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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung
für Straßenfahrzeuge – die entweder
ein Frontscheinwerfer, insbesondere ein Abblendlicht oder eine Nebellampe,
oder eine Signallampe, wie beispielsweise eine Park-, Brems- oder
Blinklichtlampe – die
einen innovativen, kompakten, hocheffizienten Reflektor besitzt,
sein kann.
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In
der nachfolgenden Offenbarung, und in den Ansprüchen, bezieht sich deshalb
der Ausdruck „Beleuchtungseinrichtung" auch auf eine Lichtsignalvorrichtung,
wie beispielsweise eine Signallampe.
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Im
Wesentlichen existieren, wie bekannt ist, zwei Verfahren, um die
Abdeckung oder die Abdecklinse eines Fahrzeug-Frontscheinwerfers
oder einer Signallampe durch Einschalten einer Lichtquelle zu beleuchten:
ein direktes Beleuchtungsverfahren (das normalerweise für Signallampen
verwendet wird), bei dem die Lichtquelle, entweder direkt oder mittels
einer Lichtführung
(z. B. einer optischen Faser), direkt zumindest einen Teil einer äußeren Linse
beleuchtet, die geeignete Prismen besitzt; oder die Strahlen, die durch
die Lichtquelle erzeugt sind, werden gesammelt und durch einen Reflektor
auf die Linse (oder auf einen Teil davon), die beleuchtet werden
soll, gerichtet.
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Die
Beleuchtungseinrichtung kann, unter Verwendung des ersten Verfahrens,
einfach herzustellen sein, allerdings muss der Strahl durch die
Linse selbst geformt werden (d. h. die Strahlen, die über die
Linse, oder einen Teil davon, abgegeben werden, müssen verteilt
werden), was, andererseits, stark die Kosten der Linse erhöht, und,
auf der anderen Seite, der Linse eine gegebene, geometrische Anordnung auferlegt,
die oftmals, insbesondere aus Gründen des
Designs, nicht akzeptabel ist.
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Unter
Verwendung des zweiten Verfahrens, und insbesondere von so genannten
Reflektoren mit „komplexer
Oberfläche", können transparente
Linsen irgendeiner Form verwendet werden, die darüber hinaus
sehr populär
sowohl bei Verbrauchern als auch Designern von Fahrzeugkarosserien
sind, allerdings ist der Reflektor extrem teuer herzustellen.
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Weiterhin
sind Reflektoren, die metallisierte Oberflächen haben, nicht ökologisch
und können nicht
recycelt werden, wenn das Fahrzeug verschrottet wird.
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In
beiden Fällen
kann die Lichtquelle von der Außenseite
des Fahrzeugs aus sichtbar sein, und um gefärbtes Licht (wie zum Beispiel
in dem Fall von Signallampen) abzugeben, müssen gefärbte Filter verwendet werden,
und diese sind auch von der Außenseite
insbesondere dann sichtbar, wenn transparente Linsen verwendet werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung
zu schaffen, die so ausgelegt ist, um die vorstehend angegebenen Nachteile
zu beseitigen, und die im Aussehen „vollständig transparent" ist und deshalb
stilistisch in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie neutral ist, während sie
gleichzeitig kompakt ist, billig herzustellen ist und hoch effizient
ist.
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Das
vorstehende Problem wird nicht vollständig durch den Stand der Technik
gelöst.
Das Dokument
US2002/0085384A1 ,
das der nächste
Stand der Technik ist, bezieht sich auf ein Beleuchtungssystem,
insbesondere für
Fahrzeuge, bei denen das Licht, das durch die Lichtquelle erzeugt
ist, durch einen transparenten, ringförmigen Körper, mit Totalreflexion gesammelt
wird; das Licht durch eine innere, seitliche Fläche des transparenten Körpers gesammelt
wird und durch eine vordere Fläche
davon reflektiert wird; danach das Licht allerdings durch mindestens
einen Separator gesammelt werden muss, der so angeordnet ist, um
zu der vorderen Fläche
hinzuweisen, was zu einer sehr massigen Vorrichtung in der Längsrichtung
(die Richtung der optischen Achse) führt.
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Die
transparenten, ringförmigen „Reflektoren", ähnlich zu
denjenigen der
US2002/0085384A1 , sind
auch aus der
US-A-2,763,288 und
der
JP2003086009 bekannt.
