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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugscheinwerfer mit variablem Lichtbündel.
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Sie betrifft insbesondere die Scheinwerfer, die mittels einer einzigen Lichtquelle
Fernlichtbündel mit unterschiedlicher Lichtverteilung zu erzeugen vermögen.
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Scheinwerfer dieser Art wurden bereits insbesondere in der unter der Nummer FR-A-
2 727 497 veröffentlichten französischen Patentanmeldung vorgeschlagen. Die
Bedeutung derartiger Scheinwerfer liegt hauptsächlich darin, dass die von ihnen
erzeugte Lichtverteilung an die Fahrbedingungen des Fahrzeugs angepasst wird.
Allgemein verändert sich die Lichtverteilung mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
um bei geringer Geschwindigkeit die fahrzeugnahen Bereiche zu beleuchten (breites
Lichtbündel) und bei hoher Geschwindigkeit bevorzugt die Fahrbahn so weit wie
möglich zu beleuchten (spitzes Lichtbündel).
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Scheinwerfers der
vorgenannten Art mit guten optischen Leistungen und robusten Betrieb.
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Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung einen Scheinwerfer insbesondere für
Fahrzeuge vor, mit einem ersten allgemein konkaven Reflektor, einer Lampe, die in dem
ersten Reflektor feststehend angebracht ist und eine Lichtquelle trägt, und einem
zweiten Reflektor, der in der konkaven Krümmung des ersten Reflektors
aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Reflektor unter der Einwirkung
einer Antriebsvorrichtung zwischen einer Endstellung, in der der Scheinwerfer ein
breites Lichtbündel entlang einer optischen Achse erzeugt, und einer Endstellung, in
der der Scheinwerfer ein spitzes Lichtbündel entlang der optischen Achse erzeugt,
beweglich ist.
Gemäß den Ausführungsarten der Erfindung
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- besitzt der erste Reflektor wenigstens einen Reichweitenbereich, der von der
Lichtquelle beleuchtet wird, wenn sich der zweite Reflektor in der einen der
Endstellungen befindet, und der durch den zweiten Reflektor verdeckt wird, wenn dieser
sich in der anderen Endstellung befindet;
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- erzeugt der zweite Reflektor in der einen der Endstellungen ein breites Lichtbündel
und in der anderen Endstellung ein spitzes Lichtbündel;
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- besitzt der erste Reflektor einen Bodenbereich, der ungeachtet der Stellung des
zweiten Reflektors von der Lichtquelle beleuchtet wird und der das Licht als breites
Lichtbündel reflektiert;
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- ist der zweite Reflektor zwischen einer nach vorne versetzten Endstellung, in der er
ein spitzes Lichtbündel erzeugt, und einer nach hinten versetzten Endstellung, in der
er ein breites Lichtbündel erzeugt und wenigstens einen Reichweitenbereich des
ersten Reflektors verdeckt, beweglich;
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- ist der zweite Reflektor an einem stangenförmigen Träger angebracht, der eine
Öffnung des ersten Reflektors durchquert und mit der Antriebsvorrichtung verbunden
ist;
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- ist der zweite Reflektor in zwei Teilen ausgeführt, die durch den Träger miteinander
verbunden sind;
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- ist die Beleuchtung in der optischen Achse mit spitzem Lichtbündel stärker als die
Beleuchtung in der optischen Achse mit breitem Lichtbündel, und ist die Beleuchtung
bei einem Azimutwinkel von 10º mit spitzem Lichtbündel geringer als die Beleuchtung
bei einem Azimutwinkel von 10º mit breitem Lichtbündel;
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- ist die Beleuchtung in der optischen Achse mit spitzem Lichtbündel stärker als die
Beleuchtung in der optischen Achse mit breitem Lichtbündel, und ist die Beleuchtung
bei einem Azimutwinkel von 15º mit spitzem Lichtbündel geringer als die Beleuchtung
bei einem Azimutwinkel von 15º mit breitem Lichtbündel.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Fig. 1 und 2 einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer in vertikaler Schnittansicht
zeigen,
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Fig. 3 und 4 einen Teil des erfindungsgemäßen Scheinwerfers im Horizontalschnitt
zeigen,
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Fig. 5 die Reflektoren und die Lampe des erfindungsgemäßen Scheinwerfers in
Vorderansicht zeigt,
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Fig. 6 die Beleuchtung zeigt, die durch den Scheinwerfer in zwei Stellungen des
zweiten Reflektors in Abhängigkeit des Azimutwinkels erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäß ausgeführte Scheinwerfer ist in den beigefügten Zeichnungen
insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Er umfaßt ein Gehäuse 12, das an der Vorderseite mit einer durchsichtigen Scheibe
14 abgeschlossen ist. Das Gehäuse 12 nimmt einen ersten Reflektor 16 mit allgemein
konkaver Form auf, wobei die konkave Krümmung der Scheibe 14 zugewandt ist und
somit eine optische Achse bildet (allgemeine Richtung des Lichtaustritts). Der erste
Reflektor 16 nimmt in dem von der Scheibe 14 am weitesten entfernten Bereich eine
Lampe 18 auf, die eine Lichtquelle 20 trägt. Das Gehäuse besitzt in seiner Rückwand
eine Öffnung, durch die auf die Lampe 18 zu deren Austausch zugegriffen werden
kann; im Betrieb ist diese Öffnung durch eine Abdeckhaube 13 verschlossen.
