE-OS 38 08 086 und der EP-A 282 100 beschrieben ist. Auf diese beiden Schriften wird ausdrücklich Bezug genommen.
Besonders bevorzugt ist auch das zweite Segment des Reflektors eine Freiflächenkontur. Im Prinzip ist jedoch auch eine andere Kontur, beispielsweise eine Paraboloidkontur, geeignet.
Die Kontur des ersten Segments ist bevorzugt dahingehend optimiert, daß sie die für die Abblendwirkung notwendige Hell-Dunkel-Grenze schafft. Das Grundprinzip besteht darin, die Hell-Dunkel-Grenze nicht durch Abbildung der Ränder einer Abblendkappe oder einer Blende zu schaffen, sondern durch eine geeignete Überlagerung einer Vielzahl von Abbildungen der als Abblendlicht wirkenden Hauptwendel. Die Hell-Dunkel-Grenze wird dabei durch die Oberkanten der Wendelbilder erzeugt, die der Unterkante der Wendel entsprechen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, die Hell-Dunkel-Grenze durch separate Mittel, wie zum Beispiel eine Blende, zu erzeugen.
Die Hauptwendel ist vom Abschatter so umgeben, daß ein Azimutwinkel von etwa 100° bis 140° abgeschattet ist, wodurch in bezug auf die Hauptwendel im Reflektor eine Schattenzone und eine Beleuchtungszone definiert wird. Der Abschatter ist dabei, wie von der Technik der Abblendkappen bekannt, so angeordnet, daß er im Reflektor unterhalb der Hauptwendel angeordnet ist. Da er jedoch nicht die Hell-Dunkel-Grenze erzeugt, ist seine Positionierung und Abmessung weniger kritisch als im Falle einer Abblendkappe.
Die Nebenwendel ist im Reflektor knapp unterhalb der optischen Achse angeordnet, wobei die Versetzung (bezogen auf die Mitte der Nebenwendel) zwischen dem 0.25-fachen und dem Zweifachen des Durchmessers der Nebenwendel beträgt. Bevorzugt ist eine Versetzung um etwa den 0.5-fachen Durchmesser. Die Nebenwendel kann axial angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die Nebenwendel jedoch transversal zur optischen Achse angeordnet, weil dann die Abstrahlungscharakteristik der Nebenwendel optimal auf die zweigeteilte Kontur des Reflektors abgestimmt werden kann. Insbesondere lassen sich dadurch ausschließlich horizontale Leuchtkörperprojektionen im zweiten Reflektorsegment erzeugen, die sich sehr gut in die gewünschte Lichtverteilung für die Fernbeleuchtung umsetzen lassen. Hingegen erzeugt eine axiale Nebenwendel vertikal liegende Wendelbilder im zweiten Reflektorsegment, die für diese klassische Anwendung weniger gut passen.
