DE4315393C2 - Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Reflektor und einer Streulinse - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Reflektor und einer Streulinse nach der Gattung des Anspruchs 1.

Ein solcher Scheinwerfer ist durch die EP 0 365 193 A2 bekannt. Dieser Scheinwerfer ist ein Abblendlichtscheinwerfer und weist einen ellipsoiden Reflektor auf. Im Bereich des inneren Brennpunkts des Reflektors ist eine Lichtquelle angeordnet, wobei das von dieser ausgesandte Licht vom Reflektor als ein sowohl in horizontalen als auch in vertikalen Längsebenen konvergentes Lichtbündel reflektiert wird. Im Bereich des in Lichtaustrittsrichtung weisenden Vorderrands des Reflektors ist eine Streulinse angeordnet, die eine zum Reflektorscheitel weisende konvexe Fläche und dieser gegenüberliegend eine konkave Fläche aufweist. Unterhalb der Lichtquelle ist eine Abblendkappe angeordnet, durch die verhindert wird, dass auf den unterhalb einer horizontalen Mittelebene liegenden Teil des Reflektors Licht trifft, das nach oben gerichtet würde und daher zu einer Blendung führen würde. Das von dem oberhalb der horizontalen Mittelebene liegenden Teil des Reflektors reflektierte Lichtbündel wird beim Durchtritt durch die Streulinse so abgelenkt, dass es die optische Achse des Reflektors zwischen dem äußeren Brennpunkt des Reflektors und einem in 25 m vor dem Reflektor angeordneten Messschirm kreuzt. Die zur Erfüllung der für das asymmetrische Abblendlicht bestehenden gesetzlichen Vorschriften erforderliche Beeinflussung des vom Reflektor reflektierten und durch die Streulinse hindurchgetretenen Lichtbündels erfolgt durch bekannte optische Elemente wie Prismen und Linsen, die an einer die Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers verschließenden Abdeckscheibe angeordnet sind. Nachteilig bei diesem Scheinwerfer ist, dass nur das von der Lichtquelle zum oberen Teil des Reflektors ausgesandte Licht genutzt wird, so dass nur ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird. Außerdem ist die Verwendung der mit optischen Elementen versehenen Abdeckscheibe nachteilig, da deren Herstellung aufwendig ist und diese ein hohes Gewicht aufweist.

