DE102009018379B3

DE102009018379B3 - Kraftfahrzeugfrontleuchte mit lichtemittierenden Dioden (LEDs)

Info

Publication number: DE102009018379B3
Application number: DE102009018379A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Lanz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: WO2010121612A3; WO2010121612A2; EP2473775A2; EP2473775B1

Abstract

Es wird angestrebt, eine KFZ-Frontleuchte basierend auf LED-Technik so zu gestalten, dass diese sowohl die ausreichende Lichtleistung für den Betrieb in einer KFZ-Frontleuchte aufweist, als auch so konstruiert ist, dass die erforderlichen Parameter der Ausleuchtung der Straße sowie der Randbereiche der Lichtfelder eingehalten werden können. Gleichzeitig soll die Frontleuchte sowohl als Abblendlicht als auch als Fernlicht eingesetzt werden können. Erreicht wird dies durch eine Kraftfahrzeugleuchte mit lichtemittierenden Dioden (LED's), bei welcher mehrere LED-Leuchtmittel (1, 2) in der Kraftfahrzeugleuchte (5) angeordnet sind, denen jeweils ein Linsenkörper (3, 4) zugeordnet ist, wobei zumindest einem größeren zentral angeordneten LED-Chip (1) zumindest zwei seitliche kleinere LED-Leuchtmittel (2) nebengestellt sind, und eine weitere Hauptsammellinse (6) den LED-Leuchtmitteln (1, 2) sowie deren Linsenkörper beabstandet vorangesetzt ist, wobei eine bewegliche Abblendkappe (7) zwischen den Linsenkörpern (3, 4) und der Hauptsammellinse (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugfrontleuchte mit lichtemittierenden Dioden (LEDs) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, Kraftfahrzeugleuchten, und hierbei insbesondere Heckleuchten, mit LEDs anstelle von Glüh-, Halogen- oder Entladungslampen zu bestücken, da diese unter anderem die Vorteile einer deutlich besseren Effizienz und Lebensdauer aufweisen.
Es sind grundsätzlich bei der Gestaltung der Frontleuchten von Kraftfahrzeugen Kriterien zu beachten, die für die Zulässigkeit dieser Scheinwerfer erforderlich sind. So müssen derartige Leuchten so konstruiert sein, dass das Abblendlicht eine ausreichend blendfreie Beleuchtung bewirkt. Gleichzeitig soll das Fernlicht eine ausreichend gute Beleuchtung bewirken können.
Ebenfalls ist es erforderlich, dass das Ablendlicht deutlich erkennbare Hell-Dunkel-Grenzen aufweist, die auch in korrekter Weise einstellbar sind. So ist es erforderlich, dass die Hell-Dunkel-Grenze auf der Seite, die der Seite der Verkehrsrichtung gegenüberliegt, als waagrechte Gerade ausgebildet ist und auf der anderen Seite entweder waagrecht oder innerhalb eines Winkels von 15 Grad über der Waagrechten verlaufen soll. Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Frontscheinwerfer klaren Kriterien entsprechend muss, was die Ausleuchtung der Strasse, sowie der seitlichen Randbereiche neben dem Fahrzeug anbetrifft.
Im Stand der Technik sind vielfache Ansätze zur Integration von Leuchtdioden im Bereich der KFZ-Fahrzeugbeleuchtung angedacht worden. Hierbei ergibt sich insbesondere die Herausforderung, eine Vielzahl von Leuchtdioden in einem Beleuchtungskörper zu integrieren um eine ausreichende Lichtstärke zu erreichen und gleichzeitig die hierbei entstehende Wärme abzuführen.
Die DE 20 2007 018 181 U1 offenbart eine KFZ-Leuchte mit drei nebeneinander angeordneten LEDs, denen ein gemeinsamer Linsenkörper und eine weitere Hauptsammellinse zugeordnet sind, zwischen denen sich eine bewegliche Abblendklappe befindet. Ziel hierbei ist es, eine bessere Variation bei der Lichtverteilung dadurch zu erreichen, daß optische Elemente relativ zu den Lichtquellen bewegt werden können. Dies soll bei beliebigen Leuchtmitteln verwendet werden können.
Aus der EP 1 403 135 A2 ist eine Fahrzeugleuchte mit einer zentralen größeren LED und zumindest einer zweiten seitlichen kleineren LED bekannt, die defokussiert angeordnet ist. Hierdurch soll erreicht werden, die Hell-Dunkel-Grenze variabel gestalten zu können.
