DE102009018447A1

DE102009018447A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: DE102009018447A1
Application number: DE102009018447A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fröhlich; Jochen Mehl; Christian Johann; Matthias Roder; Franco Dr. Marcori; Alain Bosero
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-04
Also published as: CN101873762A; CN101873762B; US20100270923A1; US8599566B2; FR2944943B1; FR2944943A1; JP2010258451A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (60) mit einer isolierenden Trägerschicht (61) und einer darauf aufgebrachten Schicht (62) aus leitfähigem Material. Um die Flexibilität der Leiterplatte (60) zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass an mindestens einer Stelle der Leiterplatte (60) auf einer der Schicht (62) aus leitfähigem Material gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht (61) zur Bildung einer geraden Nut (63), die sich von einer Seite dererplatte (60) erstreckt, Material der Trägerschicht (61) abgetragen ist, so dass die Leiterplatte (60) entlang der Nut (63) biegbar ist, wobei das im Bereich der Nut (63) verbliebene Material der Trägerschicht (61) und/oder die Schicht (62) aus leitfähigem Material im Bereich der Nut (63) eine Biegekante (64) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einer isolierenden Trägerschicht und einer darauf aufgebrachten Schicht aus leitfähigem Material.
Leiterplatten der eingangs genannten Art sind als sogenannte starre Leiterplatten aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen zur mechanischen Befestigung und zur elektrischen Kontaktierung von elektronischen Bauelementen (Widerständen, Kondensatoren, Spulen, integrierten Schaltungen (Ics), etc.). Dazu werden Verbindungsleitungen (Leiterbahnen) bspw. durch Masken-Ätzen aus der dünnen Schicht leitfähigen Materials hergestellt. Die Bauelemente werden meist auf Lötflächen (sog. Pads) oder in Bohrungen und (bohrungsumschließende) Lötaugen gelötet und auf diese Weise gleichzeitig mechanisch befestigt und elektrisch kontaktiert. Es sind aber auch andere Verfahren zum Befestigen und/oder Kontaktieren der Bauelemente auf der Leiterplatte bekannt, wie bspw. Kleben, Klemmen oder Schweißen.
Herkömmliche starre Leiterplatten bestehen meistens aus einem elektrisch isolierendem Trägermaterial (Basismaterial), auf dem eine Kupferschicht aufgebracht ist. Die Schichtstärke beträgt typischerweise 35 μm und für Anwendungen mit höheren Strömen zwischen 70 μm und 140 μm. Als Basismaterial wurde früher häufig Pertinax (Phenolharz mit Papierfasern, sog. Hartpapier, Materialkennung FR2) eingesetzt. Heute werden meistens mit Epoxidharz getränkte Glasfasermatten verwendet (Materialkennung FR4). Dieses Material hat eine bessere Kriechstromfestigkeit und bessere Hochfrequenzeigenschaften sowie eine geringere Wasseraufnahme als Hartpapier. Für Spezialanwendungen kommen auch andere Materialien zum Einsatz, wie bspw. Teflon oder Keramik in LTCC oder HTCC für die Hochfrequenztechnik oder Glas. Für Leiterplatten mit hohen Anforderungen an die Wärmeabführung werden Basismaterialien mit Metallkernen verwendet, z. B. im Bereich der Beleuchtungstechnik für Hochleistungs-LEDs.
Nachteilig bei den bekannten starren Leiterplatten ist deren geringe Flexibilität bezüglich ihrer Form. Aus diesem Grund sind bekannte Steuergeräte üblicherweise als rechteckige Schachteln ausgebildet, auf deren Boden die starre Leiterplatte verläuft. Von einer rechteckigen Form abweichende Formen der Steuergeräte würden keinen Sinn machen, da deren Form durch die bekannten starren Leiterplatten nicht effizient ausgefüllt werden könnte.
Aus dem Stand der Technik sind des weiteren flexible Leiterplatten bekannt, bei denen die isolierende Trägerschicht aus einer Folie, bspw. aus Polyester, Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polyimid (PI), besteht. Flexible Leiterplatten haben den Vorteil, dass sich ihre Form auch komplexeren Formen von Steuergerätegehäusen anpassen kann, d. h. der Innenraum von Steuergeräten kann besonders effizient genutzt werden. Allerdings haben die flexiblen Leiterplatten den Nachteil, dass ihre Konturen gestanzt werden müssen. Das ist relativ aufwendig und eignet sich aufgrund der relativ hohen Werkzeug- und Maschinenkosten nur für größere Stückzahlen. Außerdem müssen die flexiblen Leiterplatten in ihrer ins Steuergerät eingebrachten Form gehalten und/oder fixiert werden, da sie sonst aufgrund der Flexibilität der Trägerschicht wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. Des weiteren sind die flexiblen Leiterplatten nicht so stabil wie starre Leiterplatten und können bspw. einreißen. Schließlich sind die flexiblen Leiterplatten auch relativ teuer.
Aus dem Stand der Technik sind zudem sog. Starrflex-Leiterplatten bekannt, die eine Kombination von flexiblen und starren Leiterplatten darstellen. Die Verbindungen bestehen aus flexiblen Leitungsführungen, die unlösbar mit den starren Teilen der Leiterplatte verbunden sind. Die starren Bereiche dienen als feste Grundlage für die Aufnahme von elektrischen Bauelementen und Steckern. Mit Hilfe der flexiblen Verbindungen kann die Lage der bauteiltragenden starren Teile bestimmt und variiert werden. Starrflex-Leiterplatten sind jedoch sehr aufwendig in der Herstellung und damit auch sehr teuer.
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass bisher noch keine optimale Leiterplatte existiert. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die starre Leiterplatte der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass sie eine gewisse Flexibilität hinsichtlich ihrer Form aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Leiterplatte der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass an mindestens einer Stelle der Leiterplatte auf einer der Schicht aus leitfähigem Material gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht zur Bildung einer geraden Nut, die sich von einer Seite der Leiterplatte zu einer anderen Seite der Leiterplatte erstreckt, Material der Trägerschicht abgetragen ist, so dass die Leiterplatte entlang der Nut biegbar ist, wobei das im Bereich der Nut verbliebene Material der Trägerschicht und/oder die Schicht aus leitfähigem Material im Bereich der Nut eine Biegekante bildet.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Flexibilität der Leiterplatte auf einfache aber sehr effektive Weise dadurch erhöht werden kann, dass in der Leiterplatte durch gezieltes Abtragen von Material der isolierenden Trägerschicht Biegekanten ausgebildet werden, an denen die Leiterplatte gebogen werden kann. Eine ausreichende Stabilität im Bereich der Biegekanten wird durch das dort verbleibende Material der leitfähigen Schicht gewährleistet. Die leitfähige Material ist in der Regel so flexibel, dass es ein Biegen der Leiterplatte an den Biegekanten um bis zu 90° erlaubt. Zur Erhöhung der Flexibilität der Leiterplatten genügen jedoch schon Biegewinkel im Bereich von wenigen Winkelgraden, vorzugsweise bis zu 45°. Außerdem ist das leitfähige Material so stabil und widerstandsfähig ausgebildet, dass es auch ein mehrfaches Hin- und Herbiegen der Leiterplatte erlaubt ohne zu reißen oder sonstige Beschädigung der Leiterbahnen.
Vorzugsweise wird im Bereich der Nuten das gesamte Trägermaterial bis zur leitfähigen Schicht abgetragen. Es ist aber auch denkbar, dass eine dünne Schicht des Trägermaterials unterhalb der leitfähigen Schicht in der Nut verbleibt. Dadurch kann die Stabilität entlang der Biegekante erhöht werden. Dies kann insbesondere mit wenig sprödem, sondern eher zähem oder gar flexiblem Trägermaterialien erzielt werden. Bei Verwendung von Leiterplatten mit mehreren Leiterlagen, sog. Multilayer-Leiterplatten, sollte der elektrische Übergang von einem Leiterplattensegment zum anderen nur auf einer Lage, nämlich auf der Lage leitfähigen Materials erfolgen, welches als Scharnier zwischen den beiden Segmenten verbleibt. Die zu zwischen den Segmenten zu übertragenden Signale müssen dazu auf dieser Lage zusammengefasst werden. Alternativ wäre es auch denkbar, den Übergang zwischen den Leiterplattensegmenten mehrlagig auszugestalten, wobei die Lagen im Bereich des Scharniers zwischen den Segmenten möglichst dicht aufeinanderliegen sollten, um eine Bewegung der Segmente relativ zu einander zu ermöglichen. Dabei kann zwischen den Leitern der einzelnen Lagen ein Isoliermaterial eingebracht werden kann.