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Der Scheinwerfer 10 umfaßt zudem einen zweiten Reflektor 32, der in der konkaven
Krümmung des ersten Reflektors 16 in der Nähe der Lampe 18 aufgenommen ist.
Dieser zweite Reflektor 32 ist wesentlich kleiner als der erste Reflektor 16. Er hat eine
allgemein konkave Form, die insgesamt auf die optische Achse ausgerichtet ist. Die
konkave Krümmung des ersten Reflektors 16 bzw. des zweiten Reflektors 32 weist
insgesamt in dieselbe Richtung (die der optischen Achse des Scheinwerfers
entspricht).
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Der zweite Reflektor 32 ist auf einem Träger, hier einer Stange 30, fest angebracht.
Der Träger 30 ist gegenüber dem ersten Reflektor 16 entlang der optischen Achse
translatorisch verschiebbar. Der zweite Reflektor 32 ist folglich in dem ersten
Reflektor 16 translatorisch verschiebbar.
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In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsart ist der Träger in Form einer
Stange 30 mit einem seiner Enden am zweiten Reflektor 32 befestigt und erstreckt
sich in einer senkrechten Ebene durch eine Öffnung 26, die im ersten Reflektor 16
ausgebildet ist. Das andere Ende der Stange 30 ist in einer Antriebsvorrichtung 28
translatorisch geführt. Die Antriebsvorrichtung 28 kann beispielsweise einen
Elektromotor und ein System zur Umwandlung der Drehbewegung in eine Bewegung zum
translatorischen Antrieb der Stange 30 umfassen.
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Die Antriebsvorrichtung wird durch eine elektronische Schaltung in Abhängigkeit von
der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert.
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Die von dem ersten Reflektor 16, dem zweiten Reflektor 32, dem Träger 30 und der
Antriebsvorrichtung 28 gebildete Einheit kann auf einer Platte befestigt sein, die
ihrerseits in dem Gehäuse 12 mit bekannten Mitteln befestigt ist, die die Einstellung
des Scheinwerfers im Höhen- und Azimutwinkel erlauben.
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Der zweite Reflektor 32 ist zwischen zwei Endstellungen beweglich: einer
sogenannten zurückgezogenen Stellung, die sich auf der optischen Achse am weitesten hinten
befindet und dem Bereich am nächsten ist, in dem die Lampe 18 am ersten Reflektor
16 befestigt ist; und einer sogenannten nach vorne versetzten Stellung, die sich auf
der optischen Achse am weitesten vorne befindet, d. h. der Scheibe 14 am nächsten
ist.
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In der in Fig. 1 und 3 dargestellten, zurückgezogenen Stellung des zweiten Reflektors
32 erzeugt der Scheinwerfer ein breites Lichtbündel, das insbesondere für eine Fahrt
auf kurvenreicher Strecke oder bei geringer Geschwindigkeit geeignet ist. Diese
Stellung des zweiten Reflektors 32 wird folglich verwendet, wenn das Fahrzeug mit
geringer Geschwindigkeit fährt.
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In der in Fig. 2 und 4 dargestellten, nach vorne versetzten Stellung des zweiten
Reflektors 32 erzeugt der Scheinwerfer ein spitzes Lichtbündel, das insbesondere für
eine Fahrt auf gerader Strecke mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist. Diese Stellung
des zweiten Reflektors 32 wird folglich verwendet, wenn das Fahrzeug mit hoher
Geschwindigkeit fährt.
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Der zweite Reflektor 32 kann darüber hinaus in allen zwischen den beiden
vorgenannten Endstellungen liegenden Stellungen kontinuierlich angeordnet werden, zum
Beispiel entsprechend einer monotonen Funktion der Geschwindigkeit.
