DE4040020C2

DE4040020C2 - Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE4040020C2
Application number: DE4040020A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Sautter; Guenter Dipl Ing Dr Hege; Rainer Dipl Phys Dr Neumann; Alfred Bruder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 1990-12-14
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: JP2980755B2; FR2670562A1; US5321586A; DE4040020A1; FR2670562B1; JPH04301806A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist durch die EP-A2-0 367 032 bekannt. Diese Beleuchtungseinrichtung weist einen zentralen Reflek tor auf, der als im wesentlichen geschlossener Hohlkörper ausgebil det ist. Die Beleuchtungseinrichtung weist außerdem eine Lichtquelle auf, deren Leuchtkörper innerhalb des Reflektors angeordnet ist. Der Reflektor ist durch eine mit einer reflektierenden Beschichtung versehene Umhüllung der Lichtquelle gebildet. Die Lichtquelle ist als eine Gasentladungslampe ausgeführt, deren Elektroden in den Re flektor hineinragen und zwischen denen sich der Leuchtkörper in Form des Lichtbogens erstreckt. Am Umfang des Reflektors sind mehrere Lichtleiteransätze angeformt, wobei der Reflektor im Bereich der Lichtleiteransätze lichtdurchlässig ist. Die Lichtleiteransätze sind in einem Querschnitt durch den Reflektor gleichmäßig an dessen Um fang verteilt angeordnet. Die Lichtleiteransätze können nur das direkt vom Leuchtkörper der Lichtquelle zu diesen hin ausgesandte Licht und, bei sphärischer Ausbildung des Reflektors, das vom Leuchtkörper zu den den Lichtleiteransätzen gegenüberliegenden und das Licht zu den Lichtleiteransätzen reflektierenden Reflektorteilen ausgesandte Licht erfassen. Eine gezielte Reflexion des Lichts auf die Lichtleiteransätze ist bei dieser Ausbildung des Reflektors nicht möglich, so daß ein wesentlicher Teil des vom Reflektor re flektierten Lichts nicht in die Nichtleiteransätze eintreten kann. An die Lichtleiteransätze sind Lichtleiter angeschlossen, die zu Fahrzeugleuchten führen. Die Fahrzeugleuchten weisen zur Erfassung und gerichteten Abstrahlung des aus den Lichtleitern austretenden Lichts Linsen auf. Es ist jedoch schwierig, das gesamte in einem be stimmten Winkelbereich aus den Lichtleitern austretende Licht mit den Linsen zu erfassen.

Die Lichtleiteransätze am Reflektor weisen kreisrunde Querschnitte auf. Die vom Reflektor reflektierten Abbildungen des Leuchtkörpers weisen jedoch, ebenso wie der Leuchtkörper selbst, eine langge streckte Form auf, so daß die Beleuchtungseinrichtung auch aus die sem Grund keinen guten Wirkungsgrad aufweist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge hat dem gegenüber den Vorteil, daß nahezu das gesamte von der Lichtquelle ausgesandte und vom Reflektor reflektierte Licht in die Lichtleiter eintreten kann und somit der Wirkungsgrad der Beleuchtungseinrich tung wesentlich verbessert ist.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung gekennzeichnet. Im Anspruch 4 und Anspruch 5 ist jeweils gekennzeichnet, wie die Reflektorteile zur Erzielung eines bestmöglichen Wirkungsgrads anzuordnen sind. Durch die im An spruch 6 gekennzeichnete Ausbildung der Lichtleiterenden kann der Wirkungsgrad der Beleuchtungseinrichtung weiter verbessert werden.

