-
Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung in einem Fahrzeug,
insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer.
-
Das
von Fahrzeugscheinwerfern ausgesandte Licht muss bestimmten gesetzlichen
Vorschriften genügen,
die beispielsweise die Helligkeit und Lichtverteilung regeln. Aufgrund
hoher Verkehrsdichten wird heutzutage überwiegend das so genannte
Abblendlicht als Fahrlicht verwendet. Derartige Scheinwerfer benötigen beispielsweise
eine Hell-Dunkel-Grenze
in der Lichtverteilung, gemäß der innerhalb
Europas geltenden so genannten ECE-Norm. Eine eine Hell-Dunkel-Grenze aufweisende
Lichtverteilung ermöglicht
es einerseits eine Blendung des Gegenverkehrs zu verhindern und
andererseits dennoch unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze eine relativ
große
Beleuchtungsstärke
zulässt.
-
Neben
maximalen Sichtweiten und minimaler Blendwirkung muss die Lichtverteilung
auch im Nahbereich bestimmten Anforderungen genügen. Beispielsweise müssen Kurven
sicher durchfahren werden können,
was beispielsweise mit einer seitlich über die Fahrbahnränder hinausreichenden
Lichtverteilung ermöglicht
wird.
-
Zur
Erzeugung einer möglichst
optimalen Lichtverteilung werden gegenwärtig überwiegend Projektionssysteme
oder Reflexionssysteme verwendet.
-
Projektionssysteme
bieten hohen Gesamtlichtstrom sowie eine gute Reichweite und Seitenausleuchtung.
Projektionssysteme weisen eine in einem ersten Brennpunkt des ellipsoidförmigen Reflektors
angeordnete Lichtquelle auf. Die von der Lichtquelle ausgesandten
Lichtstrahlen werden von dem Reflektor reflektiert und anschließend von
einer (Projektions)-Linse gebrochen, um eine bestimmte Lichtverteilung
zu erhalten. Bedingt durch diese zweistufige Abbildung und üblicherweise
kleine Brennweiten des Projektionssystems sind die abgebildeten
Lichtbogenbilder beziehungsweise Wendelbilder jedoch sehr groß. Damit
ist es schwierig, die Beleuchtungsstärke gezielt, beispielsweise
im Nahbereich, abzusenken. Dies bedingt in der Regel auch einen
Verlust der Reichweite und einen inhomogenen Nahbereich, was als
störend
empfunden wird.
-
Reflexionssysteme
bieten hingegen in der Regel eine gute Kernlichtverteilung und wenig
störendes
Vorfeld. Reflexionssysteme erzielen jedoch üblicherweise eine schlechtere
Seitenausleuchtung als Projektionssysteme. Ferner ist bei Reflexionssystemen üblicherweise
der Gesamtlichtstrom geringer, da häufig die eingesetzte Lichtquelle
einen niedrigeren Lichtstrom abgibt und zum anderen die räumliche Umfassung
aus Gründen
des Verhältnisses
des benötigten
Bauraums zu dem zur Verfügung
stehenden Bauraum schlechter ist als bei Projektionssystemen.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung mit verbesserten
lichttechnischen Eigenschaften zu schaffen. Insbesondere soll eine derartige
Beleuchtungseinrichtung eine hohe Reichweite, eine breite Seitenausleuchtung
und ein großes Lichtvolumen
bei gleichzeitiger kleiner Abmessung ermöglichen. Ferner soll ein möglichst
homogenes Vorfeld mit niedrigem Niveau erreicht werden.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten
Art dadurch gelöst,
dass die Beleuchtungseinrichtung einen Primärreflektor zur Erzeugung einer
Kernlichtverteilung und einen zur Erzeugung einer peripheren Lichtverteilung mit
einer Linse zusammenwirkenden Sekundärreflektor aufweist.
-
Damit
ist es möglich,
die Vorteile eines Projektionssystems und die Vorteile eines Reflexionssystems
in einer Beleuchtungseinrichtung zu vereinen. Der Primärreflektor
wirkt hierbei wie ein Reflexionssystem und erzeugt somit eine besonders
gute Kernlichtverteilung. Der Sekundärreflektor wirkt zusammen mit
der Linse wie ein Projektionssystem und erzeugt somit eine homogene
Basislichtverteilung mit hoher Seitenstreuung und niedrigem Lichtniveau im
Nahbereich vor dem Fahrzeug.
