DE102016108061A1

DE102016108061A1 - Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE102016108061A1
Application number: DE102016108061.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hossfeld
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-11-02

Abstract

Vorgestellt wird ein Lichtmodul (12) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (10), mit einer Lichtquelle (18), einer Primäroptik (20), einer Blende (22) und einer Sekundäroptik (24), wobei die Primäroptik (20) in einem von der Lichtquelle (18) ausgehenden Lichtbündel (26) angeordnet ist und von der Lichtquelle (18) ausgehendes Licht in einen Fokalbereich (28) der Sekundäroptik (24) bündelt, die Blende (22) um eine Drehachse (38) herum drehbar ist, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers (10) quer zum Horizont (H) und quer zu einer Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers (10) ausgerichtet ist und eine Blendenkante (30) aufweist, die in wenigstens einer Drehstellung der Blende (22) in den Fokalbereich (28) hineinragt und einen um die Drehachse (38) herum gekrümmten Verlauf aufweist, Das Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehachse (38) zwischen der Primäroptik (20) und dem Fokalbereich (28) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Lichtmodul ist aus der US 7,284,888 B2 bekannt.
Das bekannte Lichtmodul weist eine Lichtquelle, eine Primäroptik, eine Blende und eine Sekundäroptik auf, wobei die Primäroptik in einem von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündel angeordnet ist und von der Lichtquelle ausgehendes Licht in einen Fokalbereich der Sekundäroptik bündelt. Die Blende ist um eine Drehachse herum drehbar, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers quer zum Horizont und quer zu einer Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers ausgerichtet ist und weist eine Blendenkante auf, die in wenigstens einer Drehstellung der Blende in den Fokalbereich hineinragt und einen um die Drehachse herum gekrümmten Verlauf aufweist. Die Drehachse der Blende des bekannten Lichtmoduls liegt in der Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls hinter dem Fokalbereich der Sekundäroptik (dort eine Linse) und damit auf der Seite des Fokalbereichs der Sekundäroptik, die der Primäroptik abgewandt ist.
Als Sekundäroptik dient bei der US 7,284,888 eine Projektionslinse. Je nach Drehstellung der drehbaren Blende begrenzt ein anderer Abschnitt der Blendenkante den Lichtfleck. Durch eine Variation der Höhe des Verlaufs der Blendenkante lassen sich in Verbindung mit einem Drehen der Blende verschiedene Hell-Dunkel-Grenzen in der Brennfläche der Sekundäroptik erzeugen. Als Beispiele nennt die US 7,284,888 ein Abblendlicht für Rechtsverkehr, ein Autobahnlicht für Rechtsverkehr, ein Abblendlicht für Linksverkehr und ein Autobahnlicht für Linksverkehr. Die Lichtverteilung lässt sich damit an die Fahrsituation adaptieren und wird daher auch als adaptive Lichtverteilung bezeichnet.
Alle diese Lichtverteilungen zeichnen sich durch eine asymmetrisch verlaufende Hell-Dunkel-Grenze auf, die für den Rechtsverkehr rechts höher liegt als links und für den Linksverkehr links höher liegt als rechts. Die Autobahnlichtverteilungen unterscheiden sich von den Abblendlichtverteilungen dadurch, dass der Anstieg der Hell-Dunkel-Grenze für Rechtsverkehr noch etwas weiter nach links verschoben und beim Linksverkehr noch etwas weiter nach rechts verschoben ist.
Um aus einem Scheinwerfermodul mehrere Lichtfunktionen wie z.B. Abblendlicht, Stadtlicht, Autobahnlicht, Fernlicht, Teilfernlicht oder Markierungslicht zu erzeugen, existieren auch noch weitere Lösungen. In der DE 10 2008 013 603 wird ein Projektionssystem beschrieben, bei dem durch eine spezielle Lichtleiter-Optik unterschiedliche Winkelbereiche in der Lichtverteilung in ihrer Helligkeit kontrolliert werden können, um so unterschiedliche Lichtverteilungen zu erzeugen.
In der JP 2012 054120 wird ein Projektionssystem beschrieben, bei dem durch eine drehbare Walze unterschiedliche Formen von Hell-Dunkel-Grenzen generiert werden können. In einer bestimmten Stellung der Walze kann z.B. eine vertikale Hell-Dunkel-Grenze im Fernlichtbereich erzeugt werden. In einer anderen Stellung wird eine überwiegend horizontale Hell-Dunkel-Grenze für das Abblendlicht erzeugt. Wird das Modul zusätzlich um eine zur Fahrbahnebene senkrechte Achse schwenkbar realisiert, so kann die gesamte Lichtverteilung horizontal geschwenkt werden, um adaptierte Lichtverteilungen wie z.B. Kurvenlicht oder Teilfernlicht zu realisieren.
In der DE 10 2006 031 819 wird ein Projektionssystem beschrieben, bei dem eine Form einer zwischen Primäroptik und Sekundäroptik liegenden und aus vielen kleinen, einzeln verstellbaren Blenden bestehende Blende so angepasst werden kann, dass verschiedene Lichtverteilungen erzeugt werden können.
