DE102006037797B4

DE102006037797B4 - Kraftfahrzeugleuchte

Info

Publication number: DE102006037797B4
Application number: DE102006037797.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gebauer Matthias
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2026-08-05
Also published as: FR2904680B1; FR2904680A1; DE102006037797A1

Abstract

Kraftfahrzeugleuchte umfassend eine Lichtquelle sowie eine der Lichtquelle zugeordnete Optik (18), wobei aus der Optik (18) abgestrahltes Licht der Lichtquelle in die Stirnseite eines stabförmigen Lichtleiters (14) einkoppelbar ist, und der Lichtleiter (14) zumindest über einen Teil seiner Länge im Querschnitt zwei unmittelbar aneinandergrenzende Bereiche (24, 25) aufweist, nämlich einen Lichtauskoppelbereich (24) mit einer Lichtauskoppelfläche (26), durch die das Licht den Lichtleiter (14) verlässt sowie einen Lichtumlenkbereich (25), der dem Lichtauskoppelbereich (24) entgegen einer Lichtauskoppelrichtung gegenüberliegt, der an seiner der Lichtauskoppelfläche (26) gegenüberliegenden Fläche reflektierende Elemente (20) umfasst, die das Licht in Richtung der Lichtauskoppelfläche (26) umlenken, wobei der Lichtauskoppelbereich (24) im Querschnitt des Lichtleiters (14) eine halb-elliptische Grundfläche besitzt und der Lichtumlenkbereich (25) eine trapezförmige oder rechteckige Grundfläche aufweist und die beiden Bereiche (24, 25) entlang einer Quermittelebene des Lichtleiters (10) aneinander angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die halb-elliptische Grundfläche des Lichtauskoppelbereichs (24) über die Länge des stabförmigen Lichtleiters (14) hinsichtlich der Länge und/oder des Verhältnisses der Halbachsen der Ellipse variiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Kraftfahrzeugleuchte mit einem trapezförmigen Querschnitt des Lichtumlenkbereichs ist aus der DE 103 28 216 A1 und mit einem rechteckförmigen Querschnitt des Lichtumlenkbereichs aus der DE 198 04 440 A1 bekannt, wobei der Lichtauskoppelbereich bei diesem Stand der Technik jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Der Einsatz von Lichtleitern in Kraftfahrzeugen ist seit langem bekannt. Stabförmige Lichtleiter weisen dabei zwei Stirnflächen sowie eine Mantelfläche auf, wobei die Lichtauskoppelfläche über einen Teilumfang der Mantelfläche verläuft und sich in Längsrichtung erstreckt.
Dabei ist aus dem Stand der Technik bekannt, im Wesentlichen kreisrunde Querschnittsflächen des stabförmigen Lichtleiters vorzusehen, wobei dies nachteilig ist, da aufgrund ihres punktsymmetrischen Aufbaus nur ein Anteil des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichts einer punktförmig oder wenig diffus abstrahlenden Lichtquelle über Prismen und die Lichtaustrittsfläche ausgekoppelt wird. Dabei ist der Wirkungsgrad in optischer Hinsicht unerwünscht niedrig.
So offenbart beispielsweise die DE 103 28 216 A1 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Leuchtmittel und einem Lichtleiter, der stabförmig gestaltet ist und der an seinem Außenumfang in Erstreckungsrichtung mehrere zueinander versetzte optische Auskoppelelemente aufweist, die das Licht derart reflektieren, dass es an einem den Auskoppelelementen gegenüberliegenden Umfangsbereich des Lichtleiters aus diesem austritt. Dabei lässt sich der Entgegenhaltung entnehmen, dass der Lichtleiter symmetrisch bezüglich einer Längsmittelebene ausgebildet sein kann, wobei die Hälfte, die von den Auskoppelelementen beabstandet ist, etwa halbkreisförmig gerundet ist und die andere, die Auskoppelelemente aufweisende Hälfte des Lichtleiters trapezförmig ausgebildet sein kann.