-
Vorzugsweise
weist die Beleuchtungseinrichtung eine mit dem Sekundärreflektor
zusammenwirkende Blende auf, mittels der eine Hell-Dunkel-Grenze
gebildet wird, die den gesetzlichen Vorgaben entspricht.
-
Vorteilhafterweise
ist der Primärreflektor
derart ausgestaltet, dass die von diesem reflektierten Lichtstrahlen
eine asymmetrische Hell-Dunkel-Grenze erzeugen.
-
In
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
wird folglich ein Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahlen
von dem Primärreflektor abgestrahlt
und ein anderer Teil derselben Lichtquelle wird aus dem Sekundärreflektor
und der Linse bestehenden System abgestrahlt. Die Linse kann hierbei
beispielsweise als symmetrische runde Linse ausgebildet sein.
-
Vorzugsweise
ist der Primärreflektor
aus zwei seitlich angeordneten Reflektorelementen gebildet. Übliche Scheinwerfer
in Reflexionstechnologie weisen bedingt durch Bauraum und Design
häufig eine
rechteckige und sehr flache Form auf. Dies hat zur Folge, dass die
die Lichtquelle umfassende Reflexionsfläche nur einen kleinen Raumwinkel
des abgestrahlten Lampenlichtstroms erfasst. Der Gesamtlichtstrom
des Systems und damit der Wirkungsgrad sind somit gering, da im
oberen und unteren Bereich Lichtstrom verloren geht. Eine seitliche
Anordnung des Primärreflektors
hat somit den Vorteil, dass der Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten
Lampenlichtstroms, der auch bei herkömmlichen Reflexionssystemen
den größten Anteil
am Gesamtlichtstrom hat, in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
für den
Reflexionsteil und damit für
die Erzeugung der Kernlichtverteilung genutzt wird.
-
Demzufolge
wird von dem Sekundärreflektor überwiegend
der von der Lichtquelle nach oben und unten abgestrahlte Lichtstrom
reflektiert und der Linse zugeführt,
so dass dieser Teil des Lichtstroms die Basislichtverteilung erzeugt
und gleichzeitig eine hohe Seitenstreuung ermöglicht.
-
Vorzugsweise
ist der Primärreflektor
weitgehend parabolisch ausgeformt. Hierbei kann der Primärreflektor
beispielsweise Teil eines Rotationsparaboloids sein. Dies ermöglicht,
für die
Herstellung des Primärreflektors
bekannte Verfahren aus dem Bereich der Reflexionssysteme anzuwenden.
Analog hierzu ist der Sekundärreflektor
vorzugsweise weitgehend elliptisch ausgebildet.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
sind der Primärreflektor
und der Sekundärreflektor
einstückig
ausgebildet. Dies ermöglicht
eine besonders kompakte Bauform des Scheinwerfers. Ferner wird dadurch
ermöglicht,
dass sowohl der Primärreflektor als
auch der Sekundärreflektor
in einem gemeinsamen Verfahren, beispielsweise einem Spritzgussverfahren,
hergestellt werden. Hierzu muss dann lediglich ein Werkzeug hergestellt
werden. Ferner entfallen dabei Verbindungselemente, mittels derer
sonst der Primärreflektor
mit dem Sekundärreflektor
verbunden werden müsste.
Des weiteren hat die einstückige
Ausführungsform
den Vorteil, dass eine besonders präzise Lichtverteilung erzielbar
ist, da das Zusammenwirken des Primärreflektors mit dem Sekundärreflektor
aufgrund einer hohen Fertigungsgenauigkeit vorbestimmt werden kann.