Es ist außerdem denkbar, dass zur Erhöhung der Stabilität der Leiterplatte im Bereich der Nuten bzw. Biegekanten auf der Leiterplatte zusätzliche Leiterbahnen (sog. Stabilisierungsbahnen) ausgebildet werden, die schaltungstechnisch nicht erforderlich sind, sondern lediglich zur zusätzlichen mechanischen Stabilisierung der Leiterplatte dienen. Diese Stabilisierungsbahnen können in einem gemeinsamen Arbeitsschritt zusammen mit den Leiterbahnen ausgebildet werden, so dass keine zusätzlichen Schritte erforderlich sind. Das Entfernen des Materials der Trägerschicht im Bereich der Nuten ist auf einfache Weise möglich. Besonders vorteilhaft ist bspw. ein Fräsen der Nuten. Ferner können zur Verstärkung der Leiterbahnen im Bereich des Scharniers zwischen den Segmenten auch Drahtbrücken verwendet werden, die bei der automatischen Bestückung der Leiterplatte nur einen geringfügigen Zusatzaufwand erfordern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in die Trägerschicht mehrere Nuten eingebracht sind, wobei mindestens zwei der Nuten parallel zueinander verlaufen. Dies erlaubt eine Variation der Form der Leiterplatte weg von der ursprünglich rein zweidimensionalen Form hin zu einer dreidimensionalen Form. Eine solche Leiterplatte kann Steuergerätegehäuse mit einer von der Rechteckform abweichenden Form, bspw. mit einer gewölbten Gehäusewand, besonders gut ausfüllen, da sich die Form der Leiterplatte an die Wölbung der Gehäusewand anpassen kann.
Für eine komplexer ausgestaltete Leiterplatte wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass in die Trägerschicht mehrere Nuten eingebracht sind, wobei mindestens zwei der Nuten schräg zueinander verlaufen. Dadurch kann eine besonders hohe Flexibilität der Leiterplatte erreicht werden, da diese eine nahezu beliebige Form im dreidimensionalen Raum annehmen kann. Es können nahezu beliebig geformte Steuergerätegehäuse mit der gebogenen Leiterplatte effizient ausgefüllt werden.
Vorteilhafterweise besteht das isolierende Trägermaterial aus Keramik, Phenolharz, Epoxidharz, Papier und/oder Glasfasergewebe. Auch eine Kombination der genannten Materialien ist denkbar, bspw. ein Harz mit Papierfasern oder Glasfasern. Jedes andere geeignete isolierende Material ist selbstverständlich ebenfalls denkbar. Die Schicht aus leitfähigem Material besteht aus Kupfer, Nickel, Gold und/oder Zinn. Auch eine Kombination bzw. Legierung der genannten Materialien ist denkbar. Jedes andere geeignete elektrisch leitfähige Material ist selbstverständlich ebenfalls denkbar.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Leiterplatte kommen vor allem bei Verwendung der Leiterplatte in einem Kraftfahrzeugsteuergerät zum Tragen. In Kraftfahrzeugen treten während der Fahrt zum Teil kräftige Erschütterungen und Vibrationen und widrige Betriebsbedingen (Temperaturen im Kraftfahrzeug von ca. –35°C bis ca. +150°C) auf. Deshalb werden hohe Anforderungen an die verwendeten elektrischen Komponenten, insbesondere an die die elektrischen Bauteile von Schaltungen tragenden Leiterplatten gestellt. Diesen Anforderungen kann die erfindungsgemäße starre Leiterplatte genügen, wobei durch die in das Trägermaterial eingefrästen Nuten gleichzeitig die Flexibilität der Leiterplatte gegeben ist. Das ist wichtig, da mit den zunehmenden Funktionen und Ausstattungen in modernen Kraftfahrzeugen chronischer Platzmangel für Komponenten und Aggregate herrscht. Die erfindungsgemäße Leiterplatte kann den zur Verfügung stehenden Raum optimal ausnutzen. Steuergeräte können kleiner ausgebildet werden. Schließlich ist die erfindungsgemäße Leiterplatte auch einfach, schnell und kostengünstig zu fertigen, was insbesondere in der kostensensitiven Automobilbranche von großer Wichtigkeit ist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Leiterplatte zur Verwendung in einem Steuergerät für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Leiterplatte zur Verwendung in einem Steuergerät oder in einem Zündgerät für eine Gasentladungslampe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgebildet. Insbesondere beim Einsatz der Leiterplatte in einem hochintegrierten kombinierten Zünd-Steuergerät einer Gasentladungslampe ist die erfindungsgemäße Leiterplatte von großem Vorteil. Alternativ ist die Leiterplatte zur Verwendung in einem Steuergerät für Halbleiterlichtquellen (LEDs) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ausgebildet.
Vorteilhafte Ausführungsformen und besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine Gasentladungslampe einer Beleuchtungseinrichtung;
2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung;
3 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte eines kombinierten Zünd-Steuergeräts einer Beleuchtungseinrichtung;
4 eine Explosionsdarstellung einer Leiterplatte eines kombinierten Zünd-Steuergeräts einer Beleuchtungseinrichtung;
5 eine Schnittansicht durch eine Leiterplatte eines kombinierten Zünd-Steuergeräts einer Beleuchtungseinrichtung;
6 eine Draufsicht auf einen Teil einer Leiterplatte eines kombinierten Zünd-Steuergeräts einer Beleuchtungseinrichtung;
7 eine Schnittansicht durch den Leiterplattenausschnitt aus 6 entlang der Linie VII-VII aus 6;
8 ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Leiterplatte eines kombinierten Zünd-Steuergeräts einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung vor dem Fräsen einer Nut in die Leiterplatte;
9 die erfindungsgemäße Leiterplatte aus 8 nach dem Fräsen der Nut;
10 eine Gasentladungslampe mit kombiniertem Zünd-Steuergerät mit einer darin angeordneten erfindungsgemäße Leiterplatte gemäß 9;
11 eine komplexe dreidimensionale Form einer erfindungsgemäßen Leiterplatte;
12 eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Gasentladungslampe mit integriertem kombinierten Zünd-Steuergerät und einem Teil eines Reflektors;
13 eine Seitenansicht einer Gasentladungslampe mit integriertem, kombiniertem Zünd-Steuergerät einer Beleuchtungseinrichtung;
14 eine Seitenansicht eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Gasentladungslampe mit integriertem, kombiniertem Zünd-Steuergerät und einen Reflektor;
15 eine Ansicht in Lichtaustrittsrichtung auf die Rückseite eines Reflektors einer Beleuchtungseinrichtung; und
16 eine Ansicht entgegen Lichtaustrittsrichtung auf eine Gasentladungslampe mit integriertem kombiniertem Zünd-Steuergerät.
In 2 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinrichtung in Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 101, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In Lichtaustrittsrichtung 102 weist das Gehäuse 101 eine Lichtaustrittsöffnung 103 auf, die durch eine lichtdurchlässige Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 104 ist vorzugsweise als eine klare Scheibe ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Abdeckscheibe 104 optisch wirksame Profile (nicht dargestellt), beispielsweise in Form von Linsen, Prismen oder ähnlichem, insbesondere zum Streuen des hindurchtretenden Lichts aufweist.