Zur Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik offenbart beispielsweise die DE 100 33 133 A1 einen Aufbau eines stabförmigen Lichtleiters, wobei hier vorgesehen sein soll, dass der Querschnitt des Stabkörpers mindestens zwei lichtkonzentrierende Punkte enthält, so dass parallel zur Längsachse nicht zentrische Brennlinien entstehen, auf denen die lichtkonzentrierenden Punkte der zugehörigen Seitenflächen angeordnet sind, wobei dies insbesondere erreicht wird, durch eine Ausgestaltung, bei der der Querschnitt des Stabkörpers im Wesentlichen elliptisch ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt nun ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, die Lichtverteilung besser beeinflussbar zu machen und somit mit weniger Lichtstrom eine effizientere Auskopplung zu realisieren, um insbesondere auch Lichtfunktionen, die eine größere Lichtabstrahlung benötigen als Signalleuchten, verwirklichen zu können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugleuchte, bei der der Lichtauskoppelbereich im Querschnitt des Lichtleiters eine halbelliptische Grundfläche besitzt und wobei die halb-elliptische Grundfläche des Lichtauskoppelbereichs über die Länge des stabförmigen Lichtleiters hinsichtlich der Länge und/oder des Verhältnisses der Halbachsen der Ellipse variiert.
Dadurch, dass sich der Querschnitt des Lichtleiters entlang des Lichtleiters, je nach Anordnung des Lichtleiters und gewünschter Lichtverteilung, ändert, kann Licht mit möglichst großer Effizienz und großem Wirkungsgrad aus einer entsprechenden Kraftfahrzeugleuchte ausgekoppelt werden.
Dabei ist die Quermittelebene die Ebene des Lichtleiters, die in Längsrichtung verläuft, und den Bereich des Lichtleiters, der der Lichtabstrahlung dient, von dem Bereich separiert, der die Lichtumlenkung realisiert.
Darüber hinaus weist der Lichtleiter eine Längsmittelebene auf, die ebenfalls in Längsrichtung des Lichtleiters verläuft, jedoch vorzugsweise sowohl den Lichtauskoppelals auch den Lichtumlenkbereich halbiert, wobei die beiden Bereiche vorzugsweise symmetrisch zur Längsmittelebene gestaltet sind, und wobei die Quermittelebene und die Längsmittelebene senkrecht zueinander verlaufen.
Senkrecht zu diesen beiden Ebenen verläuft ferner die Querschnittsfläche durch den Lichtleiter.
Durch die erfindungsgemäßen Ausgestaltung, nämlich die Aufteilung der Querschnittsfläche in zwei Bereiche, wobei der eine Bereich eine habelliptische Grundfläche besitzt, wobei insbesondere die eine Achse der Ellipse mit der Trennlinie zwischen den beiden Grundflächen der Bereiche zusammenfällt, nämlich der Quermittelebene, und der Gestaltung des Lichtumlenkbereiches mit einer trapezförmigen oder rechteckigen Grundfläche, können durch die Wahl der Gestaltung des halbelliptischen Querschnitts unterschiedliche Fokussierungen und damit Streubreiten bereitgestellt werden. Darüber hinaus wird durch den elliptischen Querschnitt eine linsenartige Gestaltung des Lichtleiters erreicht, durch die eine gewünschte Lichtstreuung und Lichtverteilung in einfacher Weise hergestellt werden kann.
Darüber hinaus können auf diese Weise wie beim Stand der Technik mehrere Brennlinien bereitgestellt werden und so der optische Wirkungsgrad des Lichtleiters erheblich verbessert werden.
Des Weiteren kann durch die Gestaltung des Lichtumlenkbereiches mit einer trapezförmigen Querschnittsfläche, wobei insbesondere der kürzeren der parallelen Flächen bei einer trapezförmigen Anordnung die reflektierenden Elemente zugeordnet sind, die der Lichtauskoppelfläche gegenüberliegen, die Lichtverteilung über die gesamte Lichtabstrahlfläche noch weiter verbessert werden. Dabei wird durch die Trapezform erreicht, dass die Streuung des Lichts kleiner ist. Dieser Effekt ist umso ausgeprägter, je schmaler die umlenkende Trapezseite ist.
Dahingegen erlaubt eine rechteckförmige Grundfläche des Lichtumlenkbereichs eine breitere Streuung des umgelenkten Lichts.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn als reflektierende Elemente Auskoppelprismen vorgesehen sind, die im Stand der Technik bekannt sind und insbesondere, wie in der DE 103 28 216 A1 beschrieben, quer zur Längserstreckung des Lichtleiters eine Breite aufweisen. Darüber hinaus weisen die Prismen in Richtung auf die Lichtauskoppelfläche eine Höhe auf und besitzen eine spezifische Position zur Lichtauskoppelfläche, d. h. sie können in vorgegebenem Abstand zur Lichtauskoppelfläche angeordnet sein.