In der EP 0 531 185 B1 eine Kraftfahrzeugleuchte offenbart, die einen als Leiterplatte ausgebildeten Leiterbahnträger aufweist, auf dem mehrere Leuchtdioden angeordnet sind. Durch diese Anordnung ist eine Verformung der streifenförmigen Leiterbahnträgerbereiche in eine in der Kraftfahrzeugleuchte vorgegeben Form ermöglicht, wodurch sich hier die Eignung vor allen Dingen für den Heckleuchtenbereich ergibt. Eine Verwendung zur Ausleuchtung der Strasse durch eine KFZ-Frontleuchte ist hier aufgrund der mangelnden Leistung sowie der fehlenden Ausrichtung der Beleuchtung nicht möglich.
Gleiches gilt für die Schrift US 5519596 A bei der ein metallisches plattenförmiges Trägerteil mehrere Leuchtdioden trägt. Es sind auch hier verschiedene Trägerplattenabschnitte vorgesehen, die für sich Leuchtdioden tragen, um eine Biegeverformung möglich zu machen. Auch hier ist aus den zuvor genannten Gründen eine Verwendung als KFZ-Frontleuchte nicht möglich.
Um die für die Ausleuchtung einer Strasse durch KFZ-Frontleuchten erforderlichen Lichtstärke zu erreichen, sollen in der vorliegenden Erfindung als Leuchtmittel LED-Chips eingesetzt werden, da diese eine starke Lichtleistung auf einer geringen Fläche aufweisen.
Die Verwendung derartiger LED-Chips ist bereits bekannt aus der Schrift DE 10 2004 047 682 A1 , in der ein LED-Array umfassend zumindest zwei LED-Chips und einen Temperatursensor offenbart worden ist. Es wird hierbei zudem auf die Anwendung in KFZ-Scheinwerfern hingewiesen. Kern dieser Offenbarung ist allerdings, einen Temperatursensor mit den LED-Chips zu kombinieren, um eine thermische Überlastung des LED-Arrays zu erkennen und zu verhindern. Es soll dies durch eine Regelung des Betriebsstrom der LED-Chips in Abhängigkeit von den durch den Temperatursensor erfassten Temperaturen erreicht werden.
Nachteilig hierbei ist, dass in dieser Offenbarung lediglich die Verwendung einer zur Strahlformung eingesetzten Optik allgemein offenbart ist, ohne die Frage der vorschriftgemäßen Ausleuchtung der Strasse in ihrem zentralen sowie in ihren Randbreichen zu berücksichtigen. Die Offenbarung der DE 10 2004 047 682 A1 stellt somit keinen KFZ-Frontscheinwerfer in einer zugelassenen Bauform dar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung vor diesem Hintergrund ist es daher eine KFZ-Frontleuchte basierend auf LED-Technik so zu gestalten, dass diese sowohl die ausreichende Lichtleistung für den Betrieb in einer KFZ-Fronteuchte aufweist, als auch so konstruiert ist, dass die erforderlichen Parameter der Ausleuchtung der Strasse sowie der Randbereiche des Lichtfeldes eingehalten werden können. Gleichzeitig soll die Frontleuchte sowohl als Abblendlicht als auch als Fernlicht eingesetzt werden können.
Erreicht wird dies durch eine Kraftfahrzeugleuchte gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Bauformen des Erfindungsgegenstandes.
Zur Lösung der Aufgabe ist es erforderlich, mehrere technische Mittel in die KFZ-Frontleuchte zu integrieren. So ist zum einen erfinderisch notwendig, mehrere LED-Chips in der Kraftfahrzeugleuchte anzuordnen, wobei diese Maßnahme nicht auf eine Verstärkung der Lichtleistung allein abzielt, sondern ebenfalls für die vorschriftsmäßige Ausleuchtung der Fahrbahn sowie der Randbereiche genutzt wird.
Es ist hierbei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die in der Kraftfahrzeugfrontleuchte verwendeten LED-Chips unterschiedliche Grössen aufweisen, wobei ein grösserer zentral an geordneter LED-Chip als Hauptleuchtmittel zur Ausleuchtung der vor dem Fahrzeug sich befindlichen Strassenfläche angeordnet ist. Diesem zentralen LED-Chip sind weitere zumindest zwei kleinere LED-Chips nebengestellt, deren Funktion die Beleuchtung sowohl des zentralen Feldes wie auch der Randbereiche ist.
