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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einer Leuchteinheit enthaltend eine Lichtquelle und ein derselben zugeordnetes Lichtleitelement, wobei das Lichtleitelement eine Lichteinkoppelfläche auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite zur Einkopplung eines von der Lichtquelle abgesandten Lichtbündels, eine Umlenkfläche zur Umlenkung des eingekoppelten Lichtbündels um eine vorgegebenen Umlenkwinkel und eine Lichtauskoppelfläche zur Auskopplung des an der Umlenkfläche umgelenkten Lichtbündels in Hauptabstrahlrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung.
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In neuerer Zeit werden in für Fahrzeuge vorgesehenen Beleuchtungsvorrichtungen zunehmend LED-Lichtquellen eingesetzt zur Erzeugung von Signallichtfunktionen, wie beispielsweise Tagfahrlicht- oder Blinklichtfunktionen. Zum einen sind direkt abbildende Beleuchtungsvorrichtungen bekannt, die eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneter Leuchteinheiten aufweisen mit einem LED-Leuchtelement, einem Reflektor und einer Linse, die jeweils koaxial zueinander angeordnet sind. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung mit direkter Abbildung ist, dass sie anfällig für Lagetoleranzen ist. Darüber hinaus müssen die LED-Leuchtelemente auf mehreren Trägerplatten bzw. einer flexiblen Trägerplatte angeordnet sein, damit die Leuchteinheiten in einem dreidimensionalen Raum verteilt sein können. Hierdurch ist die bekannte Beleuchtungsvorrichtung relativ teuer.
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Aus der
DE 103 14 256 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der eine Leuchteinheit lediglich eine Lichtquelle und ein derselben zugeordnetes Lichtleitelement aufweist. Das Lichtleitelement ist spitz zulaufend angeordnet und weist auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche, eine Umlenkfläche zur Umlenkung des eingekoppelten Lichtbündels um einen vorgegebenen Umlenkwinkels sowie auf einer zu derselben gegenüberliegenden Seite eine Lichtauskoppelfläche zur Auskopplung des eingekoppelten Lichtbündels auf. Das an der Lichteinkoppelfläche eingekoppelte Licht breitet sich sternförmig innerhalb des Lichtleitelementes aus und wird ein- oder mehrmalig an der Umlenkfläche reflektiert, bis es an der Lichtauskoppelfläche austritt. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass die Lichtleitelemente nur in der Lage sind, das Lichtbündel in einer fest vorgegebenen Höhe abzustrahlen. Soll das Licht der Leuchteinheiten in unterschiedlichen Höhen abgestrahlt werden, müssen die den Lichtleitelementen zugeordneten Lichtquellen in unterschiedlichen Höhen positioniert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Leuchteinheiten, bei denen das Licht aus einer optischen Achse der Lichtquelle heraus in Richtung einer in einem Winkel zur optischen Achse verlaufenden Hauptabstrahlrichtung umgelenkt wird, derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise die lichttechnische Wirksamkeit der Leuchteinheiten einerseits und kostengünstig die dreidimensionale Anordnung der Leuchteinheiten andererseits gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche des Lichtleitelementes und eine sich an die Lichteinkoppelfläche anschließende Seitenfläche derart ausgebildet sind, dass das eingekoppelte Lichtbündel parallel gerichtet wird zu einem Parallel-Lichtbündel, das auf die Umlenkfläche trifft.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Lichtführung eines von einer Lichtquelle abgestrahlten Lichtbündels lediglich ein einziges Lichtleitelement vorgesehen ist, das mittels einer Umlenkfläche das gesamte eingekoppelte Lichtbündel in Richtung einer vorgegebenen Hauptabstrahlrichtung umlenkt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass eine Lichteinkoppelfläche des Lichtleitelementes sowie eine sich an die Lichteinkoppelfläche anschließende Seitenfläche derart ausgebildet sind, dass das eingekoppelte Lichtbündel parallel gerichtet wird und somit als Parallel-Lichtbündel auf die Umlenkfläche trifft. Das eingekoppelte Lichtbündel kann somit gezielt zu der Umlenkfläche geführt werden, an der es entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung zu der Lichtauskoppelfläche umgelenkt wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt sich an die Seitenfläche des Lichtleitelementes ein Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitt an, der von Leuchteinheit zu Leuchteinheit eine unterschiedliche Länge aufweisen kann. Vorteilhaft können hierdurch Lichtbündel in unterschiedlichen Höhen abgestrahlt werden, obwohl sich die Lichtquellen in einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Eine dreidimensionale Anordnung von Lichtauskoppelflächen mehrerer Leuchteinheiten ist somit kostengünstig und bei hoher lichttechnischer Wirksamkeit