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Dokumentenidentifikation DE10345058B4 26.06.2008
Titel Fahrzeugscheinwerfer
Anmelder Mitsubishi Pencil Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yoshihisa, Suda, Fujioka, Gunma, JP;
Noboru, Kanba, Fujioka, Gunma, JP
Vertreter COHAUSZ & FLORACK, 40211 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 26.09.2003
DE-Aktenzeichen 10345058
Offenlegungstag 13.05.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.06.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2008
IPC-Hauptklasse F21V 29/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60Q 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F21V 31/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F21S 8/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
IPC additional class F21W 101/10  (2006.01)  A,  L,  N,  20051017,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend einen Lampenkörper, um darin eine Lichtquelle festzuhalten, eine Linse, die an der Vorderseite des Lampenkörpers angebracht ist, sowie ein Heizelement, das im Lampenkörper angebracht ist, wobei die Wärmestrahlen, die vom Heizelement abgestrahlt werden, eine hintere Fläche der Linse bestrahlen.

Herkömmlicherweise werden Frontscheinwerfer für Fahrzeuge, wie z. B. Automobile, unter Verwendung von Halogenglühlampen konstruiert; wenn Schnee oder Eis an den Frontscheinwerfern haftet, dann wird bei derartigen Frontscheinwerfern Schnee oder Eis durch die von den Lampen erzeugte Wärme weggeschmolzen, weil die Lampen eine große Wärmemenge freisetzen, wenn sie Licht zur Beleuchtung erzeugen.

In den letzten Jahren werden jedoch HID-Lampen (Entladungslampen hoher Intensität) in großem Umfang als Lichtquellen für Automobil-Frontscheinwerfer eingesetzt, die eine höhere Lichtausbeute als herkömmliche Glühlampen und Halogenlampen aufweisen und für die charakteristisch ist, dass sie helles Licht mit einem geringen Energieaufwand erzeugen können. Wird jedoch eine HID-Lampe als Lichtquelle verwendet, dann tritt das Phänomen auf, dass die Temperatur der Linsenfläche nicht stark ansteigt, weil die erzeugte Wärmemenge gering ist, während die Lichtausbeute hoch ist. Im Ergebnis wird dann, wenn das Auto bei Schneefall gefahren wird, an der Linsenfläche haftender Schnee oder Eis nicht geschmolzen, und der Schnee oder dergleichen sammelt sich auf der Linsenoberfläche an; das resultierende Problem ist, dass die Lichtstärke und folglich die Sichtweite abnimmt, was zu höchst gefährlichen Fahrbedingungen führt.

Im Anbetracht dessen wurde gemäß dem Stand der Technik ein Verfahren zum Entfernen des an der Linse haftenden Schnees usw. durch Abkratzen mit Hilfe eines Scheibenwischers oder dergleichen vorgeschlagen; jedoch kann in Abhängigkeit von der Temperatur oder den Schneefallverhältnissen der Schnee usw. nicht hinreichend entfernt werden, und irgendwelcher übrigbleibender Schnee usw. kann sich auf der Linse und am Scheibenwischer ansammeln, so dass sich das Problem, dass nicht genug Licht gewährleistet wird, nicht lösen lässt.

Um Schnee und Eis, die an der Linse des Fahrzeugscheinwerfers anhaften, besser entfernen zu können, wurde daher ein Fahrzeugscheinwerfer entwickelt, der einen Lampenkörper aufweist, der eine Lichtquelle darin einschließt, wobei der Fahrzeugscheinwerfer ferner eine Linse aufweist, die an der Vorderseite des Lampenkörpers angebracht ist, und wobei darüber hinaus ein Heizelement im Lampenkörper derart angebracht ist, dass Wärmestrahlen, die vom Heizelement abgestrahlt werden, eine hintere Fläche der Linse bestrahlen. Ein solcher Fahrzeugscheinwerfer ist beispielsweise aus der DE 199 63 337 A1 oder der DE 199 62 214 A1 bekannt. Ein Heizelement kann beispielsweise, wie im Falle der vorangehenden Druckschriften, aus herkömmlichen Heizdrähten gebildet sein. Grundsätzlich ist es aber auch aus der DE 40 24 268 A1 bekannt, ein Heizelement für Fahrzeuganwendungen auf Kohlenstoff-Basis zu bilden.

Unabhängig von den vorangehend beschriebenen Heizelementen sind aus der DE 35 24 631 C2 auch Heizelemente für Heizdecken bekannt.