Ingesamt sollen die verschiedenen in der Leuchte integrierten LED-Chips in ihrem Zusammenwirken den gewünschten Ausleuchtungsraum erreichen, der durch die entsprechende Positionierung der LED-Chips zueinander einstellbar ist. Hierbei ist ebenfalls ein zentrales erfinderisches Merkmal, dass den mehreren LED-Chips jeweils ein Linsenkörper direkt zugeordnet ist, wodurch die Lichtabstrahlung der einzelnen LED-Chips wiederum genau einstellbar ist, um den auszustrahlenden Lichtraum genau zu bestimmen. Die derart ausgerichteten Lichtabstrahlungen werden erfindungsgemäß in einer Hauptsammellinse nochmals zusammengeführt und ausgerichtet, wobei die Position dieser Linsen zueinander ebenfalls variabel gestaltet werden kann, um die Lichtausleuchtung genau einzustellen.
Schließlich weist die KFZ-Leuchte eine schaltbare Abblendklappe auf, um zwischen den Betriebszuständen Abblendlicht und Fernlicht umschalten zu können, wobei diese Abblendklappe erfindungsgemäß zwischen den direkt den LED-Chips zugeordneten Linsenkörpern und der diesen vorangestellten Hauptsammelinse schwenkbar angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist hierfür vorgesehen, dass die verschiedenen LED-Chips auf den jeweiligen Trägerplatten aufgebracht sind, die wiederum an gemeinsamen Führungsstäben gehalten sind und somit parallel zueinander verlaufen, wobei diese Trägerplatten in ihrer Position zueinander an den Führungsstäben beweglich sind.
Somit kann in einer vorteilhaften Bauform die Fahrzeugleuchte so aufgebaut sein, dass die LED-Chips auf eigenen Trägerplatten angeordnet sind und die den LED-Chips jeweils zugeordneten Linsenkörper auf weiteren gegenüber den ersten Trägerplatten verstellbaren Trägerplatten angeordnet sind, wobei abschließend die Hauptsammellinse ebenfalls auf Führungsstäben verstellbar gegenüber den weiteren Beleuchtungskomponenten angeordnet ist. Somit sind alle für die Beleuchtung erforderlichen Betriebsmittel auf verstellbaren Trägerkörpern angeordnet und können exakt für eine optimale Ausleuchtung des zu beleuchtenden Raumes zueinander positioniert werden.
Es ist hierbei ebenfalls für die Erfindung relevant, dass eine vorteilhafte Bauform die Anordnung der LED-Chips in Ebenen mit unterschiedlicher Distanz zur Hauptsammellinse vorsieht. So ist in einer zweckmäßigen Bauform der zentrale größere LED-Chip direkt auf einem Kühlkörper aufgebracht, in dem auch die Führungsstäbe für die Anordnung der Trägerplatten geführt sind. Dieser LED-Chip ist somit am weitesten von der Hauptsammellinse entfernt.
In einer nächsten Ebene ist diesem LED-Chip ein entsprechender Linsenkörper als lichtführende Optik vorangestellt, die auf einer Trägerplatte an den Führungsstäben angeordnet ist. Erst in einer nächsten Ebene auf einer separaten Trägerplatte sind weitere kleinere LED-Chips angeordnet, die somit deutlich näher der Hauptsammellinse angeordnet sind, als der LED-Chip auf dem Kühlkörper. In einer wiederum der Hauptsammellinse näheren Ebene sind diesen kleineren LED-Chips nun kleinere Linsenkörper vorangestellt.
Es ist somit ebenfalls eine zentrale Neuerung dieser KFZ-Fahrzeugleuchte, dass den unterschiedlich grossen LED-Chips jeweils Linsen vorangestellt sind, die in Abhängigkeit der Grösse der jeweiligen LED-Chips dimensioniert sind und in ihrer Distanz zu den LED-Chips einstellbar sind.
Die Grösse der LED-Chips kann hierbei in einer zweckmäßigen Bauform in etwa 30 × 30 mm für den grossen LED-Chip und 15 × 15 mm für die kleineren LED-Chips betragen, wodurch eine ausreichende Lichtleistung für die frontale Beleuchtung eines Kraftfahrzeugs realisiert ist.