Die meisten dieser Lösungen besitzen den Nachteil, dass die Möglichkeit der Adaption der Lichtverteilung mit Nachteilen in der Qualität der Lichtverteilungen einhergeht. Diese Nachteile führen dazu, dass sich der Fahrer im Vergleich zu nicht-adaptiven Lichtverteilungen stärker gestört fühlt. Wird das Teilfernlicht z.B. durch horizontal schwenkbare Module realisiert, dann führt die relativ schnelle Bewegung der Lichtverteilung bei Teilfernlicht zu einer merklichen Störung des Fahrers. Der positive Effekt, dass die Umgebung besser ausgeleuchtet wird, wird dann durch den negativen Effekt der störenden Bewegung der Lichtverteilungen teilweise wieder zunichte gemacht. Wird das Teilfernlicht durch Ein- und Ausschalten von definierten Segmenten realisiert, so entstehen im Übergangs- oder Grenzbereich zwischen den Segmenten in der Regel Inhomogenitäten, die vom Fahrer als störend empfunden werden. Diese Inhomogenitäten sind im Gegensatz zum vorherigen Beispiel sogar immer wahrnehmbar, also auch wenn keine spezielle adaptive Lichtfunktion wie z.B. Teilfernlicht geschalten wird, sondern nur eine herkömmliche Lichtfunktion wie Abblendlicht- oder Fernlicht.
Die Lösung aus der DE 10 2006 031 819 hat den Nachteil, dass der technische Aufwand für die Ansteuerung vieler kleiner Blenden sehr hoch ist. Im Normalfall benötigt jede Blende ihren eigenen Aktuator (Motor, Magnet, o.ä.), so dass für eine typische Realisierung mindestens zwei Aktuatoren benötigt werden.
Ausgehend von der eingangs genannten US 7,284,888 B2 besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Lichtmoduls, mit dem sich eine adaptive Lichtverteilung technisch einfach und damit kostengünstig erzeugen lässt und die den Fahrer nicht mit störenden Effekten belastet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dessen kennzeichnende Merkmale bestehen darin, dass die Drehachse zwischen der Primäroptik und dem Fokalbereich der Sekundäroptik liegt.
Diese Merkmale definieren ein Projektionssystem mit einer drehbaren Blende. Durch die Drehung der Blende um ihre Drehachse herum können verschieden geformte Blendenabschnitte in den Zwischenbildbereich des Projektionssystems bewegt werden. Eine horizontale Verschiebung von Hell-Dunkel-Grenzen kann durch einfaches Drehen der Blende realisiert werden. Dafür wird bei einer einzigen drehbaren Blende nur ein einziger Drehsteller benötigt. Die von einer Primäroptik erzeugte Zwischenbildverteilung dreht sich nicht mit. Dadurch bewegt sich in der Beleuchtungszone auf der Straße nur die Lage der Hell-Dunkel-Grenze, ohne dass sich die gesamte Lichtverteilung und mit ihr störende Inhomogenitäten der Lichtverteilung mitbewegen. Die Störung des Fahrers durch die Adaption der Lichtverteilung wird also auf die unvermeidliche Lageveränderung der Hell-Dunkel reduziert und somit minimiert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichtmodul zusätzlich zu einer ersten drehbaren Blende wenigstens eine weitere drehbare Blende aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass sämtliche Blenden konzentrisch ineinander angeordnet sind.
Ferner ist bevorzugt, dass jede weitere drehbare Blende unabhängig von der ersten drehbaren Blende um dieselbe Drehachse drehbar wie die erste drehbare Blende ist.
Bevorzugt ist auch, dass wenigstens eine der Blenden einen ersten Vorsprung aufweist, der in Richtung der Drehachse über benachbarte Abschnitte der Blendenkante dieser Blende herausragt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass jede der drehbaren Blenden um die Drehachse herum gekrümmt ist, so dass ihre jeweilige Blendenkante ebenfalls einen um die Drehachse gekrümmten Verlauf aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass wenigstens eine Blende sowohl in einer zur Drehachse senkrechten Ebene verlaufende Abschnitte als auch parallel zur Drehachse verlaufende Abschnitte und/oder schräg zur Drehachse verlaufende Abschnitte aufweist.
Ferner ist bevorzugt, dass jede Blende die Grundform eines Kreiszylinders hat, dessen Zylinderlängsachse mit der Drehachse zusammenfällt, und der eine zur Zylinderlängsachse parallele Höhe besitzt, die von der Drehstellung des Kreiszylinders abhängig ist, wobei die Blendenkante in wenigstens einer Drehstellung des Kreiszylinders in den Fokalbereich hineinragt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abstände der Mantelflächen der Kreiszylinder so gering sind, dass sich nur ein schmaler Luftspalt als Lagerspiel zwischen den Mantelflächen der Kreiszylinder einstellt und die Blenden gegeneinander verdrehbar sind.
Bevorzugt ist auch, dass die Blenden längs der Drehachse im Betrieb verschiebbar, insbesondere relativ zueinander verschiebbar ausgeführt sind.
Ferner ist bevorzugt, dass die Blendenkanten außerhalb von Vorsprüngen, die in Richtung der Drehachse über benachbarte Abschnitte der Blendenkante der hinausragen, in konstanter Höhe verlaufen, wobei die Höhe parallel zur Drehachse gerichtet ist. Anstelle von Vorsprüngen kann die Blende auch Ausnehmungen aufweisen. In diesem Fall werden lokale Teilbereiche der Beleuchtungszone durch Licht beleuchtet, das durch die Ausnehmungen hindurchtritt. Die Umgebung dieser Bereiche wird abgeschattet.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Blenden Vorsprünge aufweisen, die über einen Teil ihrer zur Drehachse parallelen Höhe als in Umfangsrichtung der Blendenkanten schmaler Steg ausgeführt sind, so dass sich zwischen dem breiteren Teil des Vorsprungs und der übrigen kreiszylinderförmigen Blende eine Einschnürung ergibt.