Dabei kann nach einer ersten Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Lichtquelle eine oder mehrere LEDs umfasst, wobei mehrere LEDs insbesondere als eine Vielzahl von separaten Einzel-LEDs oder als sogenannte LED-Arrays angeordnet sein können. Hierdurch wird ein ausreichender Lichtstrom in den Lichtleiter eingekoppelt, um auch eine Beleuchtungsfunktion, wie beispielsweise ein Tagfahrlicht, mit einer höheren Leuchtleistung, bereitzustellen. Statt einer punktförmige Lichtquelle kann so beispielsweise mit Hilfe mehrerer LEDs oder einem LED-Array eine leuchtende Fläche erzeugt werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass jeder LED eine eigene Teiloptik oder mehreren LEDs, insbesondere bei LED-Arrays, eine gemeinsame Optik zugeordnet ist. Dabei wird auf die LED eine Optik aus einem Kunststoffmaterial montiert, das transparent ist und insbesondere eine winkelreduzierende Eigenschaft besitzt, wie z. B. ein compound parabolic concentrator, oder eine elliptische oder eine Freiformfläche. Auf diese Weise kann eine gewünschte Bündelung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts und Konzentrierung auf eine Lichteinkoppelfläche eines Lichtleiters erfolgen.
Dabei kann entweder die Optik unmittelbar auf die LED aufgebracht werden oder die Optik kann als Teil des Lichtleiters gestaltet sein, insbesondere einstückig mit diesem verbunden sein.
Insbesondere, wenn ein LED-Array benutzt wird, kann eine Optik verwendet werden, in die alle LEDs einkoppeln. Verwendet man mehrere Optiken, können sich diese einzelnen Optiken, die dann als Arme des Lichtleiters ausgebildet werden können, dann später in einem Lichtleiter vereinigen. Indem die Optiken einstückig mit dem Lichtleiter verbunden sind, kann erreicht werden, dass die Einkopplung verlustfrei erfolgt.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Halbachse der Halbellipse, die parallel zur Quermittelebene verläuft, kürzer als die Halbachse, die parallel zur Längsmittelebene verläuft, ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Linsenwirkung erzielt werden. Um mit möglichst großer Effizienz und großem Wirkungsgrad Licht aus einer entsprechenden Kraftfahrzeugleuchte auszukoppeln, kann dabei vorgesehen sein, dass sich der Querschnitt des Lichtleiters bzw. die Form und Anordnung der Prismen als reflektierende Elemente bzw. die Anordnung und Form sonstiger reflektierender Elemente entlang des Lichtleiters, je nach Anordnung des Lichtleiters und gewünschter Lichtverteilung, ändert.
Dabei kann vorgesehen sein, dass unterschiedlich lange Halbachsen der elliptischen Querschnittsfläche über die Länge des Lichtverteilers vorgesehen sind, da hierdurch eine unterschiedliche Fokussierung erreicht wird, so dass die Streubreite variiert werden kann. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, die Prismenbreite über die Länge des Lichtleiters zu variieren, wodurch ebenfalls die Streubreite der Lichtabstrahlung verändert wird. Ferner kann über Variation der Prismenhöhe die Menge an ausgekoppeltem Licht beeinflusst werden und somit die Homogenität der Lichtabstrahlung in gewünschter Weise modifiziert werden.
Schließlich kann die Prismenposition in Richtung der Auskoppelfläche variiert werden, da dies die Position gegenüber dem Brennpunkt der elliptisch gekrümmten Lichtaustrittsfläche variiert, die eine Linsenwirkung erzeugt. Sämtliche dieser Variationen können einzeln oder auch in Kombination miteinander vorgenommen werden und können über die Länge des stabförmigen Lichtleiters erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle dimmbar gestaltet ist, also hinsichtlich ihrer Helligkeitsabstrahlung variiert werden kann.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass eine entsprechende Kraftfahrzeugleuchte als Tagfahrlicht dient. Damit würden für Tagfahrlichte neuartige Designmöglichkeiten, wie beispielsweise Konturbeleuchtung, möglich.
Ebenso ist auch eine Blinklichtleuchte oder sonstige Signal- oder Begrenzungsleichte mit hohen Lichtabstrahlwerten möglich. Hierbei ist gegebenenfalls eine Dimmbarkeit von Vorteil.