Allerdings besitzt auch in diesem Fall die gesamte Beleuchtungseinrichtung eine
sehr große
Baugröße, und
zwar in dem US-Patent in der radialen Richtung, in der Japanischen
Patentanmeldung wiederum in der axialen (Längs-) Richtung, und weiterhin
benötigt
letztere die Verwendung einer zusätzlichen Linse, um den Lichtstrahl
zu formen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Beleuchtungseinrichtung für Straßenfahrzeuge geschaffen, wie
sie im Anspruch 1 beansprucht ist.
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Es
wird auch ein verbesserter, kompakter, hoch effizienter, ringförmiger Reflektor
geschaffen, wie er im Anspruch 17 beansprucht ist.
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Genauer
gesagt ist der Reflektor gemäß der Erfindung
durch einen einzelnen, transparenten Block in der Form eines ringförmigen Elements
definiert, das eine Innenreflexionslinse bildet, und drei Begrenzungsflächen, die
durch die innere und die äußere seitliche
Fläche
der vorderen Fläche
des ringförmigen
Elements definiert sind, und einen hinteren Befestigungsring aufweist.
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In
der Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung
ist der Reflektor gemäß der Erfindung
deshalb so montiert, um seitlich die Lichtquelle – die zum Beispiel
durch einen Kolben in der Mitte des Reflektors definiert ist – so zu
umgeben, dass die innere, seitliche Fläche des Reflektors die Lichtstrahlen,
die von der Quelle abgegeben sind, sammelt und sie in einen radialen
Strahl kollimiert, der auf die äußere seitliche
Fläche
gerichtet ist, die so ausgelegt ist, um den Strahl, innerhalb der
Linse mit Innenreflexion, die durch den Reflektor definiert ist,
auf die ringförmige Vorderfläche total
zu reflektieren, die so beleuchtet wird, um einen Strahl zu erzeugen,
der auf die transparente Linse oder eine Abdeckung, die das Vorrichtungsgehäuse verschließt, gerichtet
ist.
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Der
Hauptvorteil der Beleuchtungseinrichtung und des Reflektors gemäß der Erfindung
liegt in deren Kompaktheit in Tieferrichtung, d. h. in der allgemeinen
Richtung der Symmetrieachse des Reflektors, der, entsprechend der
vorstehenden Beschreibung, deshalb die optische Achse des Beleuchtungssystems
definiert, die, in Benutzung, in der Fahrrichtung des Fahrzeugs
liegt. Weiterhin ist kein Erfordernis vorhanden, den Reflektor zu
metallisieren, was stark die Kosten verringert, die Herstellung
vereinfacht und die Verschmutzung verringert. Die Beleuchtungseinrichtung
und der Reflektor, die so gebildet sind, können auch vollständig recycelt
werden, was zu einem hohen Grad einer Lichtsammeleffektivität führt, und,
was nicht weniger wichtig ist, ein innovatives, transparentes Aussehen,
das sehr populär
bei Designern und Verbrauchern sein sollte, besitzt.
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Es
sollte betont werden, dass hier und in der nachfolgenden Offenbarung
der Ausdruck „ringförmig" in einem nicht einschränkenden
Sinne verwendet wird, und umfasst deshalb nicht nur Reflektoren, die
durch seitliche Flächen,
die durch Rotationsfiguren definiert sind, begrenzt sind, sondern
auch Reflektoren, die durch seitliche Flächen begrenzt sind, die durch
prismatische Figuren, ob nun symmetrisch oder nicht, definiert sind,
die durch eine Translation eines Polygons entlang der optischen
Achse des Reflektors erzeugt sind.
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Eine
nicht einschränkende
Ausführungsform der
Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 stellt
einen Aufriss, der entlang einer vertikalen Längsebene geschnitten ist, einer
Beleuchtungseinrichtung für
ein Straßenfahrzeug
gemäß der Erfindung
dar;
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2 stellt
eine Dreiviertel-Vorderansicht in einer Perspektiven eines verbesserten,
ringförmigen Reflektors,
gemäß der Erfindung,
dar, der einen Teil der Beleuchtungseinrichtung der 1 bildet.
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In
den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 insgesamt
eine Beleuchtungseinrichtung eines Straßenfahrzeugs des Typs, der
ein Gehäuse 2;
eine Lichtquelle 3 und einen Reflektor 4, der innerhalb
des Gehäuses 2 aufgenommen
ist; und eine transparente Abdeckung 5, die das Gehäuse 2 verschließt und so
positioniert ist, um zu der Lichtquelle 3 hinzuweisen;
aufweist.