Im Inneren des Gehäuses 101 ist ein Lichtmodul 105 angeordnet, das eine Lichtquelle 106 und einen Reflektor 107 aufweist. Das Lichtmodul 105 kann in einem oder mehreren Tragrahmen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verschwenkbar im Scheinwerfergehäuse 101 gelagert sein. Die Lichtquelle 106 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Gasentladungslampe mit einem Glaskolben 108 ausgebildet, der mit einem Edelgas (zum Beispiel Xenon) gefüllt ist und in dem ein Lichtbogen ausgebildet wird, sowie mit einem integrierten Zündgerät 109, welches die zum Zünden des Lichtbogens in dem Glaskolben 108 erforderliche Hochspannung erzeugt, die bspw. im Bereich von etwa 25.000 V liegt. Das Zündgerät 109 kann entweder unlösbar (z. B. D1- oder D3-Lampe) oder lösbar (z. B. D2- oder D4-Lampe) am Lampensockel befestigt sein. Zwischen dem Zündgerät 109 und dem Glaskolben 108 ist ein tellerförmiger Lampensockel 110 ausgebildet, über den die Lichtquelle 106 an dem Reflektor 107 befestigt ist. Die Befestigung des Lampensockels 110 am Reflektor 107 ist in 2 vereinfacht dargestellt. Sie erfolgt üblicherweise über einen im wesentlichen hohlzylinderförmigen Reflektorhals, der an der Rückseite des Reflektors 107 ausgebildet ist und in den der Sockel 110 eingeführt wird. An der Innenumfangsseite des Reflektorhalses sind üblicherweise Befestigungsmittel zur Befestigung der Lichtquelle 106 in einer vorgegebenen Position relativ zu einer Reflexionsfläche des Reflektors 107 ausgebildet, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen wird.
Das in 2 dargestellte Lichtmodul 105 wird als Reflexionsmodul bezeichnet, da die gewünschte Lichtverteilung allein durch das von der Lichtquelle 106 ausgesandte und von dem Reflektor 107 reflektierte Licht, gegebenenfalls unter Einfluss von optisch wirksamen Profilen auf der Abdeckscheibe 104 erzeugt wird. Dabei ist der Reflektor 107 vorzugsweise als ein Freiformreflektor ausgebildet, durch den ohne zusätzliche Abdeckblenden und optisch wirksame Profile auf der Abdeckscheibe 104 die gewünschte Lichtverteilung mit und ohne Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden kann.
Das Lichtmodul 105 kann außer den in 2 dargestellten Komponenten, Lichtquelle 106 und Reflektor 107, auch noch eine Projektionslinse (nicht dargestellt) aufweisen, welche die von der Lichtquelle 106 ausgesandten und von dem Reflektor 107 reflektierten und gebündelten Lichtstrahlen zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung vor das Kraftfahrzeug auf die Fahrbahn projiziert. Falls die gewünschte Lichtverteilung eine horizontale Hell-Dunkel-Grenze aufweisen soll, kann zwischen dem Reflektor 107 und der Projektionslinse eine Blendenanordnung mit einer in etwa horizontal verlaufenden Oberkante etwa in Höhe der optischen Achse 117 des Reflektors 107 oder unmittelbar darunter vorgesehen sein. Derartige Lichtmodule werden als Projektionsmodule bezeichnet.
An der Unterseite des Zündgeräts 109 ist ein elektrisches Steckelement 111 in Form eines Steckers vorgesehen. Mit dem Steckelement 111 steht ein entsprechendes Steckelement 112 in Form einer Buchse in Eingriff. Über die Steckelemente 111 und 112 wird ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Bauelementen des Zündgeräts 109 und einem abgeschirmten Kabel 113 hergestellt, das zu einem außerhalb des Scheinwerfergehäuses 101 angeordneten Steuergerät 114 führt. Das Steuergerät 114 ist seinerseits über Kabel 115 an eine Energiequelle 116 des Kraftfahrzeugbordnetzes angeschlossen. Das Steuergerät 114 steuert das Zündgerät 109 und bildet aus der Bordnetzspannung (z. B. 6 V, 12 V, 24 V) eine Eingangsspannung für das Zündgerät 109, die etwa im Bereich von z. B. 1.000 V liegt. Aus dieser Spannung erzeugt das Zündgerät 109 die zum Zünden des Lichtbogens in dem Glaskolben 108 erforderliche Hochspannung (z. B. 25.000 V). Außerdem stellt das Steuergerät 114 die ebenfalls aus der Bordnetzspannung gebildete Betriebsspannung für den stationären Betrieb der Lichtquelle 106 zur Verfügung. Im normalen stationären Betrieb der Lichtquelle 106, d. h. nach einem erfolgreichen Zünden des Lichtbogens, ist das Zündgerät 109 einfach durchgeschaltet.
Die Beleuchtungseinrichtung 100 mit dem externen Steuergerät 114 wird in einen dafür vorgesehenen Einbauraum im Kraftfahrzeug eingesetzt und dort an der Kraftfahrzeugkarosserie befestigt. Nachteilig ist es bei den bekannten Beleuchtungseinrichtungen 100, dass der Einbauraum nicht nur das Scheinwerfergehäuse 101, sondern auch das daran befestigte Steuergerät 114 aufnehmen muss und entsprechend groß ausgebildet sein muss. Außerdem ist die Montage der bekannten Beleuchtungseinrichtungen 100 aufwendig, da das Steuergerät 114 an der Außenseite des Scheinwerfergehäuses 101 angeordnet und daran befestigt werden muss. Außerdem muss das abgeschirmte Kabel 113 durch eine Öffnung im Gehäuse 101 hindurchgeführt und mittels der Steckerelemente 111 und 112 an das Zündgerät 109 angeschlossen werden. Schließlich ist das aus Gründen einer besseren EMV-Verträglichkeit abgeschirmte Kabel 113 relativ teuer.
Das Zündgerät 109 weist im Inneren (gestrichelt dargestellt) eine herkömmliche starre Leiterplatte 118 auf, auf der in herkömmlicher Weise Leiterbahnen aufgebracht und elektrische Bauelemente, wie die beispielhaft dargestellten elektrischen Bauelemente 119 (Spulen, Kondensatoren, Widerstände, etc.), aufgebracht und kontaktiert sind. Außerdem ist die Leiterplatte 118 mit einem als herkömmliches Steckverbindungssystem ausgebildeten Steckerelement 111 bestückt. Die Leiterplatte 118 besteht üblicherweise aus einem starren elektrisch isolierenden Substrat, auf das durch Masken-Ätzen die Leiterbahnen und die Kontaktierungsstellen für die elektrischen Bauelemente 119, 111 aufgebracht werden. Bei den Zündgeräten 109 der bekannten Beleuchtungseinrichtungen 100 werden bevorzugt einseitige Leiterplatten oder Stanzgitteraufbauten (gestanzte Leiter, eingebettet in ein Isoliermaterial, z. B. Kunststoff) eingesetzt, bei denen lediglich auf einer Oberflächenseite Leiterbahnen aufgebracht und Bauelemente 119, 111 angeordnet sind. Bei den bekannten Zündgeräten 109 wird der im Inneren des Zündgeräts zur Verfügung stehende Bauraum nicht optimal genutzt.
Im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 100 geht die größte Hitze von der Lichtquelle 106 beziehungsweise von dem in dem Glaskolben 108 gebildeten Lichtbogen aus. Die abgestrahlte Wärme führt zu einer starken Erhitzung des Reflektors 107, der entweder aus Metall, zum Beispiel Aluminiumdruckguss, oder aus einem hitzebeständigen Kunststoff mit einer reflektierenden Beschichtung, bspw. einem Metallüberzug, besteht. Zur Verbesserung der EMV-Eigenschaften des Zündgeräts 109 weist dieses eine Abschirmung aus Metall, vorzugsweise aus Aluminiumblech auf, die mit der Rückseite des Reflektors in elektrisch leitendem und damit auch in einem wärmeleitenden Kontakt steht. Über diese Kontaktierungsverbindung wird in nachteilhafter Weise ein Großteil der Hitze vom Reflektor 107 auf die Abschirmung des Zündgeräts 109 und damit mittelbar auf die darin angeordnete Leiterplatte 118 und die elektrischen Bauelemente 119, 111 übertragen. Dadurch kann es zu sehr hohen thermischen Belastungen der Leiterplatte 118 und der elektrischen Bauelemente 119, 111 im Inneren des Zündgeräts 109 kommen. Dies führt in der Folge entweder zu einer frühen Alterung, Funktionsstörung und letzten Endes einem Defekt der Leiterplatte 118 und der Bauelemente 119, 111 oder aber es müssen besonders wärmeresistente Leiterplatten und elektrische Bauelemente verwendet werden, die jedoch relativ teuer sind.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinrichtungen 100 weist das Zündgerät 109 üblicherweise eine rechteckige Form auf. Die Außenwände des Zündgeräts 109 sind alle im Wesentlichen eben, wobei benachbarte Wandungen in einem rechten Winkel zueinander stehen, von kleineren Rundungen im Bereich von Kanten und Ecken des Zündgerätegehäuses abgesehen. Von einer optimalen Nutzung des im Inneren des Scheinwerfergehäuses 101 zur Verfügung stehenden Raums durch das Lichtmodul 105, insbesondere durch das Zündgerät 109 der Lichtquelle 106 des Lichtmoduls 105, kann dabei nicht gesprochen werden. Beim Stand der Technik ist eher das Gegenteil der Fall. So führt bspw. die streng eckige Form des Zündgeräts 109 dazu, dass beim Verschwenken des Lichtmoduls 105 zur Leuchtweitenregulierung und/oder zur Realisierung einer Kurvenlichtfunktion der vom Zündgerät 109 überstrichene Bereich (in 2 ist die bei vertikaler Verstellung des Lichtmoduls 105 überstrichene Bahn mit dem Bezugszeichen 120 bezeichnet) größer ist als eigentlich erforderlich. An der Rückseite des Gehäuses des Zündgeräts 109 befindet sich zwischen der Rückwand des Gehäuses und der Bewegungsbahn 120 ein ungenutzter Bereich 121.