Mit der Ausbildung der Fahrzeugleuchten gemäß Anspruch 7 können die se das aus dem Lichtleitern austretende Licht bestmöglich zur Ab strahlung nutzen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsein richtung in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung von Fig. 1 im Querschnitt,

Fig. 3 eine Variante der Beleuchtungseinrichtung von Fig. 1,

Fig. 4 ein zwei tes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung und

Fig. 6 eine Variante der Beleuchtungseinrichtung von Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein in Fig. 1 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel einer Be leuchtungseinrichtung für Fahrzeuge weist einen an einer zentralen Stelle im Fahrzeug angeordneten Reflektor 10 auf. Der Reflektor 10 besteht aus zwei Reflektorteilen 11 und 12, die mit ihren Lichtaus trittsöffnungen einander zugewandt angeordnet sind und zusammen ei nen im wesentlichen geschlossenen Hohlkörper bilden. Die beiden Re flektorteile 11, 12 sind Teile von Rotationsellipsoiden und so ange ordnet, daß die ersten Brennpunkte F1 beider Reflektorteile zusam menfallen, wobei am Übergang zwischen den beiden Reflektorteilen ein Knick 13 entsteht. Innerhalb des Reflektors 10 ist eine Lichtquelle 14 angeordnet, die eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe sein kann. Im Bereich des gemeinsamen ersten Brennpunkts F1 der Reflek torteile 11, 12 erstreckt sich der Leuchtkörper 16 der Lichtquelle 14, der entsprechend eine Glühwendel oder ein Lichtbogen sein kann.

Der zweite Brennpunkt F2 der Reflektorteile 11, 12 liegt auf der Oberfläche des jeweils anderen Reflektorteils in dessen Scheitel. Die Rotationsachse 17 der die Reflektorteile 11, 12 bildenden Rota tionsellipsoide fällt mit der Verbindungslinie der jeweiligen ersten und zweiten Brennpunkte F1 und F2 zusammen. Durch die Reflektorteile 11, 12 werden die vom Leuchtkörper 16 ausgesandten Lichtstrahlen auf den jeweiligen zweiten Brennpunkt F2 konzentriert reflektiert.

Die Gleichung der Ellipse, durch deren Rotation die die Reflektor teile 11, 12 bildenden Rotationsellipsoide entstehen, lautet in all gemeiner Form:

wobei
a = große Halbachse der Ellipse
b = kleine Halbachse der Ellipse
x = x-Koordinate
y = y-Koordinate

Die numerische Exzentrizität e der Ellipse ist wie folgt definiert:

e = c/a (2)

wobei

Die Brennweite f der Ellipse ist definiert als der Abstand des Scheitels vom Brennpunkt:

f = a - c (3)

Der Aufbau des Reflektors 10 aus den beiden Reflektorteilen 11, 12 mit zusammenfallendem ersten Brennpunkt F1 und mit im Scheitel des jeweils anderen Reflektorteils liegenden zweiten Brennpunkt F2 er fordert eine numerische Exzentrizität e der Rotationsellipsoide von 0,3. Bei der Auslegung des Reflektors wird eine für Scheinwerfer reflektoren geeignete Brennweite f für die Ellipse gewählt, bei der eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung erreicht ist. Mit den Gleichungen (2) und (3) kann aus der gewählten Brennweite f und der erforderlichen numerischen Exzentrizität e = 0,3 die große Halbachse a der Ellipse berechnet werden. Die kleine Halbachse b der Ellipse ist dann über die numerische Exzentrizität e festgelegt. Durch die numerische Exzentrizität e der Rotationsellipsoide ist außerdem der Winkel α festgelegt, unter dem die reflektierten Lichtstrahlen maximal abweichend von der Normalen im Scheitel der Rotationsellip soide auf die zweiten Brennpunkte F2 auftreffen. Bei der numerischen Exzentrizität e = 0,3 und dem Aufbau des Reflektors 10 aus zwei Re flektorteilen 11, 12 beträgt der Winkel α 53,13°.