Die räumliche Aufteilung der beiden Segmente des Reflektors ist in etwa auf die beiden vom Abschatter definierten Zonen abgestimmt. Das bedeutet, daß das erste Segment, das im wesentlichen das Licht von der Hauptwendel verarbeitet, deutlich größer ist als das ausschließlich von der Nebenwendel bediente zweite Segment. In Draufsicht sind beide Segmente -- beispielhaft wird eine kreisrunde Reflektoröffnung angenommen -- Ausschnitte, die Tortenstücken ähneln und zusammen sich zur vollständigen Torte (entsprechend einem Azimutwinkel von 360°) ergänzen. Das zweite Segment wird dabei von einem Azimutwinkel aufgespannt, der in etwa dem Azimutwinkel des Abschatters entspricht. Bevorzugt ist der Azimutwinkel des zweiten Segments wegen Halbschatteneffekten etwas kleiner als der des Abschatters zu wählen, insbesondere bis zu 20% kleiner. Typisch ist er etwa 10% kleiner.
Der Abschatter ist im wesentlichen unter der Hauptwendel angeordnet. Er ist so geformt, daß auch die Nebenwendel zumindest überwiegend in der Schattenzone liegt. Seine grundlegende Form kann rechteckig sein. Sie kann aber beispielsweise auch in grober Näherung als löffelartig oder wappenartig gewählt werden. In diesem Fall besitzt er eine frontale Spitze, die zwischen Neben- und Hauptwendel angeordnet ist, zwei gerade oder auch gebogene Seitenränder (in etwa parallel zur Hauptwendel) und eine quer zu den Seitenrändern verlaufende Endkante oder auch eine stumpfe Endspitze.
Dabei wird die Abschattung der Nebenwendel im wesentlichen durch die frontale Spitze des Löffels oder Wappens bewirkt. Sie kann zu diesem Zweck hochgebogen und/oder verlängert sein.
Der Abschatter kann ein ursprünglich planes Blechteil sein, das kontinuierlich konkav gebogen ist oder bei dem plane Abschnitte abgewinkelt aneinander gesetzt sind. Eine derartige Form ist materialsparend, fertigungsfreundlich und reflexarm. Das Blechteil kann aber auch konkav gekrümmt sein, insbesondere ist es dann löffelartig oder wappenartig geformt.
Vom in der Hauptwendel liegenden Ursprung eines Polarkoordinatensystems aus gesehen, spannen dabei die Seitenränder des Wappens den Azimutwinkel von 100° bis 140° auf. Die klassische Abblendkappe verwendet dagegen einen Azimutwinkel von 165° beim asymmetrischen Abblenden.
Bezogen auf eine horizontale Ebene, die die Hauptwendel einschließt und die ihren Ursprung in der Hauptwendel hat, liegen beide Seitenränder des Abschatters deutlich unterhalb der Unterkante der Hauptwendel. Bevorzugt ist der azimutale Abstand zu dieser horizontalen Ebene bei beiden Seitenrändern mindestens 20°. Vorteilhaft ist die Anordnung des Abschatters symmetrisch zu dieser Ebene, so daß also der Winkelabstand auf beiden Seiten gleich ist. Dagegen liegt bei der klassischen Abblendkappe der eine Seitenrand genau in der Horizontalebene, während der andere Seitenrand einen azimutalen Abstand von 15° zu ihr hat.

