DE60208733T2

DE60208733T2 - Fahrzeugscheinwerfer mit Formgedächtnis-Einstellvorrichtung

Info

Publication number: DE60208733T2
Application number: DE60208733T
Authority: DE
Inventors: Francesco Butera; Bartolomeo Pairetti; Alessandro Zanella
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: EP1249660B1; EP1249660A2; ES2252343T3; ITTO20010362A1; US20020149947A1; US6659631B2; ATE316224T1; DE60208733D1; ITTO20010362A0; EP1249660A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeug-Frontscheinwerfer des Typs, der aufweist:

– eine Träger-Konstruktion,
– eine auf die Träger-Konstruktion montierte Lichtquelle,
– eine erste dünne transparente Scheibe, welche in einer festen Position vor der Lichtquelle angeordnet ist, und auf welcher eine Anzahl Mikrolinsen in einer matrixartigen Anordnung integriert sind,
– eine der ersten Scheibe zugewandte und von dieser getrennte zweite dünne transparente Scheibe, auf welcher ebenfalls eine Anzahl Mikrolinsen matrixartig integriert sind, so dass für jede Mikrolinse der ersten Scheibe eine oder mehr zugehörige Mikrolinsen auf der zweiten Scheibe vorhanden sind, welche eine Untergruppe der Matrix der zweiten Scheibe bilden, wobei die zweite Scheibe in einer Richtung parallel zur optischen Achse des Scheinwerfers und ebenso in einer zur ersteren orthogonalen Richtung beweglich ist,
– wobei der Frontscheinwerfer auch erste Stellmittel zum Steuern der Bewegung in der Richtung der optischen Achse sowie zweite Stellmittel zum Steuern der Bewegung in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse aufweist.

Ein Frontscheinwerfer des oben genannten Typs ist in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 860 650, die von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung vorgelegt wurde, beschrieben und veranschaulicht. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist es möglich, die Eigenschaften des vom Frontscheinwerfer erzeugten Lichtstrahls zu verändern, ohne dass dazu eine makroskopische Bewegung des beweglichen Teils des Frontscheinwerfers notwendig ist. Tatsächlich erlaubt jede winzige Relativbewegung zwischen den beiden Scheiben, welche die Mikrolinsenanordnungen tragen, einer anderen Mikrolinse der zweiten Scheibe, selektiv auf jede Mikrolinse der ersten Scheibe ausgerichtet zu werden. In dem Fall der bekannten Vorrichtung wird die Einstellbewegung über herkömmliche Stellgliedtypen erzielt, wobei jede zum Beispiel einen Elektromotor und einen Schraubenmutter- und Hebelmechanismus aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zuvor vorgeschlagene Vorrichtung zu perfektionieren, sie einfacher, leichter, mit geringerer Baugröße und effizienter zu machen.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug-Frontscheinwerfer mit den Merkmalen von Anspruch 1.
Formgedächtnis-Aktoren sind an sich bekannte Vorrichtungen, die inzwischen auf verschiedenen Gebieten angewendet werden. Sie verwenden aus Metalllegierungen bestehende Elemente, typischerweise aus Nickel und Titanlegierungen, welche die Eigenschaft haben, sich zusammenzuziehen, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Übergangswert übersteigt. Die Anmelderin hat schon verschiedene Anwendungsbereiche für Formgedächtnis-Aktoren vorgeschlagen, zum Beispiel für die Einstellung von Fahrzeug-Rückspiegeln oder zur Einstellung von Ablenkplatten für Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge und ähnliche Beispiele. Zum Beispiel könnte ein Formgedächtnis-Aktor aus einem Draht bestehen, der aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist und der dann zwischen eine feste Struktur und das gesteuerte Organ eingeschaltet wird. Ein Erwärmen des Drahts über seine Übergangstemperatur, was dadurch erreicht werden kann, dass zum Beispiel ein elektrischer Strom durch den Draht geleitet wird, verursacht, dass der Draht kürzer wird und daher das gesteuerte Organ in einer ersten Richtung bewegt wird. Das gesteuerte Organ kehrt in seine Anfangsposition zurück, wenn der Draht abkühlt, und dies kann dadurch unterstützt werden, dass ein elastisches Rückholmittel vorgesehen wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine spezifische Anwendung von Formgedächtnis-Aktoren des oben genannten Typs auf einen Fahrzeug-Frontscheinwerfer, der die Eigenschaften hat, die am Beginn der vorliegenden Beschreibung angegeben wurden.