Aus der DE-PS 645 294 ist ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Lichtquelle und einem Reflektor bekannt. Der Reflektor ist rotationssymmetrisch ausgebildet und reflektiert von der Lichtquelle ausgesandtes Licht als ein in horizontalen und in vertikalen Längsebenen konvergentes Lichtbündel. Im Bereich eines in Lichtaustrittsrichtung weisenden Vorderrands des Reflektors ist eine Streulinse angeordnet, durch die das von dem Reflektor reflektierte Lichtbündel hindurchtritt. Die Streulinse ist aufgrund der Rotationssymmetrie des Scheinwerfers derart ausgebildet, dass das reflektierte Lichtbündel in Abhängigkeit davon unterschiedlich abgelenkt wird, ob das reflektierte Licht durch einen zentralen kreisförmigen Linsenbereich oder durch einen äußeren ringförmigen Linsenbereich hindurchtritt. Schließlich verfügt der bekannte Scheinwerfer über optische Elemente in Form von vertikal gerichteten Riffeln, die in den Strahlengang des reflektierten und durch die Streulinse hindurchgetretenen Lichts eingebracht sind. Die Lichtverteilung des Scheinwerfers wird also nicht allein durch eine besondere Ausformung des Reflektors und der Streulinse erzielt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass eine vorgebbare Lichtverteilung ohne eine Abschirmkappe, allein durch eine besondere Ausformung des Reflektors und der Streulinse erzielt werden kann.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass dieser das von der Lichtquelle ausgesandte Licht optimal nutzt, da keine Abschirmkappe vorgesehen ist. Die zur Erfüllung der gesetzlichen Vorschriften erforderliche Beleuchtungsstärkeverteilung wird dabei bereits durch den Reflektor und die Streulinse erzeugt, so dass keine Abdeckscheibe mit optischen Elementen erforderlich ist. Mit Hilfe neuer Berechnungsmethoden ist es möglich, die Form des Reflektors und der Streulinse so zu berechnen, dass das von der Lichtquelle ausgesandte Licht nach Reflexion durch den Reflektor und Durchtritt durch die Streulinse die erforderliche Beleuchtungsstärkeverteilung, einschließlich einer eventuell erforderlichen Helldunkelgrenze, erzeugt. Gegenüber bekannten Scheinwerfern, die nach dem Projektionssystem aufgebaut sind und einen ellipsoiden Reflektor, eine die Helldunkelgrenze bildende Blende und eine die Blende abbildende Linse aufweisen, besitzt der erfindungsgemäße Scheinwerfer den Vorteil, dass dessen Bautiefe wegen der am Vorderrand des Reflektors angeordneten Linse wesentlich geringer ist. Außerdem weisen bekannte Scheinwerfer nach dem Projek­ tionsprinzip den Nachteil auf, daß an der Helldunkelgrenze infolge der Abbildung der Blende Farbsäume auftreten. Dies wird beim erfin­ dungsgemäßen Scheinwerfer vermieden, da bei diesem die Helldunkel­ grenze bereits durch entsprechende Reflexion des von der Licht­ quelle ausgesandten Lichts am Reflektor gebildet wird.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Scheinwerfer im vertikalen Längsschnitt nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 den Scheinwerfer nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 den Scheinwerfer im hori­ zontalen Längsschnitt nach einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine vom Scheinwerfer bei der Ausbildung als Fernlichtscheinwerfer auf einem Meßschirm erzeugte Beleuchtungsstärkeverteilung, Fig. 5 vom Fernlichtscheinwerfer auf dem Meßschirm erzeugte Abbildungen eines Leuchtkörpers, Fig. 6 eine vom Scheinwerfer bei der Ausbil­ dung als Nebelscheinwerfer auf dem Meßschirm erzeugte Beleuchtungs­ stärkeverteilung, Fig. 7 vom Nebelscheinwerfer auf dem Meßschirm erzeugte Abbildungen des Leuchtkörpers, Fig. 8 eine vom Scheinwer­ fer bei der Ausbildung als Abblendlichtscheinwerfer auf dem Meß­ schirm erzeugte Beleuchtungsstärkeverteilung und Fig. 9 vom Ab­ blendlichtscheinwerfer auf dem Meßschirm erzeugte