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Fig. 6 zeigt die durch den Scheinwerfer erzeugte Beleuchtung mit breitem
Lichtbündel (Kurve bezeichnet mit 40) und mit spitzem Lichtbündel (Kurve bezeichnet mit 42)
in Abhängigkeit vom Winkelabstand θ (Azimutwinkel) bezüglich der optischen Achse
in der die optische Achse enthaltenden horizontalen Ebene. Die Beleuchtung wird auf
einem Messschirm in Lux gemessen, der in 25 Meter Entfernung aufgestellt und in
logarithmischer Einteilung dargestellt ist.
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Die Beleuchtung auf der Achse bei 25 Metern beträgt zum Beispiel mit spitzem
Lichtbündel 250 Lux, wogegen sie mit breitem Lichtbündel bei 50 Lux liegt.
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Bei einem Abstand von 10º von der optischen Achse (Azimutwinkel) liegt die
Beleuchtung in 25 Meter Entfernung bei spitzem Lichtbündel unter 2 Lux, wogegen sie
bei breitem Lichtbündel über 10 Lux beträgt.
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Es ist folglich festzustellen, dass beim Übergang vom spitzen zum breiten Lichtbündel
die Beleuchtung in der Achse abnimmt, wogegen die Beleuchtung bei einem
Winkelabstand von 10º (Azimutwinkel) zunimmt; bei einem Winkelabstand von 15º nimmt
die Beleuchtung beim Übergang vom spitzen zum breiten Lichtbündel gleichfalls zu.
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Um die oben genannten Lichtbündel zu erzeugen, sind der erste und der zweite
Reflektor wie nachstehend beschrieben gebaut.
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Der erste Reflektor 16 umfaßt einen Bodenbereich F und wenigstens einen
Seitenbereich L, wie in Fig. 5 klar zu erkennen. Der in den beigefügten Zeichnungen
dargestellte erste Reflektor 16 besitzt genau zwei Seitenbereiche L.
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Die durch den Bodenbereich F erzeugte Abbildung der Lichtquelle 20 ist ein
winkelförmig breites Lichtbündel. Die eine derartige winkelförmige Auffächerung
erzeugende Oberfläche des Bodenbereichs F ist zum Beispiel in der Art ausgeführt, wie in der
unter der Nr. 2 722 270 veröffentlichten Patentanmeldung beschrieben. Zum Bilden
der Bodenfläche kann man sich daher auf diese Patentanmeldung stützen, unter
Berücksichtigung des zweiten Reflektors 32 in seiner zurückgezogenen Stellung. Die
vom Bodenbereich F reflektierten Strahlen werden folglich durch den zweiten
Reflektor 32 auch in dessen anderen Stellungen nur gering abgeschirmt. Der Bodenbereich
F reflektiert somit das Licht in einem breiten Lichtbündel, das durch den zweiten
Reflektor 32 nur gering abgeschirmt wird.
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Andererseits erreichen die von der Lichtquelle 20 ausgehenden Strahlen den
Bodenbereich F, ohne je von dem zweiten Reflektor 32 ungeachtet dessen Stellung
abgeschirmt zu werden. Dieses Merkmal erlaubt es im übrigen, die Ausdehnung des
Bodenbereichs F zu bestimmen.
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Die Seitenbereiche L erzeugen ein winkelförmig nur sehr gering aufgefächertes
Lichtbündel (spitzes Lichtbündel). Es kann in Betracht gezogen werden, dass die
winkelförmige Auffächerung eines spitzen Lichtbündels beiderseits der optischen
Achse kleiner als
10º ist. Diese Seitenbereiche L bilden folglich Reichweitenbereiche.
Eine parabolische optische Oberfläche, deren Brennpunkt in der Lichtquelle liegt,
eignet sich folglich für die Seitenbereiche L.
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Vorteilhafterweise sind die seitlichen Reichweitenbereiche in der zurückgezogenen
Stellung des zweiten Reflektors 32 nicht aktiv. Hierzu befindet sich der zweite
Reflektor 32 in seiner zurückgezogenen Stellung zwischen der Lichtquelle 20 und den
Seitenbereichen L des ersten Reflektors 16. In seiner zurückgezogenen Stellung
verdeckt der zweite Reflektor 32 die Reichweitenbereiche (Seitenbereiche) und
nimmt den Lichtstrom auf, der zu diesen Reichweitenbereichen gelenkt wurde (vgl.
Fig. 3).
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In der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsart ist der zweite
Reflektor 32 in zwei Teilen ausgeführt, die durch den Träger 30 verbunden und
jeweils auf einer Seite der Lampe 18 waagerecht zu dieser angeordnet sind.