Im Abblendlichtbetrieb ist nur die Hauptwendel zusammen mit dem ersten Reflektorsegment aktiv. Für den Fernlichtbetrieb gibt es mehrere Varianten.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in die Schattenzone fallende Strahlung der Nebenwendel gezielt unter Reflexion am zweiten Segment zur Erzeugung eines als wesentlicher Teil der Fernbeleuchtung einsetzbaren intensiven Lichtbündels verwendet. Dabei gelangt ein Teil der Strahlung der Nebenwendel auch in das für die Nebenwendel nicht abgedeckte erste Reflektorsegment. Diese Strahlung liefert hier keine nennenswerte Streustrahlung, sondern wird vielmehr im Fernlichtbetrieb als zusätzlicher Beitrag zur Seitenausleuchtung genutzt. Das Abblendlicht ist dabei ausgeschaltet. In dieser Ausführungsform ist die elektrische Leistung der Nebenwendel etwa gleich groß wie die der Hauptwendel. Sie kann auch etwas größer sein, im allgemeinen bis zu 40 %. Bei einer typischen Leistung der Nebenwendel von 60 W ist der Lichtstrom etwa 200 lm.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform entsteht das eigentliche Fernlicht dadurch, daß das vorgenannte Lichtbündel sowie die die Seiten ausleuchtende Strahlung, die beide vom Fernlicht erzeugt werden , dem weiterhin betriebenen Abblendlicht überlagert werden, d.h. bei Fernlichtbetrieb brennen Haupt- und Nebenwendel gleichzeitig. Aus diesem Grund genügt jetzt auch eine verhältnismäßig geringe Leistung der Nebenwendel, die lediglich zwischen 20 und 80 % der Leistung der Hauptwendel entspricht. Dieser Sachverhalt unterstreicht die hohe Effektivität des hier vorgestellten Scheinwerfersystems.
Vorteilhaft ist die Lampe eine Halogenglühlampe, da deren Abmessungen sehr klein sind und ihre Lebensdauer sehr hoch ist.
Als Anhaltspunkt für die Aufteilung der Reflektorfläche auf die beiden Segmente kann dienen, daß der Flächenanteil des der Schattenzone zugeordneten zweiten Segments an der Gesamtfläche des Reflektors etwa 10 bis 30 % ausmacht. Bei einer Leistung der Nebenwendel von etwa 20 bis 40 W ist der aus dem zweiten Segment gewonnene Nutzlichtstrom bevorzugt mindestens 80 lm. Eine typische Leistung der Hauptwendel ist 50 bis 70 W.
Dementsprechend ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen der beiden Leuchtkörper so geschaltet, daß die Hauptwendel als Abblendlicht wirkt, während das Fernlicht aus der Überlagerung des von Haupt- und Nebenwendel gleichzeitig emittierten Lichts gebildet wird.
Das hier vorgestellte neuartige Konzept läßt sich jedoch auch für andere Anwendungen nutzen, insbesondere für unter dem Begriff AFS (Advanced Frontlighting Systems) zusammengefaßte Anwendungen, die Gegenstand des Eureka-Projekts 1403 sind. Die damit erzielbaren Lichtverteilungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie unter Verwendung einer verbesserten Technik verschiedenen Verkehrssituationen besser und/oder flexibler angepaßt sind als die in starren Normen festgelegten Lichtverteilungen für Abblendlicht und Fernlicht. Ein Beispiel ist die Anpassung der Hell-Dunkel-Grenze an die Fahrtgeschwindigkeit.
Dabei können die einzelnen Wendeln in üblicher Weise einzeln betrieben werden oder auch zusätzlich zusammengeschaltet werden. Im letzteren Falle sind dann also drei (oder auch mehr) verschiedene Betriebsweisen realisierbar. Statt der üblichen Lichtverteilungen, die den klassischen Betriebsweisen "Fernlicht" und "Abblendlicht" entsprechen, sind damit besonders gut auch neuartige Lichtverteilungsmuster realisierbar, die modernen Betriebsweisen wie "Stadtlicht", "Landstraßenlicht", "Autobahnlicht", "Verkehrszeichenbeleuchtung" u.a. entsprechen. Eine derartige Betriebsweise ist beispielsweise in der DE-OS 41 24 374 erläutert. Der Vorteil der hier vorgestellten Technologie liegt insbesondere auch darin, daß sie erlaubt, in moderne Beleuchtungssystemen, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Funktionen anbieten, die Zahl der dafür benötigten Scheinwerfer trotzdem gering zu halten.
Als weitere, an sich bekannte Hilfsmittel für die Zwecke von AFS eignen sich beispielsweise verschiebbare Blenden und bewegliche Spiegel. In diesem Fall lassen sich die Hell-Dunkel-Grenzen auch durch Blenden realisieren.
Grundsätzlich gilt bei derartigen Anwendungen, daß eine axiale Nebenwendel insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn der zugehörige Reflektor sehr flach (insbesondere rechteckig geformt) ist.
Lampen entsprechend der oben vorgestellten Halogenglühlampe sind jedoch nicht nur für Kraftfahrzeugscheinwerfer einsetzbar, sondern allgemein für Reflektorsysteme, insbesondere in Scheinwerfern, mit zumindest teilweiser, bevorzugt aber vollständiger Freiflächenkontur geeignet. Insbesondere eignet sich eine Halogenglühlampe, die die folgenden Merkmale aufweist:

ein zylindrischer oder ähnlich geformter Kolben, der eine Kolbenachse definiert,
ein Sockel, der eine Referenzachse definiert, die der optischen Achse eines Reflektorsystems entspricht,
eine in der Referenzachse angeordnete Hauptwendel ist von einer metallischen Kappe als Abschatter umgeben, die einen Azimutwinkel von etwa 100° bis 140° abschattet,
eine Nebenwendel ist außerhalb der Referenzachse angeordnet, wobei der Abstand zur Referenzachse zwischen dem 0.25-fachen und dem Zweifachen des Durchmessers der Nebenwendel beträgt,
der Abschatter ist so geformt, daß auch die Nebenwendel zumindest überwiegend, bevorzugt vollständig, in der Schattenzone liegt.

entweder mit etwa gleicher Leistung ausgelegt oder sie sind

Bei einer derartigen Konstellation läßt sich eine horizontale Ebene definieren, die die Hauptwendel einschließt und die ihren Ursprung in der Hauptwendel hat und die senkrecht zu einer die beiden Wendeln einschließenden Ebene steht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn, bezogen auf diese horizontale Ebene, beide Seitenränder des Abschatters deutlich unterhalb der Unterkante der Hauptwendel liegen, und zwar bevorzugt auf beiden Seiten mindestens 20° Winkelabstand zu dieser horizontalen Ebene besitzen.
Es ist nicht ausgeschlossen, daß bei speziellen Anforderungen die Nebenwendel schräg zur Hauptwendel und zur optischen Achse steht.
Je nach Ausrichtung der Nebenwendel relativ zur Hauptwendel ist es möglich, daß die Nebenwendel nicht vollständig in der Schattenzone des Abschatters liegt. Dies gilt insbesondere bei transversaler oder schräger Anordnung. Generell sollten jedoch mindestens 80 %, bevorzugt mehr als 95%, der leuchtenden Fläche der Nebenwendel in der Schattenzone liegen. Dabei muß im Falle einer transversalen Nebenwendel ein Kompromiß zwischen einer aus Abschattungsgründen eher günstigen kurzen Wendel und einer für die Lichtverteilung des Fernlichts eher günstigen langgezogenen Wendel eingegangen werden.
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1: einen Scheinwerfer mit einer Zweifadenglühlampe mit transversaler Nebenwendel, teilweise im Schnitt
Figur 2: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 in Seitenansicht (Fig. 2a) und im Schnitt (Fig. 2b) sowie eine vereinfachte Draufsicht (Fig. 2c)
Figur 3: die mit dem Scheinwerfer von Fig. 1 erzielte Lichtverteilung, aufgeschlüsselt nach mehreren Komponenten (Fig. 3a bis 3c) und integral (Fig. 3d)
Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe mit axialer Nebenwendel, dargestellt als vergrößerter Ausschnitt entsprechend Fig. 2 in Seitenansicht (Fig. 4a) und Schnitt (Fig. 4b)
Figur 5: die mit dem Scheinwerfer von Fig. 4 erzielte Lichtverteilung, aufgeschlüsselt nach mehreren Komponenten (Fig. 5a bis 5c) und integral (Fig. 5d)
Figur 6: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe mit einem planen Abschatter, dargestellt als vergrößerter Ausschnitt entsprechend Fig. 2 in Seitenansicht (Fig. 6a) und Schnitt (Fig. 6b)