Die Reflektorteile 11, 12 weisen in ihrem Scheitel im Bereich des jeweiligen zweiten Brennpunkts F2 jeweils eine Öffnung auf, durch die das Ende eines Lichtleiters 18 eingeführt ist. Durch die Reflek torteile 11, 12 wird nahezu das gesamte vom Leuchtkörper 16 ausge sandte Licht auf die zweiten Brennpunkte F2 und somit auf die Licht leiterenden konzentriert. Um das gesamte bis zu einem Winkel α von der Senkrechten auf das Stirnende des Lichtleiters abweichend ein fallende Licht weiterleiten zu können, muß der Lichtleiter eine ent sprechend große numerische Apertur aufweisen. Die numerische Apertur ist durch die physikalischen Eigenschaften des Lichtleiterwerkstof fes bestimmt. Um das gesamte auftreffende Licht nutzen zu können, muß die numerische Apertur mindestens so groß sein wie der Sinus des Winkels α, im vorliegenden Beispiel also 0,8. Dieser Wert ist mit zur Herstellung von Lichtleitern bekannten Werkstoffen erreichbar.

Die Lichtleiter 18 leiten das Licht vom zentralen Reflektor 10 zu Fahrzeugleuchten 19, von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist. Unter dem Begriff Fahrzeugleuchten sind hier beispielsweise Schein werfer, Signalleuchten, Innenleuchten und Anzeigeleuchten zusammen gefaßt. Der Lichtleiter 18 ragt in die Fahrzeugleuchte 19 hinein und dient dort als Lichtquelle. Die Fahrzeugleuchte 19 weist zur Erfas sung und zur gerichteten Abstrahlung des aus dem Lichtleiter 18 aus tretenden Lichts einen Reflektor 21 auf. Der Reflektor 21 kann bei spielsweise durch ein Rotationsparaboloid gebildet sein, wobei bei entsprechender Anordnung des Lichtleiters 18 in der Leuchte eine Hälfte des Rotationsparaboloids zur Erfassung des gesamten Lichts ausreicht.

Der Querschnitt der Lichtleiter 18 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, zumindest in deren vom Reflektor abführendem Endbereich in Anpassung an die längliche Erstreckung des Leuchtkörpers 16 der Lichtquelle länglich ausgebildet, beispielsweise elliptisch oder rechteckig. Die Verwendung von Gasentladungslampen hat gegenüber der Verwendung von Glühlampen den Vorteil, daß der Lichtbogen kleinflächiger ausgebil det werden kann als die Glühwendel einer Glühlampe. Außerdem weisen Gasentladungslampen in ihrem Strahlungsspektrum einen geringeren Infrarotanteil auf als Glühlampen, so daß sich eine geringere Wärme belastung des Reflektors und der Lichtleiterenden ergibt. Bei der Verwendung von Glühlampen als Lichtquelle ist unter Umständen der Einsatz von Schutzfiltern, die Ausbildung des Reflektors als Kalt lichtspiegel und/oder eine temperaturfeste Ausbildung der Lichtlei terenden erforderlich. Die Lichtleiter 18 sind aus einer Vielzahl von Einzelfasern, beispielsweise Glasfasern oder Kunststoffasern aufgebaut, die miteinander verbunden, beispielsweise verkittet sind. Die vom zentralen Reflektor 10 abführenden Enden der Lichtleiter sind in einer Fassung befestigt. Die Befestigung der Einzelfasern in der Fassung kann mittels temperaturfester Klebstoffe, Glas- oder Metallot oder auch durch eine klebstofffreie, rein mechanische Ver pressung erfolgen. Die Lichtleiter 18 können sich, wie in Fig. 1 dargestellt, nach dem Reflektor vereinigen, jedoch können sich die Lichtleiter auch verzweigen zur Versorgung mehrerer Fahrzeugleuch ten.

