CN104713009A - 机动车前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车前照灯(10)，该机动车前照灯具有至少一个半导体光源(14)和主光学系统(16)，该主光学系统设置成汇集从半导体光源(14)发出的光线并且对准到次级光学系统(18)上，其中主光学系统(16)通过光射入面(26)吸收光源(14)的光线并且该光线通过光射出面(28)离开，其中主光学系统(16)具有连接凸缘(42)，借助该连接凸缘主光学系统在保持架(34)中被保持在至少两个固定支座(52)中，这些固定支座布置在第一平面中，该第一平面平行于第二平面并且与第二平面之间有间距(a)，在该第二平面中有光射入面。机动车前照灯的特点在于，连接凸缘(42)的第一区段(44)成拱形拱曲。

Description

机动车前照灯
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的机动车前照灯。
背景技术
这样的机动车前照灯已经被DE 10 2010 023 359 A1公开。已知的前照灯具有至少一个半导体光源和主光学系统，该主光学系统设置成汇集从半导体光源发出的光线并且对准到次级光学系统上。对此，主光学系统通过至少一个光射入面吸收光源的光线并且该光线通过光射出面离开。主光学系统具有连接凸缘，借助该连接凸缘主光学系统在保持架中被保持在至少两个固定支座中，这些固定支座布置在第一平面中，该第一平面平行于第二平面并且与第二平面之间有间距，在该第二平面中有至少一个光射入面。
用于机动车前照灯的半导体光源的光射出面通常处于具有在0.5和2毫米之间的边长的矩形中。为了吸收从半导体光源发出的尽可能大部分的光线，半导体光源的光射出面与主光学系统的光射入面的距离仅有零点几毫米。位于其光射入面和其光射出面之间的主光学系统的长度通常是几毫米。该长度例如在5至15mm的范围中，其中该范围数据仅用于说明典型的尺寸比例并且在其他的实例中也可以在给出的界限之外。
半导体光源在工作时达到100℃以上的温度。由于半导体光源和主光学系统的紧密相邻的布置而产生热耦合，该热耦合会导致主光学系统被加热并随之导致前照灯内的距离通过部件热膨胀而改变。其他的、温度对该距离的影响由前照灯的周围环境所导致。在汽车技术中，前照灯环境温度能够达到100℃以上。这特别是在安装在机动车辆的内燃机附近处时是这种情况。在寒冷的天气情况下，环境温度也可能具有在负值范围中的以绝对值表示的最大数值。
已经发现，所造成的大的温差对前照灯的光线技术特性、例如耦合效率和/或脱耦效率产生所不希望的影响，并随之会对光分布以及符合法律上的要求或者客户要求方面产生不利的影响。还发现，在半导体光源的光射出面和主光学系统的光射入面之间的间隙尺寸很窄时会对半导体光源产生机械损坏。
半导体光源的光射出面和主光学系统的光射入面之间的距离减小例如会导致这两个面的所不希望的机械接触并随之导致半导体光源的损坏。
已知的前照灯通过保持架的反作用的热膨胀来均衡主光学系统的热膨胀，然而这样做的缺点在于，主光学系统和保持架的相应尺寸必须相同，以实现主光学系统的线性热膨胀的完全均衡。这意味着，在膨胀系数相同的情况下，热膨胀的保持架的长度必须与主光学系统的光射入面和光射出面之间的距离相一致。事实上，第一平面(固定支座平面)通常与第二平面(光射入面平面)相间隔地布置。虽然光射入面通常与光源之间具有非常小的距离，以使从光源发出的光线的尽可能大的部分接合到主光学系统中。但是使固定支座直接布置在光射出面的高度是不可能的。这是由于，布置有光源的电路板除了具有光源和用于为光源供电的导体电路以外，还具有其它的大多是电气部件，这些电气部件具有一定的高度，这些电气部件以该高度突出于光源。因此通常来说，保持架的支座布置在光源的光射出面所在的平面中是不可能的。
发明内容
