DE3341773C2

DE3341773C2 - Abblendlichtscheinwerfer

Info

Publication number: DE3341773C2
Application number: DE3341773A
Authority: DE
Inventors: Pierre Cibie; Hector Fratty; Norbert Brun
Original assignee: Cibie Projecteurs SA
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2003-11-19
Also published as: FR2536502B1; JPS59103201A; SE455125B; ES285012Y; ES285012U; IT8323739A0; DE3348095A1; SE8306348L; GB2130704B; FR2536502A1; GB8330812D0; US4530042A; IT1165488B; JPH0241123B2; DE3341773A1; GB2130704A; SE8306348D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Abblendlichtscheinwerfer mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Abblendlichtscheinwerfer ist aus der FR-PS 15 46 698 bekannt, bei dem jedoch noch eine Abblendkappe zur Anwen dung gelangt. Dieser bekannte Scheinwerfer ermöglicht es, die Hell-Dunkel-Grenze dadurch zu erzeugen, daß alle vom Reflektor erzeugten Abbilder der Lichtquelle unterhalb der Hell-Dunkel- Grenze liegen.

Der paraboloidförmige Sektor des bekannten Abblendlichtschein werfers ist jedoch sehr schmal (der Öffnungswinkel α beträgt im allgemeinen 15°), und um eine akzeptable Lichtausbeute beizube halten ist es notwendig, den Lichtstrom rückzugewinnen, der den vom paraboloidförmigen Sektor nicht reflektierten Lichtstrahlen entspricht.

Hierzu wird in der genannten Patentschrift vorgeschlagen, beider seits des paraboloidförmigen Sektors zwei Rückgewinnungsspiegel anzuordnen, die von zwei versetzten Halbparaboloiden gebildet sind: Das obere Halbparaboloid, welches auf das hintere Ende des Glühfadens fokussiert ist, erzeugt ein herkömmliches Ab blendlichtbündel, wogegen das untere, auf das vordere Ende des Glühfadens fokussierte Halbparaboloid alle seine Bilder unter halb der Hell-Dunkel-Grenze erzeugt.

Ein solcher Scheinwerfer hat zwei Nachteile. Erstens, an der Verbindungsstelle jedes Rückgewinnungsspiegels mit dem zen tralen Sektor hat die Reflektorfläche eine Unstetigkeit: die Paraboloide der beiden aneinanderstoßenden, auf verschiedene Punkte fokussierten Flächen haben notwendigerweise entweder verschiedene Scheitelpunkte oder verschiedene Brennweiten und weisen folglich über eine Verbindungsebene verschiedene Profile auf. Es ist also unmöglich, in dieser Ebene eine gemeinsame Verbindungslinie zu finden, und der Übergang von einem Rückge winnungsspiegel zum zentralen Sektor erfolgt notwendigerweise in einer Stufe.

Aufgrund dieser Eigenschaft ist ein nach diesen Lehren herge stellter Reflektor in der Praxis in dieser Übergangszone un vollkommen, was sich dadurch zeigt, daß Lichtstrahlen oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze ausgesendet werden.

Der zweite, noch größere Nachteil besteht darin, daß das vom unteren Rückgewinnungsspiegel erzeugte Lichtbündel auf fast die gesamte, unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelegene Zone ver teilt wird. Diese Verbreiterung des Lichtbündels läuft dem bei einem Abblendlichtbündel angestrebten Ziel zuwider, eine Kon zentration auf eine zentrale Zone genau unterhalb der Hell- Dunkel-Grenze zu erreichen.

Bei dem Abblendlichtscheinwerfer gemäß der FR-PS 15 46 698 sind deshalb Abblendkappen erforderlich.

Aus der DE-OS 22 05 610 ist ein Abblendlichtscheinwerfer be kannt, bei dem zwar auf die Abdeckkappen verzichtet wird, doch wird dort keine asymmetrische Beleuchtungsform mit dem obenge nannten Neigungswinkel auf der rechten Fahrbahnseite (bei Rechtsverkehr) erzeugt. Auch wird mit diesem bekannten Abblend lichtscheinwerfer keine Konzentration des Lichtbündels direkt unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze erzielt. Entsprechendes gilt für den Scheinwerfer gemäß der DE-OS 26 44 385.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Abblendlichtscheinwerfer derart weiterzubilden, daß bei asym metrischem Lichtbündel auf eine Abblendkappe verzichtet werden kann und trotzdem keine Lichtstrahlen oberhalb der Hell-Dunkel- Grenze austreten und zugleich die Lichtverteilung nahe der Hell- Dunkel-Grenze konzentriert ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Abblendlichtscheinwerfers ge mäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Schnittlinien des Lichtbündels eines Abblendlichtscheinwerfers nach dem Stand der Technik auf dem Meßschirm,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt in der Ebene v′v durch einen Abblendlichtscheinwerfer,