Bei einer in Fig. 3 dargestellten Variante des Reflektors von Fig. 1 besteht dieser aus vier Reflektorteilen 26, von denen jeweils zwei einander gegenüberliegend angeordnet sind. Alle vier Reflektorteile 26 sind Teile von Rotationsellipsoiden, deren erste Brennpunkte zu sammenfallen, wobei der zweite Brennpunkt jedes Reflektorteils 26 im Scheitel des jeweils gegenüberliegenden Reflektorteils liegt. Die die Reflektorteile 26 bildenden Rotationsellipsoide weisen wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben eine numerische Exzentrizi tät e = 0,3 auf. Je ein Lichtleiter 28 führt vom Scheitel jedes Re flektorteils 26 ab. Der Winkelbereich, in dem die von den Reflektor teilen 26 reflektierten Lichtstrahlen auf die Lichtleiterenden auf treffen, ist gegenüber dem Reflektor von Fig. 1 mit nur zwei Re flektorteilen 11, 12 wesentlich kleiner, so daß die Lichtleiter 28 eine geringere numerische Apertur aufzuweisen brauchen und aus ko stengünstigeren Werkstoffen hergestellt werden können. Der Reflektor 10 kann in Fortführung des allgemeinen Erfindungsgedankens aus einer geradzahligen Anzahl Reflektorteile aufgebaut sein, die alle einen gemeinsamen ersten Brennpunkt aufweisen, wobei der zweite Brennpunkt jedes Reflektorteils im Scheitel des jeweils gegenüberliegenden Re flektorteils liegt und von jedem Scheitel ein Lichtleiter abführt.

Bei einem weiteren, in Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsbei spiel der Beleuchtungseinrichtung ist der zentrale Reflektor 30 aus drei Reflektorteilen 31 zusammengesetzt. Die Reflektorteile 31 sind Teile von Rotationsellipsoiden. Die ersten Brennpunkte aller drei Reflektorteile 31 fallen zusammen und der zweite Brennpunkt jedes Reflektorteils liegt auf dem am Übergang der beiden anderen Reflek torteile gebildeten Stoß 32. Die Rotationsachse der Rotationsellip soide fällt mit der Verbindungslinie der jeweiligen ersten und zwei ten Brennpunkte zusammen. Vom Stoß 32 zwischen den Reflektorteilen 31 führt im Bereich des jeweiligen zweiten Brennpunkts jeweils ein Lichtleiter 33 ab. Der Leuchtkörper 16 der Leuchtquelle 14 ist im Bereich des gemeinsamen ersten Brennpunkts der Reflektorteile 31 an geordnet. Bei dieser Ausführung des Reflektors 30 wird ebenfalls das von jedem Reflektorteil 31 reflektierte Licht in dessen zweitem Brennpunkt konzentriert und tritt dort in die Lichtleiter 33 ein. In Weiterführung des allgemeinen Erfindungsgedankens kann der Reflektor 30 aus einer ungeradzahligen Anzahl Reflektorteile aufgebaut sein, die alle einen gemeinsamen ersten Brennpunkt aufweisen, wobei der zweite Brennpunkt jedes Reflektorteils in dem am Übergang zwischen den beiden gegenüberliegenden Reflektorteilen gebildeten Stoß liegt und von jedem zweiten Brennpunkt ein Lichtleiter abführt. Die Fahr zeugleuchten 34 weisen beim zweiten Ausführungsbeispiel abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel zur Erfassung und gerichteten Ab strahlung des aus den Lichtleitern 33 austretenden Lichts Linsen 36 auf. Jedoch ist es mit den Linsen 36 schwieriger, das gesamte aus den Lichtleitern 33 austretende Licht zu erfassen, da diese mit ei ner sehr kleinen Brennweite oder im Durchmesser sehr groß ausgeführt werden müssen. Mit den beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Fahrzeugleuchten 19 mit Reflektoren 21 ist die hohe Apertur, d. h. die Umfassung eines großen Raumwinkels, die zur Erfassung des gesam ten Lichts erforderlich ist, leichter zu erreichen.