Entsprechende Kraftfahrzeugleuchten können gleichermaßen im Front- wie im Heckbereich, aber auch im Seitenbereich von Kraftfahrzeugen, Verwendung finden.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte;
2 die Verwendung einer alternativen Lichtquelle bei einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte und
3 einen Querschnitt durch einen Lichtleiter einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugleuchte.
1 zeigt eine Kraftfahrzeugleuchte, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Die Kraftfahrzeugleuchte umfasst hierbei drei Lichtquellen 12, die als LEDs ausgebildet sind. Darüber hinaus umfasst die Kraftfahrzeugleuchte einen Lichtleiter 14, der der Lichtabstrahlung in einem Bereich vor oder hinter einem Fahrzeug dient. Der Lichtleiter 14 ist hierbei stabförmig gestaltet und besitzt eine Längsrichtung, die mit dem Pfeil 16 gekennzeichnet ist.
Jeder Lichtquelle 12 ist hierbei eine Optik 18 zugeordnet, die den Lichtquellen 12 unmittelbar nachgeschaltet ist, und in die von der Lichtquelle abgestrahltes Licht eingekoppelt wird. Die Optiken 18 sind dabei ebenfalls stabförmig und die Lichteinkopplung erfolgt an einer Stirnseite. Sie besitzen hierbei eine winkelreduzierende Eigenschaft und bestehen aus einem transparenten Kunststoffmaterial. Die Optiken 18 vereinigen sich im Bereich 19 und gehen dann ohne eine Grenzfläche in den Lichtleiter 14 über, mit dem sie einstückig verbunden sind. Auf diese Weise kann ein Lichtverlust vermieden werden. Im Bereich des Lichtleiters, der der Lichtabstrahlung dient, sind darüber hinaus lichtreflektierende Elemente 20 vorgesehen, die der Lichtumlenkung in Richtung einer Lichtauskoppelfläche, auf die der Betrachter in 1 blickt, gegenüberliegen.
Der stabförmige Lichtleiter 14 kann dabei eine beliebige Krümmung aufweisen, so dass auch Konturbeleuchtungen möglich sind, sowie neuartige Designmöglichkeiten realisiert werden können.
Bei der gezeigten Leuchte handelt es sich um ein Tagfahrlicht.
2 zeigt nun in zwei Darstellungen ebenfalls einen Lichtleiter 14, wobei die linke Darstellung einen Blick entsprechend dem Blick in 1 gewährt sowie die rechte Darstellung in 2 eine Ansicht von der Seite gemäß 1. Anstelle von drei LEDs ist hier in 2 ein sogenannter LED-Array eingesetzt worden, der mit 12' bezeichnet ist. Hierbei sind mehrere LEDs auf einer einzigen Platine zusammengefasst. Bei Verwendung eines LED-Arrays kann diesen LEDs eine einzige Optik gemeinschaftlich zugeordnet sein.
Durch die Verwendung eines LED-Arrays kann damit in noch einfacherer Weise ein möglichst großer Lichtstrom in den Lichtleiter bei Verwendung nur einer einzigen Optik eingekoppelt werden.
3 zeigt nun einen Querschnitt durch den Lichtleiter 14 gemäß 1 im Bereich der Lichtabstrahlung, in dem Prismen als lichtreflektierende Elemente 20 vorgesehen sind.
Der Lichtleiter 14 ist hierbei entlang einer Quermittelebene, die mit 22 bezeichnet ist, in zwei Bereiche geteilt, und zwar in einen ersten Lichtauskoppelbereich 24 sowie einen zweiten Lichtumlenkbereich 25. Der Lichtauskoppelbereich 24 besitzt dabei im Querschnitt eine halbelliptische Grundfläche, wobei über seinen Außenumfang oder einen Teil hiervon, der als Lichtauskoppelfläche 26 dient, die Lichtabstrahlung erfolgt, wie hier durch zwei Lichtstrahlen 27 und 28 dargestellt ist. Durch die halbelliptische Form und die Wahl der Länge der Halbachsen der Ellipse kann die Linsenwirkung und damit die Streucharakteristik bei der Lichtauskopplung variiert werden. Die beiden Grundflächen müssen nicht gleich groß sein.