Fig. 3 eine Vorderansicht des Reflektors des Ab blendlichtscheinwerfers mit Blick in Rich tung der Pfeile III in Fig. 2,

Fig. 4a bis 4c die auf einem Meßschirm (Normschirm) durch die verschiedenen Flächen der Reflexionsfläche des in Fig. 3 dargestellten Reflektors er zeugten Abbilder der Lichtquelle,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer Streuscheibe des Ab blendlichtscheinwerfers, mit Blick in Rich tung der Pfeile V in Fig. 2,

Fig. 6 Höhenlinien der Reflexionsfläche des Reflek tors und

Fig. 7 eine Darstellung in der Vertikalebene xOz der Abweichung der Fläche gemäß Fig. 6 von einer Parabel gemäß der Methode der klein sten Quadrate.

Die von einem Lichtbündel eines solchen Abblendlichtschein werfers auf einem in 25 m Entfernung vor dem Scheinwerfer auf gestellten Meßschirm erzeugte Leuchtdichteverteilung ist mit ihren Normpunkten und -zonen in Fig. 1 dargestellt, in welcher der Punkt H die Brennachse des Scheinwerfers im Schnittpunkt der senkrechten Ebene v′v und der waagerechten Ebene h′h dar stellt. Die Hell-Dunkel-Grenze ist definiert durch die Linie h′ (ausgehend vom Punkt H) der um 1% abgesenkten linken waage rechten Halbebene und durch die Linie c (ausgehend vom Punkt H), die mit der Linie h (ausgehend vom Punkt H) einen Winkel α einschließt. Hier, wie im weiteren Verlauf der Beschreibung, wird auf Rechtsverkehr Bezug genommen. Bei Linksverkehr sind die den Schirm oder den Scheinwerfer darstellenden Figuren um eine vertikale Achse v′v umgedreht zu betrachten.

In der über der Hell-Dunkel-Grenze gelegenen Zone III weist die Leuchtdichteverteilung ihr Minium auf, um eine Blendung zu ver meiden. Dagegen weist die Leuchtdichteverteilung in der Zone IV ihr Maximum auf.

Üblicherweise wird die Hell-Dunkel-Grenze mittels einer Abblend kappe erzeugt, welche den unteren Teil der Lampe oder ihres Glühfadens umgibt und somit nur die Lichtstrahlen passieren läßt, die auf den oberen Teil des mit der Lampe verbundenen Reflektors gerichtet sind und nach Reflexion den unteren Teil des Lichtbündels bilden.

Um die erforderliche Fokussierung zu erreichen, ist der Glüh faden der Lampe in der Achse des parabolischen Reflektors et was, in Lichtaustrittsrichtung gesehen, vor dem Reflektorbrenn punkt angeordnet.

Der Nachteil dieser Anordnung ist der durch die Abdeckung mit tels der Abblendkappe hervorgerufene große Verlust bei dem vom Glühfaden ausgesendeten Lichtstrom. Nahezu die Hälfte des Licht stroms geht auf diese Weise völlig verloren. Dieser Verlust ist besonders kritisch bei den Scheinwerfern kleiner Abmessungen, bei denen ein ausreichender Ausgleich des Lichtstromverlustes wegen der geringeren Größe des Reflektors nur auf Kosten einer Leistungserhöhung der Lichtquelle möglich ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Abblendlichtscheinwerfer hat einen Reflektor 10, einen axialen Glühfaden 20 und eine ihn abschlie ßende Streuscheibe 30.

Der Glühfaden 20 des Scheinwerfers ist in bezug auf die Rotati onsparaboloidachse Ox des Reflektors 10 um einen seinem Radius gleichen Betrag radial nach oben versetzt und axial zum Brenn punkt F, der die Flächen 10a, 10b bildenden Sektoren des Rota tionsparaboloids des Reflektors 10 zentriert.