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In
Abhängigkeit
von der Form des Reflektors 4, von dem Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein bekannter, optischer Elemente auf der Abdeckung 5, von
dem Typ einer Lichtquelle 3, die verwendet wird, von dem
Vorhandensein oder Nichtvorhandensein bekannter Zusatzelemente (Linsen,
gefärbte
Filter, usw.), die nicht zum Zwecke der Vereinfachung dargestellt
sind, kann die Vorrichtung 1 entweder als ein Frontscheinwerfer,
zum Beispiel ein Abblendlicht oder eine Nebellampe, oder als eine
Signallampe, z. B. eine Blink-, Brems- oder Parklampe, verwendet werden;
wobei sich die Anwendungen nur in Bezug auf die „Anpassung" im Hinblick auf die Intensität und die
Richtung (Neigung) eines Strahls 6, der von der Vorrichtung 1 über die
Abdeckung 5 abgegeben wird, unterscheiden.
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In
dem nicht einschränkenden
Beispiel, das dargestellt ist, besitzt das Gehäuse 2 eine Rückwand 7,
die einen Sitz 8 und einen entfernbaren Stecker 9 umfasst,
der elektrische Kontakte 10 besitzt und die Lichtquelle 3 trägt, die
durch einen Kolben definiert ist, wobei ein axiales Filament 11 entlang
einer Achse A liegt, die, in Benutzung, die optische Achse der Vorrichtung 1 definiert.
In Benutzung liegt die optische Achse A parallel zu der Fahrrichtung
des Fahrzeugs (bekannt und nicht dargestellt), an der die Vorrichtung 1 befestigt
werden kann.
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Der
Sitz 8 ist mit dem Kolben 3 und einem Befestigungs-
und Halteelement (einem Bund) 14 eines Reflektors 4 befestigt.
Der Kolben bzw. die Glühlampe 3,
der entweder „weißes" oder farbloses Licht oder
gefärbtes
Licht abgeben kann, kann eine integrierte, bekannte Abblendeinrichtung
(Blinder) 15 an der Vorderseite (d. h. zu der Abdeckung 5 hin)
haben, oder eine bekannte Abblendeinrichtung (die nicht zum Zwecke
der Vereinfachung dargestellt ist) kann in einer bekannten Art und
Weise innerhalb des Gehäuses 2,
zwischen dem Kolben 3 und der Abdeckung 5, aufgenommen
sein; in beiden Fällen
ist der Zweck derjenige, die „direkten" Strahlen, die durch den
Kolben 3 in der Richtung der Abdeckung 5 abgegeben
werden, abzufangen, so dass der Glühfaden 12 nur Strahlen 33 abgeben
kann, die radial in Bezug auf die Achse A gerichtet sind.
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Es
ist offensichtlich, dass dann, wenn die Vorrichtung 1 eine
Signallampe ist, die vorstehende Einschränkung nicht zwingend ist, und
die Abblendeinrichtung 15 kann gegen eine bekannte Linse
ersetzt werden, um die "direkten" Strahlen, die durch den
Kolben 3 abgegeben sind, zu sammeln und sie z. B. in einem
parallelen Strahl auf die Abdeckung oder die äußere Linse 5 zu richten.
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Der
Reflektor 4 ist, gemäß der Erfindung,
zumindest teilweise durch ein zumindest teilweise ringförmiges Element 20 definiert.
Der Ausdruck „ringförmig" ist, wie bereits
angegeben wurde, dazu vorgesehen, nicht nur Elemente zu umfassen,
die durch seitliche Flächen
begrenzt sind, die durch Rotationsfiguren definiert sind, sondern
auch durch Elemente, die durch seitliche Flächen begrenzt sind, die durch prismatische
Figuren, symmetrisch oder nicht, definiert sind, die durch Translation
eines Polygons entlang der optischen Achse A erzeugt sind.
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Das
Element 20 gemäß der Erfindung
ist aus Materialien gebildet, die für Licht durchlässig sind
(d. h. vollständig
transparent), und bildet deshalb eine Linse mit Innenreflexion,
die begrenzt ist durch: eine erste Zwischenfläche, die durch eine vordere
Fläche 21 des
Elements 20 definiert ist; eine zweite Zwischenfläche, die
durch zumindest einen Teil einer inneren seitlichen Fläche 22 des
Elements 20 definiert ist; und eine dritte Zwischenfläche, die
durch zumindest einen Teil einer äußeren seitlichen Fläche 23 des
Elements 20 definiert ist, vorzugsweise konzentrisch zu
mindestens einem Teil der inneren seitlichen Fläche 22 und dazu hinweisend,
die die zweite Zwischenfläche
definiert.
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An
der Rückseite,
d. h. zu der Rückwand 7 des
Gehäuses 2 hin,
besitzt das Element 20 einen Montage-Bund 14.