Fig. 1 zeigt schematisch einen Scheinwerfer 1 mit Reflektor 2 und Halogenglühlampe 3. Der Reflektor definiert eine optische Achse A. Die Lampe 3 besitzt einen zylindrischen Kolben 4, der einseitig gequetscht ist und an der Quetschung einen Sockel 5 trägt. Das sockelferne Ende des Kolbens 4 ist abgerundet und mit einer an sich bekannten Absorptionsbeschichtung 6 versehen. Ein erster Leuchtkörper bildet die Hauptwendel 7 mit einer Leistung von 50 W. Er liegt in der Referenzachse des Sockels, die sich mit der optischen Achse A des Scheinwerfers deckt, wobei er etwas unterhalb der Kolbenachse B (die parallel zur optischen Achse liegt) angeordnet ist.
Ein zweiter Leuchtkörper mit einer Leistung von 25 W, der die Nebenwendel 8 bildet, ist transversal zur optischen Achse angeordnet. Die Nebenwendel 8 ist zwischen Sockel 5 und Hauptwendel 7 knapp unterhalb der optischen Achse plaziert. Der Abstand zur Hauptwendel 7 beträgt 2 mm, der Abstand zur optischen Achse ist 1 mm, bezogen auf die Wendelmitte. Diese Versetzung gegen die optische Achse entspricht etwa dem 0.75-fachen des Durchmessers der Nebenwendel.
Fig. 2a und 2b zeigt die geometrischen Verhältnisse in der Lampe in einem vergrößerten Ausschnitt in Seitenansicht und Querschnitt. Die Wendeln 7 und 8 sowie ein Abschatter 9 sind an Stromzuführungen 17 in üblicherweise befestigt, die an einem Quarzbalken 21 fixiert sind. Der Abschatter 9 ist unterhalb der Hauptwendel 7 horizontal angeordnet. Er ist ein konkav gekrümmtes Blechteil, das wappenähnlich mit einer stumpfen Spitze 10, zwei Seitenrändern 11 und einer Endkante 16 geformt ist. Die Spitze 10 des Abschatters 9 liegt zwischen Haupt- und Nebenwendel. Sie ist so weit hochgezogen, daß sie die Nebenwendel 8, von der Hauptwendel 7 aus gesehen, praktisch vollständig abschattet. Der Abstand des Abschatters 9 von der Hauptwendel 7 und seine Breite, also der Abstand zwischen den Seitenrändern 11, ist so bemessen, daß von der Hauptwendel aus gesehen eine Schattenzone 12 entsteht, die einen Azimutwinkel von α=120° aufspannt. Dementsprechend umspannt die Beleuchtungszone 13 den restlichen Azimutwinkel von 240°. Der Abschatter 9 ist symmetrisch zur Vertikalen angeordnet. Trotzdem wird eine asymmetrische Lichtverteilung erreicht, da dies eine Eigenschaft der Reflektorkontur ist.
Überraschenderweise ist hier tatsächlich eine Konstellation möglich, bei der die Lage der beiden Wendeln und des Abschatters so aufeinander abgestimmt ist, daß die Breite der Transversalwendel 8 kleiner als die Breite des Abschatters gewählt werden kann, während gleichzeitig der Abstand der Seitenränder des Abschatters von der Hauptwendel so gewählt ist, daß der Azimutwinkel α, von der Hauptwendel 7 aus gesehen, die geforderte Abschattung von ca. 120° hervorruft.
Die in Fig. 1 und 2c schematisch gezeigte Reflektorkontur besteht aus zwei Segmenten 14 und 15, die beide als Freiflächen ausgeführt sind. Das Licht der Hauptwendel 7 wird ausschließlich vom oben im Scheinwerfer angeordneten ersten Segment 14 verarbeitet, während das zweite Segment 15 (schraffiert dargestellt), das unten liegt, gezielt ausschließlich Licht der Nebenwendel 8 verarbeitet. Die Nebenwendel 8 ist im Scheinwerfer 1 so angeordnet, daß sie knapp unterhalb des "Fokalvolumens" des zweiten Reflektorsegments 15 liegt. (Im Falle eines Paraboloids als zweitem Reflektorsegment liegt die Nebenwendel knapp unterhalb des Brennpunkts). In der Draufsicht der Fig. 2c decken sich die beiden Segmente 14 und 15 in etwa mit den vom Abschatter 9 erzeugten Zonen 12, 13. Der Azimutwinkel β des zweiten Segments umspannt etwa 110°, der des ersten Segments den restlichen azimutalen Vollwinkel (250°).
In einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Scheinwerfer anstatt einer Kreisform eine rechteckige Grundform auf, beispielsweise mit einer Breite von 13 cm und einer Höhe von 10 cm.
Im Abblendlicht-Betrieb wird nur die Hauptwendel 7 illuminiert und dementsprechend nur das erste Segment 14 angestrahlt. Die Freiflächenkontur dieses ersten Segments 14 erzeugt die typische asymmetrische Abblendlichtverteilung, die in Fig. 3a dargestellt ist, und zwar ohne zusätzliche Hilfsmittel wie eine Abblendkappe. Dargestellt sind Linien gleicher Beleuchtungsstärke. Auffallend ist die scharfe Hell-Dunkel-Grenze. Die Messung erfolgte an einer Meßwand in 25 m Entfernung. Der erfaßte horizontale Winkel ist -30° bis +30°, der vertikale Winkel ist -5° bis +5°.
Im Fernlicht-Betrieb werden sowohl die Hauptwendel 7 als auch die Nebenwendel 8 illuminiert, so daß sich die Fernlichtverteilung aus mehreren Komponenten zusammensetzt:

Eine erste Komponente wird wieder durch die Abblendlichtverteilung gemäß Fig. 3a von der Hauptwendel 7 in Verbindung mit dem ersten Reflektorsegment 14 erzeugt.
Eine zweite, für das Fernlicht wesentliche Komponente besteht aus einem schmalen, hellen Lichtbündel im Zentrum der Lichtverteilung, das durch die Nebenwendel 8 in Verbindung mit dem zweiten Reflektorsegment 15 erzeugt wird. Diese Komponente ist in Fig. 3b gezeigt.
Hinzu kommt eine dritte Komponente, die sich dadurch ergibt, daß die Nebenwendel 8 auch das erste Reflektorsegment 14 beleuchtet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Ausleuchtung der Seitenbereiche gemäß Fig. 3c erreicht. Dieses Zusatzlicht dient zusammen mit dem Abblendlicht dazu, den durch das Lichtbündel des zweiten Segments erzeugten
Tunneleffekt" zu beseitigen.

Das resultierende Fernlicht, das in Fig. 3d dargestellt ist, ist die Summe dieser drei Einzelkomponenten. Auffallend ist die sehr günstige, gleichmäßige Fernlichtverteilung, die allmählich in das helle Lichtbündel im Zentrum übergeht, sowie die hohe Effizienz des Gesamtlichtstroms.
In Fig. 4a und 4b ist eine Anordnung mit axialer Nebenwendel 18 gezeigt. Ansonsten entsprechen gleichen Bauteilen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 und 2. Auch hier ist die Nebenwendel 18 ca. 1 mm unterhalb der optischen Achse angeordnet. Der Abstand zwischen den einander zugewandten Kanten 19 und 20 von Hauptwendel 7 und Nebenwendel 18 ist 1.5 mm. Der Abschatter 9 ist in analoger Weise wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel angeordnet. Beispielhaft ist in Fig. 5a bis 5d die Lichtverteilung einer derartigen Lampe in einem Scheinwerfer ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Dabei entspricht die Schaltung der Wendeln wieder den in Zusammenhang mit Fig. 3 diskutierten Betriebsweisen. Dementsprechend ist die Abblendlichtverteilung (Fig. 5a), die wieder von der Hauptwendel in Zusammenwirken mit dem ersten Reflektorsegment erzeugt wird, praktisch identisch mit der von Fig. 3a. Die Nebenwendel erzeugt jedoch in Zusammenwirken mit dem zweiten Segment jetzt ein Lichtbündel mit großer Vorfeldbeleuchtung (Fig. 5b). Auch die Seitenausleuchtung ist weniger homogen und weniger breit (Fig. 5c). Das resultierende Fernlicht (Addition der Komponenten aus Fig. 5a bis 5c) ist immer noch dem eines konventionellen H4-Scheinwerfers überlegen, erreicht jedoch eine geringere maximale Beleuchtungsstärke als beim ersten Ausführungsbeispiel.
Allgemein lassen sich die beiden hier vorgestellten Grundtypen von Lampen auch für andere aus zwei Segmenten zusammengesetzte Reflektorsysteme verwenden. Die beiden Segmente des Reflektors eines Autoscheinwerfers bestehen beispielsweise aus Freiflächenkonturen, die folgende Lichtverteilungen ermöglichen:

Separate Ansteuerung der Hauptwendel erzeugt über das erste Reflektorsegment eine Lichtverteilung, die sich für den Betriebsmodus "Stadtlicht" eignet. Ein verschiebbares Blendensystem ist in Höhe der Horizontalebene plaziert und wirkt als Abblendmittel.
Bei zurückgeschobenem, also aus dem optischen Strahlengang entferntem Blendensystem erzeugt bei weiterhin separater Ansteuerung der Hauptwendel ein Abschatter eine Lichtverteilung, die sich für den Betriebsmodus "Landstraßenlicht" eignet.
Bei zusätzlicher Inbetriebnahme einer transversalen Nebenwendel wird mittels des zweiten Reflektorsegments eine Lichtverteilung erzeugt, die sich für den Betriebsmodus "Abblendlicht für Autobahnen" eignet.
Als Alternative wird (bei entsprechend optimierter Reflektorkontur) im Falle eines gemeinsamen Betriebs der beiden Wendeln (über beide Reflektorsegmente wie oben beschrieben) durch leichtes Kippen des Reflektors eine Lichtverteilung erzeugt, die sich für den Betriebsmodus "Verkehrszeichenbeleuchtung" eignet.