Dadurch weist aber zwangsläufig auch das Gehäuse 101 der Beleuchtungseinrichtung 100 größere Abmessungen als eigentlich erforderlich auf. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Form des Zündgeräts 109 könnte die im Inneren des Scheinwerfergehäuses 101 für das Lichtmodul 105 erforderliche Bauraum verringert und dadurch die gesamte Beleuchtungseinrichtung 100 kleinbauender ausgebildet werden. Im Kraftfahrzeug müsste dann ein kleinerer Einbauraum vorgesehen werden, so dass für die übrigen Aggregate im Frontbereich des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Motorraum, mehr Platz zur Verfügung stünde. Dies ist insbesondere im Hinblick darauf von Bedeutung, dass Kraftfahrzeuge immer mehr Funktionen aufweisen, für die oft zusätzliche Aggregate oder Komponenten im Motorraum angeordnet werden müssen. Eine optimale Nutzung des im Motorraum zur Verfügung stehenden Raums wird immer mehr zur Herausforderung.
1 zeigt eine Gasentladungslampe 1 einer Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise eines Scheinwerfers. Die Gasentladungslampe 1 ist ähnlich wie die Gasentladungslampe 106 der bekannten Beleuchtungseinrichtung 100 an einem Reflektor befestigt und in dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Die Gasentladungslampe 1 umfasst einen mit Edelgas gefüllten Glaskolben 2, in dessen Inneren 3 ein Lichtbogen zum Aussenden von für das menschliche Auge sichtbarem Licht gezündet und aufrechterhalten wird. Über einen Lampensockel 4 kann die Gasentladungslampe 1 am Reflektorhals eines Reflektors der Beleuchtungseinrichtung angeordnet und daran befestigt werden. Dabei umgibt der Reflektor ähnlich wie in 2 dargestellt den Glaskolben 2. Auf der dem Glaskolben 2 gegenüberliegenden Seite des Lampensockels 4 ist ein kombiniertes Zünd-Steuergerät 5 angeordnet, das integraler Bestandteil der Lichtquelle 1 ist, also unlösbar mit dem Sockel 4 verbunden ist.
Bei der Gasentladungslampe 1 ist also die Steuergerätefunktionalität, die im Stand der Technik von dem externen Steuergerät 114 erfüllt wurde, in das Zündgerät integriert worden. Vorzugsweise sind sämtliche elektronischen Bauteile zur Realisierung sowohl der Steuergerätefunktionalität als auch der Zündgerätefunktionalität innerhalb eines einzigen Gehäuses des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 untergebracht. Das hat den Vorteil, dass auf die Anordnung eines separaten Steuergeräts außerhalb des Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung verzichtet werden kann. Somit ist auch die Verwendung eines abgeschirmten Kabels zur elektrischen Verbindung des Steuergeräts mit dem Zündgerät nicht mehr erforderlich. Die beschriebene Beleuchtungseinrichtung kann einfacher und schneller als die bisher bekannten Beleuchtungseinrichtungen montiert werden. Zudem benötigt die beschriebene Beleuchtungseinrichtung weniger Platz im Kraftfahrzeug, so dass der für die Beleuchtungseinrichtung erforderliche Einbauraum im Kraftfahrzeug kleiner bemessen werden kann. Es steht also mehr Platz für andere Komponenten und Aggregate im Frontbereich des Kraftfahrzeugs zur Verfügung.
Das kombinierte Zünd-Steuergerät 5 weist ein Steckerelement 6 in Form eines Steckers auf. Eine Energiequelle 7 des Kraftfahrzeugbordnetzes ist über Kabel 8 und ein weiteres Steckerelement 9 in Form einer Buchse über das Steckerelement 6 an das kombinierte Zünd-Steuergerät 5 angeschlossen. Über die Steckerelemente 6, 9 können nicht nur Energieversorgungsleitungen 8, sondern auch Ansteuer- und/oder Signalleitungen 10 an das kombinierte Zünd-Steuergerät 5 angeschlossen werden. Über eine Ansteuerleitung 10 können beispielsweise Ansteuersignale von einem übergeordneten Kraftfahrzeugsteuergerät 11 an das Zünd-Steuergerät 5 der Lichtquelle 1 übertragen werden. Ebenso können über Leitung 10 oder eine andere Signalleitung Rückmeldungen über die Funktion und den Betrieb der Gasentladungslampe 1 an das übergeordnete Steuergerät 11 übermittelt werden.
Es sind verschiedene Maßnahmen denkbar, wie die Integration der Steuergerätefunktionalität in das Zündgerät der Gasentladungslampe 1 besonders vorteilhaft ausgestaltet werden kann. Ein Aspekt ist beispielsweise eine besonders effiziente Nutzung des im Gehäuse des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 zur Verfügung stehenden Raums für die zur Realisierung der Zünd- und Steuergerätfunktionalität erforderlichen elektrischen Bauelemente. Außerdem können thermische Aspekte berücksichtigt werden, um eine frühzeitige Alterung der elektrischen Bauelemente des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 zu verhindern und/oder den Einsatz billigerer, d. h. weniger hitzebeständiger Bauelemente zu ermöglichen. Schließlich kann durch besondere Maßnahmen auch der im Inneren des Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung für das Lichtmodul zur Verfügung stehende Bauraum besonders effizient genutzt werden, damit das Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung trotz Integration der Steuergerätefunktionalität in das Zündgerät nicht größer ist als bisher, vorzugsweise sogar kleiner ausgebildet werden kann.
In 3 ist ein Beispiel für eine Leiterplatte 20 gezeigt, wie sie in dem kombinierten Zünd-Steuergerät 5 einer Beleuchtungseinrichtung eingesetzt wird. Die Leiterplatte 20 weist eine Vielzahl von Leiterbahnen 21 und Kontaktierungspunkte 22 für elektrische Bauelemente auf. Als elektrische Bauelemente können beispielsweise integrierte Schaltungen (IC1, IC2), Widerstände (R1, R2, R3, R4), Kondensatoren (C5, C6, C7, C8) sowie Spulen angeordnet werden. An der rechten Seite der in 3 gezeigten Leiterplatte 20 sind mehrere, nebeneinander angeordnete Kontaktstellen 23 ausgebildet, wobei einige der Leiterbahnen 21 an einige der Kontaktstellen 23 geführt sind. Die Kontaktstellen 23 bilden die elektrischen Kontakte des Steckerelements 6. Bei dem beschriebenen Steckverbindertyp sind die Kontakte 23 des Steckers also gewissermaßen durch die Leiterbahnen der Leiterplatte 20 ausgeführt. Zur Realisierung des Steckerelements 6 sind also keine zusätzlichen platzbeanspruchenden elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte 20 anzuordnen und zu kontaktieren. Das Steckerelement 6 ist gewissermaßen integraler Bestandteil der Leiterplatte 20. Der für das Steckerelement 6 erforderliche Bauraum sowie der Raum zum Anschluss des Steckerelements 6 auf der Leiterplatte 20 kann durch die anhand der 3 beschriebene Realisierung deutlich verringert werden.