Bevorzugt ist auch, dass die Sekundäroptik ein Hohlspiegelreflektor ist.
Ferner ist bevorzugt, dass die Primäroptik ein Reflektor, insbesondere ein Hohlspiegelreflektor ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
2 eine perspektivische Darstellung des Lichtmoduls aus der 1;
3 zeigt Elemente eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls mit mehreren Blenden;
4 eine Teilfernlichtverteilung, wie sie mit dem Gegenstand der 3 erzeugbar ist;
5 5 zeigt eine Ausgestaltung mit einer vorteilhaften Form der Blenden;
6 eine Teilfernlichtverteilung, wie sie mit dem Gegenstand der 5 erzeugbar ist;
7 zeigt eine Seitenansicht eines Verstellantriebes, mit dem jede der Blenden um die Drehachse herum gedreht und in Richtung der Drehachse verschoben werden kann; und
8 eine perspektivische Darstellung des Gegenstandes der 7.
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 12. Der Scheinwerfer 10 weist ein Gehäuse 14 auf, dessen Lichtaustrittsöffnung von einer transparenten Abdeckscheibe 16 abgedeckt wird. Das im Innenraum des Gehäuses 14 angeordnete Lichtmodul 12 weist eine Lichtquelle 18, eine Primäroptik 20, eine Blende 22 und eine Sekundäroptik 24 auf. Bei dem Lichtmodul 12 handelt es sich um ein Projektionslichtmodul.
Die Lichtquelle 18 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Halbleiterlichtquelle 19, insbesondere eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine Anordnung mehrerer Leuchtdioden oder Laserdioden. In der Alternative mit mehreren Leuchtdioden oder Laserdioden sind die Helligkeiten der einzelnen Dioden bevorzugt individuell steuerbar. Die Halbleiterlichtquelle 19 ist auf einem Schaltungsträger 32 befestigt. Der Schaltungsträger 32 ist fest auf einem Kühlkörper 34 angeordnet.
Die Primäroptik 20 besitzt einen ersten Primäroptikfokalbereich sowie einen zweiten Primäroptikfokalbereich und ist starr an dem Kühlkörper 34 befestigt.
Die Lichtquelle 18 ist in dem ersten Primäroptikfokalbereich angeordnet. Die Primäroptik 20 ist dazu eingerichtet, vom ersten Primäroptikfokalbereich ausgehendes Licht in den zweiten Primäroptikfokalbereich zu bündeln. Die Primäroptik 20 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Reflektor 36, insbesondere ein Hohlspiegelreflektor.
Die Lichtquelle 18 ist im ersten Primäroptikfokalbereich der Primäroptik 20 so angeordnet, dass sie eine Lichteintrittsfläche der Primäroptik 20 mit einem von der Lichtquelle 18 ausgehenden Lichtbündel 26 beleuchtet.
Die Sekundäroptik 24 weist einen Fokalbereich 28 auf, der auf einer der Primäroptik 20 zugewandten Seite der Sekundäroptik 24 liegt und der sich mit dem zweiten Primäroptikfokalbereich überlappt. Das in den zweiten Primäroptikfokalbereich gerichtete Licht der Lichtquelle 18 wird daher von der Sekundäroptik 24 durch die Abdeckscheibe 16 hindurch in eine vor dem Scheinwerfer 10 liegende Beleuchtungszone umgelenkt. Dabei bildet die Sekundäroptik eine innere Lichtverteilung, die sich in ihrer primäroptikseitigen Brennfläche ergibt, als äußere Lichtverteilung in die Beleuchtungszone ab.
Die Form der inneren, auch als Zwischenbild bezeichneten Lichtverteilung wird durch die Blende 22 begrenzt und damit geformt, sofern die Blende 22 in die innere Lichtverteilung hineinragt und diese zum Teil abschattet. Die in dem Fokalbereich 28 liegende Blendenkante 30 der abschattenden Blendenfläche wird dann als scharfe Hell-Dunkel-Grenze in die Beleuchtungszone projiziert.
Die Blende 22 ist um eine Drehachse 38 herum drehbar. Die Drehachse 38 ist bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers 10 in einem Straßenkraftfahrzeug auf ebener Fahrbahn quer zum Horizont und quer zu einer Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers 10 ausgerichtet.
Die Hauptabstrahlrichtung ist die X-Richtung, die etwa der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht. Der Horizont ist in der 1 parallel zur senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Y-Richtung ausgerichtet. Eine quer zu diesen beiden Richtungen stehende Richtung ist die Z-Richtung, wobei die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden.
Die Erfindung ist aber nicht auf eine Ausrichtung der Drehachse 38 beschränkt, bei der die Drehachse mit der Hauptabstrahlrichtung und dem Horizont auf ebener Fahrbahn exakt rechte Winkel einschließt. Abweichungen der Winkel zwischen der Drehachse 38 und jeder anderen der beiden anderen Achsen von einem rechten Winkel, die nicht größer als 30° sind, sollen hier auch noch als querliegende Ausrichtungen verstanden werden.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Drehachse 38 zwischen der Primäroptik 20 und dem Fokalbereich 28 der Sekundäroptik 24 angeordnet ist.
Dabei weist die drehbare Blende 22 in ihrer zur Drehachse 38 parallelen Axialrichtung eine von ihrer Drehstellung abhängige Höhe der Blendenkante 30 in dem Fokalbereich 28 auf. Durch Verdrehen der Blende 22 um die Drehachse 38 wird damit die Lage der Blendenkante 30 im Fokalbereich 28 der Sekundäroptik 24 verändert, und damit wird auch die Form und/oder Lage der Hell-Dunkel-Grenze in der Beleuchtungszone verändert.