在此基础上，本发明的目的在于提供一种机动车前照灯，在该机动车前照灯中构造主光学系统的保持架，使得主光学系统在光射入面和光射出面之间的由热引起的长度变化尽可能地被完全均衡，而不需要使保持架的支座与主光学系统的光射入面位于相同的平面。
该目的通过具有权利要求1的特征的机动车前照灯得以实现。
根据本发明的前照灯的特点在于，连接凸缘的位于连接凸缘的保持在固定支座中的部分和光射出面之间的第一区段成拱形拱曲，其中光射出面位于拱顶的凸起侧。
第一区段的拱形隆起部和两个固定支座之间的主光学系统的固定部使得主光学系统在主光学系统产生由热引起的膨胀时在两个固定支座之间隆起。由于温度提高，所以固定支座之间的主光学系统的中心区域发生膨胀，而由于具有固定支座的保持架的线性膨胀系数不同，所以两个固定支座之间的距离仅有微小的变化或者理想的情况下不发生变化，由此得到隆起部。
通过在夹紧的平面中构造了应力而强迫朝拱形方向的伸展，因此夹紧在固定支座之间的部分继续隆起。结果是中心区域远离光源并且在这种情况下，将主光学系统的连接在中心区域上的光射入面一起拉动。由此，朝光源方向限定光射入端的光射入面远离光源，因此，主光学系统的光射入面向半导体光源的光射出面的靠近被补偿，这种靠近是通过由热引起的、主光学系统的位于光射入面和光射出面之间的长度的变化而造成的。
此外规定，主光学系统由硅酮制成。硅酮是高度透明的材料并且具有高度耐热性。一些硅酮在制造阶段是特别稀的液体并且能够在注塑成型工艺中注塑成非常细的结构，这对制造薄的光导体端部是非常有利的。
另一个实施方式在于，连接凸缘由与主光学系统相同的材料制成。硅酮是例如弹性材料，即使保持架具有制造公差，该弹性材料能够良好地以形状配合连接的方式和/或以传力连接的方式固定在保持架中。
作为补充，连接凸缘与主光学系统一件式连接。由此，主光学系统和连接凸缘能够一起在注塑成型工艺中通过一个工艺步骤以成本有利的方式制成一体式部件。
此外，连接凸缘环绕着主光学系统的光射出面地实施。该环绕的连接凸缘的优点在于，通过使连接凸缘机械地止挡在保持架上从而以形状配合的方式阻止主光学系统朝向两个空间方向平移。
另一个实施方式在于，保持架具有接纳部和嵌件，其中接纳部与嵌件传力连接和/或形状配合地连接。在接纳部和嵌件之间，主光学系统的连接凸缘以传力连接方式和/或形状配合的连接方式固定地布置在保持架中。传力连接和/或形状配合的连接例如实现为螺接，通过螺接，嵌件与接纳部连接。通过螺接尤其是产生夹紧力，借助该夹紧力主光学系统以传力连接方式固定在保持架中。借助这样构造的保持架能够以简单的方式和方法实现两个固定支座，通过这两个固定支座，主光学系统保持在前照灯的基础结构上。
作为补充，接纳部和嵌件比主光学系统具有更小的线性膨胀系数。因此，在温度变化时，两个固定支座之间的距离比两个支座之间的主光学系统的体积或长度产生更小的变化。由此确保在温度提高时主光学系统隆起。
此外，第一区段容纳在接纳部和嵌件之间的空隙中，其中，该空隙比第一区段的材料厚度更宽。该空隙为主光学系统的隆起提供空间。隆起造成的结果是，主光学系统的光射入面远离半导体光源的光射出面。
另一个实施方式在于，接纳部具有凹口，在该凹口中容纳有主光学系统的光射入端。凹口构成一种引导部，该引导部允许主光学系统的光射入端垂直于半导体光源的光射出面运动，但是阻止主光学系统的光射入面横向于光射入面的表面法线运动。
此外，从光射入面开始看过去，光射入端具有增大的横截面。随着与光射入面的距离增大而增大的横截面引起所希望的、在主光学系统中传播的光线的张角的减小，由此，该光线以成束的形式穿过主光学系统的光射出面朝向前照灯的、可能的但不是必须存在的次级光学系统的方向射出。
作为补充，从光射入面看过去，光射入端的横截面跳跃式地加宽，因此形成第一止动面，该第一止动面与第二止动面共同作用，该第二止动面是保持架的组成部分。两个止动面共同构成机械止挡部，该止挡部在由热引起主光学系统发生很大的长度变化时阻止光射入面与光源发生碰撞。