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Der
Reflektor 4 ist, wie die 1 und 2 zeigen,
die eine bevorzugte, nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung darstellen,
durch ein einzelnes, fortlaufendes, ringförmiges Element 20 definiert,
das durch einen Block definiert ist, der in einem Stück aus Materialien,
die für
Licht durchlässig sind,
gebildet ist, um so die Linse mit Innenreflexion zu bilden, und
besitzt eine Symmetrieachse, die mit A in 2 angegeben
ist, die, in der nicht einschränkenden
Ausführungsform,
die dargestellt ist, deshalb mit der optischen Achse der Vorrichtung 1 übereinstimmt.
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Das
einzelne, ringförmige
Element 20 ist durch Flächen 21, 22 und 23 begrenzt,
die alle ringförmig
und fortlaufend sind; wobei die Oberfläche 21, flach im Wesentlichen
senkrecht zu der Symmetrieachse A liegt, seitliche Flächen 22 und 23,
die beide koaxial zu der Achse A liegen, wobei die radial innere Fläche 22 eine
Rotationsfläche
um die Achse A ist; und wobei eine radiale äußere Fläche 23, die zu der Fläche 22 hinweist
und im Wesentlichen konzentrisch dazu liegt, und, zu der Fläche 22 hin,
mindestens eine geneigte Fläche 24 definiert,
die einen gegebenen Winkel α zu
der Achse A bildet, so dass dann, wenn die Fläche 22 beleuchtet
wird, die Strahlen, die durch die Fläche 22 gesammelt sind,
total auf die vordere Fläche 21 reflektiert
werden, was demzufolge die Fläche 21 beleuchtet.
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Das
ringförmige
Element 20 liegt, wie dargestellt ist, in der Form eines
einzelnen, massiven, fortlaufenden Blocks aus transparentem Material
vor, das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die umfasst: Glas (glasförmiges
Material), Kunststoff (Plexiglas oder Polycarbonat), und eine Kombination
von diesen. In einer Variation, die nicht zum Zwecke der Vereinfa chung
dargestellt ist, kann das ringförmige
Element 20 in der Form einer abgedichteten, fortlaufenden, hohlen
Hülle vorliegen,
die aus einem der vorstehend aufgelisteten Materialien gebildet
ist und mit irgendeinem Typ eines transparenten Fluids gefüllt ist,
das einen Brechungsindex besitzt, der im Wesentlichen ähnlich zu
demjenigen des transparenten Materials ist, aus dem die Hülle, die
das Element 20 definiert, gebildet ist.
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Wenn
der Reflektor 4 gemäß der Erfindung, wie
er vorstehend beschrieben ist, innerhalb der Vorrichtung 1 (1)
befestigt ist, ist die Oberfläche 21 innerhalb
des Gehäuses 2,
zu der transparenten Abdeckung 5 und auf der gegenüberliegenden
Seite zu der Lichtquelle 3 hinweisend, aufgenommen; und
die gesamte ringförmige
Fläche 22 definiert
die zweite Zwischenfläche
und ist innerhalb des Gehäuses 2 so positioniert,
dass deren Symmetrieachse, wie vorstehend angegeben ist, mit der
optischen Achse A der Vorrichtung 1 übereinstimmt.
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Der
Kolben 3, der, mit dem Glühfaden 11 zu der Symmetrieachse
A des Reflektors 4 ausgerichtet, positioniert ist, ist
deshalb in der Mitte des ringförmigen
Elements 20 angeordnet und ist vollständig seitlich durch einen axialen
Bereich einer vorgegebenen Länge
des ringförmigen
Elements 20 umgeben. Gleichzeitig ist die dritte Zwischenfläche der
Linse mit Innenreflexion durch die gesamte ringförmige Fläche 23 definiert,
die schräg
zu der Achse A verläuft.
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Die
Oberfläche 22,
die die zweite Zwischenfläche
definiert, ist so geformt, um alle Strahlen 33, die seitlich
durch den Kolben 3 abgegeben sind, zu sammeln und die Strahlen 33 in
einen Strahl 34 zu kollimieren, der radial, und senkrecht
zu der Achse A, auf die Oberfläche 23 gerichtet
ist, die die dritte Zwischenfläche
der Linse mit Innenreflexion definiert.
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Das
bedeutet, dass dann, wenn der Glühfaden 11 mit
Strom versorgt wird, die zweite Zwischenfläche, die durch die gesamte
Fläche 22 definiert
ist, die Strahlen 23 sammelt, die durch die Quelle 3 erzeugt
sind, und sie in einen Strahl 34 kollimiert, der auf die
Fläche 23 gerichtet
ist.