Die Sekundäroptik 24 ist in der dargestellten Ausgestaltung ein Hohlspiegelreflektor 25, beispielsweise ein metallisch beschichteter Kunststoffreflektor.
Bei einer Orientierung des Lichtmoduls 12 im Raum, der der Orientierung des Lichtmoduls 12 bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung im Kraftfahrzeug entspricht, verläuft der Strahlengang in der dargestellten Ausgestaltung von der Lichtquelle 18 ausgehend zunächst schräg nach vorn und nach oben zur Primäroptik 20, von dort aus zumindest zum Teil über die Blendenkante 30 hinweg schräg nach hinten und oben zur Sekundäroptik 24 und von dort in die im Wesentlichen der Fahrtrichtung entsprechende Geradeausrichtung nach vorn. Dieser gewissermaßen gefaltete Strahlengang geht mit dem kompakten Aufbau des Lichtmoduls 12 einher.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Lichtmoduls 12 aus der 1. Die Blende 22 hat eine kreiszylindrische Form mit drehwinkelabhängiger Höhe des Zylindermantels und damit drehwinkelabhängiger Form und Höhe der Blendenkante 30. Wenn in dieser Anmeldung von einem Drehwinkel die Rede ist, ist damit immer ein Drehwinkel um die Drehachse 38 der Blende gemeint, sofern nicht explizit etwas anderes beschrieben ist. Die Blende 22 weist sowohl in einer zur Drehachse 38 senkrechten Ebene verlaufende Abschnitte 30.1 als auch parallel zur Drehachse 38 verlaufende Abschnitte 30.2 und/oder schräg zur Drehachse 38 verlaufende Abschnitte 30.3 auf.
Parallel zur Drehachse 38 verlaufende Abschnitte 30.2 werden als vertikale Hell-Dunkel-Grenzen in die Beleuchtungszone abgebildet und eignen sich daher für die Erzeugung von Teilfernlichtverteilungen oder von Stufen zwischen in der äußeren Lichtverteilung horizontal oder schräg verlaufenden Abschnitten, was eine asymmetrische Abblendlichtverteilung ermöglicht.
Vorteilhaft ist insbesondere der kompakte Aufbau des Lichtmoduls 12, der sich daraus ergibt, dass die Drehachse 38 zwischen dem Fokalbereich 28 der Sekundäroptik 24 und der Primäroptik 20 liegt. Der Fokalbereich 28 der Sekundäroptik 24 liegt dabei so, dass die Blendenkante 30 der Blende 22 in wenigstens einer Drehstellung in den Fokalbereich 28 hineinragt.
Die Sekundäroptik 24 ist bevorzugt ein konkaver Spiegelreflektor 25. Dies hat den Vorteil, dass die Krümmung der Petzvalfläche des Sekundärreflektors so ausgelegt werden kann, dass sie ungefähr der Krümmung der zylinderförmigen Blende 22 entspricht. Dadurch kann bereits mit einem im Vergleich zu einer Linse preiswerten und leichten Reflektor eine ausreichend scharfe Abbildung der Blendenkante in der Beleuchtungszone erreicht werden. Bei einer Linse als Sekundäroptik ist dies schwieriger, da die Petzvalfläche einer bi- oder plankonvexen Linse eine entgegengesetzt gerichtete Krümmung wie die Außenseite des Zylinders der Blende aufweist.
3 zeigt Elemente eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 12, das zusätzlich zu einer ersten drehbaren Blende 42 eine zweite drehbare Blende 44 und eine dritte drehbare Blende 46 aufweist. Die drei Blenden 42, 44, 46 sind konzentrisch ineinander angeordnet.
Die zweite drehbare Blende 44 ist bevorzugt unabhängig von der ersten drehbaren Blende 42 um dieselbe Drehachse 38 drehbar wie die erste drehbare Blende 42. Die dritte drehbare Blende 46 ist ebenfalls unabhängig von der ersten drehbaren Blende 42 und auch unabhängig von der zweiten drehbaren Blende 44 um dieselbe Achse 38 drehbar wie der erste drehbare Blende 42
Die erste drehbare Blende 42 weist eine erste Blendenkante 48 auf, die in wenigstens einer Drehstellung der ersten Blende 42 in den Fokalbereich 28 hineinragt. Die erste drehbare Blende 42 ist um die Drehachse 38 herum gekrümmt, so dass ihre Blendenkante 48 ebenfalls einen um die Drehachse 38 gekrümmten Verlauf aufweist. Analog weist die zweite drehbare Blende 44 eine zweite Blendenkante 50 auf, die in wenigstens einer Drehstellung der Blende 44 in den Fokalbereich 28 hineinragt und einen um die Drehachse 38 gekrümmten Verlauf aufweist. Die dritte drehbare Blende 46 weist eine dritte Blendenkante 52 auf, die in wenigstens einer Drehstellung der Blende 46 in den Fokalbereich 28 hineinragt und einen um die Drehachse 38 gekrümmten Verlauf aufweist.
Die erste Blende 42 weist einen ersten Vorsprung 54 auf, der in Richtung der Drehachse 38 über benachbarte Abschnitte der ersten Blendenkante 48 herausragt.
Analog weist die zweite Blende 44 einen Vorsprung 56 auf, der in Richtung der Drehachse 38 über benachbarte Abschnitte der zweiten Blendenkante 50 herausragt.