Schließlich ist in Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe mit transversaler Nebenwendel 8 gezeigt. Gleiche Bezugsziffern entsprechen gleichen Merkmalen wie in den vorhergehenden Figuren. Ein planer Abschatter 25 umgibt die axiale Hauptwendel 7. Er ist aus mehreren Abschnitten 26 bis 30 zusammengesetzt, die abgewinkelt aneinander anschließen. Ein derartiger Abschatter ist reflexarm und läßt sich besonders leicht aus einem rechtwinkeligen Blechstreifen ohne jeglichen Materialverschnitt herstellen. Der Azimutwinkel α beträgt hier 110°.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird, entsprechend der Erläuterung in Zusammenhang mit Fig. 3 im Abblendlicht-Betrieb wieder nur die Hauptwendel 7 illuminiert und dementsprechend nur das erste Segment 14 angestrahlt. Die obigen Erläuterungen gelten auch hier sinngemäß. Im Fernlicht-Betrieb wird jedoch nur die Nebenwendel illuminiert, so daß sich die Fernlichtverteilung aus lediglich zwei Komponenten zusammensetzt:

Eine erste, für das Fernlicht wesentliche Komponente besteht aus einem hellen Lichtbündel im Zentrum der Lichtverteilung, das durch die Nebenwendel 8 in Verbindung mit dem zweiten Reflektorsegment 15 erzeugt wird. Diese Komponente ähnelt wieder der in Fig. 3b gezeigten Lichtverteilung, sie ist aber nicht so schmal.
Hinzu kommt eine zweite Komponente die sich dadurch ergibt daß die Nebenwendel 8 auch das erste Reflektorsegment 14 beleuchtet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Ausleuchtung der Seitenbereiche gemäß Fig. 3c erreicht, um wieder den durch das Lichtbündel des zweiten Segments erzeugten
Tunneleffekt " zu beseitigen.

Das resultierende Fernlicht, das der in Fig. 3d dargestellten Lichtverteilung ähnelt ist die Summe dieser beiden Einzelkomponenten.

Claims

Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) für Abblend- und Fernlicht, bestehend aus einem Reflektor mit zwei Segmenten (2), der eine optische Achse (A) definiert, und einer darin angeordneten Lampe (3) mit einem Kolben (4), der zwei Leuchtkörper (7, 8) umgibt, wobei der erste Leuchtkörper, im folgenden Hauptwendel (7) genannt, axial angeordnet ist und von einem als Abschatter (9; 25) wirkenden Blechteil teilweise umgeben ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- der Reflektor (2) besteht aus zwei Segmenten (14, 15), die unterschiedliche Konturverläufe aufweisen, wobei das erste Segment (14) optisch der Hauptwendel (7) zugeordnet ist, während das zweite Segment (15) optisch dem zweiten Leuchtkörper zugeordnet ist, der im folgenden als Nebenwendel (8) bezeichnet ist, wobei zumindest die Kontur des ersten Segments (14) eine Freiflächenkontur ist,

- die Hauptwendel (7) ist vom Abschatter (9; 25) so umgeben, daß ein Azimutwinkel von etwa 100° bis 140° abgeschattet ist, wodurch eine Schattenzone (12) und eine Beleuchtungszone (13) definiert wird,

- die Nebenwendel (8) ist unterhalb der optischen Achse (A) angeordnet, wobei die Versetzung zwischen dem 0.25-fachen und dem Zweifachen des Durchmessers der Nebenwendel beträgt,

- die räumliche Aufteilung der Segmente (14, 15) des Reflektors ist den beiden vom Abschatter definierten Zonen (12, 13) zugeordnet,