Die Kontaktstellen 23 können auf die gleiche Weise auf die Leiterplatte 20 aufgebracht werden wie die Leiterbahnen 21 und die Kontaktierungspunkte 22. Dazu eignet sich beispielsweise ein Masken-Ätzverfahren. Die mechanische Verbindung zum Steckverbinderelement 9 (Buchsenteil) wird durch passende Einfräsungen an der Kontur der Leiterplatte 20 gewährleistet. So ist es beispielsweise denkbar, dass in Aussparungen 24 in der Leiterplattenkontur federnder Rastnasen des auf das Steckerteil 6 aufgesteckten Buchsenteils 9 eingreifen und das Buchsenteil 9 auf diese Weise lösbar an dem Steckverbinderteil 6 halten, so dass sich die Steckverbindung selbst bei Vibrationen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs nicht unbeabsichtigt löst.
Eine weitere Maßnahme zur effizienten Nutzung des im Gehäuse des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 vorhandenen Bauraums lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass statt einer einlagigen Leiterplatte, auf der lediglich auf einer Seite Leiterbahnen ausgebildet und elektrische Bauelemente angeordnet sind, eine mehrlagige Leiterplatte verwendet wird. 4 zeigt beispielhaft eine zweilagige Leiterplatte 30, die eine Trägerschicht 31 aus isolierendem Material, bspw. ein Keramik- oder Siliziumsubstrat, aufweist. Auf beiden Seiten der Trägerschicht 31 können zusätzliche dünne isolierende Schichten 32 aufgebracht sein. Selbstverständlich ist es denkbar, bei entsprechend geeigneten isolierenden Eigenschaften des Trägermaterials 31 die Funktion der isolierenden Schichten 32 in das Trägermaterial 31 zu integrieren, das heißt auf die separaten isolierenden Schichten 32 zu verzichten. Auf beiden Seiten der Trägerschicht 31 ist schließlich eine dünne Schicht 33 leitfähigen Materials aufgebracht, wobei ein Teil des leitfähigen Materials zur Bildung der Leiterbahnen 34 beispielsweise mittels eines Masken-Ätzverfahrens entfernt wird. Von der Schicht 33 verbleiben dann nur noch die in 4 gezeigten Leiterbahnen und Kontaktierungsstellen. Die Verwendung einer mehrlagigen Leiterplatte, wie beispielsweise der doppelseitigen Leiterplatte 30 aus 4, hat den Vorteil, dass auf der gleichen Leiterplattenfläche praktisch ein Vielfaches an Leiterbahnen und elektrische Bauelemente angeordnet werden kann. Dadurch lassen sich erhebliche Einsparungen hinsichtlich des erforderlichen Bauraums realisieren.
In 5 ist eine mehrlagige Leiterplatte 40 (sogenannte Multilayer-PCB) mit insgesamt acht Lagen gezeigt. Die verschiedenen Lagen der Leiterplatte 40 sind mit den Bezugszeichen 41 bis 48 bezeichnet. Zwischen den verschiedenen Lagen 41 bis 48 können die Leiterbahnen 49 ausgebildet werden, wobei die Leiterbahnen 49 verschiedener Lagen selbstverständlich durch geeignete isolierende Schichten (in 5 nicht dargestellt) voneinander getrennt werden müssen. Außerdem lassen sich die elektronischen Bauelemente des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5, wie beispielsweise integrierte Schaltungen (ICs ohne eigenes Gehäuse und nur als Siliziumchip), Kondensatoren und Widerstände, in die Zwischenlagen 42 bis 47 der Leiterplatte 40 integrieren. Dadurch können bezogen auf eine gegebene Leiterplattenfläche deutlich mehr Bauelemente untergebracht werden als bisher.
Weiteres Potenzial zur Reduzierung des für die Realisierung der Zünd- und Steuergerätefunktionalität notwendigen Baugruppen erforderlichen Bauraums ergibt sich dadurch, dass für die Schaltung erforderliche Übertrager- und Induktivitätswicklungen spiralförmig auf der Leiterplatte aufliegend montiert oder als Leiterbahnen auf der Leiterplatte ausgeführt sind. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Übertrager- und Induktivitätswicklung ist in 6 dargestellt. Die Leiterplatte ist mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Die als Leiterbahn spiralförmig auf die Leiterplatte 50 aufgebrachte Übertrager- oder Induktivitätswicklung ist mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnet. Die Wicklung 51 weist zwei Anschlüsse 52 und 53 am Anfang und am Ende der Leiterbahn 51 auf. Der Anschluss 53 ist durch die Leiterplatte 50 hindurch auf die Rückseite der Leiterplatte 50 geführt, wo er dann über eine dort verlaufende Leiterbahn kontaktiert wird (vgl. 7). Der Anschluss 52 kann auf der in 6 gezeigten Seite der Leiterplatte 50 kontaktiert werden.
7 zeigten einen Querschnitt durch die Leiterplatte 50 entlang der Linie VII-VII in 6. Im Zentrum der spiralförmigen Wicklung 51 ist eine Aussparung 54 in der Leiterplatte 50 ausgebildet, in der ein Kern 55 angeordnet ist. Der Kern 55 steht mit dem Gehäuse 56 des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 in Verbindung. Auf diese Weise kann Wärme, die beim Betrieb des Zünd-Steuergeräts 5 in dem Kern 55 auftritt effizient an das Metallgehäuse 56 abgegeben werden, das als eine Art Kühlkörper fungiert. Alternativ kann der Kern auch als Planartyp ausgebildet und durch Aussparungen in der Leiterplatte 50 realisiert sein. Auch in dieser Ausführungsform kann das den Kern bildende weichmagnetische oder ferromagnetische Material zur besseren Wärmeableitung mit dem Gehäuse 56 in Verbindung stehen. Zwischen den Kern 55 und dem Gehäuse 56 des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 können Mittel 57 zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Kern 55 und Gehäuse 56 ausgebildet sein. Solche Mittel 57 sind bspw. eine besonders gut Wärme leitende Paste oder Beschichtung. Vorteilhaft ist es also, wenn die gesamte Schaltung des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 in Mikrotechnologie oder Dickschichthybridtechnologie ausgebildet ist, wobei aufgrund der hohen Wärmeentwicklung Maßnahmen für einen optimierten Wärmehaushalt in dem Gehäuse 56 des Zünd-Steuergeräts 5 getroffen werden müssen.
Andere als die bereits genannten Maßnahmen zur wärmetechnischen Optimierung der Schaltung des Zünd-Steuergeräts 5 sind bspw. eine Anordnung von wärmeempfindlichen elektrischen Bauelementen in Bereichen der Schaltung, die weniger stark wärmebelastet sind. Wärmeempfindliche Bauelemente werden gezielt in kühlere Bereiche des Zünd-Steuergeräts 5 gesetzt. Bauelemente mit hoher Wärmeabgabe werden weit entfernt von den empfindlichen Bauelementen in Bereichen angeordnet, die eine gute Abführung der Wärme bieten. Kühlere Bereiche können entweder Bereiche sein, in denen Bauelemente mit geringer Verlustleistung platziert sind oder Bereiche mit Zustrom von Kühlluft. Die Platzierung der einzelnen Bauelemente der Schaltung des Zünd-Steuergeräts 5 in dem Gehäuse 56 erfolgt also in Abhängigkeit von der Temperaturempfindlichkeit der Bauelemente und von der lokalen Betriebstemperatur an den verschiedenen Positionen in dem Gehäuse 56. Die lokale Betriebstemperatur in dem Gehäuse 56 kann entweder durch Praxismessungen ermittelt oder simuliert werden. Nach einem entsprechenden Platzieren der Bauelemente kann der Verlauf der Leiterbahnen zur ordnungsgemäßen Kontaktierung der platzierten Bauelemente ermittelt werden, nach Möglichkeit ohne jedoch die bewusst gewählte Position der Bauelemente zu verändern.
Außerdem können die elektrischen Bauelemente der Schaltung gezielt derart im Gehäuse 56 angeordnet werden, dass unter Ausnutzung von Temperaturgradienten im Gehäuse 56 eine Luftströmung erzielt wird, die insbesondere an thermisch kritischen Bauelementen vorbeistreicht und diese kühlt. Außerdem kann die Topologie des Gehäuses 56 des Zünd-Steuergeräts 5 in einer Weise ausgebildet werden, dass der freie Kühlluftstrom möglichst nicht beeinträchtigt oder behindert wird. Dies kann bspw. durch Topologien mit geringem Luftwiderstand und wenig Luftverwirbelungen erreicht werden.