Die dritte Blende 46 weist einen Vorsprung 58 auf, der in Richtung der Drehachse 38 über benachbarte Abschnitte der dritten Blendenkante 52 herausragt
Wenn einer der Vorsprünge 54, 56, 58 durch Drehen seiner zugehörigen Blende 42, 44, 46 in die im Fokalbereich 28 der Sekundäroptik 24 herrschende innere Lichtverteilung hineingedreht wird, wird er als dunkler Bereich in der äußeren Lichtverteilung, also in der Beleuchtungszone, abgebildet.
Der erste Vorsprung 54 ist in Umfangsrichtung bevorzugt so breit, dass er bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Lichtmoduls 12 in horizontaler Richtung als eine zwischen 2° und 4° breite dunkle Zone in der Beleuchtungszone abgebildet wird. Durch Drehen der ersten Blende 42 kann dieser Bereich in der Umfangsrichtung nach rechts und links verschoben werden, ohne dass sich die übrige Lichtverteilung mitbewegt.
Der zweite Vorsprung 56 ist in der Umfangsrichtung bevorzugt so breit, dass er bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Lichtmoduls in horizontaler Richtung als eine zwischen 2° und 4° breite dunkle Zone in der Beleuchtungszone abgebildet wird. Durch Drehen der zweiten Blende 44 kann dieser Bereich in der Umfangsrichtung nach rechts und links verschoben werden, ohne dass sich die übrige Lichtverteilung mit bewegt.
Der dritte Vorsprung 58 ist in Umfangsrichtung bevorzugt so breit, dass er bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Lichtmoduls in horizontaler Richtung als eine zwischen 2° und 4° breite dunkle Zone in der Beleuchtungszone abgebildet wird. Durch Drehen der dritten Blende 46 kann dieser Bereich in der Umfangsrichtung nach rechts und links verschoben werden, ohne dass sich die übrige Lichtverteilung bewegt.
Jeder der vergleichsweise schmalen Vorsprünge 54, 56, 58 ist in der axialen Richtung bevorzugt so hoch, dass er bei der bestimmungsgemäßen Verwendung in der äußeren Lichtverteilung, also in der Beleuchtungszone, als in vertikaler Richtung 4° bis 8° hoher dunkler Bereich abgebildet wird.
Jede der drei Blenden 42, 44, 46 hat die Grundform eines Kreiszylinders mit einer Höhe im Fokalbereich 28 (vergleiche 1), die von der Drehstellung des Kreiszylinders abhängig ist. Die Abstände der Mantelflächen der Kreiszylinder sind gering, so dass sich nur ein schmaler Luftspalt als Lagerspiel zwischen den Mantelflächen der Kreiszylinder einstellt und die drei Blenden 42, 44, 46 möglichst reibungsarm gegeneinander verdrehbar sind.
In der dargestellten Ausgestaltung weist jede Blende 42, 44, 46 einen in Umfangsrichtung vergleichsweise schmalen Vorsprung 54, 56, 58 und einen in Umfangsrichtung vergleichsweise breiten Vorsprung 60, 62, 64 auf. Der vergleichsweise breite Vorsprung 60, 62, 64 dient zur Abschattung von Streulicht und ist jeweils auf der dem vergleichsweise schmalen Vorsprung gegenüberliegenden Seite der Blendenkante angeordnet. Die Ausgestaltung der gegenüberliegenden Seite, bzw. anderer Bereiche der Blendenkante kann aber auch zur Erzeugung anderer Hell-Dunkel-Grenzen (Zum Beispiel für eine Abblendlichtverteilung) ausgebildet sein, wobei dann diese Blendenbereiche jeweils in den Fokalbereich 28 zu bewegen wären.
4 zeigt eine äußere Lichtverteilung 2, wie sie durch einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer, der ein Lichtmodul 12 gemäß 3 aufweist, in der Beleuchtungszone erzeugbar ist. Die äußere Lichtverteilung ist eine Teilfernlichtverteilung.
Das Fahrzeug, dessen Scheinwerfer diese Teilfernlichtverteilung erzeugen, befindet sich auf einer ebenen, nicht geneigten Fahrbahn. Die Horizontale H liegt auf der Höhe des Horizonts vor dem Fahrzeug. Die Vertikale ist senkrecht zum Horizont und zur Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers. Die Hauptabstrahlrichtung geht durch den Punkt (H = 0, V = 0) hindurch. Die Winkelangaben beziehen sich auf Winkel, die von der Hauptabstrahlrichtung und einer die Hauptabstrahlrichtung im Scheinwerfer schneidenden Richtung eingeschlossen werden. Dies gilt analog für 6.
Durch diese Merkmale lässt sich insbesondere eine Teilfernlichtfunktion verwirklichen, bei der die horizontale Winkelposition eines abgedunkelten Teilbereichs der Fernlichtverteilung durch Verdrehen von wenigstens einer der drei Blenden 42, 44, 46 variiert werden kann und bei dem die horizontalen Breite des abgedunkelten Fernlichtbereichs durch eine mehr oder weniger breite Überlappung von zwei oder mehr Vorsprüngen, die ebenfalls durch ein Drehen der Blenden einstellbar ist, variiert werden kann. Die Figur zeigt insbesondere einen ersten abgedunkelten Bereich 4 als Bild des ersten Vorsprungs 54, einen zweiten abgedunkelten Bereich 6 als Bild des zweiten Vorsprungs 56 und einen dritten abgedunkelten Bereich 8 als Bild des dritten Vorsprungs 58.