-
Vorteilhafterweise
ist an dem Sekundärreflektor
eine Lampenhalterung angeordnet. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn
diese Lampenhalterung einstückig
mit dem Sekundärreflektor
und damit auch einstückig
mit dem Primärreflektor
ausgebildet ist. Dies ermöglicht
eine noch effizientere Herstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung. Ferner
kann damit eine nochmalige Verringerung des benötigten Bauraums erreicht werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
ist die Linse als Zylinderlinse ausgebildet. Eine Zylinderlinse
ermöglicht
eine Brechung der von dem Sekundärreflektor
reflektierten Lichtstrahlen derart, dass eine Begrenzung des Abstrahlwinkels
nach oben erreicht werden kann. Eine Einflussnahme auf die Führung von
seitlich abgestrahlten Lichtstrahlen durch die Linse ist nicht notwendig,
da die von der Lichtquelle seitlich abgestrahlten Lichtstrahlen
von dem Primärreflektor
und nicht von dem Sekundärreflektor
reflektiert werden. Mittels einer derartigen Zylinderlinse sind
beispielsweise besonders flache Bauformen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
realisierbar. Ferner ist eine Zylinderlinse besonders kostengünstig herstellbar.
-
Vorzugsweise
ist die der Lichtquelle abgewandten Seite der Linse asphärisch ausgebildet.
Damit ist eine besonders homogene und seitlich weitstreuende Lichtverteilung
erreichbar. Eine asphärische
Linse kann mit einer höheren
Apertur als eine nichtasphärische
Linse ausgeführt
werden und hat somit einen besseren Wirkungsgrad.
-
Vorteilhafterweise
ist der Linse ein Streuelement zugeordnet. Ein derartiges Streuelement
kann beispielsweise wellenförmige
Streuprofile aufweisen und bewirkt vorzugsweise eine horizontale
Streuung. Damit kann die Homogenität des von der Beleuchtungseinrichtung
ausgestrahlten Lichts nochmals erhöht werden. Ferner kann eine
beabsichtigte Lichtverteilung durch die Streuscheibe erreicht beziehungsweise
optimiert werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Streuscheibe einstückig mit der Zylinderlinse,
insbesondere auf der der Lichtquelle zugewandten Seite ausgebildet
ist.
-
Vorzugsweise
ist die Lichtquelle als eine Gasentladungslampe ausgebildet. Eine
Gasentladungslampe ist beispielsweise eine so genannte Xenon-Lampe.
Damit kann ein besonders hoher Lichtstrom erreicht werden.
-
Weitere
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematisierte dreidimensionale Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform;
-
2 eine
Darstellung der Kernlichtverteilung, erzeugt durch Primärreflektoren;
-
3 eine
Darstellung der Basislichtverteilung, erzeugt durch einen Sekundärreflektor;
-
4 eine
schematische Darstellung der Gesamtlichtverteilung;
-
Figuren
-
5a bis 5e schematisierte
Darstellungen von beispielhaften Zylinderlinsen in einer Ansicht
von oben.
-
In 1 ist
eine schematisierte drei-dimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 gezeigt.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst einen Primärreflektor 2,
der aus zwei seitlich angeordneten Reflektorelementen besteht. Einstückig mit
dem Primärreflektor 2 ist
ein Sekundärreflektor 3 verbunden.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 weist ferner eine Zylinderlinse 4 und eine
Lichtquelle 5 auf.
-
Der
Primärreflektor 2 reflektiert
den von der Lichtquelle 5, beispielsweise einer Gasentladungslampe,
seitlich abgestrahlten Lichtstrom. Der Primärreflektor 2 ist hierbei
derart ausgestaltetet, dass die mittels der reflektierten Lichtstrahlen
eine Hell-Dunkel-Grenze entsteht. Die seitlich angeordneten Reflektorelemente
des Primärreflektors
weisen weitgehend parabolisch modifizierte Flächen auf. Die optischen Flächen können beispielsweise
segmentiert oder facettiert sein.
-
Die
von dem Primärreflektor 2 reflektierten Lichtstrahlen
erzeugen eine Kernlichtverteilung mit hoher Reichweite und einer
asymmetrischen Hell-Dunkel-Grenze, die beispielsweise einen 15-Grad-Sektor
aufweist. Der Primärreflektor 2 nutzt nur
kleine Wendelbilder beziehungsweise Lichtbogenbilder der Lichtquelle 5 und
generiert dadurch eine räumlich
begrenzte Lichtverteilung, die sich nicht bis in das Vorfeld vor
dem Fahrzeug erstreckt.