优选的是，光源布置在载体元件上。该载体元件是保持架结构的一部分并且用于将半导体光源固定在基础结构上。除了光源以外，在载体元件上还布置有其他的电气部件和导体电路，这些电气部件和导体电路用于对光源的供电和/或控制。
另一个实施方式在于，前照灯具有以矩阵状布置的多个半导体光源和主光学系统，该主光学系统构造为具有以矩阵状布置的多个光效元件的光学阵列(Optikarray)。对此，光效元件将从半导体光源发出的光线集成束并且将该束光线对准到在光路中随后布置的次级光学系统上。特别是，当次级光学系统的横向于光路的长度小于主光学系统在该方向上的长度时，主光学系统在常规应用情况下的水平面中优选弯曲地实施。该弯曲从次级光学系统看过去是凹形的，因此离开主光学系统的光线集中到次级光学系统上。主光学系统的这种在水平面中凹形的弯曲没有受到根据本发明的、从次级光学系统的角度来看凸的拱顶的影响，因为凸的拱顶的形状通过固定支座的合适的布置优选位于垂直的平面中。
其他的优点由从属权利要求、说明书和附图中得出。
前述特征以及下面将要阐述的特征理解为不仅能够以各个给出的结合方式应用而且也能够以其他的结合方式应用，都不会离开本发明的范畴。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细说明。对此，各个附图中的相同附图标记分别表示相同的元件。其中，分别以示意图的形式示出：
图1以截面图示出了作为本发明的技术领域的、根据现有技术的机动车照明装置；
图2以截面图示出了根据本发明的机动车前照灯的主光学系统和用于该光学系统的保持架；
图3以截面图示出了发光模块的详细视图；
图4示出了用于根据本发明的机动车前照灯的实施方式的次级光学系统和主光学系统的布置方案。
具体实施方式
图1示出了具有发光模块12的机动车前照灯10的截面图。在其他的实施方式中，前照灯10也可以具有多个发光模块12。该发光模块12具有半导体光源14、主光学系统16和次级光学系统18。发光模块12布置在前照灯10的壳体20中。壳体20具有光射出口，该光射出口被透明的防尘盖22遮盖。
光源14布置在载体元件24上。在该载体元件24上，在光源14的旁边还布置有其他的电气部件和导体电路，这些电气部件和导体电路能够实现对光源14的供电和控制，但是在这里为了清楚起见并未示出这些电气部件和导体电路。载体元件24通常是刚性的薄板或者柔韧性的薄板并且通常与图中未示出的冷却体保持热接触，该冷却体设置并且布置成吸收在光源14工作时所产生的热量并且排放到周围环境中。每个半导体光源14都具有各自单独的光射出面17。
主光学系统16对此设置成汇集从光源14的光射出面发出的光线并且将其集聚到次级光学系统18上。对此，主光学系统16具有光射入面26。通过该光射入面26，其中各一个光源14的光线进入主光学系统16的各自的光射入端27中。光源的光射出面和主光学系统的指形的光射入端17之间的距离d1仅有零点几毫米大小并且能够受到部件的线性膨胀的影响。如果随着温度的上升，主光学系统比保持架34膨胀得更强烈，那么会导致主光学系统与光源发生接触，这必然需要被避免。从光射入面26看过去，光射入端27具有增大的横截面。该光射入端27使光线穿过内部的全反射朝向光射出面28的方向引导。通过光射出面28，光线从主光学系统16离开。
次级光学系统18对此设置成吸收经过光射出面28从主光学系统16离开的光线并且在前照灯的前部区域中调整成符合规定的光分布并随之特别是转向位于车辆之前的车道上。
在这里可以引入假想的笛卡尔坐标系，该笛卡尔坐标系适用于图1和下面所有的附图。该坐标系的x轴指向前照灯10的主光射出方向30的方向并随之指向车辆的前部区域。y轴在图1中指向绘图平面内，以及z轴在图1中指向上。在前照灯常规地应用于车辆中时，y方向优选平行于车辆的横轴。在此，z轴优选平行于竖轴。