Die Blenden befinden sich dabei in einer Drehstellung, bei der sich der erste abgedunkelte Bereich mit dem zweiten abgedunkelten Bereich zu einem im Vergleich zu diesen beiden Bereichen größeren abgedunkelten Bereich überlappen, dessen horizontale Breite von der Überlappung der ersten beiden Vorsprünge in dem Fokalbereich 28 der 1 abhängt.
Die horizontale Breite des Überlappungsbereichs ist von der Drehstellung der beteiligten Vorsprünge abhängig. Die Variation der Breite erlaubt eine Anpassung der Breite eines abzudunkelnden Winkelbereichs an die Winkelbreite eines entgegenkommenden Fahrzeugs, die mit abnehmender Entfernung des entgegenkommenden Fahrzeugs größer wird. Dadurch wird eine Blendung des Gegenverkehrs wirksam vermieden und gleichzeitig eine mit der Abdunkelung verbundene Beeinträchtigung des eigenen Sichtfeldes vermieden.
Die 4 zeigt auch, dass die dunklen Bereiche 4, 6, 8, die sich als Bilder der Vorsprünge 54, 56, 58 ergeben, in vertikaler Richtung unterschiedlich hoch liegen. Dies ist vorteilhaft, um unterschiedlich weit entfernte und damit in der Lichtverteilung 84 unterschiedlich hoch liegende Objekte möglichst genau abdunkeln zu können, um eine Blendung zu vermeiden, und um dabei gleichzeitig den abgedunkelten Bereich möglichst klein zu halten. Dies wird in einer ersten Ausgestaltung durch eine unterschiedliche Höhe der Vorsprünge 54, 56, 58 verwirklicht. In der 3 ist dies durch die jeweils gestrichelte Kontur der Vorsprünge 54, 56, 58 offenbart. Der oder die Vorsprünge (z.B. 58), die zur Abdunkelung weit entfernter Objekte dienen, sind dabei höher als die Vorsprünge (z.B. 54), die zur Abdunkelung von weniger weit entfernten Objekten dienen. Alternativ dazu sind die Blenden längs der Drehachse 38 im Betrieb verschiebbar ausgeführt, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Beim Gegenstand der 3 verlaufen die Blendenkanten 48, 50, 52 außerhalb der beschriebenen Vorsprünge 54, 56, 58 und 60, 62, 64 über den größten Teil des Umfangs der kreiszylinderförmigen Blenden 42, 44, 46 in konstanter Höhe, wobei die Höhe parallel zur Drehachse gerichtet ist. Als Folge ergibt sich beim Verdrehen der Blenden 42, 44, 46 keine unerwünschte Vertikalbewegung der Hell-Dunkel-Grenze in der Beleuchtungszone.
5 zeigt eine Ausgestaltung von drei Blenden 72, 74, 76 eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls, das sich in der Form der in axialer Richtung über benachbarte Bereiche der Blendenkanten 48, 50, 52 hinaus erstreckenden Vorsprünge 78, 80, 82 vom Gegenstand der 3 unterscheidet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Blenden 72, 74, 76 beim Gegenstand der 5 die vergleichsweise breiten Vorsprünge 60, 62, 64 der Blenden 42, 44, 46 nach 3, die zur Abschattung von Streulicht dienen, nicht aufweisen.
Die vergleichsweise schmalen Vorsprünge 78, 80, 82 haben beim Gegenstand der 5 die gleiche (maximale) Breite wie beim Gegenstand der 3 und 4. Im Unterschied zum Gegenstand der 3 und 4 sind sie über einen Teil ihrer axialen Höhe als in Umfangsrichtung schmaler Steg ausgeführt, so dass sich zwischen dem breiteren Teil des Vorsprungs und der übrigen kreiszylinderförmigen Blende eine Einschnürung ergibt. Dies führt dazu, dass auch ihr Bild in der äußeren Lichtverteilung einen solchen schmalen und dunklen Steg, beziehungsweise eine Einschnürung zwischen dem im Vergleich zum Steg breiten Bild des übrigen Vorsprungs und den Rest der jeweiligen Bänder aufweist. Bei dieser Ausgestaltung sind die drei konzentrischen und um die Drehachse 38 drehbaren Blenden 72, 74 und 76 bevorzugt längs der Drehachse 38 verschiebbar ausgeführt, was in der 5 durch den Pfeil 49 repräsentiert wird.
6 zeigt eine resultierende Lichtverteilung. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt ersichtlich darin, dass zur Vermeidung der Blendung des Gegenverkehrs nur ein im Vergleich zur 4 kleinerer Bereich abgedunkelt werden muss.
Die 6 zeigt auch, dass die dunklen Bereiche 86, 88, 90, die sich als Bilder der Vorsprünge 78, 80, 82 ergeben, in vertikaler Richtung unterschiedlich hoch liegen. Dies ist vorteilhaft, um unterschiedlich weit entfernte und damit in der Lichtverteilung 84 unterschiedlich hoch liegende Objekte möglichst genau abdunkeln zu können, um eine Blendung zu vermeiden, und um dabei gleichzeitig den abgedunkelten Bereich möglichst klein zu halten. Dies wird bevorzugt durch eine vertikale Verstellung der Blenden 72, 74, 76 erzielt.
7 zeigt eine Seitenansicht eines Verstellantriebes, mit dem jede der drei Blenden 72, 74, 76 um die Drehachse 38 herum gedreht und in Richtung der Drehachse 38 verschoben werden kann.