Die Nutzung des in dem Gehäuse 56 des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 zur Verfügung stehenden Raums kann dadurch optimiert werden, dass nicht eine oder mehrere ebene starre Leiterplatten, sondern eine besondere biegbare erfindungsgemäße Leiterplatte verwendet wird. Anhand der 8 und der 9 wird ein Beispiel für eine solche Leiterplatte näher beschrieben. Es wird von einer herkömmlichen vorzugsweise starren Leiterplatte 60 ausgegangen, die ein Substrat 61 als Trägermaterial aufweist. Auf das Trägermaterial 61 ist eine leitfähige Schicht 62 ausgebildet, aus der bspw. mittels eines Masken-Ätzverfahrens die Leiterbahnen gebildet werden. Nun wird in das Trägermaterial 61 der Leiterplatte 60 eine Nut 63 eingebracht, bspw. gefräst. Das dadurch entfernte Material des Substrats 61 ist in 8 schraffiert dargestellt. Es muss beim Einbringen der Nut 63 in das Trägermaterial 61 darauf geachtet werden, dass zumindest die leitfähige Schicht 62, falls aus Stabilitätsgründen erforderlich auch ein Teil des Trägermaterials 61, stehen bleibt, um ein Auseinanderbrechen der Leiterplatte 60 bei der Bestückung, dem Einbau in das Gehäuse 56 oder während des Betriebs des Kraftfahrzeugs aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen zu verhindern.
Anschließend kann die Leiterplatte 60 entlang einer durch die Nut 63 gebildeten Beigekante umgebogen werden, wie bspw. in 9 dargestellt. Dabei übernimmt die leitfähige Schicht 62 bzw. übernehmen die daraus gebildeten Leiterbahnen und ggf. auch der stehen gebliebene Teil des Trägermaterials 61 die Funktion eines Scharniers um das die Leiterplatte 60 gebogen werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erkennt man, dass das vormals einstückige Trägermaterial 61 der Leiterplatte 60 nunmehr durch die Nut 63 in zwei relativ zueinander um die Nut 63 verschwenkbare Stücke 61' und 61'' aufgeteilt ist.
Selbstverständlich ist es möglich, in eine starre Leiterplatte mehr als eine Nut 63 einzubringen, die parallel oder schräg zueinander verlaufen können. Auf diese Weise wird die Leiterplatte 60 in mehrere Teile unterteilt, die relativ zueinander in einer zweidimensionalen Ebene (bei parallelen Nuten) bzw. sogar im dreidimensionalen Raum (Nuten schräg bzw. windschief zueinander) verschwenkt werden können. Auf diese Weise lassen sich nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen mit der Leiterplatte 60 erzielen. Ein Beispiel für eine komplexe dreidimensionale Struktur der Leiterplatte 60 ist in 11 dargestellt. Die verschiedenen Biegekanten sind mit Bezugszeichen 64 bezeichnet. Dadurch kann die Leiterplatte 60 optimal in das Innere des Gehäuses 56 des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 eingepasst werden. Entscheidend für die Stabilität der Leiterplatte 60 ist, dass es sich um eine starre, also besonders formstabile, Leiterplatte handelt, die durch besondere Maßnahmen (Einbringen einer Nut 63 in das Substrat 61 der Leiterplatte 60) an bestimmten Punkten bzw. entlang ausgewählter Biegekanten 64 in ihrer Form veränderbar ist.
10 zeigt eine Gasentladungslampe 1 entsprechend der in 1 gezeigten. Dabei ist das kombinierte Zünd-Steuergerät 5 teilweise im Schnitt dargestellt, so dass die biegsame Leiterplatte 60 in dem Gehäuse 56 besser zu erkennen ist. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass durch die an sich starre aber dennoch im Bereich der Nuten 63 biegsame Leiterplatte 60 ein guter Kompromiss gefunden wurde bezüglich der in Kraftfahrzeugen besonders hohen Anforderung an die Stabilität der Leiterplatte 60 einerseits und einer optimalen Ausnutzung des Innenraums des Gehäuses 56 des Zünd-Steuergeräts 5. Dies gilt insbesondere für mehrfach biegbare Leiterplatten 60, insbesondere für im dreidimensionalen Raum verformbare Leiterplatten 60.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte 60 wurde am Beispiel einer Leiterplatte für ein kombiniertes Zünd-Steuergerät 5 einer Gasentladungslampe 1 näher beschrieben. Selbstverständlich kann die biegsame Leiterplatte 60 auch in beliebig anderen Kraftfahrzeugsteuergeräten eingesetzt werden. So ist insbesondere an den Einsatz der erfindungsgemäßen Leiterplatte 60 in einem Steuergerät für Halbleiterlichtquellen (LEDs) von Beleuchtungseinrichtungen gedacht.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinrichtungen 100 mit Gasentladungslampe 106 ist das Zündgerät 109 in einem Abstand zur Rückseite des Reflektors 107 angeordnet. Außerdem erstreckt es sich lediglich über einen Teilbereich der Rückseite des Reflektors 107. Dadurch wird im Inneren des Scheinwerfergehäuses 101 viel Raum verschenkt, der besser anderweitig genutzt werden könnte. Hier bietet die Ausführungsform aus 12 eine gute Lösung. Dort ist ein Ausschnitt einer Beleuchtungseinrichtung in einer Seitenansicht gezeigt. Insbesondere ist ein Teil eines Reflektors 70 dargestellt, an dem die Gasentladungslampe 1 über ihren Sockel 4 befestigt ist. Das Gehäuse 71 des kombinierten Zünd-Steuergeräts 5 ist in besonderer Weise ausgestaltet. Zum einen ist die zum Reflektor 70 gerichtete Seite des Gehäuses 71 derart ausgestaltet, dass sie bei am Reflektor 70 befestigter Gasentladungslampe 1 möglichst vollflächig auf der Rückseite des Reflektors 70 aufliegt. Insbesondere im inneren Bereich um die optische Achse herum ist der Reflektor 70 nahezu rotationssymmetrisch ausgebildet, so dass eine vollflächige Auflage des Gehäuses 71 an der Rückseite des Reflektors 70 möglich ist, wobei aufgrund der Rotationssymmetrie sogar noch ein Wechseln der Lampe 1 durch Drehen der Lampe 1 um ihre Lampenachse und Entnahme der Lampe nach hinten (entgegen der Lichtaustrittsrichtung) möglich ist. Auf diese Weise wird der Platz zwischen Gehäuse 71 des Zünd-Steuergeräts 5 und dem Reflektor 70 optimal genutzt. Um eine zu starke Aufheizung des Gehäuses 71 durch den Reflektor 70, der den von der Gasentladungslampe 1 ausgesandten Wärmestrahlen direkt ausgesetzt ist, zu vermeiden, ist zwischen dem Gehäuse 71 und der Rückseite des Reflektors 70 eine wärmeisolierende Schicht 72 bestehend aus einem thermisch schlecht leitenden Werkstoff, z. B. Keramik oder einem anderen Füllmaterial von Kondensatoren, zur thermischen Isolation des Zünd-Steuergeräts 5 vom heißeren Reflektor 70. Auf diese Weise kann der Raum zwischen Gehäuse 71 des Zünd-Steuergeräts 5 und dem Reflektor 70 optimal genutzt werden, ohne dass es zu Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit der Schaltung aufgrund hoher Temperaturen kommt.