Schließlich weist die Klappe für den Wechsel zwischen Fernlicht und Abblendlicht ebenfalls eine erfindungsgemäße bauliche Form auf, in dem diese Abblendklappe eine stufige Kante aufweist, die vor die das Licht abstrahlenden Optiken geklappt wird. So werden die Linsenkörper der LED-Chips durch die Abblendklappe teilweise verdeckt, um den Bereich der Ausleuchtung entsprechend zu reduzieren.
Hierbei ist je nach Verwendung des Kraftfahrzeugs für den Rechts- oder Linksverkehr eine Abstufung zur rechten oder linken Seite der Fahrzeugleuchte vorgesehen, sodass die Linsenkörper der kleineren LED-Chips, die insbesondere für den seitlichen Bereich zuständig sind, in unterschiedlichem Maße abgedeckt werden, da die seitliche Ausleuchtung beispielsweise des Randbereiches zum Bürgersteig an einer Strasse hin weiter auszuleuchten sind, als die Bereiche der gegenüberliegenden bzw. benachbarten Fahrbahn. Um diesen unterschiedlichen Anforderungen an die Ausleuchtung gerecht zu werden, ist die Stufung innerhalb der Klappe für das Abblendlicht angeordnet.
Ein weiteres Merkmal dieser speziellen Abblendklappe ist, dass diese in Abhängigkeit von der Lage Linsenkörper zueinander so profiliert ist, dass sie einen in etwa konstanten Abstand zu den Linsenkörpern aufweist. Auf diese Weise wird eine horizontale gut ausgeleuchtete Lichtebene beim Abblendlicht mit scharfer Kontur erreicht. Es wurden zudem die Randbereiche der Klappe einige mm näher zur Hauptsammellinse hin verschoben. Somit ist das abgestrahlte Licht der äußeren zwei LED-Chips genauso scharf abzubilden wie das des Haupt-LED-Chips.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher beschreiben werden. Es zeigen
1 eine seitliche Ansicht durch die Anordnung der Leuchtmittel und Optiken der Kraftfahrzeugleuchte und
2 die erfindungsgemäße Abblendklappe in einem vor die Linsenkörper geklappten Zustand.
In 1 ist die KFZ-Frontleuchte 5 in seitlicher Darstellung zu erkennen. Es ist hierbei als Basis für die Kraftfahrzeugleuchte ein Kühlkörper dargestellt, der gleichzeitig als Träger für den zentralen LED-Chip 1 fungiert. Die Grösse des dargestellten LED-Chips 1 entspricht hierbei in etwa der natürlichen Grösse von 30 mm.
Dem LED-Chip 1 vorangestellt ist eine in seiner Breite angepasste Linsenkörper 3, der auf einer Trägerplatte 8 angeordnet ist. Die Trägerplatte ist in ihren Randbereichen geführt an entsprechenden Führungsstäben 9, die im Kühlkörper gelagert sind. Der Linsenkörper 3 ist hierbei nah vor dem LED-Chip 1 um möglichst geringe seitliche Verluste der Lichtabstrahlung hinnehmen zu müssen.
Oberhalb bzw. vor dem Linsenkörper 3 ist eine weitere Trägerplatte 8 an den seitlichen Führungsstäben 9 geführt, die nun weitere LED-Chips 2 trägt, die somit seitlich des zentralen LED-Chips 1 angeordnet sind. Die Lichtabstrahlung dieser LED-Chips 2 wird von weiteren Linsenkörpern 4 eingefangen, die auf einer weiteren Trägerplatte 8 vor den LED-Chips 2 angeordnet sind. Auf diese Trägerplatte 8 wird seitlich an den Führungsstäben 9 geführt und ist somit in ihrem Abstand gegenüber den LED-Chips 2 variabel einstellbar.
In grösserem Abstand zu diesen baulichen Einheiten ist eine grössere Hauptsammellinse 6 angeordnet, die an weiteren Führungsstäben 9 verstellbar geführt ist. Somit kann auch der Abstand dieser Hauptsammellinse zu den LED-Chips und deren Linsenkörpern genau eingestellt werden.
Die LED-Chips 2 sind in der dargestellten Bauform etwa 10 mm gross und sind somit deutlich kleiner als der zentrale LED-Chip 1, der die Hauptlichtleistung erbringen soll. Die Anordnung der KFZ-Frontleuchte ergibt dennoch einen kompakten Körper umfassend die LED-Chips sowie die entsprechenden optischen Bauteile, sodass die Verwendung der erfindungsgemäßen KFZ-Frontleuchte ohne wesentliche bauliche Änderungen im bisherigen Fahrzeugen realisiert werden kann.