gewährleistet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Seitenfläche und die Lichteinkoppelfläche derart ausgebildet, dass das Parallel-Lichtbündel senkrecht zu einer die Lichtquelle tragenden Trägerplatte und/oder senkrecht zu einer optischen Achse der Lichtquelle verläuft. In einem ersten Abschnitt des Lichtleitelementes erfolgt somit eine Parallelisierung des eingekoppelten Lichtstrahlbündels. In einem hierzu in Lichtführungsrichtung vorderen Abschnitt ist die Umlenkfläche angeordnet, die zu einer gezielten Richtungsumlenkung dient. In einem zu der Umlenkfläche in Lichtführungsrichtung vorderen weiteren dritten und letzten Abschnitt befindet sich die Lichtauskoppelfläche, die vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass das Licht entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung abgestrahlt wird. In Lichtführungsrichtung weist das Lichtleitelement somit drei benachbart zueinander angeordnete Abschnitte auf.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsfläche zylinderförmig und/oder koaxial zu der Lichtquelle ausgebildet bzw. angeordnet. Die Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsfläche ist in einem Bereich zwischen der Lichteinkopplung und der Umlenkfläche angeordnet. Die Länge der Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsfläche legt die Höhe bzw. das Niveau der Lichtauskopplung fest relativ zur Höhe der Lichteinkopplung. Dadurch, dass die Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsfläche einen Abschnitt des Lichtleitelementes umfasst, in dem das eingekoppelte Lichtbündel parallel geführt ist, kann eine Variierung der Lichtaustrittskopplung erfolgen, ohne dass Verluste bei der Lichtführung eintreten.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Umlenkfläche eben und in einer Winkelhalbierenden zu der optischen Achse der Lichtquelle angeordnet. Sie ermöglicht ein gezieltes Umlenken des eingekoppelten Lichtbündels in Richtung der Lichtauskoppelfläche, die vorzugsweise mit Optikelementen (Facetten) ausgebildet ist, damit das Licht entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung abstrahlbar ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beleuchtungsvorrichtung eine Mehrzahl von Leuchteinheiten auf, die bogenförmig und/oder geradlinig in einer Reihe angeordnet sind, so dass eine Positionslichtfunktion oder eine Tagfahrlichtfunktion realisierbar ist. Vorteilhaft kann die reihenförmige Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung der Kontur eines Scheinwerfergehäuses folgen, das sich beispielsweise windschief in einem dreidimensionalen Raum erstreckt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Leuchteinheiten 1, 1', 1'' an einer im Lichteinkoppelbereich angeordneten Mantelfläche des Lichtleitelementes Befestigungselemente auf. Vorteilhaft befinden sich die Befestigungselemente im Schatten des Strahlengangs, so dass keine Beeinträchtigung des optischen Wirkungsgrades eintreten kann.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Vorderansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von unterschiedlich lang ausgebildeten Lichtleitelementen,
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2 einen Vertikalschnitt durch eine Leuchteinheit mit einem eingezeichneten eingekoppelten Lichtstrahlbündel der Beleuchtungsvorrichtung,
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3 eine Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung,
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4 ein weiterer Vertikalschnitt durch das Lichtleitelement mit einem eingezeichneten ausgekoppelten Lichstrahlbündel und
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5 ein Horizontalschnitt durch das Lichtleitelement mit eingezeichnetem ausgekoppeltem Lichtbündel.
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Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Leuchteinheiten 1, 1', 1'' auf, die in einer bogenförmigen und/oder geradlinigen Reihe in einem dreidimensionalen Raum angeordnet sind zur Erzeugung einer Tagfahrlichtfunktion, Positionslichtfunktion oder Blinklichtfunktion. Beispielsweise kann die Beleuchtungsvorrichtung an einer Randkontur eines Scheinwerfergehäuses oder an einem Leuchtengehäuse im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Die Leuchteinheiten 1, 1', 1'' weisen jeweils als Lichtquelle ein LED-Leuchtelement 2 sowie ein Lichtleitelement 3, 3', 3'' auf.
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Die LED-Leuchtelemente 2 der Leuchteinheiten 1, 1', 1'' sind jeweils auf einer gemeinsamen starren Trägerplatte 4 (Leiterplatte) angeordnet, die sich vorzugsweise in horizontaler Richtung erstreckt. Benachbart zu den reihenförmig angeordneten Leuchteinheiten 1, 1', 1'' kann beispielsweise ein Scheinwerfer angeordnet sein, der – wie die Leuchteinheiten 1, 1', 1'' – durch eine gemeinsame glasklare Abschlussscheibe abgedeckt ist.