-
Der
Sekundärreflektor 3 besteht
aus einem inneren umlaufenden Teilabschnitt sowie einem äußeren oberen
und unteren Flügel.
Der innere Teil erfasst somit den gesamten Lichtstrom (360°), der in Richtung
dieser Fläche
abgestrahlt wird. Erst ab einer gewissen Reflektortiefe wird der
Lichtstrom der Lichtquelle 5 aufgeteilt zwischen Sekundärreflektor 3 oben/unter
sowie Primärreflektor 2 rechts/links.
-
Die
Wendelbilder beziehungsweise Lichtbogenbilder werden in eine Zwischenbildebene
abgebildet, in der eine nicht dargestellte Strahlenblende angeordnet
ist. Die Strahlenblende ist hierbei annähernd in dem zweiten Brennpunkt
des von dem Sekundärreflektor 3 gebildeten Ellipsoids
angeordnet. Hierbei ist die Lichtquelle 5 näherungsweise
in dem ersten Brennpunkt des Ellipsoids angeordnet. Das Zwischenbild
und die Blende liegen insbesondere auch in der Nähe des Brennpunkts der horizontal streuenden
Zylinderlinse 4.
-
Die
Zylinderlinse 4 vergrößert das
Zwischenbild und projiziert dieses auf die sich vor der Beleuchtungseinrichtung 1 befindlichen
Fläche,
beispielsweise eine Straße.
Die von dem Sekundärreflektor 3 reflektierten
Lichtstrahlen erzeugen eine homogene Basislichtverteilung mit hoher
Seitenstreuung und niedrigem Lichtniveau im Nahbereich vor dem Fahrzeug.
Die Hell-Dunkel-Grenze
wird hierbei durch die nicht dargestellte Blende gebildet und weist
beispielsweise eine horizontale beziehungsweise weitgehend horizontale
außen
ansteigende Form auf. Der Anstieg beträgt hierbei beispielsweise ebenfalls 15°. Form und
Größe des Sekundärreflektors 3 sind derart
gewählt,
dass ein ausgewogenes Verhältnis von
Basislichtverteilung zu der von dem Primärreflektor 2 erzeugten
Kernlichtverteilung erzielt wird.
-
Die
Lichtquelle 5, also beispielsweise eine sogenannte D2R-Lampe, ist in einer
Lampenhalterung befestigt, die in dem Sekundärreflektor gebildet ist.
-
2 zeigt
eine durch den Primärreflektor 2 erzeugte
beispielhafte Kernlichtverteilung. Die gestrichelte Linie stellt
die Ideallinie der Hell-Dunkel-Grenze dar, die eine 15-Grad-Steigung
in dem Bereich ab 0° horizontal
aufweist. Die Kernlichtverteilung wird durch die parabolisch ausgebildeten
Primärreflektoren 2 durch
Reflexion der seitlich von der Lichtquelle 5 ausgestrahlten
Lichtstrahlen erzeugt. Die Kernlichtverteilung ist von hoher Intensität und erreicht
damit eine hohe Reichweite.
-
In 3 ist
eine beispielhafte Basislichtverteilung dargestellt, die durch ein
Zusammenwirken des nach oben und nach unten von der Lichtquelle 5 abgestrahlten
Lichtstroms gebildet wird, wenn dieser von dem Sekundärreflektor 3 reflektiert
und über
die Blende und die Zylinderlinse 4 von der Beleuchtungseinrichtung 1 abgestrahlt
wird. Die in der 3 dargestellte Basislichtverteilung
weist eine besonders homogene und besonders weit seitlich reichende Lichtverteilung
auf.