Zur EMV-Abschirmung der vom kombinierten Zünd-Steuergerät 71 und der Gasentladungslampe 1 erzeugten elektromagnetischen Strahlung zur Außenwelt hin kann eine für hochfrequente Signale elektrisch leitfähige kapazitive Kopplung zwischen Zünd-Steuergerät 71 und Reflektor 70 vorgesehen sein. Es handelt sich dabei also um eine hochohmige Verbindung zwischen Zünd-Steuergerät 71 und Reflektor 70. Diese kann bspw. mit einem Material mit hohem ε_r-Wert (relative Permittivität) erzielt werden. Ein solches Material ist bspw. Luft oder das üblicherweise für Kondenstoren verwendete Isolationsmaterial (z. B. PEN (Polyethylennaphthalat) oder Keramik). Dabei werden die Vorderseite des Zünd-Steuergeräts 71 und die Rückseite des Reflektors 70 in geringem Abstand mit großer Überdeckungsfläche angeordnet, wobei zwischen den beiden Flächen das isolierende Material angeordnet wird. Das Temperatur isolierende Material zur thermischen Entkopplung von Zünd-Steuergerät 71 und Reflektor 70 kann gleichzeitig als elektrisches Isolationsmaterial zur kapazitiven Kopplung des Zünd-Steuergeräts 71 und des Reflektors 70 verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt des Gehäuses 71 des Zünd-Steuergeräts der Gasentladungslampe 1 der Beleuchtungseinrichtung aus 12 ist in der zylindersegmentförmig abgerundeten Rückwand des Gehäuses 71 zu sehen. Bei einer vertikalen Verstellung des Lichtmoduls bewegt sich die Rückwand des Gehäuses 71 auf einer Kreisbahn 73. Die Rückwand ist derart abgerundet, dass sie exakt auf bzw. geringfügig innerhalb der Bahn 73 verläuft. Das bedeutet, dass eine Zylinderachse der zylindersegmentförmig abgerundeten Rückwand in etwa horizontal ausgerichtet ist und durch einen Drehpunkt der Verstellbewegung des Lichtmoduls verläuft. Auf diese Weise kann der Raum hinter dem Zünd-Steuergerät der Gasentladungslampe 1, das heißt der Raum zwischen der Rückwand des Gehäuses 71 und der Rückwand des Scheinwerfergehäuses (nicht dargestellt), besonders effizient genutzt werden. Die Rückwand des Scheinwerfergehäuses kann entsprechend der Rückwand des Gehäuses 71 ausgeformt und besonders dicht an die Rückwand des Gehäuses 71 herangeführt werden. Auf diese Weise kann der für den Einbau der Beleuchtungseinrichtung in das Kraftfahrzeug erforderliche Einbauraum besonders klein ausgebildet werden, so dass im Frontbereich des Fahrzeugs zusätzlicher Platz für andere Aggregate und Komponenten geschaffen werden kann.
Die in 12 gezeigte Ausführungsform hat besondere Vorteile bei einer Beleuchtungseinrichtung mit Leuchtweitenregulierung, d. h. bei der das Lichtmodul in vertikaler Richtung verstellbar ist. Wenn zusätzlich noch eine horizontale Verstellung des Lichtmoduls zur Realisierung einer Kurvenlichtfunktion möglich ist, bringt eine kugelsegmentförmig gewölbte Rückwand des Gehäuses 71 des kombinierten Zünd-Steuergeräts besondere Vorteile, wie sie bspw. in 13 gezeigt ist. Die Kreisbahn, auf der sich die Rückwand des Zünd-Steuergeräts 71 bei einer vertikalen Verstellung v des Lichtmoduls bewegt, ist mit dem Bezugszeichen 73 bezeichnet. Eine Kreisbahn, auf der sich die Rückwand des Zünd-Steuergeräts 71 bei einer horizontalen Verstellung h des Lichtmoduls bewegt, ist mit dem Bezugszeichen 74 bezeichnet. Die Drehachsen der vertikalen Verstellung v und der horizontalen Verstellung h schneiden sich vorzugsweise in einem Schnittpunkt, der gleichzeitig Drehpunkt des Lichtmoduls ist. Ein Mittelpunkt des Kugelsegments der Rückwand des Gehäuses 71 des Zünd-Steuergeräts liegt vorzugsweise genau im Schnittpunkt der beiden Drehachsen. Auf diese Weise wird der für das Zünd-Steuergerät im Inneren des Scheinwerfergehäuses erforderliche Raum besonders klein und kann die gesamte Beleuchtungseinrichtung besonders kompakt ausgebildet werden. Dadurch kann der für den Einbau der Beleuchtungseinrichtung in das Kraftfahrzeug erforderliche Einbauraum besonders klein ausgebildet werden, so dass im Frontbereich des Fahrzeugs zusätzlicher Platz für andere Aggregate und Komponenten geschaffen werden kann.
Durch eine besonders durchdachte geometrische Ausgestaltung der Form des Gehäuses 71 des kombinierten Zünd-Steuergeräts kann also der im Inneren des Scheinwerfergehäuses Für das Zünd-Steuergerät zur Verfügung stehend Raum besonders effizient genutzt werden. Die gewölbten Gehäuseformen des Zünd-Steuergeräts der Ausführungsbeispiele gemäß der 11 und 12 kann durch die Verwendung von Leiterplatten gemäß den Ausführungsbeispielen der 8 bis 10 besonders effizient ausgenutzt werden. Die Leiterplatte kann an die Form der Rückwand des Gehäuses 71 angepasst werden.
Ein weiteres Beispiel für eine besonders effiziente Nutzung des im Scheinwerfergehäuse für das kombinierte Zünd-Steuergerät 80 zur Verfügung stehenden Raums ist in 14 dargestellt. Die Gasentladungslampe 1 wird – wie bereits erläutert – über ihren Sockel 4 in einem an der Rückseite des Reflektors 81 ausgebildeten Reflektorhals 82 in einer definierten Position relativ zur Reflexionsfläche an dem Reflektor 81 befestigt. Das führt bei herkömmlichen Beleuchtungseinrichtungen (vgl. 2) zu einem relativ großen ungenutzten Raum zwischen der Vorderwand des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts 80 und der Rückwand des Reflektors 81. Dieser Raum kann durch die in 14 dargestellte Ausführungsform dadurch genutzt werden, dass das Gehäuse des Zünd-Steuergeräts 80 im Bereich der Vorderwand zumindest teilweise um den Reflektorhals 82 herum nach vorne in Richtung Reflektor 81 verlängert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorderwand des Zünd-Steuergeräts 80 unterhalb des Reflektorhalses 82 in Richtung des Reflektors 81 verschoben, so dass das Gehäuse des Zünd-Steuergeräts 80 unterhalb des Reflektorhalses 82 einen zusätzlichen Raum 83 aufweist, der zur Anordnung von Leiterplatten und/oder elektrischer Bauelemente des Zünd-Steuergeräts 80 genutzt werden kann. Auf diese Weise steht im Inneren des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts 80 mehr Raum für die Elektronik zur Verfügung ohne dass sich die Abmessungen des Lichtmoduls 84 vergrößern. Es wird lediglich der im Lichtmodul 84 zur Verfügung stehende Bauraum besonders effizient genutzt.
Vorzugsweise ist mindestens eine zur Rückseite des Reflektors 81 gerichtete Wand des zusätzlich geschaffenen Raums 83 des Zünd-Steuergeräts 80 zumindest näherungsweise an die Form der Rückwand angepasst. Dies gilt insbesondere für die in Lichtaustrittsrichtung 85 vordere Wand 86 des Raums 83 und die zum Reflektorhals 82 gerichtete Wand, in dem Ausführungsbeispiel die obere Wand 87, des Raums 83. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindung zwischen der vorderen Wand 86 und der oberen Wand 87 schräg ausgebildet, wobei der Winkel der Schräge in etwa dem Verlauf der Rückwand des Reflektors 81 an dem entsprechenden Bereich entspricht. Selbstverständlich ist es denkbar, die Verbindungswand zwischen der vorderen Wand 86 und der oberen Wand 87 nicht gerade oder eben, sondern gewölbt auszubilden, so dass sie äquidistant zur Rückwand des Reflektors 81 verläuft.
Selbstverständlich kann diese Ausführungsform mit einer der vorangegangenen Ausführungsformen kombiniert werden, insbesondere mit der gewölbten Rückwand des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts gemäß der in den 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorderwand des kombinierten Zünd-Steuergeräts vollflächig auf der Rückwand des Reflektors aufliegt. Kritisch ist dabei die Wärmeübertragung vom Reflektor auf das Gehäuse des Zünd-Steuergeräts und die damit verbundenen hohen Betriebstemperaturen in dem Zünd-Steuergerät. Aus diesem Grund ist in dem Ausführungsbeispiel aus 12 an der Berührungsfläche zwischen der Vorderwand des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts und der Rückwand des Reflektors eine wärmeisolierende Schicht vorgesehen.