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Die
Fläche 23 kann,
in der Ausführungsform, die
in der unteren Hälfte
der 1 dargestellt ist, eine konische Fläche sein,
die eine einzelne, geneigte Ebene (Oberfläche) 24 zu der zweiten
Zwischenfläche,
die durch die Fläche 22 definiert
ist, definiert, oder kann, in der Ausführungsform, die in der oberen Hälfte der 1 dargestellt
ist, eine Anzahl von stufenähnlichen
Vorsprüngen 44 sein,
jeweils radial nach außen
in Bezug auf die Achse A, durch zwei Seiten, begrenzt, wobei mindestens
eine davon durch eine geneigte Ebene (Oberfläche) 24 definiert ist.
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In
dem letzteren Fall sind die Winkel, die zwischen den geneigten Ebenen
(Oberflächen) 24 der Vorsprünge 44 und
der Achse A gebildet sind, offensichtlich unterschiedlich zueinander.
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In
beiden Fällen
ist der Winkel/sind die Winkel, gebildet durch die geneigte Fläche(n) 24,
so ausgewählt,
dass, innerhalb der Linse mit Innenreflexion, die durch das Element 20 definiert
ist, der kollimierte Strahl 34 auf die vordere Oberfläche 21,
die die erste Zwischenfläche
definiert, total reflektiert wird, so dass die vordere Fläche 21 beleuchtet
wird und der Strahl 6 durch die vordere Fläche 21 auf
die transparente Abdeckung 5 abgegeben wird.
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Es
ist offensichtlich, dass, in der zweiten Variation, die beschrieben
ist, der Strahl 6, wie dies erforderlich ist, nur durch
geeignetes Auswählen
der Winkel, die zwischen den geneigten Flächen 24 der Vorsprünge 44 und
der Achse A gebildet sind, geformt sein kann.
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Zusätzlich,
oder anstelle der vorstehend angegebenen Charakteristik, ist die
vordere Fläche 21, die
die erste Zwischenfläche
der Linse mit Innenreflexion definiert, die durch das Element 20 definiert
ist – und
die, wie angegeben ist, durch eine flache, ringförmige Fläche senkrecht zu der Achse
A definiert ist (wie dies in der unteren Hälfte der 1 dargestellt ist) – zumindest
teilweise mit Prismen und/oder anderen Elementen 50, z.
B. zylindrische oder doppelzylindrische Prismen, zum Formen des
Strahls 6 versehen (wie dies in der Variation in der oberen
Hälfte
der 1 dargestellt ist).
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Um
die Charakteristika, die beschrieben sind, zu erhalten, ist die
radial innere, ringförmige, seitliche
Fläche 22 des
Elements 20, die die zweite Zwischenfläche der Linse mit Innenreflexion,
definiert durch das Element 20, definiert, durch eine kurvenförmige Erzeugungslinie
definiert, und weist insbesondere zumindest ein Segment einer Parabel
oder einer Ellipse auf; in diesem Fall ist die Lichtquelle 3, mit
dem Glühfaden 11 im
Wesentlichen an dem Brennpunkt F der Parabel oder der Ellipse angeordnet,
positioniert, und die innere Fläche 22 des
Elements 20 definiert ein axiales, venturirohr-förmiges Durchgangsloch 60 des
Elements 20.
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Um
eine erwünschte
Form eines Strahls 6 zu erhalten, kann die Fläche 22 offensichtlich
symmetrisch zu der Achse A gebildet sein oder kann von einer komplexen
Form symmetrisch in Bezug auf die Achse A sein.
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Ein
gefärbter
Strahl 6 kann entweder unter Verwendung einer gefärbten Quelle 3,
wie dies angegeben ist, oder unter Verwendung eines Reflektors 4 selbst
als ein Farbfilter für
eine „weiße" Quelle 3 erzeugt
werden.
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Wie
angegeben ist, ist, für
eine einfache Montage des Reflektors 4, das ringförmige Element 20,
auf der Seite der Lichtquelle 3, mit einem zylindrischen
Montagebund 14 versehen, der die Flächen 22, 23,
die die zweite und die dritte Zwischenfläche definieren, verbindet und
beabstandet. Für
einen solchen Zweck ist der Montagebund 14 mit bekannten Verbindungseinrichtungen 70,
z. B. einem Bajonett, zum Verbinden der rückwärtigen Wand 7 des
Gehäuses 2 versehen.