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Die durch den zweiten Reflektor 32 gebildete optische Oberfläche ist so ausgeführt,
dass sie ein breites Lichtbündel in der zurückgezogenen Stellung des zweiten
Reflektors 32 (Fig. 3) und ein spitzes Lichtbündel in der nach vorne versetzten Stellung
reflektiert.
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Genauer sind, wenn sich der zweite Reflektor 32 in zurückgezogener Stellung
befindet und wie deutlich in Fig. 3 zu erkennen, insbesondere die Strahlen, die durch
seine im Horizontalschnitt in der Nähe der Lampe 18 gelegenen Bereiche reflektiert
werden, bezüglich der optischen Achse stark divergent, wogegen die von seinen
Randbereichen reflektierten Strahlen fast parallel zur optischen Achse sind. Es wird
folglich ein breites Lichtbündel erzeugt.
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In der nach vorne versetzten Stellung des zweiten Reflektors 32 sind alle von dem
zweiten Reflektor 32 reflektierten Strahlen in etwa parallel zur optischen Achse.
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Die nachstehend beispielhaft genannte Oberfläche hat die erforderlichen optischen.
Eigenschaften. Diese Oberfläche wird in einem direkten Orthonormalsystem (0, x, y,
z) erläutert. Der Nullpunkt 0 dieses Bezugssystems liegt im Mittelpunkt der
Lichtquelle 20; (0, y) ist die optische Achse des Scheinwerfers und (0, z) ist vertikal. Die
beiden Endstellungen des zweiten Reflektors 32 sind auf der Achse (0, y) mit y1 und
y2 (y1 < y2) markiert.
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Es wird ein Parameter dmax und eine abnehmende Funktion d: [y1, y2]→[-dmax, 0]
gewählt, die es ermöglichen, die Verteilung des Lichts im Lichtbündel anzupassen.
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Die Funktion p wird somit (zum Beispiel mit herkömmlichen numerischen Methoden)
wie folgt nach [y1, y2] bestimmt:
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Die zum vollständigen Bestimmen der Funktion ρ erforderliche Grenzwertbedingung
bestimmt den Strahl ρ0 der Bodenöffnung des zweiten Reflektors 32 und lautet ρ0 =
ρ(y1).
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Es ist oft wünschenswert, dass das Lichtbündel nicht rotationssymmetrisch, sondern
in seiner horizontalen Erstreckung breiter ist. Es wird daher eine Richtung
orthogonal zur optischen Achse gewählt, in der eine Auffächerung yF oder eine
Konzentration F1 erzielt wird.
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Für alle θ zwischen 0 und 2π, wird definiert:
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Außerdem wird gesetzt
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Ist für jedes y und für jedes θ der Punkt F&sub2;&sub2;(y, θ) die Lösung der folgenden
Gleichung:
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und lautet der Punkt für F&sub2;&sub1;(y, θ) wie folgt:
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wird die Oberfläche des zweiten Reflektors 32 durch die Punkte M' wie folgt definiert:
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O ' = λ.O
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mit
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l = OM + MF&sub2;&sub1;
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Die besonders vorteilhafte Wechselwirkung zwischen dem ersten Reflektor 16 und
dem zweiten Reflektor 32 ist festzustellen.
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Befindet sich der zweite Reflektor 32 in nach vorne versetzter Stellung (Fig. 4),
nimmt er einen geringen Teil des Lichts auf, das er in etwa parallel zur optischen
Achse reflektiert. Der Bodenbereich F des ersten Reflektors 16 erzeugt einen
leuchtenden Boden (homogenes breites Lichtbündel). Ein großer Teil des Lichts wird von
den seitlichen Reichweitenbereichen L aufgenommen, die es parallel zur optischen
Achse reflektieren. Es wird somit ein besonders zufriedenstellendes spitzes
Lichtbündel ausgeführt.
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Befindet sich der zweite Reflektor 32 in zurückgezogener Stellung (Fig. 3), wird
umgekehrt ein großer Teil des Lichtstroms durch den zweiten Reflektor 32
abgeschirmt, der in dieser Stellung ein breites Lichtbündel erzeugt. Die seitlichen
Reichweitenbereiche L sind durch den zweiten Reflektor 32 verdeckt und sind somit nicht
an der Bildung des Lichtbündels beteiligt. Bei dem ersten Reflektor 16 ist
ausschließlich der Bodenbereich F optisch aktiv, der ein breites Lichtbündel erzeugt. Es wird
somit ein homogenes breites Lichtbündel realisiert.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt, das lediglich eine
bevorzugte Ausführungsart der Erfindung darstellt.