Der erfindungsgemäße Frontscheinwerfer enthält eine Anzahl erster Formgedächtnis-Aktoren, die in der Richtung der optischen Achse des Frontscheinwerfers wirken und zwischen einer beweglichen Scheibe des Frontscheinwerfers und einer festen Träger-Konstruktion angeordnet sind. Zusätzlich ist mindestens ein weiterer Formgedächtnis-Aktor entlang einer Richtung vorgesehen, die senkrecht zur optischen Achse ist, um die Bewegung der beweglichen Scheibe der Frontscheinwerferanordnung in dieser Richtung zu steuern.
Die Anwendung der Formgedächtnis-Aktoren hat verschiedene Vorteile. Erstens ist es bei dem Frontscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung wichtig, dass eine Einstellbewegung ausgeführt wird, ohne dass dadurch die Parallelität zwischen den beiden die Mikrolinsen tragenden Scheiben verloren geht. Beim erfindungsgemäßen Frontscheinwerfer sind die Formgedächtnis-Aktoren direkt mit der beweglichen Scheibe der Vorrichtung verbunden. Daher steuert jeder von ihnen direkt die Position der mobilen Scheibe im Raum und, da jedem Aktor ein Positionswandler zugeordnet ist, typischerweise ein Potentiometer, der dem Steuerungssystem im Verhältnis zu der Position ein Rückkopplungssignal liefert, die vom Teil der Scheibe erreicht wird, die direkt vom Aktor gesteuert wird, ist das elektronische Steuerungssystem, das verschiedenen Aktoren kontrolliert, dazu fähig, auf extrem einfache Art und Weise zu prüfen, dass der Zustand der Parallelität zwischen den beiden Scheiben aufrechterhalten bleibt. Dieser Vorteil rührt von der Möglichkeit her, dass mindestens zwei, typischerweise drei oder vier, Formgedächtnis-Aktoren für Einstellungen entlang der optischen Achse vorgesehen werden, was eine Situation ist, die in einer Vorrichtung gemäß bekannter Techniken aufgrund der beträchtlichen Baugröße herkömmlicher Aktoren nicht möglich war.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält jeder der Formgedächtnis-Aktoren, die in der Richtung der optischen Achse wirken, einen Draht, dessen eines Ende mit der gesteuerten Scheibe und dessen anderes Ende mit der Spitze einer Hülle verbunden ist, durch welche ein Formgedächtnis-Draht geführt ist und dessen anderes Ende an der festen Struktur verankert ist. Außerdem weist die Vorrichtung einen Zwischenteil einer teleskopartigen, röhrenförmigen Drahtführung auf, durch welche der Formgedächtnis-Draht geführt ist und der seinerseits in gelenkiger Weise auf einem Träger, der an der gesteuerten Scheibe befestigt ist, sowie an der festen Träger-Konstruktion des Frontscheinwerfers befestigt ist. Diese gelenkigen Verbindungen stellen sicher, dass die gesteuerte Scheibe zusätzlich zu der Möglichkeit einer Bewegung in der Richtung senkrecht zur Ebene der Scheibe auch in einer Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse des Frontscheinwerfers oder vielmehr in einer Richtung innerhalb der Ebene der Scheibe bewegt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel und anhand der beiliegenden Zeichnungen gegeben wird. Es zeigt:
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Frontscheinwerfers,
2 in vergrößertem Maßstab eine teilperspektivische Ansicht eines Teils des in 1 gezeigten Frontscheinwerfers,
3 eine schematische Darstellung der beiden Scheiben des in 1 gezeigten Frontscheinwerfers,
4 eine schematische Darstellung eines jeden Formgedächtnis-Aktors, der einen Teil des Frontscheinwerfers bildet, und