8 zeigt eine perspektivische Darstellung desselben Gegenstandes, so dass die folgende Beschreibung sowohl für die 7 als auch für die 8 gilt. Die innerste (dritte) Blende 76 ist zum Beispiel auf einer nicht dargestellten Lagerhülse oder Achse gelagert, die starr mit dem Gehäuse 14 aus 1 verbunden ist und deren Außendurchmesser um ein Lagerspiel kleiner als der Innendurchmesser der dritten Blende 76 ist.
Die Lichtquelle und die Primäroptik sind im Inneren dieser zu den Wänden konzentrischen Lagerhülse angeordnet und in den 7 und 8 nicht sichtbar, beziehungsweise nicht dargestellt.
Die dritte Blende 76 weist eine Umfangsverzahnung 92 auf, in die ein Antriebszahnrad 94 eingreift. Diese Zahnradpaarung ist als Stirnradgetriebe verwirklicht.
Die Umfangsverzahnung 92 wird in axialer Richtung von zwei radial über die Umfangsverzahnung 92 hinausstehenden Scheiben 96, 98 eingefasst, die zumindest in axialer Richtung starr mit der Blende 76 verbunden sind. Die Scheiben sind bevorzugt um die Achse 38 herum drehbar mit der Blende 76 verbunden, so dass sie gegen die Blende 76 verdrehbar sind. Die Scheiben 96, 98 stehen dabei in radialer Richtung so weit über die Umfangsverzahnung 92 hinaus, dass sie auch das in die Umfangsverzahnung 92 eingreifende Antriebszahnrad 94 in axialer Richtung umfassen. Dadurch kann das Antriebszahnrad 94 sowohl ein Drehmoment als auch eine axiale Kraft auf die Blende 76 ausüben.
Das Antriebszahnrad 94 ist drehfest mit einer Antriebswelle 100 verbunden, die von einem Drehantriebs-Elektromotor 102 über ein weiteres Stirnradgetriebe 104 angetrieben wird. Der Drehantriebs-Elektromotor 102 stützt sich über eine starre Verbindung an dem Gehäuse 14 (vergleiche 1) ab. Die Antriebswelle 100 ist zumindest über einen Teil ihrer Länge als zylindrische Zahnstange 106 verwirklicht. In diese zylindrische Zahnstange greift ein Antriebszahnrad 108 ein, das von einem Axialverschiebungsantriebs-Elektromotor 110 angetrieben wird. Auch dieser Elektromotor 110 stützt sich über eine starre Verbindung an dem Gehäuse 14 ab.
Funktionsidentische Dreh- und Verschiebungsantriebe sind auch zum axialen Verschieben und Drehen der weiteren Blende 72 und 74 vorhanden. Durch individuelle Steuerung der damit sechs Elektromotoren kann damit jede der drei Blenden 72, 74, 76 individuell in ihrer Höhe und ihrer Drehstellung verstellt werden.
Die Steuerung der Elektromotoren erfolgt durch ein nicht dargestelltes Steuergerät in Abhängigkeit von Signalen einer nicht dargestellten Sensorik, die das Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug und damit vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug überwacht. Die Sensorik umfasst zum Beispiel ein oder mehrere Radarsensoren und/oder Infrarotlichtsensoren und ist insofern bekannt, als sie die Detektion und Lokalisierung von Objekten im Vorfeld des Kraftfahrzeugs betrifft. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, die Drehantriebsmotoren so anzusteuern, dass die Blenden solche Bereiche in der Beleuchtungszone abdunkeln, in denen sich zum Beispiel entgegenkommende Fahrzeuge befinden. Eine dafür erforderliche Signalverarbeitung und/oder Bildverarbeitung und Ansteuersignalbildung wird hier als im Prinzip bekannt vorausgesetzt.
Ein Teil einer Blende kann auch als Spiegelblende verwirklicht sein. Eine solche Ausgestaltung geht zum Beispiel aus dem Gegenstand der 1 dadurch hervor, dass der Fokalbereich 28 von einer oberhalb der Blende 22 liegenden Primäroptik beleuchtet wird und die kreiszylinderförmige Blende auf ihrer Oberseite, die in der Schnittansicht der 1 als eine stufenförmig verlaufende Linie erscheint, zumindest in ihrem in den Fokalbereich 28 hineinragenden Teil einen von der Blendenkante ausgehenden und sich in Richtung der Primäroptik erstreckenden Spiegelblendenteil aufweist, der eine spiegelnde Beschichtung aufweist.
Statt einer Halbleiterlichtquelle kann auch eine beliebige andere vergleichbare, für Scheinwerfer geeignet Lichtquelle verwendet werden, wie z.B. eine Halogenlampe, eine Xenonlampe oder ein Laser. Als Primäroptik kann an Stelle des Reflektors 36 eine andere Kollimationsoptik wie z.B. eine Linse, eine katadioptrische Linse oder ein Lichtleiter verwendet werden. Als Sekundäroptik kann an Stelle des Sekundärreflektors eine beliebige andere abbildende Optik, beziehungsweise ein beliebiges abbildendes Optiksystem wie z.B. eine Linse, ein Linsensystem oder eine Kombination aus Reflektor(en) und Linse(n) verwendet werden.
Es können auch mehrere Lichtquellen mit zugehöriger Primäroptik verwendet werden. Bei Verwendung mehrerer Lichtquellen kann jede Lichtquelle separat schaltbar oder dimmbar sein, um auf diese Weise die Lichtverteilung zusätzlich adaptierbar zu machen. Beispielsweise kann auf diese Weise die Lage des Maximums der Beleuchtungsstärke der Lichtverteilung verschoben werden. Dies ist z.B. für eine Kurvenlichtfunktion interessant.