Problematisch bei Verwendung eines Heizelements in einem Fahrzeugscheinwerfer ist allerdings, dass das Heizelement relativ hohen Beanspruchungen unterliegt, insbesondere hohen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Schmutz etc., was die Lebensdauer des Heizelements negativ beeinflusst.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lebensdauer eines Heizelements bei Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer zu erhöhen.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fahrzeugscheinwerfer, umfassend einen Lampenkörper, um darin eine Lichtquelle festzuhalten, eine Linse, die an der Vorderseite des Lampenkörpers angebracht ist, ein Kohlenstoff-basiertes Heizelement, das im Lampenkörper angebracht ist, wobei die Wärmestrahlen, die vom Heizelement abgestrahlt werden, eine hintere Fläche der Linse bestrahlen, und ein Glasrohr, um darin das Kohlenstoff-basierte Heizelement zu versiegeln.

Bei einem Kohlenstoff-basierten Heizelement handelt es sich um ein robustes Heizelement, welches den relativ hohen Beanspruchungen bei Verwendung im Innern eines Fahrzeugscheinwerfers über einen relativ langen Zeitraum standhält. Indem das Kohlenstoff-basierte Heizelement in einem Glasrohr versiegelt wird, wird ein zusätzlicher Schutz des Heizelements vor Umgebungseinflüssen geschaffen, insbesondere vor in den Lampenkörper eindringender Feuchtigkeit und eindringendem Schmutz, was die Lebensdauer des Heizelements zusätzlich erhöht.

Wenn das Kohlenstoff-basierte Heizelement, das eine beträchtliche Energie in den Bereichen des Infrarot und des fernen Infrarot abstrahlt und eine hohe Heizeffizienz aufweist, in dem Lampenkörper so angebracht wird, dass seine Strahlung die Linse direkt oder indirekt über einen Reflektor oder dergleichen erreicht, so können Schnee oder Eis, die an der Linse haften, geschmolzen werden und sammeln sich somit nicht auf der Linse an, oder Schnee bzw. Eis, die sich auf der Linse angesammelt haben, können durch die abgestrahlte Wärme, welche den Schnee oder das Eis unmittelbar erreicht, oder durch die Temperatur der effizient erwärmten Linse wirksam geschmolzen werden, wenn das Heizelement für das Aufheizen mit Energie versorgt wird. Außerdem können nicht nur Schnee oder Eis, sondern auch Reif oder Tautropfen, wenn man sie auf der Linse sitzen lässt, zu einer Abnahme der Lichtintensität führen, und sie können auch durch Schmelzen und Verdunsten entfernt werden, entweder durch unmittelbare Absorption der vom Kohlebasis-Heizelement abgestrahlten Wellenlängen oder durch die Temperatur der Linse, welche durch die Strahlungswärme des Kohlenstoff-basierten Heizelements aufgeheizt wird.

Die vom Kohlenstoff-basierten Heizelement abgestrahlten Wellenlängen hängen zwar von der Heiztemperatur ab, liegen aber im Bereich des Infrarot bis fernen Infrarot und enthalten die Wellenlängen, die durch ein Material, wie z. B. Polykarbonat oder einen anderen Harzwerkstoff, das für Linsen verwendet wird, absorbiert werden; deshalb kann die Linse recht effektiv erwärmt werden. Genau das gleiche kann von Schnee oder Eis oder dergleichen gesagt werden. Dementsprechend kann an der Linse anhaftender Schnee oder Eis mit Hilfe der Strahlungswärme, welche den Schnee oder das Eis über die von der Linse durchgelassenen Wellenlängen unmittelbar erwärmt, im Verbund mit der Wärmeleitung der Linse selbst, die durch die Absorption der Wellenlängen aufgeheizt wird, effektiv durch Schmelzen und Verdunsten entfernt werden.

Zum Herstellen des Kohlenstoff-basierten Heizelements wird ein Gemisch, das formbar ist und nach dem Brennen einen im Wesentlichen nicht verschwindenden Kohlenstoffrest aufweist, in die gewünschte Form gepresst, und der entstehende Pressling wird dann verkohlt.

Die Formbarkeit verbessert sich, wenn kristallines Kohlenstoffpulver, wie z. B. Kohlenstoffruß, Graphit oder Koksstaub, vor dem Pressen in das Gemisch hineingemischt wird. Wenn darüber hinaus Metall- oder Halbmetall-Verbindungen, wie z. B. Metallkarbid, Metallborid, Metallsilizid, Metallnitrid, Metalloxid, Halbmetallnitrid, Halbmetalloxid oder Halbmetallkarbid in Anteilen beigemischt werden, die zu dem angestrebten Widerstandswert des Heizelements führen, der nach dem Verkohlen erreicht werden soll, dann kann das Kohlenstoff-basierte Heizelement mit einem gewünschten Widerstand hergestellt werden. Da der Widerstand auf diesem Wege gesteuert werden kann, werden Einschränkungen für die Querschnittsfläche und die Länge, die für das Heizelement erforderlich sind, damit der durch den Spannungswert der verwendeten Stromversorgung und die geforderte Menge der Wärmeerzeugung bestimmte Wert des Widerstands erreicht wird, beträchtlich gelockert, so dass es möglich wird, das Heizelement in einer beliebigen gewünschten Form herzustellen, die dem Verwendungszweck des Heizelements angepasst ist.