5 eine bevorzugte Ausführungsform eines der Aktoren, die im Frontscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Fahrzeug-Frontscheinwerferanordnung, die eine befestigte Träger-Konstruktion 2 aufweist, die einen Reflektor 3 trägt, der eine Lichtquelle umgibt, die von einer Lampe 4 gebildet wird. Eine erste transparente Scheibe 5, die eine Anzahl von Mikrolinsen trägt, ist vor der Lampe 4 angebracht, und eine zweite Scheibe 6 ist dieser zugewandt angeordnet, wobei diese Scheibe ebenfalls eine Anzahl von Mikrolinsen bzw. eine Mikrooptik trägt, die so angeordnet sind, dass es für jede Mikrolinse oder Mikrooptik auf der Scheibe 5 eine entsprechende Untergruppe von Mikrolinsen bzw. Mikrooptiken auf der Scheibe 6 gibt. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Scheibe 5 steif an der befestigten Träger-Konstruktion 2 befestigt, während die Scheibe 6 zu einer Bewegung bezüglich der Scheibe 5 in der Richtung der optischen Achse x des Frontscheinwerfers oder vielmehr in einer Richtung senkrecht zu den beiden Scheiben 5 und 6 fähig ist, während die beiden Scheiben 5 und 6 parallel zueinander gehalten werden. Zusätzlich ist die Scheibe 6 fähig, bezüglich der Scheibe 5 in der Richtung y, senkrecht zur optischen Achse x, bewegt zu werden.
Unter Bezugnahme auf 2 werden die Bewegungen der beweglichen Scheibe 6 (die in 2 alleine gezeigt ist) von vier Formgedächtnis-Aktoren 7 (von denen in 2 nur drei zu sehen sind) zur Bewegung in der x-Richtung sowie ein Formgedächtnis-Aktor 8 zur Bewegung in der y-Richtung gesteuert. Allgemein ausgedrückt ist jeder dieser Aktoren unter der Verwendung eines Drahts 9 realisiert, der aus einem Formgedächtnis-Material gefertigt ist, wobei ein Ende 9a mit der Scheibe 6 und das andere Ende 9b mit der Spitze einer Hülle 10 verbunden ist, welche den Draht 9 umgibt und das entgegengesetzte Ende an der befestigten Träger-Konstruktion verankert ist. Außerdem ist jedem Formgedächtnis-Draht 9 eine Feder 11, die zum Rückholen des Formgedächtnis-Drahts in seinen langen Ruhezustand beiträgt, sowie ein Potentiometer 12 mit einer elektrischen Schiene zugeordnet, das auf der befestigten Träger-Konstruktion festgehalten wird und mit einem Positionsanzeiger zusammenarbeitet, der mit dem Formgedächtnis-Draht bewegt wird, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das die Position des jeweiligen Aktors anzeigt.
3 veranschaulicht schematisch die beiden Scheiben 5 und 6 mit den fünf Aktoren 7 und 8 (im Fall von 3 ist der Aktor 8 seitlich und außerhalb der Scheibe anstatt unter ihr angeordnet). Wie aus 3 ersichtlich ist, werden Querbewegungen der Scheibe 6, die vom Aktor 8 kontrolliert werden, aufgrund der Flexibilität der Formgedächtnis-Drähte ermöglicht, welche die Aktoren 7 bilden (siehe gestrichelte Linien).
4 veranschaulicht schematisch den Aufbau des Formgedächtnis-Aktors 7, wobei der Formgedächtnis-Draht 9 zwischen der zu steuernden Scheibe 6 und der befestigten Träger-Konstruktion 2 angeordnet ist. Ein Erwärmen des Formgedächtnis-Drahts 9, was durch Leiten eines elektrischen Stroms erzielt wird, führt dazu, dass sich der Draht 9 verkürzt, was eine Bewegung der Scheibe 6 in der x-Richtung, in 4 nach links, gegen die Wirkung der Rückholfeder 11 hervorruft.
Während dieser Bewegung sendet aufgrund der Zusammenarbeit zwischen der festen Schiene 12a und dem Positionsanzeiger 12b, der mit dem gesteuerten Organ einstückig verbunden ist, das Potentiometer 12 ein die Position angebendes Signal an den Aktor.