Der Lichtumlenkbereich 25 besitzt dahingegen eine trapezförmige Grundfläche im Querschnitt des Lichtleiters. Dabei sind an der kürzeren der beiden Parallelseiten der trapezförmigen Grundfläche die Prismen 20 angeordnet, die zur Lichtumlenkung auf die Lichtaustrittsfläche 26 hin dienen. Die Prismen 20 können dabei bezüglich ihrer Höhe 30 sowie ihrer Breite 32 variiert und ausgewählt werden. Darüber hinaus kann der Abstand der Oberkante der Prismen 20 zur Lichtauskoppelfläche 26, was hier als Position 34 der Prismen 20 bezeichnet ist, variiert werden. Die Variation kann insbesondere über die Länge des stabförmigen Lichtleiters erfolgen. Dabei können einer oder mehrere der Parameter verändert werden.
Darüber hinaus besitzt der Lichtleiter eine Längsmittelebene 36, bezüglich derer sowohl der Lichtauskoppelbereich 24 als auch der Lichtumlenkbereich 25 spiegelsymmetrisch aufgebaut sind.
Durch die vorstehend genannten Variationen über die Länge des Lichtleiters 10 lässt sich die Lichtverteilung in gewünschter Weise beeinflussen und es kann somit mit wenig Lichtstrom eine effiziente Auskopplung realisiert werden, die die Verwendung einer entsprechenden Kraftfahrzeugleuchte auch für lichtstärkere Beleuchtungsfunktionen, wie beispielsweise ein Tagfahrlicht, ermöglicht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldungsunterlagen.

Claims

Kraftfahrzeugleuchte umfassend eine Lichtquelle sowie eine der Lichtquelle zugeordnete Optik (18), wobei aus der Optik (18) abgestrahltes Licht der Lichtquelle in die Stirnseite eines stabförmigen Lichtleiters (14) einkoppelbar ist, und der Lichtleiter (14) zumindest über einen Teil seiner Länge im Querschnitt zwei unmittelbar aneinandergrenzende Bereiche (24, 25) aufweist, nämlich einen Lichtauskoppelbereich (24) mit einer Lichtauskoppelfläche (26), durch die das Licht den Lichtleiter (14) verlässt sowie einen Lichtumlenkbereich (25), der dem Lichtauskoppelbereich (24) entgegen einer Lichtauskoppelrichtung gegenüberliegt, der an seiner der Lichtauskoppelfläche (26) gegenüberliegenden Fläche reflektierende Elemente (20) umfasst, die das Licht in Richtung der Lichtauskoppelfläche (26) umlenken, wobei der Lichtauskoppelbereich (24) im Querschnitt des Lichtleiters (14) eine halb-elliptische Grundfläche besitzt und der Lichtumlenkbereich (25) eine trapezförmige oder rechteckige Grundfläche aufweist und die beiden Bereiche (24, 25) entlang einer Quermittelebene des Lichtleiters (10) aneinander angrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die halb-elliptische Grundfläche des Lichtauskoppelbereichs (24) über die Länge des stabförmigen Lichtleiters (14) hinsichtlich der Länge und/oder des Verhältnisses der Halbachsen der Ellipse variiert.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mehrere LEDs (12) umfasst, die entweder einzeln oder als LED-Array (12') angeordnet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierenden Elemente Auskoppelprismen sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder LED (12) eine eigene Teil-Optik (18) oder mehreren LEDs (12), insbesondere des LED-Arrays (12'), eine gemeinsame Optik zugeordnet ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (18) einstückig mit dem Lichtleiter (10) verbunden ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zu einer Längsmittelebene verlaufende Halbachse der halbelliptischen Grundfläche des Lichtauskoppelbereichs (24) länger als die quer hierzu verlaufende Halbachse ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zu einer Längsmittelebene verlaufende Halbachse der halbelliptischem Grundfläche des Lichtauskoppelbereichs (24) kürzer als die quer hierzu verlaufende Halbachse ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelprismen (20) hinsichtlich ihrer in Lichtabstrahlrichtung verlaufenden Höhe (30), ihrer Breite (32) und/oder ihres Abstandes (34) zur Lichtauskoppelfläche (26) entlang der Länge des Lichtleiters (9) variieren.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle dimmbar ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (18) eine winkelreduzierende Charakteristik besitzt.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Tagfahrlicht, Blinkleuchte, Begrenzungslicht, Rücklicht, Bremslicht, Rückfahrscheinwerfer oder Nebellicht dient.