-
In 4 ist
eine Gesamtlichtverteilung beispielhaft dargestellt, wie sie mit
der Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugt werden kann. Hierbei
ergänzen sich
die von dem Primärreflektor 2 und
dem Sekundärreflektor 3 erzeugten
Lichtverteilungen zu einer besonders ausgewogenen Gesamtverteilung
mit hoher Reichweite und hoher Seitenstreuung sowie einer homogenen
Vorfeldausleuchtung auf niedrigem Niveau. Durch den relativ rechteckigen
Verlauf der so genannten Isoluxlinien wird in dem seitlichen Bereich vor
dem Fahrzeug eine besonders gute Ausleuchtung erzielt. Die Gesamtlichtverteilung
ergibt sich beispielsweise additiv aus der in den 2 und 3 dargestellten
Lichtverteilungen.
-
In
den 5a-5e sind Ausführungsbeispiele für mögliche Zylinderlinsen 4 und
mögliche Streuscheiben
beziehungsweise mögliche
Kombinationen aus diesen Elementen dargestellt.
-
In 5a ist
eine Zylinderlinse 4 ohne Profilierung dargestellt. 5b zeigt
eine Zylinderlinse 4 in einer Ansicht von oben, an deren
der Lichtquelle 5 zugeordneten Seite ein horizontal streuendes
Wellenprofil 4a (z. B. nach Art einer Sinus- oder Kosinusfunktion)
ausgebildet ist. In
-
5c ist
ein separates Streuelement 6 dargestellt, das auf der der
Lichtquelle 5 abgewandten Seite der Zylinderlinse 4 angeordnet
ist. Das Streuelement 6 weist auf der der Zylinderlinse 4 zugewandten
Seite ein Wellenprofil 6a (z. B. nach Art einer Sinus-
oder Kosinusfunktion) auf.
-
5d zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die horizontal streuende Profilierung 4b (z. B.
nach Art des Betrags einer Sinus- oder Kosinusfunktion) wie in 5b dargestellt,
jedoch mit einem gröberen Profil
ausgeführt
ist.
-
5e zeigt
analog zu der in 5c dargestellten Ausführungsform
eine plankonvexe Zylinderlinse 4 mit separatem Streuelement 6,
das jedoch eine gröbere
horizontal streuende Profilierung 6a aufweist (z. B. nach
Art des Betrags einer Sinus- oder Kosinusfunktion).
-
Je
nachdem, welche Anforderungen an die Beleuchtungseinrichtung 1,
beispielsweise bedingt durch gesetzliche Vorgaben oder durch eine
bestimmte Bauform, gestellt werden, kann die Linse 4 mir
einem entsprechenden Streuelement zusammenwirken, um eine möglichst
optimale Lichtverteilung zu erzielen. Insbesondere kann die Linse 4 selbst,
wie in den 5b und 5d dargestellt,
an der der Lichtquelle zugewandten Seite eine Profilierung aufweisen.
-
Es
ist auch vorstellbar, statt der Zylinderlinse 4 eine Plankonvexlinse
vorzusehen und diese gegebenenfalls mit einem Streuelement zu kombinieren.
-
Selbstverständlich kann
die Beleuchtungseinrichtung 1 beispielsweise auch mit einer
Halogenlampe betrieben werden.
-
Insbesondere
ist es vorstellbar, den Primärreflektor 2 derartig
auszugestalten, dass er einen mehr oder weniger großen Teil
des von der Lichtquelle 5 nach oben beziehungsweise nach
unten abgestrahlten Lichtstroms ebenfalls reflektiert. In diesem Fall
kann der Sekundärreflektor 3 entsprechend
kleiner ausgestaltet werden. Das heißt, dass das obere und/oder
das untere Reflektorelement des Sekundärreflektors 3 einen
kleineren Winkelbereich des von der Lichtquelle 5 ausgestrahlten
Lichts reflektiert.
-
Ebenso
kann vorgesehen sein, dass der Sekundärreflektor 3 auch
einen mehr oder weniger großen
Teil des von der Lichtquelle 5 seitlich abgestrahlten Lichts
reflektiert. Die Dimensionen und Winkelbereiche des Primärreflektors 2 als
auch des Sekundärreflektors 3 können folglich
variieren. Jedoch wird der Kernlichtbereich primär von dem Primärreflektor
und der Basislichtbereich primär
von dem Sekundärreflektor 3 in
Verbindung mit der Linse 4 erzeugt.