Die Größe δ der radialen Versetzung ist so, daß die ausstrah lende Mantelfläche des Glühfadens 20 die Rotationsparaboloid achse Ox zumindest annähernd tangiert, wobei eine maximale To leranz in der einen oder der anderen Richtung von 25% des Glühfadendurchmessers vorgesehen ist, d. h., bei einem üblichen Glühfaden 20 von 1,2 mm Durchmesser beträgt die Toleranz ± 0,3 mm.

Die axiale Zentrierung das Glühfadens 20 zum Brennpunkt F des Rotationsparaboloids ist mit einer maximalen Toleranz in der einen oder der anderen Richtung von 10% der Glühfadenlänge vorgenommen, d. h., bei einem üblichen Glühfaden 20 von 5,5 mm Länge beträgt die Toleranz etwa ± 0,5 mm.

Gemäß Fig. 3 hat der Reflektor 10 wenigstens einen Sektor eines Rotationsparaboloids, der sich beiderseits der Achse Ox symmetrisch zwischen zwei axialen Ebenen erstreckt, nämlich zwischen einer waagerechten Ebene hh′ und einer Ebene cc′, die mit der erstge nannten einen Winkel α bildet, der gleich ist dem Anstiegswin kel der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichtbündels. Dieser Sektor des Rotationsparaboloids ist in Fig. 3 durch die Flächen 10a und 10b dargestellt.

Die von diesen beiden Flächen 10a und 10b durch Reflexion erzeug ten Abbilder des Glühfadens 20 sind auf einem Normschirm ent sprechend Fig. 4a angeordnet. Diese Abbilder erzeugen die Hell- Dunkel-Grenze h′H c, unterhalb von der sie alle gelegen sind, und erzeugen eine Lichtkonzentration im Normpunkt 75 R (s. Fig. 1), der einer der Punkte ist, in denen die von den Vorschriften geforderte Mindestbeleuchtung am höchsten ist.

Obwohl der Reflektor 10 gegenüber einem herkömmlichen Reflektor in den Flächen 10a und 10b nicht geändert wurde, ist der Licht strom in der Nachbarschaft der Konzentrationszone (Normpunkte 75 R und 50 R) doppelt so groß wie bei einer Lösung mit Abblend kappe, bei der nur die Fläche 10b benutzt wurde.

Beim gezeigten Beispiel ist die Mitte des Glühfadens 20 im Brenn punkt F angeordnet. Weil dieses Mittelstück eine sehr viel höhe re Temperatur und folglich eine sehr viel höhere Leuchtdichte als das Glühfadenende hat, ist die Lichtstärke des austretenden Lichtbündels in der Konzentrationszone deutlich größer.

Die den Flächen 10a und 10b zugeordneten Zonen 30a und 30b der Streuscheibe 30 (s. Fig. 5) sind glatt oder schwach ablenkend. Weil die von den Flächen 10a und 10b des Reflektors 10 erzeug ten Bilder in bezug auf das angestrebte Lichtbündel in eine zweckdienliche Lage gebracht sind, ist es nicht notwendig, durch Benutzen der Streuscheibe 30 die Lichtstrahlen abzulen ken. Es ist dennoch möglich, kreisrunde oder schräggestellte Prismen vorzusehen, die nach herkömmlicher Art eine leichte Ablenkung der Abbilder, in Lichtaustrittsrichtung gesehen, nach rechts ermöglichen.

Ausgehend von dieser Grundform ist eine weitere Verstärkung des Abblendlichtbündels möglich, wenn dazu die Lichtstrahlen be nutzt werden, die aus den jenseits der genannten axialen Ebenen hh′ und cc′ gelegenen Flachen austreten, die in Fig. 3 mit 10c, 10d, 10e und 10f bezeichnet sind.

Diese Flächen sind ohne Unstetigkeitsstellen so gestaltet, daß sie vom Glühfaden 20 Abbilder erzeugen, die alle mit ihrem höch sten Punkt auf der Hell-Dunkel-Grenze liegen.

Unter der Annahme, daß die Abweichung in radialer Richtung zwi schen den realen und den theoretischen Flächen nicht mehr als 0,15 mm beträgt, zeigt die theoretische Berechnung, daß die durch die nachstehenden Gleichungen definierten Flächen die ge nannten Eigenschaften besitzen.

Für die Flächen 10c und 10d (linker Teil des Lichtbündels):

Gleichung 1:

Für die Flächen 10e und 10f (rechter Teil des Lichtbündels):

Gleichung 2:

mit

l = halbe Glühfadenlänge,
f_o = Brennweite des Paraboloids,
α = Anstiegswinkel der Hell-Dunkel-Grenze (beträgt im allgemeinen 15°).