Um die Kühlung kritischer Bauteile des Lichtmoduls, insbesondere des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts zu verbessern, können gezielt Temperaturgradienten zur Erzielung einer kühlenden Luftströmung entlang des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts ausgenutzt werden. In diesem Zusammenhang kann die Topologie von Bauteilen des Lichtmoduls gezielt in der Weise ausgebildet werden, dass der Kühlluftstrom nicht behindert wird. Dies sind Topologien mit geringem Luftwiderstand und wenig Luftverwirbelungen. Nach Möglichkeit soll der Luftstrom sogar gefördert werden, indem in einem bestimmten Bereich mehr Luft pro Zeiteinheit strömt und/oder der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms beschleunigt wird.
In 15 ist eine Rückseite eines Reflektors 90 dargestellt. Der Reflektor 90 weist eine zentrale Öffnung 91 auf, durch die der Glaskolben der Gasentladungslampe in das Reflektorinnere eingeführt wird. Die Öffnung 91 ist durch einen von der Rückseite des Reflektors 90 nach hinten hervorstehenden Reflektorhals 92 umgeben. Dieser dient zur Aufnahme und Befestigung des Lampensockels der Gasentladungslampe. Außerdem verfügt der Reflektor 90 an seinem vorderen Rand über Befestigungselemente in Form von Öffnungen 93 zur Befestigung eines Trägers für eine Projektionslinse (nicht dargestellt) des Lichtmoduls, so dass diese in Lichtaustrittsrichtung betrachtet nach dem Reflektor 90 angeordnet ist.
Ein Teilbereich der Rückseite des Reflektors 90 weist Luft leitende Mittel 94 auf, die bspw. als mehrere nebeneinander angeordnete von der Rückwand des Reflektors 90 hervorstehende Rippen und/oder in die Rückwand eingelassene Vertiefungen ausgebildet sein können. Der Bereich mit den Luft leitenden Mitteln 94 entspricht dem Bereich, auf dem bei montierter Gasentladungslampe die Vorderseite des Gehäuses des Zünd-Steuergeräts aufliegt (vgl. 12). Durch die Luft leitenden Mittel 94 bilden sich also Luftkanäle zwischen der Rückseite des Reflektors 90 und der Vorderseite des aufliegenden Zünd-Steuergeräts. Über diese Kanäle kann Kühlluft strömen und transportiert Wärme vom Reflektor 90 bzw. von dem Gehäuse des Zünd-Steuergeräts ab.
Selbstverständlich müssen die Luft leitenden Mittel 94 nicht unbedingt auf der Rückseite des Reflektors 90 ausgebildet werden. 16 zeigt eine Gasentladungslampe 96 in einer Ansicht von vorne, d. h. entgegen der Lichtaustrittsrichtung. Die Lampe 96 umfasst einen mit Edelgas gefüllten Glaskolben 97 und einen Lampensockel 98. Die in 16 sichtbare Vorderseite des kombinierten Zünd-Steuergeräts 95 ist so ausgebildet, dass sie bei am Reflektor montierter Lampe 96 auf der Rückseite des Reflektors möglichst vollflächig aufliegt oder sich in einem geringen Abstand zu dieser erstreckt. Alternativ oder zusätzlich zu den Luft leitenden Mitteln 94 auf der Rückseite des Reflektors 90 sind Luft leitende Mittel 99 auf der Vorderseite des Gehäuses 95 des Zünd-Steuergeräts angeordnet sind. Diese sind bspw. als mehrere nebeneinander angeordnete von der Vorderseite des Gehäuses 95 hervorstehende Rippen und/oder in die Vorderseite eingelassene Vertiefungen ausgebildet.
Des weiteren wäre es denkbar zusätzlich oder alternativ zu den Luft leitenden Mitteln 94 und 99 in einer Temperatur isolierenden Schicht (z. B. die Schicht 72 in 12) zwischen der Vorderseite des Gehäuses 95 und der Rückwand des Reflektors 90 Luft leitende Mittel vorzusehen. Diese können bspw. als mehrere nebeneinander angeordnete von der Vorderseite des Gehäuses 95 hervorstehende Rippen und/oder in die Vorderseite eingelassene Vertiefungen ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform wäre es denkbar, dass die Vorderseite des Gehäuses 95 und/oder die Rückwand des Reflektors 90 glatt, d. h. ohne die Luft leitenden Mittel 94 und 99, ausgebildet sind. In diesem Fall könnten die Luft leitenden Mittel allein in der Temperatur isolierenden Schicht ausgebildet sein. Eine glatte Ausgestaltung der Rückwand des Reflektors 90 hätte den Vorteil, dass Standard-Reflektoren verwendet werden könnten.
Die Form der Luftkanäle kann auch so gewählt werden, dass sich der Querschnitt der Kanäle in Strömungsrichtung verringert. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht und es kann mehr Wärme abtransportiert werden. Eine entsprechende Ausgestaltung der Rippen bzw. Vertiefungen ist ohne weiteres möglich.
Selbstverständlich ist eine beliebige Kombination der genannten Ausführungsbeispiele möglich. Ziel ist es dabei immer eine praxisgerechte Integration der Steuergerätefunktionalität in das Zündgerät einer Gasentladungslampe zu erzielen. Berücksichtigt wird dabei insbesondere die Platz- und die Temperaturproblematik. Diese stehen jedoch in einer Wechselwirkung zueinander, d. h. bei zunehmend kompakterer Ausgestaltung des Zünd-Steuergeräts 5; 80 nimmt die Temperaturproblematik zu.

Claims

Leiterplatte (60) mit einer isolierenden Trägerschicht (61) und einer darauf aufgebrachten Schicht (62) aus leitfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stelle der Leiterplatte (60) auf einer der Schicht (62) aus leitfähigem Material gegenüberliegenden Seite der Trägerschicht (61) zur Bildung einer geraden Nut (63), die sich von einer Seite der Leiterplatte (60) zu einer anderen Seite der Leiterplatte (60) erstreckt, Material der Trägerschicht (61) abgetragen ist, so dass die Leiterplatte (60) entlang der Nut (63) biegbar ist, wobei das im Bereich der Nut (63) verbliebene Material der Trägerschicht (61) und/oder die Schicht (62) aus leitfähigem Material im Bereich der Nut (63) eine Biegekante (64) bildet.
Leiterplatte (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Trägerschicht (61) mehrere Nuten (63) eingebracht sind, wobei mindestens zwei der Nuten (63) parallel zueinander verlaufen.
Leiterplatte (60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Trägerschicht (61) mehrere Nuten (63) eingebracht sind, wobei mindestens zwei der Nuten (63) schräg zueinander verlaufen.
Leiterplatte (63) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Trägermaterial (61) starr ist.
Leiterplatte (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Trägermaterial (61) aus Keramik, Phenolharz, Epoxidharz, Papier und/oder Glasfasergewebe besteht.
Leiterplatte (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (62) aus leitfähigem Material aus Kupfer, Nickel, Gold und/oder Zinn besteht.
Leiterplatte (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nut (63) durch Fräsen in das Trägermaterial (61) eingebracht ist.
Leiterplatte (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (60) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugsteuergerät ausgebildet ist.
Leiterplatte (60) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (60) zur Verwendung in einem Steuergerät für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ausgebildet ist.
Leiterplatte (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (60) zur Verwendung in einem Steuergerät und/oder in einem Zündgerät oder in einem kombinierten Zünd-Steuergerät (5; 80) für eine Gasentladungslampe (1; 96) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgebildet ist.
Leiterplatte (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (60) zur Verwendung in einem Steuergerät für Halbleiterlichtquellen einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ausgebildet ist.
Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Strahlungsquelle zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere in Form von für das menschliche Auge sichtbarem Licht, mit einem Reflektor (70; 81) zum Bündeln der von der Strahlungsquelle ausgesandten Strahlung, und mit einem Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln mindestens einer Funktion der Beleuchtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Leiterplatte (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Gasentladungslampe (1; 96) mit einem in die Lampe (1; 96) integrierten kombinierten Zünd-Steuergerät (5; 80) zur Realisierung der Zündgeräte- und der Steuergerätefunktionalität ist, und die Leiterplatte (60) in einem Gehäuse (56; 95) des Zünd-Steuergeräts (5; 80) angeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle umfasst und die Leiterplatte (60) in einem Gehäuse eines Steuergeräts für die mindestens eine Halbleiterlichtquelle angeordnet ist.