5 zeigt eine praktische Ausführungsform der zum Steuern der Bewegung in der Richtung der optischen Achse x verwendeten Formgedächtnis-Aktoren 7. Wie schon erwähnt, weist der Formgedächtnis-Aktor im Wesentlichen einen Draht 9 aus Formgedächtnismaterial auf. Ein Ende des Drahts ist an der zu steuernden Scheibe 6 verankert, während das andere Ende 9b an der Spitze 10b der Hülle 10 (die in 5 nur teilweise gezeigt ist) verankert ist. Das entgegengesetzte Ende 10a der Hülle 10 ist an der festen Träger-Konstruktion 2 des Frontscheinwerfers an dessen hinterer Wand befestigt. Folglich erstrecken sich die Hüllen 10 der vier Aktoren 7 über die Rückwand der Frontscheinwerferstruktur hinaus, da eine bestimmte Länge für jeden Formgedächtnis-Draht 9 gewährt werden muss, um dessern richtigen Betrieb zu garantieren. Alternativ dazu können die Hüllen 10, die sich hinten aus dem Frontscheinwerfer heraus erstrecken, gebogen werden und in einer platzsparenden Anordnung gehalten werden, ohne dass dadurch die richtige Funktionsweise des Aktors beeinträchtigt wird. Eine zweite Hülle 10-A eines elektrisch isolierten und wärmebeständigen Materials bedeckt den Formgedächtnis-Draht zu Zwecken der Vermeidung von Kurzschlüssen. Die Hüllen 10 können unter der Verwendung spiralförmig aufgewickelten Stahldrahts mit sich berührenden Windungen realisiert werden, um ihnen axiale Steifigkeit und seitliche Flexibilität zu verleihen. Immer noch unter Bezugnahme auf 5 ist der Formgedächtnis-Draht 9 in der Nachbarschaft der Scheibe 6 innerhalb einer teleskopartigen, röhrenförmigen Führung 13 geführt, die aus zwei Elementen 13a und 13b besteht, die so angebracht sind, dass eines in dem anderen gleitet. Die teleskopartige, röhrenförmige Führung 13 wird verkürzt, wenn sich der Formgedächtnis-Draht 9 während der Aktivierung des Aktors verkürzt, während gleichzeitig die Rückholfeder 11 belastet wird, die zwischen dem Flansch 14 eines Trägers 15 angeordnet ist, der mit der festen Konstruktion 2 des Frontscheinwerfers sowie mit einem Verbindungselement 16 verbunden ist, das mit der Scheibe 6 wirksam verbunden ist.
Außerdem sind, wie in 5 zu sehen, die Enden der Zwischenführung 13 in gelenkiger Weise (S-Verbindungen) mit einem Träger 17, der ein Teil der befestigten Träger-Konstruktion des Frontscheinwerfers ist, bzw. einem Träger 18 verbunden, der mit der gesteuerten Scheibe 6 steif verbunden ist. Beim veranschaulichten Beispiel werden diese Gelenkverbindungen durch das Koppeln komplementärer Kugelflächen erzielt. Aufgrund dieser Anordnung wird, immer wenn sich die Scheibe 6 quer in der y-Richtung bewegt, die Bewegung erlaubt, weil der Träger 18 mit der Scheibe verbunden ist und sich mit ihr bewegt, während der Träger 17 in einer festen Position verbleibt, da er mit der Konstruktion 2 verbunden ist. Die Querbewegung der Scheibe wird aufgrund des Vorsehens von S-Verbindungen an den Enden der zwischengeschalteten Teleskopführungen 13 sowie aufgrund der Flexibilität des Drahtes 9 ermöglicht.
Die Führungsteile des Formgedächtnis-Drahtes sind vorzugsweise aus PTFE, was sowohl an der Fähigkeit dieses Materials, den Draht glatt zu führen, als auch an seiner Wärmebeständigkeit liegt. 5 zeigt das Potentiometer nicht, das dem Formgedächtnis-Draht 9 zugeordnet ist, der wie in 2 gezeigt; realisiert werden kann, oder jedenfalls gemäß der Zeichnung in 4.
