DE10123263B4 - Lichtleitsystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Lichtleitsystem für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur großflächigen, homogenen und blendfreien Aufhellung eines Fahrzeugdachs im Überkopfbereich von Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrisch ein- und ausschaltbare Lichterzeugungseinheit (3) und einen Lichtleiter (5) zur Lichtführung, der zur Einkopplung des Lichts mit der Lichterzeugungseinheit (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (5) im Bereich der Innenverkleidung des Fahrzeugdachs (1) angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet ist, wobei die Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen (7, 8) des Lichtleiters (5) erfolgt und die Auskopplung des Lichts durch Aufrauhung, Prägung oder Bohrung mit Pyramiden-, Keil- oder Kegelstruktur (11) mit einer Kantenlänge im Bereich zwischen 10 μm und 3 mm, sowie einem Neigungswinkel zwischen 20° und 70° auf der dem Innenraum (2) des Fahrzeugs abgewandten Oberfläche (6) des flächigen Lichtleiters (5) bewirkt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lichtleitsystem zur Verbesserung der Lichtverhältnisse des Innenraums eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Kraftfahrzeuge werden trotz klimatechnischer Widrigkeiten, wie z.B. Überhitzung der Fahrzeugkabine bei intensiver Sonneneinstrahlung oder Auskühlung gegen den kalten Nachthimmel, mit immer größeren Glasschiebedächern oder Panoramaglasdächern ausgestattet. Der Grund ist das großzügige und freundliche Raumgefühl, das sich für die Insassen in einem hellen lichtdurchfluteten Innenraum ergibt. Konventionelle geschlossene Dachverkleidungen beleuchten den Innenraum nur indirekt durch das Streulicht, das durch die Seitenscheiben in den Innenraum einfällt. Aufgrund des starken Kontrasts zu der hellen Umgebung wirken die konventionellen Dachverkleidungen somit relativ dunkel und für den Fahrer bedrückend.
  • In DE 44 39 547 wird ein Lichtsystem für den Innenraum von Kraftfahrzeugen beschrieben, bei welchem mittels faserförmigen Lichtleitern eine direkte oder indirekte Beleuchtung von Flächen und Objekten (z.B. Druckknöpfe wie Tür- und Warnleuchte, Ausstiegsbeleuchtung oder Innenlicht) im Fahrzeuginnenraum erreicht wird.
  • In der JP2000127847 A ist eine Beleuchtungseinheit für einen Fahrzeuginnenraum beschrieben, die eine Lichtleiterplatte mit Rillen aufweist, welche parallel zur Belichtungsoberfläche verlaufen. Die Rillen reflektieren das Licht in unterschiedliche Richtungen. Die Seite des Lichtleiters mit den Rillen ist bevorzugt geneigt ausgebildet.
  • In der DE 190 00 622 A1 wird eine Vorrichtung zum indirekten Beleuchten eines Dachhimmels beschrieben. Die Beleuchtung erfolgt über eine am Dachhimmel angeordnete Mittelkonsole mit in Längsrichtung einander gegenüberliegenden Seitenstegen, von denen quer zur Mittelkonsole Licht abgestrahlt wird. Die Mittelkonsole ist ein transparenter Lichtleiter, in dem Leuchtmittel aufgenommen sind, deren Licht zu den Seitenstegen geleitet und abgestrahlt wird.
  • Aus der EP 0 515 921 A2 ist eine Innenleuchte für Kraftfahrzeuge bekannt, die in einem Halte- oder Zuggriff eingesetzt wird. Die Innenleuchte weist einen Sockel mit Glühlampe auf, der Licht in ein transparentes Zwischenstück mit Lichtleiter abgibt. Der Lichtleiter ist mit Reflexionsmitteln versehen.
  • Aus der US 5548492 A ist ein ausklappbarer beleuchteter Spiegel bekannt. Der Spiegel wird durch eine Faseroptik beleuchtet. Das Ende des Faserkabels, welches in den Spiegel mündet hat zum Auskoppeln des Lichtes eine texturierte Oberfläche.