Bei den bis hier beschriebenen Ausgestaltungen ist die Blende um die Drehachse 38 rotierbar, und die Primäroptik ist starr im Gehäuse angeordnet. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Primärreflektor um dieselbe Drehachse drehbar.
Wie schon erwähnt, können die Blenden anstelle von Vorsprüngen alternativ oder ergänzend auch Ausnehmungen aufweisen. Mit einer Ausnehmung kann insbesondere eine Markierungslichtfunktion erfüllt werden. Mehrere Blenden können gemeinsam eine Gesamt-Hell-Dunkel-Grenze erzeugen, oder jeweils einzeln eine bestimmte, durch Lage und/oder Form definierte Hell-Dunkel-Grenze erzeugen. Die verschiedenen Blenden können im Fokalbereich 28 natürlich nur über einen eine gewissen seitlichen Bereich sinnvoll wirken, da ausserhalb dieses Bereichs die Blende wegen der Form des Zylinders nach vorne wegläuft. Die wirksame Breite ist bevorzugt so groß, dass sie in der horizontalen Breite der Lichtverteilung einem Sektor von bis zu +/– 15° um die Hauptabstrahlrichtung entspricht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7284888 B2 [0001, 0010]
US 7284888 [0003, 0003]
DE 102008013603 [0005]
JP 2012054120 [0006]
DE 102006031819 [0007, 0009]

Claims

Lichtmodul (12) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (10), mit einer Lichtquelle (18), einer Primäroptik (20), einer Blende (22) und einer Sekundäroptik (24), wobei die Primäroptik (20) in einem von der Lichtquelle (18) ausgehenden Lichtbündel (26) angeordnet ist und von der Lichtquelle (18) ausgehendes Licht in einen Fokalbereich (28) der Sekundäroptik (24) bündelt, die Blende (22) um eine Drehachse (38) herum drehbar ist, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers (10) quer zum Horizont (H) und quer zu einer Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers (10) ausgerichtet ist und eine Blendenkante (30) aufweist, die in wenigstens einer Drehstellung der Blende (22) in den Fokalbereich (28) hineinragt und einen um die Drehachse (38) herum gekrümmten Verlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (38) zwischen der Primäroptik (20) und dem Fokalbereich (28) liegt.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul 12 zusätzlich zu einer ersten drehbaren Blende (42) wenigstens eine weitere drehbare Blende (44, 46) aufweist.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden (22; 42, 44, 46) konzentrisch ineinander angeordnet sind.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede weitere drehbare Blende (44, 46) unabhängig von der ersten drehbaren Blende (42) um dieselbe Drehachse (38) drehbar wie die erste drehbare Blende (42) ist.
Lichtmodul (12) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Blenden (22; 42, 44, 46) einen ersten Vorsprung (54) oder eine erste Ausnehmung aufweist, der, bzw. die in Richtung der Drehachse (38) über benachbarte Abschnitte der Blendenkante dieser Blende (22; 42, 44, 46) herausragt, beziehungsweise über die benachbarte Abschnitte der Blendenkante dieser Blende (22; 42, 44, 46) herausragen.
Lichtmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der drehbaren Blenden (22; 42, 44, 46) um die Drehachse (38) herum gekrümmt ist, so dass ihre jeweilige Blendenkante ebenfalls einen um die Drehachse (38) gekrümmten Verlauf aufweist.
Lichtmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Blende (22; 42, 44, 46) sowohl in einer zur Drehachse (38) senkrechten Ebene verlaufende Abschnitte als auch parallel zur Drehachse (38) verlaufende Abschnitte (30.2) und/oder schräg zur Drehachse 38 verlaufende Abschnitte (30.3) aufweist.
Lichtmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Blende (22; 42, 44, 46) die Grundform eines Kreiszylinders hat, dessen Zylinderlängsachse mit der Drehachse (38) zusammenfällt, und der eine zur Zylinderlängsachse parallele Höhe besitzt, die von der Drehstellung des Kreiszylinders abhängig ist, wobei die Blendenkante (30) in wenigstens einer Drehstellung des Kreiszylinders in den Fokalbereich (28) hineinragt.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Mantelflächen der Kreiszylinder so gering sind, dass sich nur ein schmaler Luftspalt als Lagerspiel zwischen den Mantelflächen der Kreiszylinder einstellt und die Blenden (42, 44, 46) gegeneinander verdrehbar sind.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden längs der Drehachse (38) im Betrieb verschiebbar, insbesondere relativ zueinander verschiebbar ausgeführt sind.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenkanten (22; 48, 50, 52) außerhalb von Vorsprüngen oder Ausnehmungen, die in Richtung der Drehachse (38) über benachbarte Abschnitte der Blendenkante der (42, 44, 46) hinausragen, beziehungsweise über die benachbarte Abschnitte der Blendenkante dieser Blende (22; 42, 44, 46) herausragen, in konstanter Höhe verlaufen, wobei die Höhe parallel zur Drehachse gerichtet ist.
Lichtmodul (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden Vorsprünge (78, 80, 82) aufweisen, die über einen Teil ihrer zur Drehachse (38) parallelen Höhe als in Umfangsrichtung der Blendenkanten schmaler Steg ausgeführt sind, so dass sich zwischen dem breiteren Teil des Vorsprungs und der übrigen kreiszylinderförmigen Blende eine Einschnürung ergibt.
Lichtmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (24) ein Hohlspiegelreflektor (25) ist.
Lichtmodul (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik (20) ein Reflektor (36), insbesondere ein Hohlspiegelreflektor ist.