In den Fig. 5 und 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Be leuchtungseinrichtung dargestellt, bei dem zwei entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildete, aus zwei Reflektorteilen bestehende Reflektoren 40, 41 vorgesehen sind.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Beleuchtungseinrichtung vereinigen sich zunächst alle von den beiden Reflektoren 40, 41 abführenden Lichtleiter 42 zu einem einzigen Lichtleiterabschnitt 43, der sich wiederum in einzelne, zu den Fahrzeugleuchten führende Teillichtlei ter 44 verzweigt. Auf diese Weise sind die Fahrzeugleuchten jeweils mit beiden Reflektoren 40, 41 verbunden, so daß der Ausfall der Lichtquelle eines der Reflektoren nicht den völligen Ausfall von Fahrzeugleuchten zur Folge hat, sondern nur zu einer insgesamt ge ringeren Leuchtstärke führt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante der Beleuchtungseinrich tung von Fig. 5 werden jeweils ein vom ersten Reflektor 40 abfüh render Lichtleiter 46 und ein vom zweiten Reflektor 41 abführender Lichtleiter 47 zusammengeführt und nachfolgend wieder in zu den ver schiedenen Fahrzeugleuchten führende Teillichtleiter 48 verzweigt. Auch hier ist somit jede Fahrzeugleuchte mit beiden Reflektoren 40, 41 verbunden, so daß bei Ausfall der Lichtquelle eines Reflektors die Fahrzeugleuchten dennoch mit Licht versorgt werden.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge mit wenigstens einem zen tralen Reflektor (10; 30), der als im wesentlichen geschlossener Hohlkörper ausgebildet ist, mit einer Lichtquelle (14), deren Leuchtkörper (16) sich innerhalb des Reflektors (10; 30) erstreckt und mit vom Umfang des Reflektors zum Lichttransport zu Fahrzeug leuchten (19; 34) abführenden Lichtleitern (18; 33), dadurch gekenn zeichnet, daß der Reflektor (10; 33) aus mehreren Reflektorteilen (11; 26; 31) besteht, die jeweils zwei Brennpunkte F1 und F2 aufwei sen, wobei die ersten Brennpunkte F1 der Reflektorteile (11; 26; 31) zusammenfallen und sich in deren Bereich der Leuchtkörper (16) er streckt, der zweite Brennpunkt F2 jedes Reflektorteils (11; 26; 31) jeweils zumindest annähernd auf der Oberfläche wenigstens eines der übrigen Reflektorteile (11; 26; 31) liegt und die Lichtleiter (18; 33) jeweils im Bereich der zweiten Brennpunkte F2 von den Reflektor teilen (11; 26; 31) abführen.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorteile (11; 26; 31) Teile von Rotationsellipsoiden sind, deren Rotationsachse (17) mit der Verbindungslinie des jewei ligen ersten und zweiten Brennpunkts F1 und F2 zusammenfällt.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rotationsellipsoide eine numerische Exzentrizität von 0,3 aufweisen.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (10) eine geradzahlige Anzahl Reflektorteile (11; 26) aufweist, wobei der zweite Brennpunkt F2 jedes Reflektorteils (11; 26) im Scheitel des jeweils gegenüberliegenden Reflektorteils liegt.

5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Reflektor (30) eine ungeradzahlige Anzahl Reflek torteile (31) aufweist, wobei der zweite Brennpunkt F2 jedes Reflek torteils (31) am Übergang zwischen den beiden jeweils gegenüber liegenden Reflektorteilen liegt.

6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtkörper (16) der Lichtquelle (14) eine längliche Erstreckung aufweist und die Lichtleiter (18; 33) an ihren vom Reflektor (10; 30) abführenden Enden einen der Erstreckung des Leuchtkörpers (16) angepaßten länglichen Querschnitt aufweisen.

7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Lichtleiter (18; 33) mit dem zentralen Reflektor verbundenen Fahrzeugleuchten (19) Reflek toren (21) aufweisen, die einen solchen Raumwinkel umfassen, daß sie das in einem durch die Eigenschaften der Lichtleiter bestimmten Win kelbereich aus diesen austretende Licht zur gerichteten Abstrahlung erfassen, und in ihrer Geometrie so ausgelegt sind, daß eine gefor derte Lichtverteilung erzeugt wird.

8. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reflektoren (40, 41) vorgesehen sind und daß die Fahrzeugleuchten (19) über die Lichtleiter jeweils mit mindestens zwei der Reflektoren (40, 41) verbunden sind.