  • Aus der DE 200 19 073 U1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für den Innenraum eines Fahrzeuges bekannt, der einen stabförmigen Lichtleiter umfasst. Der Lichtleiter weist an seinem Außenumfang in Erstreckungsrichtung zueinander versetzte optische Störstellen auf, an denen innerhalb des Lichtleiters Licht gestreut und reflektiert wird, so dass es an einem der betreffenden Störstelle gegenüber liegenden Umfangsbereich des Lichtleiters aus diesem Austritt. Benachbarte Störstellen weisen unterschiedliche Abstände zueinander auf.
  • Aus der US 6152569 sind Beleuchtungsvorrichtungen für die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Bildschirmen bekannt. Sie weisen eine Lichtleiterplatte auf, deren eine Seite geneigt verläuft und eine Licht streuende Texturierung aufweist und deren andere Seite flach verläuft und das Licht emittiert. Die Beleuchtung erfolgt über außerhalb der Lichtleiterplatte angeordnete Entladungsröhren.
  • Die DE 198 31 002 A1 offenbart eine Blinkleuchte für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem Lichtleiter mit mindestens einer zugeordneten Lichtquelle, wobei der Lichtleiter ein vorgegebenes Streuvermögen aufweist, welches durch über seine Länge verteilte Streuzentren erreicht wird. Streuzentren sind Gaseinschlüsse oder Oberflächenstrukturierung des Lichtleiters.
  • Die DE 199 36 358 A1 offenbart eine Innenraumbeleuchtung für Kraftfahrzeuge mit Zentralsteuerung zum Einstellen der Helligkeit einer ersten Beleuchtungseinrichtung und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung mit veränderbarer Farbe des abgestrahlten Lichtes.
  • Aus der DE 198 52 593 A1 ist eine Flächenleuchte und transparente Verglasung bekannt. Es ist eine Platte vorgesehen, an deren Stirnseite eine Lichtquelle angeordnet ist, wobei das von der Lichtquelle erzeugte Licht über die Plattenkante in die Platte eingekoppelt wird und an Streustellen in der Platte in alle Richtungen gestreut wird. An einer der Seiten ist eine Licht reflektierende Scheibe angeordnet.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dachleuchte bereit zu stellen, die für eine homogene und flächige Lichtabgabe in Richtung auf die Fahrzeuginsassen sorgt und auf zusätzliche Licht reflektierende oder Licht leitende Elemente verzichten kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist der Lichteiter im Bereich der Innenverkleidung des Fahrzeugdachs angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet, wobei die Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen des Lichtleiters erfolgt. Außerdem ist der flächige Lichtleiter derart präpariert ist, dass das Licht aus dem Lichtleiter großflächig und homogen in den Innenraum des Fahrzeugs auskoppelt.
  • Der erfindungsgemäße Lichtleiter dient somit im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtquellen, z.B. Glühlampen nicht als Beleuchtungselement, sondern bewirkt eine großflächige und blendfreie Aufhellung der Dachverkleidung im Überkopfbereich der Fahrzeuginsassen. Dadurch schafft der erfindungsgemäße Lichtleiter eine scheinbare Vergrößerung des Innenraums und erzeugt dadurch ein angenehmes Raumgefühl. Der Vorteil hierbei ist, dass durch die homogene Aufhellung des Innenraums durch den erfindungsgemäßen Lichtleiter im Bereich der Dachverkleidung, im weiteren auch als Lichtdach bezeichnet, bei den Fahrzeuginsassen eine psychophysiologisch positive Wirkung erzielt wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass diese positive Wirkung auf die Fahrzeuginsassen nicht nur bei Tageslicht, sondern auch bei Dunkelheit, z.B. Tunnelfahrten oder bei Nacht, erzielt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Lichtdachs kann bei Dunkelheit eine blendfreie Aufhellung des Fahrzeuginnenraums erreicht werden, wodurch die Orientierung der Fahrzeuginsassen verbessert wird. Außerdem wird durch das mittels des Lichtdachs geschaffene angenehme Raumgefühl ein aufmerksames und stressfreies Fahren bei Dunkelheit gewährleistet.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtdachs ist, dass es als Komponente des Gesamtfahrzeugs eingesetzt werden kann. Außerdem kann das Lichtdach auch als gestalterisches Element im Innenraum des Fahrzeugs genutzt werden.