- der Abschatter (9; 25) ist so geformt, daß auch die Nebenwendel (8) überwiegend in der Schattenzone (12) liegt.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflächenkontur des ersten Segments (14) dahingehend optimiert ist, daß sie die für die Abblendwirkung notwendige Hell-Dunkel-Grenze erzeugt.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf eine horizontale Ebene, die die Hauptwendel (7) einschließt und die ihren Ursprung in der Hauptwendel hat, beide Seitenränder (11) des Abschatters deutlich unterhalb der Unterkante der Hauptwendel liegen, und zwar bevorzugt auf beiden Seiten mindestens 20° Winkelabstand zu dieser horizontalen Ebene besitzen.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Segment (15) des Reflektors eine Paraboloidkontur oder eine Freiflächenkontur ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schattenzone (12) fallende Strahlung der Nebenwendel (8) gezielt zur Erzeugung eines als wesentlicher Teil der Fernbeleuchtung einsetzbaren schmalen und intensiven Lichtbündels verwendet wird.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwendel (8) transversal zur optischen Achse (A) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leuchtkörper (7, 8) so ausgelegt sind, daß die Leistung der Nebenwendel (8) zwischen 20 und 140 % der Leistung der Hauptwendel (7) entspricht.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Halogenglühlampe ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenanteil des der Schattenzone zugeordneten zweiten Segments an der Gesamtfläche des Reflektors etwa 10 bis 30 % ausmacht.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse der beiden Leuchtkörper so miteinander verbunden sind, daß die Hauptwendel (7) als Abblendlicht wirkt, während das Fernlicht entweder von dem von der Nebenwendel emittierten Licht oder aus der Überlagerung des von Haupt- und Nebenwendel gleichzeitig emittierten Lichts gebildet wird.
Halogenglühlampe zur Verwendung in einem Reflektorsystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit zumindest teilweiser Freiflächenkontur, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- ein zylindrischer oder ähnlich geformter Kolben (4), der eine Kolbenachse definiert,

- ein Sockel (5), der eine Referenzachse definiert, die der optischen Achse (A) eines Reflektorsystems entspricht,

- eine in der Referenzachse angeordnete Hauptwendel (7) ist von einer metallischen Kappe als Abschatter (9; 25) umgeben, die einen Azimutwinkel von etwa 100° bis 140° abschattet,

- eine Nebenwendel (8; 18) ist außerhalb der Referenzachse angeordnet, wobei der Abstand zur Referenzachse zwischen dem 0.25-fachen und dem Zweifachen des Durchmessers der Nebenwendel beträgt,

- der Abschatter (9; 25) ist so geformt, daß auch die Nebenwendel zumindest überwiegend in der Schattenzone liegt.
Halogenglühlampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wendeln so ausgelegt sind, daß die Leistung der Nebenwendel zwischen 20 und 140 % der Leistung der Hauptwendel entspricht.
Halogenglühlampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwendel (8) transversal zur Hauptwendel (7) angeordnet ist.
Halogenglühlampe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf eine horizontale Ebene, die die Hauptwendel (7) einschließt und parallel zur Nebenwendel verläuft und die ihren Ursprung in der Hauptwendel hat, beide Seitenränder (11) des Abschatters deutlich unterhalb der Unterkante der Hauptwendel liegen, und zwar bevorzugt auf beiden Seiten mindestens 20° Winkelabstand zu dieser horizontalen Ebene besitzen.
Halogenglühlampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenwendel (18) axial zur Hauptwendel (7) angeordnet ist.
Halogenglühlampe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf eine horizontale Ebene, die die Hauptwendel (7) einschließt und die ihren Ursprung in der Hauptwendel hat und die senkrecht zu einer die beiden Wendeln einschließenden Ebene steht, beide Seitenränder (11) des Abschatters deutlich unterhalb der Unterkante der Hauptwendel liegen, und zwar bevorzugt auf beiden Seiten mindestens 20° Winkelabstand zu dieser horizontalen Ebene besitzen.
Halogenglühlampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschatter (25) ein planes, insbesondere abgewinkeltes oder kontinuierlich gebogenes, Blechteil ist.