Abbildungen des Leuchtkörpers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in den Fig. 1 bis 3 dargestellter Scheinwerfer für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, weist einen Reflektor 10 auf, der aus Metall oder Kunststoff bestehen kann. In den Scheitel 12 des Reflek­ tors 10 ist eine Lichtquelle 14 eingesetzt, die eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe sein kann. Durch den Reflektor 10 wird das von der Lichtquelle 14 ausgesandte Licht als ein zumindest in hori­ zontalen Längsebenen konvergentes Lichtbündel 16 reflektiert. Hierzu enthält der Reflektor 10 beispielsweise in axialen, das heißt dessen optische Achse 18 enthaltenden Längsschnitten ellipsenartige Schnittkurven. Ellipsenartig bedeutet dabei, daß die Schnittkurven reine Ellipsen sein können oder zumindest bereichsweise eine ellip­ tische Krümmung aufweisen und in anderen Bereichen in ihrem Verlauf von einer elliptischen Krümmung abweichen. In unterschiedlichen Längsschnitten können die Schnittkurven des Reflektors 10 unter­ schiedlich sein, wobei deren innere Brennpunkte etwa zusammenfallen während deren äußere Brennpunkte unterschiedliche Lagen einnehmen. Die Lichtquelle 14 ist dabei im Bereich des inneren Brennpunkts des Reflektors 10 angeordnet. Durch diese Ausbildung des Reflektors 10 umfaßt dieser die Lichtquelle 14 über einen großen Winkelbereich α und erfaßt daher einen großen Teil des von der Lichtquelle 14 ausgesandten Lichtstroms zur Bildung des Lichtbündels.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist im Bereich des in Lichtaustrittsrichtung 20 weisenden Vorderrands 22 des Reflektors 10 eine Streulinse 24 angeordnet, die eine zum Reflektorscheitel 12 weisende Planfläche 26 und dieser gegenüber­ liegend eine konkav gekrümmte Fläche 28 aufweist. Die Streulinse 24 könnte jedoch auch umgekehrt angeordnet sein, also mit deren ge­ krümmter Fläche 28 zum Reflektorscheitel 12 weisend. Die Dicke der Streulinse 24 nimmt ausgehend von deren Mitte zu deren Rändern hin zu. Die gekrümmte Fläche 28 kann sphärisch oder asphärisch ausge­ bildet sein und in unterschiedlichen axialen Längsschnitten unter­ schiedliche Krümmungen aufweisen. Die Streulinse 24 kann aus Glas oder Kunststoff bestehen und ist so groß ausgebildet, daß sie die Lichtaustrittsöffnung des Reflektors 10 überdeckt. Durch den Reflektor 10 wird das von der Lichtquelle 14 ausgesandte Licht als ein in horizontalen und vertikalen Längsebenen konvergentes Lichtbündel reflektiert. Die Form des Reflektors 10 und der Streulinse 24 sind so bestimmt und aufeinander abgestimmt, daß das von der Lichtquelle 14 ausgesandte Licht nach Reflexion am Reflektor 10 und Durchtritt durch die Streulinse 24 eine gesetzlichen Vorschriften genügende Beleuchtungsstärkeverteilung bildet. Dabei kann beispielsweise die Form der Streulinse 24 vorgegeben werden und die Form des Reflektors 10 unter Berücksichtigung der ablenkenden Wirkung der Streulinse 24 so bestimmt werden, daß dieser das von der Lichtquelle 14 ausge­ sandte Licht in der zur Erzielung der vorgeschriebenen Beleuchtungs­ stärkeverteilung erforderlichen Weise reflektiert. Durch die im Be­ reich des Vorderrands 22 des Reflektors 10 angeordnete Streulinse weist der Scheinwerfer eine geringe Bautiefe auf.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Scheinwerfers dargestellt, bei dem die Streulinse 124 als eine Fresnellinse ausge­ bildet ist. Die Fresnellinse 124 weist eine dem Reflektorscheitel 112 zugewandte Planfläche 126 und dieser gegenüberliegend eine Fläche 128 mit mehreren konzentrischen Linsenringflächen auf. Die Fresnellinse 124 weist über deren Fläche eine etwa gleichbleibende Dicke auf, so daß diese gegenüber der Streulinse 24 ein geringeres Gewicht besitzt. Die Fresnellinse 124 kann wie die Streulinse 24 aus Glas oder Kunststoff bestehen.