  • Der flächige Lichtleiter ist vorteilhaft ein transparenter Thermoplast, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), auch als PlexiglasTM bekannt, oder Polycarbonat (PC). Der Vorteil dieses Materials ist, dass das Material in Form von Platten an die Form gängiger Dachkonstruktionen angepaßt werden kann.
  • Die Reichweite, die Farbe und die Intensität des in solchen Lichtleitern transportierten Lichts wird neben dem Absorptionskoeffizienten des Basismaterials, also des eingesetzten Thermoplasten, durch das Aspektverhältnis, dem Verhältnis von Länge zu Dicke oder Durchmesser des Lichtleiters bestimmt. Besonders vorteilhaft weisen die eingesetzten Thermoplasten Materialstärken von 0,1 bis 5 cm, insbesondere 0,3 bis 1,5 cm auf. Zur Auskleidung üblicher Fahrzeugdächer beträgt die Breite der Thermoplasten vorteilhaft zwischen 1 und 3 m.
  • Eine homogene und flächige Auskopplung der in dem Lichtleiter geführten Lichtintensität in den Fahrzeuginnenraum wird durch eine vorteilhafte Strukturierung des Lichtleiters erreicht.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird die dem Innenraum des Fahrzeugs abgewandte Oberfläche des flächigen Lichtleiters mittels Aufrauung, Prägung oder Bohrung strukturiert. Es ist aber auch möglich, die dem Innenraum zugewandte Oberfläche oder beide Oberflächen zu strukturieren. Besonders geeignet sind hierzu Pyramiden-, Keil- oder Kegelstrukturen mit einer Kantenlänge deutlich größer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, insbesondere zwischen 1 μm und 3 mm, sowie einem Neigungswinkel zwischen 20° und 70°. Somit ist es möglich, dass das in dem Lichtleiter geführte Licht an den strukturierten Flächen des Lichtleiters abgelenkt und in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird. Über die Form, die Dichte (Zahl der Strukturen pro Flächeneinheit) und die Tiefe der Oberflächenstrukturen kann die Intensität und die Abstrahlcharakteristik variiert und angepaßt werden. Eine homogene Aufhellung der Dachverkleidung kann insbesondere durch kleine Strukturtiefen und geringer Dichte erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden zur Auskopplung des im Lichtleiter geführten Lichts Streuzentren in den Lichtleiter eingebracht. Dabei können die Streuzentren vorteilhaft hoch lichtbrechende Pigmente, z.B. TiO2 oder Lufteinschlüsse mit einer Teilchengröße größer als die Lichtwellenlänge, insbesondere zwischen 1 μm und 3 mm sein. Das in dem Lichtleiter geführte Licht wird an diesen Streuzentren aufgrund der Diskontinuität des Brechungsindex zwischen dem Licht leiter, also dem Thermoplasten, und dem Streuzentrum abgelenkt. Die Streuzentren können auch vorteilhaft als Fasern oder eingefärbte Partikel ausgebildet sein.
  • Die Streuzentren können vorteilhaft aber auch Teilchen sein mit einer Teilchengröße unterhalb der Lichtwellenlänge, insbesondere kleiner als 300 nm. Die Ablenkung des Lichts wird dabei durch Rayleigh-Streuung mit einer isotropen Streuwinkelverteilung bestimmt. Ein Teil des gestreuten Lichts gelangt direkt in den Innenraum des Fahrzeugs. Der in Richtung des Fahrzeugdachs gestreute Teil des Lichts kann vorteilhaft mittels einer zwischen dem Fahrzeugdach und dem Lichtleiter angeordneten und nicht mit dem Lichtleiter in optischem Kotakt stehenden reflektierenden Abdeckung wieder in den Lichtleiter rückreflektiert werden. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass Innenverkleidung des Fahrzeugdachs reflektierende Eigenschaften aufweist. Dadurch können Verluste minimiert und der Anteil des Lichts, welcher in Richtung des Fahrzeuginnenraums geleitet wird, erhöht werden.
  • Es ist aber auch möglich, dass die Streuzentren in dem Lichtleiter eine Kombination aus Streuzentren mit einer Teilchengröße größer als die Lichtwellenlänge und Streuzentren mit einer Teilchengröße kleiner als die Lichtwellenlänge sind. Selbstverständlich können auch Streuzentren in einen Lichtleiter eingebracht werden, dessen Oberfläche strukturiert ist.