发光模块12具有保持架结构，借助该保持架结构将至少一个半导体光源14、主光学系统16和次级光学系统18固定在基础结构32上。在所示的实施方式中，保持架结构具有三个单独的部分，即载体元件24，借助该载体元件将半导体光源14固定在基础结构32上；主光学系统16的保持架34；和次级光学系统18的保持架36。根据接下来的图2详细阐述主光学系统16的具有本发明的特征的保持架34的作用原理。
图2在截面图中示出了主光学系统16及其保持架34。该截面平行于x-z平面。在该实施方式中，主光学系统的保持架34具有两个元件。第一元件是接纳部38，该接纳部与基础结构32连接。基础结构32在功能上与图1的基础结构32相一致并且在图2中为了清楚起见没有示出。第二元件是嵌件40，该嵌件与接纳部形状配合地和/或传力地连接。在接纳部38和嵌件40之间布置有主光学系统16的连接凸缘42。连接凸缘42优选与主光学系统16一体式连接。
优选地，主光学系统16由硅酮制成。硅酮是高度透明的材料并且具有直至大约260℃的高度耐热性。特定的硅酮类型在制造阶段是特别稀的液体，并且因此能够在注塑成型工艺范畴中注塑成细丝结构。硅酮也是弹性材料。由于弹性，主光学系统16能够良好地以传力连接的方式容纳在保持架34中，而且能够良好地均衡保持架34的制造公差，因此借助连接凸缘42能够使得主光学系统相对于光源精确定位。在上述材料性能的基础上优选的是，使连接凸缘42和主光学系统16由硅酮制成。特别优选的是，主光学系统16和连接凸缘42作为一件式部件例如以注塑成型工艺制造。在其他的实施方式中，主光学系统16和/或连接凸缘42由玻璃、塑料或技术上类似的材料制成。
连接凸缘42具有两个第一区段44，这两个第一区段在图2中、在光射出面28的上面和下面直接连接到该光射出面上。第一区段44弯曲成拱形。从光射入面26的位置看，第一区段44的拱顶呈凹形。在该第一区段44上分别连接有垂直的第二区段46。这里需要注意，术语“垂直的”和“水平的”是参考前照灯在车辆中的常规应用而言。在图2和下面的附图中，术语“垂直的”表示沿z轴的方向延伸，并且术语“水平的”表示沿x轴和/或y轴的方向延伸。垂直的区段46垂直于主辐射方向30。在该垂直的区段46上分别连接水平的第三区段48。第三区段48从第二区段46开始垂直于该第二区段沿主辐射方向30延伸。
两个水平的区段48分别抵靠在第二嵌件40的为此提供的表面50上，因此在图2中的上方的嵌件表面50阻碍主光学系统的上方的水平区段48的向下运动，并且下方的嵌件表面50阻碍主光学系统的下方的水平区段48的向上运动。水平区段48和表面50共同作用，从而阻碍了主光学系统16在垂直方向上的平移。
主光学系统的两个垂直的区段46通过垂直于垂直的区段46作用的夹紧力定位在接纳部38和嵌件40之间。通过将接纳部38和嵌件40借助传力连接和/或形状配合的连接、例如通过螺接件49进行连接，使得主光学系统的垂直的区段46被夹紧在接纳部38和嵌件40之间，从而产生夹紧力。对垂直的区段46的夹紧首先禁止主光学系统16沿x轴方向的平移。在夹紧力足够大的情况下也通过传力连接阻碍了垂直的区段46的运动并随之阻碍主光学系统16沿y轴方向的平移。
通过嵌件40的表面50和主光学系统的垂直的区段46以传力连接和形状配合的方式在嵌件40和接纳部38之间的定位对主光学系统的水平区段48的形状配合的阻挡，禁止了主光学系统16沿三维空间方向的平移。为了额外地通过形状配合连接阻碍主光学系统16沿y轴方向平移，连接凸缘优选实施为环形的。沿y轴方向的机械止挡部也是可以考虑的。
从纯粹机械的角度来看，主光学系统的区段48和嵌件的表面50以及主光学系统的通过夹紧力定位的垂直的区段46在x方向和y方向上构成上部的和下部的固定支座52，主光学系统16在保持架34中保持在该固定支座中。两个固定支座52处于第一平面100中。第一平面100在图2中垂直于绘图平面并且平行于第二平面102，主光学系统16的光射入面26处于该第二平面中。第一平面和第二平面具有间距a，该间距在任何情况下都具有这样的大小，使得布置在载体元件24上的部件104与处于第二平面100中的固定支座的机械组件没有机械接触，该部件从这里凸出得比光源14更高。