Bei einem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist die Streulinse 224 als eine Zylinderlinse ausgebildet, die eine dem Reflektorscheitel 12 zugewandte Planfläche 226 und dieser gegenüber­ liegend eine zylindrische Fläche 228 aufweist. Die Zylinderachse 230 der Zylinderlinse 224 ist vertikal und senkrecht zur optischen Achse 18 des Reflektors 10 angeordnet. Die zylindrische Fläche 228 kann Teil eines Kreiszylinders sein oder Teil eines im Querschnitt beliebig gekrümmten, beispielsweise parabolisch, elliptisch oder andersartig gekrümmten Zylinders. Die Form des Reflektors 10 ist dabei so bestimmt, daß dieser das von der Lichtquelle ausgesand­ te Licht als ein in horizontalen Ebenen konvergentes, jedoch in vertikalen Ebenen im wesentlichen zur optischen Achse 18 paralleles Lichtbündel reflektiert. Beim Durchtritt durch die Streulinse 224 wird das vom Reflektor 10 reflektierte Lichtbündel in horizontalen Ebenen beeinflußt, also abgelenkt, jedoch wird das Lichtbündel in vertikalen Ebenen durch die Streulinse 224 nicht beeinflußt.

Der Scheinwerfer nach den vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spielen kann als Fernlichtscheinwerfer, als Nebelscheinwerfer oder als Abblendlichtscheinwerfer ausgebildet werden.

In Fig. 4 ist ein Meßschirm 32 dargestellt, der in einem Abstand von beispielsweise 25 m vom Reflektor 10 entfernt senkrecht zu dessen optischer Achse 18 angeordnet ist. Auf dem Meßschirm 32 wird vom Scheinwerfer eine Beleuchtungsstärkeverteilung 34 erzeugt, die in Fig. 4 mittels mehrerer Isolux-Linien, das sind Linien gleicher Beleuchtungsstärke, dargestellt ist. Bei der Ausbildung des Schein­ werfers als Fernlichtscheinwerfer wird von diesem die in Fig. 4 dargestellte Beleuchtungsstärkeverteilung 34 erzeugt, die eine hori­ zontale Erstreckung von etwa jeweils 18 Grad zu beiden Seiten einer vertikalen Mittelebene VV des Meßschirms 32 aufweist. In vertikaler Richtung erstreckt sich die Beleuchtungsstärkeverteilung 34 etwa bis unter 10 Grad oberhalb und etwa 8 Grad unterhalb einer horizontalen Mittelebene HH des Meßschirms 32. Im Zentrum des Meßschirms 32, in dem sich die vertikale Mittelebene VV und die horizontale Mittel­ ebene HH schneiden, weist die Beleuchtungsstärkeverteilung 34 ein ausgeprägtes Maximum 36 auf. In Fig. 5 sind Abbildungen der Licht­ quelle 14 dargestellt, die vom Fernlichtscheinwerfer auf dem Meß­ schirm 32 erzeugt werden. In Fig. 5 sind dabei nur beispielhaft Abb. 38 eingezeichnet, die von Bereichen des Reflektors 10 reflektiert wurden, welche auf einem gemeinsamen Durchmesser um die optische Achse 18 angeordnet sind. Die Reflektorbereiche, von denen die in Fig. 5 eingezeichneten Abb. 38 reflektiert werden, liegen etwa in einer in Fig. 1 mit 40 bezeichneten Ebene, etwa auf halbem Abstand zwischen dem Scheitel 12 und dem größten Durchmesser D des Reflektors 10. Die Lichtquelle 14, das heißt die Glühwendel bei einer Glühlampe bzw. der Lichtbogen bei einer Gasentladungs­ lampe, erstreckt sich dabei parallel zur optischen Achse 18 und ist etwa auf dieser angeordnet.

Wird der Scheinwerfer als Nebelscheinwerfer ausgebildet, so wird durch diesen auf dem Meßschirm 32 eine in Fig. 6 dargestellte Be­ leuchtungsstärkverteilung 42 erzeugt. Die Beleuchtungsstärkever­ teilung 42 weist eine große horizontale Erstreckung auf, beispiels­ weise bis zu etwa 45 Grad zu beiden Seiten der vertikalen Mittel­ ebene VV des Meßschirms 32. Die Erstreckung der Beleuchtungsstärke­ verteilung 42 in vertikaler Richtung ist wesentlich geringer, bei­ spielsweise von etwa 1 Grad unterhalb der horizontalen Mittelebene HH des Meßschirms 32 bis etwa 6 Grad unterhalb der horizontalen Mittelebene HH. Die Beleuchtungsstärkeverteilung 42 weist eine etwa horizontale obere Helldunkelgrenze 44 auf, die bereits durch ent­ sprechende Reflexion des von der Lichtquelle 14 ausgesandten Lichts durch den Reflektor 10 gebildet ist, so daß hierfür keine Abschirm­ kappe erforderlich ist. In Fig. 7 sind Abb. 46 der Licht­ quelle 14 dargestellt, die von in der in Fig. 1 eingezeichneten Ebene 40 auf einem die optische Achse 18 umgebenden Durchmesser liegenden Reflektorbereichen reflektiert werden. Sämtliche Abb. 46 sind unterhalb der Helldunkelgrenze 44 angeordnet.