  • Ein aus allen Blickwinkeln besonders homogenes Erscheinungsbild des erfindungsgemäßen Lichtdachs wird vorteilhaft durch eine auf der dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandten Fläche des Lichtleiters zusätzlich angebrachte Streuscheibe erreicht. Die Streuscheibe ist dabei insbesondere derart angeordnet, dass sie nicht in optischen Kontakt mit dem Lichtleiter steht. Diese Streuscheibe wirkt bei Hinterleuchtung durch das erfindungsgemäße Lichtdach als Diffusor, so dass die diskreten Streuzentren oder Oberflächenstrukturen von den Fahrzeuginsassen nicht einzeln aufgelöst werden.
  • Das in den Lichterzeugungseinheiten erzeugte Licht wird erfindungsgemäß an einer oder mehreren Seitenflächen des flächigen Lichtleiters eingekoppelt. Das Licht wird dabei mit einem Winkel unterhalb des Grenzwinkels der Totalreflexion in den Licht leiter eingekoppelt. Dadurch wird eine Reflexion an den Seitenflächen des Lichtleiters verhindert. Die Seitenflächen des Lichtleiters, in die kein Licht eingekoppelt wird, können z.B. geschwärzt oder verspiegelt werden. Somit wird das durch den Lichtleiter geleitete Licht an den Seitenflächen absorbiert oder in den Lichtleiter rückreflektiert.
  • Das Licht aus den Lichterzeugungseinheiten ist vorteilhaft über ein Reflektor- und/oder Blendensystem in den flächigen Lichtleiter einkoppelbar. Mittels der Reflektoren und/oder Blenden wird die Abstrahlcharakteristik der Lichterzeugungseinheiten derart angepaßt, dass eine direkte Ausleuchtung des Innenraums durch die Lichterzeugungseinheiten vermieden wird.
  • Als Lichterzeugungseinheiten können vorteilhaft ein oder mehrere Leuchtstoffröhren, Leuchtschnüre oder Leuchtdioden verwendet werden. Der Vorteil dieser Lichtquellen ist die niedrige Bautiefe, wodurch ein platzsparender Einbau in das Fahrzeug möglich ist. Die Lichterzeugungseinheiten können z.B. in den seitlichen Längsträgern des Fahrzeugs plaziert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein elektrischer Regelkreis mit einem Helligkeitssensor vorhanden, welche die in den Innenraum des Fahrzeugs abgestrahlte Lichtintensität an die Umgebungshelligkeit anpassen. Somit wird mit dem erfindungsgemäßen Lichtdach eine adaptive helle Dachverkleidung geschaffen.
  • In das erfindungsgemäße Lichtdach können die Lichterzeugungseinheiten vorteilhaft in den flächigen Lichtleiter integriert werden. Außerdem ist es möglich, das Reflektor- und/oder Blendensystem in den flächigen Lichtleiter zu integrieren. Der Vorteil ist, dass dadurch eine zusammenhängende Einheit geschaffen werden kann. Somit wird ein kompaktes und mechanisch stabiles Gesamtsystem geschaffen, das auf einfache Weise gefertigt und an beliebig geformte Dachkonstruktionen im Fahrzeug angepaßt werden kann.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine in Seitenansicht erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtdachs mit Lichterzeugungseinheit und Reflektorsystem,
  • 2 eine in Seitenansicht zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtdachs mit strukturierter Lichtleiteroberfläche,
  • 3 eine in Seitenansicht dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtleiters mit integrierten Streuzentren.
  • 1 zeigt in Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtdachs. Unterhalb des geschlossenen Fahrzeugdachs 1 ist ein transparenter flächiger Lichtleiter 5 angeordnet. Das Licht einer Lichterzeugungseinheit 3, z.B. eine Leuchtstoffröhre tritt durch die Seitenfläche 8 in den Lichtleiter 5 ein. Zwischen dem Fahrzeugdach 1 und der Seitenfläche 7, durch die kein Licht in den Lichtleiter 5 eingekoppelt wird, ist eine reflektierende Abdeckung 14 vorhanden. Dadurch wird erreicht, dass das Licht, das aus der Fläche 6 des Lichtleiters 5 austritt an der Abdeckung 14 reflektiert und wieder in den Lichtleiter 5 geleitet wird.