2 ist eine Draufsicht auf die Kfz-Frontleuchte, wobei die Hauptsammellinse hier nicht dargestellt ist. Der Blick fällt auf die vor die Linsenkörper 3 und 4 geklappte Abblendklappe 7 mit einem Antrieb 10, die einen stufigen Verlauf aufweist. Durch diesen stufigen Verlauf ist somit eine unterschiedliche Abdeckung der Linsenkörper 3 und 4 erreicht, was zur Folge hat, dass die Randbereiche des ausgeleuchteten Feldes vor dem Kraftfahrzeug unterschiedlich ausgeleuchtet sind, wie dies für eine vorschriftsmäßige Ausleuchtung erforderlich ist.

Claims

Kraftfahrzeugleuchte mit lichtemittierenden Dioden (LEDs) umfassend mehrere LED-Leuchtmittel sowie zumindest eine Optik zur Ausrichtung der Lichtabstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß – mehrere LED-Leuchtmittel (1, 2) in der Kraftfahrzeugleuchte (5) angeordnet sind, denen jeweils ein Linsenkörper (3, 4) zugeordnet ist, – wobei zumindest einem größeren zentral angeordneten LED-Chip (1) zumindest zwei seitliche kleinere LED-Leuchtmittel (2) nebengestellt sind, – und eine weitere Hauptsammellinse (6) den LED-Leuchtmitteln (1, 2) sowie deren Linsenkörpern (3, 4) beabstandet vorangesetzt ist, – wobei eine bewegliche Abblendklappe (7) zwischen den Linsenkörpern (3, 4) und der Hauptsammellinse (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Abstände zwischen den Linsenebenen zur Einstellung der Kraftfahrzeugleuchte (5) verstellbar sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als kleinere LED-Leuchtmittel (2) ebenfalls LED-Chips angeordnet sind neben dem zentralen LED-Chip (1).
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die LED-Chips (1, 2) und Linsenkörper (3, 4) auf verschiebbaren Trägerplatten (8) angeordnet sind, – die an in etwa parallelen Führungsstäben (9) gehalten sind, – die in etwa parallel zur Lichtachse der Kraftfahrzeugleuchte (5) verlaufen.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Chips (1, 2) in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der größere zentrale LED-Chip (1) eine größere Distanz zur Hauptsammellinse (6) aufweist als die seitlich versetzten kleineren LED-Leuchtmittel (2).
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – die Linsenkörper (3, 4) in möglichst kurzer Distanz vor den LED-Chips (1, 2) angeordnet sind, – wobei die Linsenkörper (3, 4) in ihrer Größe der Grundfläche der LED-Chips (1, 2) angepasst unterschiedlich ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale LED-Chip (1) in seiner Leistung für die Ausleuchtung des zentralen Bereichs der Fahrbahn und die seitlichen LED-Chips (2) für die Ausleuchtung der äußeren Bereiche des Straßenrands und der benachbarten Fahrspur dimensioniert sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – die Abblendklappe (7) zum einen eine Stufe in ihrer die Linsenkörper (3, 4) teilweise abdeckenden Kante aufweist zur unterschiedlichen Ausleuchtung der äußeren Randbereiche zum Straßenrand und der benachbarten Fahrspur hin – und zum anderen in Abhängigkeit von der Lage der Linsenkörper (3, 4) zueinander so profiliert ist, dass sie einen in etwa konstanten Abstand zu den Linsenkörpern (3, 4) aufweist.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei kleine Seitenspiegel neben den Linsenkörpern (3, 4) der seitlichen kleineren LED-Leuchtmittel (2) zum Umlenken des seitlichen Streulichtes auf die Hauptsammellinse (6) zur Anhebung der Lichtstärke des auszustrahlenden Seitenbereiches angeordnet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spiegel oberhalb des Abblendklappenrandes des Vollscheinwerfers angebracht sind, damit die Lichtreflexion der Spiegel hauptsächlich zur Lichtverstärkung bei Abblendlicht führt.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spiegel oberhalb in etwa vertikal auf der Linsenebene stehend angeordnet sind, wobei die Ausrichtung der vorderen Spiegelkante auf den Randbereich der Hauptsammellinse (6) erfolgt.