Wird der Scheinwerfer als Abblendlichtscheinwerfer ausgebildet, so wird durch diesen auf dem Meßschirm 32 eine in Fig. 8 dargestellte Beleuchtungsstärkeverteilung 48 erzeugt. Die Beleuchtungsstärkever­ teilung 48 ist bezüglich der vertikalen Mittelebene VV des Meßschirms 32 asymmetrisch und weist links von VV (Gegenverkehrsseite) eine horizontale obere Helldunkelgrenze 50 auf und rechts von VV (eigene Verkehrsseite) eine von VV aus nach rechts ansteigende obere Helldunkelgrenze 52 auf. Die horizontale Erstreckung der Beleuch­ tungsstärkeverteilung 48 beträgt bis zu etwa 35 Grad beidseits der vertikalen Mittelebene VV. In vertikaler Richtung erstreckt sich die Beleuchtungsstärkeverteilung 48 von der oberen Helldunkelgrenze 50 bzw. 52 aus bis etwa 10 Grad unterhalb der horizontalen Mittelebene HH. In Fig. 9 sind Abb. 54 der Lichtquelle 14 dargestellt, die von Reflektorbereichen reflektiert werden, die in der Ebene 40 (siehe Fig. 1) auf einem gemeinsamen Durchmesser um die optische Achse 18 herum angeordnet sind.

Claims (7)

1. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Reflektor (10) und einer Streulinse (24; 124; 224) und mit einer Lichtquelle (14), wobei der Reflektor (10) von der Lichtquelle (14) ausgesandtes Licht als ein zumindest in horizontalen Längsebenen konvergentes Lichtbündel (16) reflektiert, wobei die Streulinse (24; 124; 224) im Bereich eines in Lichtaustrittsrichtung weisenden Vorderrands (22) des Reflektors (10) angeordnet ist, und das von dem Reflektor (10) reflektierte Lichtbündel (16) durch die Streulinse (24; 124; 224) hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (10) derart ausgebildet ist, dass er das von der Lichtquelle (14) ausgesandte Licht als ein in horizontalen Ebenen konvergentes und in vertikalen Ebenen paralleles Lichtbündel reflektiert, und die Streulinse (24; 124; 224) derart ausgebildet ist, dass sie das von dem Reflektor (10) reflektierte Lichtbündel (16) beim Durchtritt in horizontalen Ebenen ablenkt und in vertikalen Ebenen unbeeinflusst lässt, wobei die Form des Reflektors (10) und die Form der Streulinse (24; 124; 224) derart bestimmt und aufeinander abgestimmt sind, dass das von der Lichtquelle (14) ausgesandte Licht nach Reflexion an dem Reflektor (10) und nach Durchtritt durch die Streulinse (24; 124; 224) eine definierte Beleuchtungsstärkeverteilung bildet.

2. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als ein Fernlichtscheinwerfer mit einer für Fernlicht definierte Beleuchtungsstärkeverteilung ausgebildet ist.

3. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streulinse (124) als eine Fresnellinse ausgebildet ist.

4. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streulinse (224) als eine Zylinderlinse ausgebildet ist, deren Zylinderachsen (230) sich etwa vertikal und senkrecht zu einer optischen Achse (18) des Scheinwerfers erstreckt.

5. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streulinse (24; 124; 224) aus Kunststoff besteht.

6. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als ein Abblendlichtscheinwerfer mit einer für Abblendlicht definierten Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer asymmetrischen Helldunkelgrenze ausgebildet ist.

7. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als ein Nebelscheinwerfer mit einer für Nebellicht definierten Beleuchtungsstärkeverteilung mit einer horizontalen Helldunkelgrenze ausgebildet ist.