Natürlich könnten auf der Grundlage des Verständnisses des Prinzips der vorliegenden Erfindung die strukturellen Einzelheiten und Ausführungsformen gegenüber den beschriebenen und veranschaulichten Beispielen weitgehend verändert werden, ohne dass dadurch vom durch die beiliegenden Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abgewichen würde.

Claims

Fahrzeug-Frontscheinwerfer, aufweisend: – eine befestigte Träger-Konstruktion (2), – eine auf die Träger-Konstruktion (2) montierte Lichtquelle (4), – eine erste dünne transparente Scheibe (5), welche in einer festen Position vor der Lichtquelle (4) angeordnet ist, und auf welcher eine Anzahl Mikrolinsen in einer matrixartigen Anordnung integriert sind, – eine der ersten Scheibe (5) zugewandte und von dieser getrennte zweite dünne transparente Scheibe (6), auf welcher ebenfalls eine Anzahl Mikrolinsen matrixartig integriert sind, so daß für jede Mikrolinse der ersten Scheibe (5) eine oder mehr zugehörige Mikrolinsen auf der zweiten Scheibe (6) vorhanden sind, welche eine Untergruppe der Matrix der zweiten Scheibe (6) bilden, – wobei die zweite Scheibe (6) in einer Richtung (x) parallel zur optischen Achse des Scheinwerfers beweglich ist und ebenso in einer zu ersterer orthogonalen Richtung (y), – wobei der Frontscheinwerfer auch erste Stellmittel zum Steuern der Bewegung der zweiten Scheibe (6) in der zur optischen Achse des Scheinwerfers parallelen Richtung x und zweite Stellmittel zum Steuern der Bewegung der zweiten Scheibe (6) in der zur optischen Achse orthogonalen Richtung (y) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Stellmittel Formgedächtnis-Stellmittel (7 und 8) umfassen, welche eine Anzahl Formgedächtnis-Aktoren aufweisen, wobei jeder einzelne ein längliches Formgedächtnis-Element (9) umfaßt mit einem ersten Ende, welches direkt mit der zweiten Scheibe (6) verbunden ist, und einem anderen Ende, welches mit der befestigten Träger-Konstruktion (2) des Frontscheinwerfers verbunden ist, wobei Mittel zum Hindurchschicken eines elektrischen Stroms durch jedes längliche Formgedächtnis-Element (9) vorgesehen sind, um letzteres dazu zu veranlassen, sich zu verkürzen, wobei jedes Formgedächtnis-Element (9) ferner mit einem Positionsanzeiger (12b) versehen ist, welcher mit dessen erstem Ende beweglich ist und mit einer befestigten Schiene (12a) eines Potentiometers (12) zusammenwirkt zum Zwecke der Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals, welches die Position des Aktors anzeigt.
Frontscheinwerfer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Formgedächtnis-Aktor (7 und 8) eine Rückholfeder (11) zugeordnet ist, die den Aktor in Richtung seiner Ruheposition zieht.
Frontscheinwerfer gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Formgedächtnis-Aktor einen Formgedächtnis-Draht (9) umfaßt, welcher ein Ende (9a) besitzt, welches mit der gesteuerten Scheibe (6) verbunden ist, und ein entgegengesetztes Ende (9b), welches mit der Spitze (10b) einer flexiblen Hülle (10) verbunden ist, deren entgegengesetztes Ende (10a) auf der befestigten Träger-Konstruktion (2) verankert ist.
Frontscheinwerfer gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Formgedächtnis-Aktoren (7 und 8), welche die Bewegung der zweiten Scheibe (6) in der Richtung (x) parallel zur optischen Achse steuern, eine teleskopartige, röhrenförmige Führung (13) für den Formgedächtnis-Draht (9) umfaßt, welche auf gelenkige Weise an einem Ende mit der gesteuerten Scheibe (6) und am anderen Ende mit der befestigten Träger-Konstruktion (2) verbunden ist, um den Enden des Formgedächtnis-Drahts zu gestatten, sich aus der Flucht zu bewegen, indem sie einer Bewegung der gesteuerten Scheibe (6) in der Richtung (y) orthogonal zur optischen Achse folgen.