  • Die Lichterzeugungseinheit 3 ist von einem Reflektorsystem 4 umgeben, wodurch eine direkte Einstrahlung des Lichts in den Fahrzeuginnenraum 2 verhindert wird. Das Licht tritt somit direkt durch die Seitenfläche 8 in den Lichtleiter 5 ein.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtdachs in Seitenansicht dargestellt. Die dem geschlossenen Fahrzeugdach 1 zugewandte Fläche 6 des Lichtleiters 5 weist keilförmige Strukturen 11 auf. Die Tiefe der Strukturen ist dabei deutlich kleiner als die Dicke des Lichtleiters. Das in dem Lichtleiter 5 geführte Licht wird an diesen Strukturen 11 derart gestreut, dass es mit einem Winkel unterhalb dem Winkel der Totalreflexion auf die Fläche 9 des Lichtleiters 5 trifft, wodurch eine Auskopplung des Lichts in den Fahrzeuginnenraum 2 erzielt wird.
  • Eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtdachs ist in 3 gezeigt. In den flächigen Lichtleiter 5 sind Streuzentren 12 mit einer Größe kleiner als die Lichtwellenlänge und Streuzentren 13 mit einer Größe größer als die Lichtwellenlän ge eingebracht. Das Licht wird an den Streuzentren 12, 13 gestreut und in den Fahrzeuginnenraum 12 geleitet.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur großflächigen, homogenen und blendfreien Aufhellung eines Fahrzeugdachs im Überkopfbereich von Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrisch ein- und ausschaltbare Lichterzeugungseinheit (3) und einen Lichtleiter (5) zur Lichtführung, der zur Einkopplung des Lichts mit der Lichterzeugungseinheit (3) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (5) im Bereich der Innenverkleidung des Fahrzeugdachs (1) angeordnet und als flächiger Lichtleiter ausgebildet ist, wobei die Einkopplung des Lichts an einer oder mehreren Seitenflächen (7, 8) des Lichtleiters (5) erfolgt und die Auskopplung des Lichts durch Aufrauhung, Prägung oder Bohrung mit Pyramiden-, Keil- oder Kegelstruktur (11) mit einer Kantenlänge im Bereich zwischen 10 μm und 3 mm, sowie einem Neigungswinkel zwischen 20° und 70° auf der dem Innenraum (2) des Fahrzeugs abgewandten Oberfläche (6) des flächigen Lichtleiters (5) bewirkt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Lichtleiter (5) ein transparenter Thermoplast mit einer Dicke von 0,1 bis 5 cm und einer Breite von 1 bis 3 m ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fahrzeugdach (1) und dem Lichtleiter (5) eine reflektierende Abdeckung (14) vorhanden ist, wobei die Abdeckung (14) nicht in optischem Kontakt mit dem Lichtleiter (5) steht.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Streuscheibe vorhanden ist, welche auf der dem Innenraum (2) des Fahrzeugs zugewandten Fläche (9) des Lichtleiters (5) angeordnet ist, wobei die Streuscheibe nicht in optischem Kontakt mit dem Lichtleiter (5) steht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Lichtleiter (5) eingebrachte Streuzentren (12, 13) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren (13) hoch lichtbrechende Pigmente oder Lufteinschlüsse mit einer Größe deutlich zwischen 1 μm und 3 mm sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren (13) Fasern, eingefärbte Partikel oder TiO2 sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streuzentren (12) Teilchen mit einer Teilchengröße unterhalb 300 nm sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Regelkreis und ein Helligkeitssensor vorhanden sind, welche die in den Innenraum (2) des Fahrzeugs abgestrahlte Lichtleistung an die Umgebungshelligkeit anpassen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterzeugungseinheit (3) eine oder mehrere Leuchtstoffröhren, Leuchtschnüre oder eine Leuchtdioden ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichterzeugungseinheit (3) mittels eines Reflektor- und/oder Blendensystems (4) in den flächigen Lichtleiter einkoppelbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichterzeugungseinheit (3) in den flächigen Lichtleiter (5) integriert ist.
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