在前照灯10中温度提高时，主光学系统16在两个固定支座52之间膨胀。由于主光学系统16和保持架34的膨胀系数不同，保持架34膨胀较弱。因此，上部的固定支座和下部的固定支座52之间的间距不会变化或者肯定比夹紧在固定支座52之间的主光学系统16的长度变化得更小。在这些条件下，该长度变化导致主光学系统16朝x方向隆起。主光学系统16的中心区域53沿x方向运动并且将主光学系统的光射入端27从半导体光源14的光射出面拉开，该光射入端沿x方向连接在中心区域53上。由此主光学系统16的光射入面26向半导体光源14的光射出面的靠近被部分地抵消，该靠近由主光学系统的热引起的线性膨胀而导致。
第一区段44的拱形成型确定隆起方向。
拱形区段44位于接纳部38和嵌件40之间的空隙56中。空隙56的宽度比拱形区段44的材料厚度稍大，因此形成间隔。该间隔为隆起提供空间。
在一个有利的实施方式中，制成接纳部38和嵌件40的材料比制成连接凸缘42的材料具有明显更小的线性膨胀系数。由此在温度变化时，在接纳部38和嵌件40处比连接凸缘42处产生更小的膨胀或收缩。作为理想的效果，固定支座52相对于壳体20的位置尽可能保持不变。
在图2所示的实施方式中，接纳部38具有凹口58。在凹口58中容纳有主光学系统16的光射入端27。凹口58在绘图平面中例如作用为引导部或者浮动轴承。即，凹口58允许主光学系统16朝x方向平移并且同时禁止光射入端27朝z轴方向平移并且优选也禁止光射入端27朝z轴方向且优选还朝y轴方向平移。通过光射出侧的隆起，在主光学系统16中诱使在光射入侧沿着z方向产生压应力。特别是在如这里所述的实施方式一样具有多个光射入端27的主光学系统16中，该压应力使得光射入面在弧线上围绕y轴彼此相对地移动。光射入端27容纳在凹口58中禁止了光射入面26的这种移动，因为这种移动限制光射入端27的运动可能性。
图3示出了发光模块12在光射入面26的区域中的详细局部视图。在该区域中，主光学系统16的光射入端27具有沉降部60。即朝向光射入面26的方向看，光射入端27的截面突然减小。如果主光学系统16由于温度升高而膨胀，那么沉降部60能够贴靠在止动面62上，该止动面固定在基础结构上。设置并且布置止动面62和沉降部60，使得通过机械止挡部14限制由热引起的、光射入端朝半导体光源的方向的运动，该运动在这里通过箭头64标示。由此避免了主光学系统16的光射入面26与半导体光源14的碰撞。
图4示出了前照灯10的主光学系统16和次级光学系统18。在该实施方式中，前照灯10具有矩阵状布置的多个半导体光源14，光线从这些半导体光源发出。在从半导体光源14发出的光线的光路中布置有主光学系统16。主光学系统16设计为具有矩阵状布置的多个光效元件68的光学阵列66。光效元件68将从半导体光源14发出的光线集成束并且将该束光线对准到布置在光路中的次级光学系统18上。相比于光学阵列66的线性膨胀，次级光学系统18的尺寸很小，就该次级光学系统来说已知的是，光学阵列66在常规应用情况下的水平面中从次级光学系统18的角度来看成凹形弯曲。由此光线聚焦在次级光学系统18上和/或聚焦在次级光学系统18的拱曲的佩茨瓦尔面()上。主光学系统16的、前述的、从次级光学系统18的角度看为凸形的拱顶用于完全地抵消光学元件68的线性膨胀，这同样应用在这种光学阵列66中。拱曲的第一区段44对此布置在光学阵列66上面和下面的长边处。在这种情况下，实施为光学阵列66的主光学系统16的各个光效元件的光射出面分别优选在垂直面中拱曲。光学阵列66在水平面中的凹形弯曲对此仍然不受影响。

Claims (13)