Ox ist die Rotationsparaboloidachse, und die Ebene xOy ist eine waagerechte Ebene, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt.

Die Gleichung 2 wird von der Gleichung 1 durch eine die Drehung um den Winkel α um die Rotationsparaboloidachse Ox einbeziehen de Transformation einfach abgeleitet. Diese Drehung ermöglicht die Umformung der waagerechten Hell-Dunkel-Grenze in eine unter dem Anstiegswinkel geneigte Hell-Dunkel-Grenze.

Die jeweils aneinandergrenzenden Flächen stoßen mit gemeinsamer Begrenzungslinie aneinander, die der Schnittlinie der Reflexi onsfläche mit einer axialen Ebene r′r entspricht, welche um ei nen Winkel α/2 gegenüber der Vertikalen geneigt ist.

Ein nach diesen Lehren ausgebildeter Reflektor weist auf seiner gesamten Fläche eine Stetigkeit zweiter Ordnung auf - was ihn theoretisch insbesondere einwandfrei tiefziehbar macht -, mit Ausnahme der durch die axiale Ebene r′r erzeugten Schnittlinie, an der nur eine Stetigkeit erster Ordnung besteht.

In Fig. 4b sind die Abbilder des Glühfadens 20 dargestellt, die auf dem Meßschirm durch Reflexion an den Flächen 10c und 10d erzeugt werden. Diese Abbilder bilden hauptsächliche den linken Teil des Lichtbündels, der waagerecht abgeschnitten sein muß. Die gewählte ablenkende Fläche ermöglicht es, daß alle Abbilder des Glühfadens 20 mit ihrem höchsten Punkt G, wie in Fig. 4b ersichtlich ist, auf der Waagerechten h′H liegen.

Gemäß Fig. 4c erzeugen die Flächen 10e und 10f in gleicher Wei se Abbilder, die hauptsächlich den rechten Teil des Lichtbün dels bilden, der eine ansteigende Begrenzungslinie Hc haben muß. Dies wird mit der weiter oben erwähnten Drehung erreicht, die den Übergang von der Gleichung 1 zur Gleichung 2 ermöglicht. Der höchste Punkt D jedes Abbildes ist auf dem ansteigenden Ast Hc der Hell-Dunkel-Grenze gelegen.

Die sich aus der Überlagerung der Abbilder gemäß Fig. 4a, 4b und 4c ergebende Lichtverteilung auf dem Meßschirm hat somit eine größere Leuchtdichte in den Zonen, in denen eine solche angestrebt wird (Normpunkte 75R, 50V und 50R und Zone IV).

Ein Reflektor mit einer derartig ausgebildeten Reflexionsfläche kann zusammen mit einer Streuscheibe benutzt werden, welche die Verteilung des Lichtbündels in herkömmlicher Weise, insbesonde re durch waagerechte Streuung, verbessert.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Fläche, die entsprechend der Gleichung 1 ausgeführt wurde und in Vorderansicht durch Höhen linien dargestellt ist. Dabei werden bei der Reflexionsfläche gemäß Fig. 3 nur die nicht schraffierten Flächen 10c und 10d tatsächlich benutzt. Diese Fläche entspricht einem rechteckigen Scheinwerfer mit einer Höhe von 84 mm und einer maximalen Öff nung von 154 mm, bei einer Brennweite f_o von 22,5 mm und einer Glühfadenlänge 21 = 5,5 mm und dem Durchmesser 2δ = 1,2 mm.

In Fig. 7 ist in der axialen Vertikalebene xOz der Verlauf TS der in Fig. 6 dargestellten Fläche im Vergleich mit ihrer Para bel PMC gemäß der Methode der kleinsten Quadrate dargestellt. Zur besseren Verdeutlichung ist die Normalabweichung e_n zwi schen den beiden Kurven um den Faktor 100 verstärkt worden.

Unter Parabel gemäß der Methode der kleinsten Quadrate ist die Parabel zu verstehen, bei der die mittlere quadratische Abwei chung, die in Lotrichtung diese Parabel von der betreffenden Fläche trennt, den geringstmöglichen Wert hat. Es handelt sich also um die "Best-Approximation" einer Parabel, die dem Verlauf TS am nächsten kommt.