Beispiele für ein Gemisch, das formbar ist und nach dem Verkohlen einen im Wesentlichen nicht verschwindenden Kohlenstoffrest aufweist, enthalten: thermoplastische Harze, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid-Acetat-Kopolymer und Polyamid; warmaushärtende Harze, wie z. B. Phenolharz, Furanharz, Epoxidharz, ungesättigter Polyester und Polyimid; natürliche Polymersubstanzen mit kondensierten polyzyklischen Aromaten, wie z. B. Lignin, Zellulose, Tragantgummi, Gummiarabikum, Zucker usw., in der Molekülgrundstruktur; und synthetische Polymersubstanzen mit kondensierten polyzyklischen Aromaten, wie z. B. Formalinkondensat von Naphtalensulfonsäure, Copalharz und weitere Substanzen, die nicht unter den oben aufgezählten sind, in der Molekülgrundstruktur. Sorte und Quantität des verwendeten Gemischs werden entsprechend der angestrebten Form des Heizelementes geeignet ausgewählt, und es kann eine einzige Materialsorte oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren Materialsorten verwendet werden; insbesondere wird der Einsatz von Polyvinylchloridharz und Furanharz bevorzugt.

Das Heizelement kann in jeder geeigneten Form ausgebildet werden, wie z. B. in einer Spiral-, Stab-, Platten- oder Ringform.

Um eine Oxidation des Kohlenstoff-basierten Heizelements zu vermeiden, sollte das Heizelement in einer inerten Atmosphäre versiegelt werden, bei Anwendungen jedoch, wo das Heizelement z. B. bei Temperaturen unter 500°C eingesetzt wird, die keine Oxidation hervorrufen, braucht das Heizelement nicht notwendigerweise versiegelt zu werden. In solchen Fällen gewährleistet das Versiegeln des Heizelements jedoch eine wirksamere elektrische Isolation, einen Schutz usw..

Nach einer Versiegelung kann der äußere Anschluss für die Stromversorgung von nur einer Seite oder von beiden Seiten nach außen geführt werden; außerdem kann für eine einfach ausführbare Montage und Demontage ein Schraubensockel, ein nicht geschraubter Stecksockel, ein Bajonettanschlusssockel oder ein beliebiger anderer geeigneter Sockeltyp verwendet werden.

Außerdem wird dann, wenn das Heizelement unter Bedingungen betrieben wird, dass im eingeschalteten Zustand kein Licht erzeugt wird, wenn z. B. die Temperatur des Heizelements nicht größer als 500°C ist, kein schädlicher Einfluss auf die Funktion der Beleuchtungslampe ausgeübt und kein anderes Licht als das Licht der Beleuchtungslampe erzeugt; im Ergebnis wird der Vorteil bewahrt, dass die äußere Erscheinung des Frontscheinwerfers überhaupt nicht beeinträchtigt wird, während aber die Linsen bzw. auf den Linsen haftender Schnee oder Eis erhitzt werden können, um den an den Linsen haftenden Schnee oder das Eis oder dergleichen abzuschmelzen.

Für die Linse kann ein Sensor eingesetzt werden, so dass die Linse durch Einschalten des Kohlenstoff-basierten Heizelements erwärmt werden kann, wenn eine vorgegebene Temperatur erreicht ist.

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers entsprechend einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.

Beispiele werden unten beschrieben, aber es wird betont, dass Einbauort und Einbauverfahren nicht auf die hier dargestellten Beispiele beschränkt sind.