1.一种机动车前照灯(10)，所述机动车前照灯具有至少一个半导体光源(14)和主光学系统(16)，所述主光学系统能够汇集从半导体光源(14)发出的光线并且对准到次级光学系统(18)上，其中所述主光学系统(16)通过至少一个光射入面(26)吸收光源(14)的光线并且所述光线通过光射出面(28)离开，并且其中所述主光学系统(16)具有连接凸缘(42)，借助所述连接凸缘所述主光学系统在保持架(34)中被保持在至少两个固定支座(52)中，所述固定支座布置在第一平面中，所述第一平面平行于第二平面并且与所述第二平面之间具有间距(a)，在所述第二平面中有至少一个光射入面，其特征在于，所述连接凸缘(42)的第一区段(44)成拱形拱曲，所述第一区段位于所述连接凸缘的保持在所述固定支座中的部分和光射出面之间，其中所述光射出面(28)位于拱顶的凸起侧。
2.根据前述权利要求1所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述主光学系统(16)由硅酮制成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述连接凸缘(42)由与所述主光学系统(16)相同的材料制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述连接凸缘(42)与所述主光学系统(16)一件式连接。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述连接凸缘(42)环绕地实施。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述保持架(34)具有接纳部(38)和嵌件(40)，其中所述接纳部(38)与所述嵌件(40)传力连接和/或形状配合地连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述接纳部(38)和所述嵌件(40)比所述主光学系统(16)具有更小的线性膨胀系数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述第一区段(44)容纳在所述接纳部(38)和所述嵌件(40)之间的空隙(56)中，其中，所述空隙(56)比所述第一区段(44)的材料厚度更大。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述接纳部(38)具有凹口(58)，在所述凹口中容纳有所述主光学系统(16)的光射入端(27)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，从所述光射入面(26)看过去，所述光射入端(27)具有增大的横截面。
11.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，从所述光射入面(26)看过去，所述光射入端(27)的横截面跳跃式地加宽，以形成第一止动面(60)，所述第一止动面与第二止动面(62)共同作用。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述光源(14)布置在载体元件(24)上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的机动车前照灯(10)，其特征在于，所述前照灯(10)具有以矩阵状布置的多个半导体光源(14)并且主光学系统(16)构造为具有以矩阵状布置的多个光效元件(68)的光学阵列(66)，其中，所述光效元件(68)将从所述半导体光源(14)发出的光线集成束并且将该束光线对准到布置在光路中的次级光学系统(18)上。
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