Die so gefundene und in Fig. 7 dargestellte Parabel PMC hat einen Brennpunktabstand von 21,84 mm und einen Scheitel mit den Koordinaten x = 0,03 mm und z = 0,66 mm; sie ist um 5,63% leicht nach unten geneigt. Ein Merkmal der Reflexionsfläche des Reflektors 10 gemäß der Erfindung ist, daß unter diesen Bedingun gen die Normalabweichung e_n stets kleiner als 0,3 mm bleibt.

Bei Verwendung einer Streuscheibe 30 wirkt diese in Verbindung mit den ablenkenden Flächen der Reflexionsfläche des Reflektors 10 als Ablenkvorrichtung, welche die Abbilder, die durch Reflexion an allen jenseits der axialen Ebenen hh′ und cc′ angeordneten Flächen der Reflexionsfläche des Reflektors 10 erzeugt werden, unter die Hell-Dunkel-Grenze verlagert.

Claims

1. Abblendlichtscheinwerfer, bestehend aus einem Reflektor (10), einer Lampe mit einem Glühfaden (20) einer Streuscheibe (30), wobei die Reflexions fläche des Reflektors (10) zwei Flächen (10a, 10b) aufweist, die durch wenigstens einen Sektor eines Rotationsparaboloids gebildet sind, der sich symmetrisch zu der Rotationsparaboloid achse (Ox) gegenüberliegend zwischen zwei axialen Ebenen er streckt, von denen die eine Ebene (hh′) waagerecht ist und die andere Ebene (cc′) mit dieser einen Winkel (α) einschließt, der gleich ist dem Anstiegswinkel der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichtbündels, so daß der die Flächen (10a, 10b) bildende Sektor die Hell-Dunkel-Grenze festlegt, ferner der restliche Anteil der Reflexionsfläche des Reflektors (10) mit Flächen (10c bis 10f) derartig ausgebildet ist, daß die von ihnen durch Reflexion erzeugten Abbilder des Glühfadens (20) unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze liegen, ferner der axiale Glühfaden (20) in bezug auf die Rotationsparaboloidachse (Ox) nach oben versetzt ist und seine Mitte oberhalb des Brenn punktes (F) des die Flächen (10a, 10b) bildenden Rotationspara boloidsektors liegt, und wobei in der vor dem Reflektor (10) angeordneten Streuscheibe (30) die den die Flächen (10a, 10b) bildenden Rotationsparaboloid-Sektoren entsprechenden Zonen (30a, 30b) glatt oder schwach ablenkend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) der Reflexionsfläche mit jeweils gemeinsamen Begren zungslinien aneinanderstoßen und daß die Flächen (10c bis 10f), die nicht Flächen des Rotationsparabol oids sind, Abbilder der Lichtquelle erzeugen, deren höchstge legene Punkte (D, G) zumindest annähernd auf der Hell/Dunkel- Grenze des Abblendlichtbündels liegen.

2. Abblendlichtscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den restlichen Flächen (10c bis 10f) des Reflektors (10) jeweils zwei diagonal gegenüberlie gende Flächen folgenden Gleichungen genügen:

a) Die bei Rechtsverkehr den linken Teil des Lichtbündels erzeugenden Flächen (10c und 10d) der Gleichung 1:
b) die bei Rechtsverkehr den rechten Teil des Lichtbündels erzeugenden Flächen (10e und 10f) der Gleichung 2:

mit l = die halbe Glühfadenlänge,
f_o = die Brennweite des Rotationsparaboloids,
α = der Anstiegswinkel der Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels.

3. Abblendlichtscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Glühfadens (20) von der Rotationsparaboloidachse (Ox) um eine Größe (6) radial nach oben versetzt ist, die 25% des Glühfadendurchmessers nicht übersteigt.

4. Abblendlichtscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen der Mitte des Glühfadens (20) und dem Brennpunkt (F) des Rotations paraboloids 10% der Glühfadenlänge (21) nicht übersteigt.

5. Abblendlichtscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (30c bis 30f) der Streu scheibe (30), die den restlichen Flächen (10c bis 10f) des Re flektors (10) entsprechend zugeordnet sind, das Lichtbündel mittels prismatischer Elemente waagerecht streuen.

6. Abblendlichtscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vertikalebene des Reflek tors (10) die Höhe (z₁) des Reflektorabschnittes unter der Ro tationsparaboloidachse (Ox) größer ist als die Höhe (z₂) des Reflektorabschnittes über der Rotationsparaboloidachse (Ox).