Beispiel 1:

Als ein Kohlenstoff-basiertes Heizelement, das eine hohe Infrarotstrahlungseffizienz aufweist, wurde ein spiralförmiges Kohlenstoff-basiertes Heizelement in der folgenden Weise hergestellt: 45 Teile von chloriertem Polyvinylchloridharz und 15 Teile Furanharz wurden miteinander vermischt, um ein Mischharzsystem herzustellen, zu dem 20 Teile eines natürlichen feinen Graphitpulvers (mit einer mittleren Teilchengröße von 5 &mgr;m) und 20 Teile Boronnitridpulver (mit einer mittleren Teilchengröße von 5 &mgr;m) hinzugefügt wurden; dann wurden als Weichmacher 20 Teile eines Diallylphtalatmonomers hinzugefügt, fein verteilt und gemischt, und das entstehende Gemisch wurde durch Extrusion geformt und in einer Stickstoffgasatmosphäre verkohlt. Durch Anschließen einer Zuleitung an ein Ende eines Heizelements und Versiegeln des Heizelements in einem mit Argongas gefüllten Quarzglas wurde ein kleiner Lampenheizer hergestellt. Wie in 1 dargestellt ist, wurde ein Fahrzeugscheinwerfer durch Einsetzen des Lampenheizers 10 in einen unteren Teil des Lampenkörpers 14, der eine HID-Lampe 12 aufweist, hergestellt, wobei der Lampenheizer in der Nähe einer Linse 16 angebracht wurde, so dass die abgestrahlte Wärme auf die Linse auftrifft.

Mit der obigen Lampenkonstruktion wird es möglich, an der Linse anhaftenden Schnee, Eis usw. zu schmelzen, wobei die vorgeschriebenen Lichtverteilungscharakteristiken und Lichtstärkeanfoderungen erfüllt werden können und ein für die hocheffizienten HID-Leuchten typisches Problem, das insbesondere in kalten Gebieten auftritt, gelöst werden kann.

Beispiel 2:

Als ein Kohlenstoff-basiertes Heizelement, das eine hohe Infrarotstrahlungseffizienz aufweist, wurde ein spiralförmiges Kohlenstoff-basiertes Heizelement in der folgenden Weise hergestellt: 45 Teile von chloriertem Polyvinylchloridharz (T-741, hergestellt von Nippon Carbide) und 15 Teile Furanharz (HITAFURAN VF-302, hergestellt von Hitachi Chemical) wurden miteinander vermischt, um ein Mischharzsystem herzustellen, zu dem 2C Teile eines natürlichen feinen Graphitpulvers (mit einer mittleren Teilchengröße von 5 &mgr;m, hergestellt von Shin-Etsu Chemical) hinzugefügt wurden; dann wurden als Weichmacher 20 Teile eines Diallylphtalatmonomers hinzugefügt, fein verteilt und gemischt, und das entstehende Gemisch wurde durch Extrusion geformt und in einer Stickstoffgasatmosphäre verkohlt. Ein Lampenheizer, der aus einem ringförmigen Kohlenstoff-basiertem Heizelement besteht, wurde durch Anschluss einer Zuleitung an ein Ende des Heizelements und Versiegeln in einem ringförmigen Quarzglas hergestellt, das im Wesentlichen die gleiche Form wie die Umfangsform einer Linse 16 aufweist. Ein Fahrzeugscheinwerfer wurde durch Einsetzen des Lampenheizers in einen Lampenkörper 14, der eine HID-Lampe aufweist, hergestellt, wobei der Lampenheizer in der Nähe der Linse 16 angebracht wurde, so dass die abgestrahlte Wärme aus allen Richtungen auf die Linse auftrifft.

Mit der obigen Lampenkonstruktion wird es möglich, an der Linse anhaftenden Schnee, Eis usw. zu schmelzen, wobei die vorgeschriebenen Lichtverteilungscharakteristiken und Lichtstärkeanforderungen erfüllt werden können und ein für die hocheffizienten HID-Leuchten typisches Problem, das insbesondere in kalten Gebieten auftritt, gelöst werden kann.


Anspruch[de]
Fahrzeugscheinwerfer, umfassend:

einen Lampenkörper (14), um darin eine Lichtquelle festzuhalten;

eine Linse (16), die an der Vorderseite des Lampenkörpers (14) angebracht ist;

ein Kohlenstoff-basiertes Heizelement (10), das im Lampenkörper (14) angebracht ist, wobei die Wärmestrahlen, die vom Heizelement (10) abgestrahlt werden, eine hintere Fläche der Linse (16) bestrahlen; und

ein Glasrohr, um darin das Kohlenstoff-basierte Heizelement (10) zu versiegeln.
Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, wobei das Kohlenstoff-basierte Heizelement (10) amorphen Kohlenstoff und Kohlenstoffpulver enthält, das in dem amorphen Kohlenstoff fein verteilt ist. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, wobei das Kohlenstoff-basierte Heizelement (10) außerdem eine Metall- oder Halbmetallverbindung enthält. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtquelle eine Lampe (12) ist. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 4, wobei das Kohlenstoff-basierte Heizelement getrennt von der Lampe (12) und der Linse (16) montiert ist. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Kohlenstoff-basierte Heizelement Lichtstrahlen von der Lampe (12) zur Linse (16) nicht unterbricht.






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