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Die Lichtleitelemente 3, 3' 3'' weisen jeweils auf einer dem LED-Leuchtelement 2 zugewandten Seite Lichteinkoppelfläche 5 auf, an der das von dem LED-Leuchtelement 2 abgestrahlte Lichtbündel in das Lichtleitelement 3, 3', 3'' eingekoppelt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Lichteinkoppelfläche 5 als eine kreisförmige Vertiefung 6 ausgebildet, die eine konvexförmige Bodenfläche 7 und eine parallel zu einer optischen Achse A verlaufende Ringfläche 8 aufweist. Die Lichteinkoppelfläche 5 ist rotationssymmetrisch ausgebildet bzw. zur optischen Achse A des Lichtleitelementes 3, 3' bzw. 3'' ausgerichtet.
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An die Lichteinkoppelfläche 5 schließt sich in Lichtführungsrichtung eine rotationssymmetrische Seitenfläche 9 an, die sich in Lichtführungsrichtung verbreitert. Die Seitenfläche 9 kann paraboloidförmig ausgebildet sein. Die Seitenfläche 9 ist derart ausgebildet, dass das eingekoppelte Lichtbündel parallel gerichtet wird und im weiteren Verlauf innerhalb des Lichtleitelementes 3, 3', 3'' als Parallel-Lichtbündel P auf eine Umlenkfläche 10 trifft, an das Parallel-Lichtbündel P in Richtung einer Lichtauskoppelfläche 11 des Lichtleitelementes 3, 3', 3'' umgelenkt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Umlenkfläche 10 eben ausgebildet und in einem Winkel α von maximal 50° zu der optischen Achse A bzw. zu dem Parallel-Lichtbündel P angeordnet.
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Nach einer alternativen Ausführungsform kann die Umlenkfläche auch als eine Freiformfläche ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise Prismenelemente aufweisen zur Umlenkung des Parallel-Lichtbündels P oder mit einer Verspiegelung versehen sein.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, wird das Parallel-Lichtbündel P entsprechend der relativen Orientierung der Umlenkfläche 10 zu dem LED-Leuchtelement 2 umgelenkt und trifft im Wesentlichen senkrecht auf die Lichtauskoppelfläche 11. Die Lichtauskoppelfläche 11 weist Optikelemente 12, beispielsweise Streifenoptikelemente, auf, mittels derer das Parallel-Lichtbündel P entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung (Tagfahrlicht, Positionslicht, Blinklicht) gebrochen wird. Alternativ können die Optikelemente 12 auch als Kissen-Optikelemente ausgebildet sein.
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Die Lichtleitelemente 3, 3', 3'' unterscheiden sich im Wesentlichen durch unterschiedlich ausgebildete Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte 13, 13', 13''. Die Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte 13, 13', 13'' verbinden die Seitenfläche 9 mit der Umlenkfläche 10 bzw. eines Ansatzes der Lichtauskoppelfläche 11 miteinander. Die Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte 13, 13', 13'' sind gebildet durch zylinderförmig Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsflächen, die sich koaxial zu dem jeweiligen LED-Leuchtelement 2 erstrecken.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist ein Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitt 13 der ersten Leuchteinheit 1 eine Länge l1 auf, so dass die erste Leuchteinheit 1 eine Höhe h1 aufweist. Der Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitt 13' des zweiten Lichtleitelementes 3' weist eine Länge l2 auf, die größer ist als die Länge l1 des Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitts 13 des ersten Lichtleitelementes 3. Folglich weist die zweite Leuchteinheit 1' – da die weiteren Bauteile der jeweiligen Lichtleitelemente 3, 3', 3'' im Wesentlichen gleich ausgebildet sind – eine größere Höhe h2 auf als die erste Leuchteinheit 1.
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Ein Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitt 13'' des dritten Lichtleitelementes 3'' weist eine Länge l3 auf, die größer ist als die Länge l1, l2 des ersten und zweiten Lichtleitelementes 3, 3', so dass die dritte Leuchteinheit 1'' eine Höhe h3 aufweist, die größer ist als die Höhen h1, h2 der ersten und zweiten Leuchteinheit 1, 1'. Wie aus 5 ersichtlich ist weisen die Leuchteinheiten 1, 1', 1'' die gleiche Tiefe t auf.
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Vorteilhaft ermöglichen die unterschiedlich lang ausgebildeten Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte 13, 13', 13'' bzw. Lichtleitelemente 3, 3', 3'' die Anordnung der Lichtauskoppelflächen 11 benachbarter Leuchteinheiten 1, 1', 1'' in unterschiedlichen Höhen (also in einer Höhendifferenz benachbarter Leuchteinheiten zueinander), obwohl die entsprechenden LED-Leuchtelemente 2 in einer gemeinsamen Höhe vorzugsweise auf einer gemeinsamen starren Leiterplatte angeordnet sind. Die Flächen der Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte 13, 13', 13'' sind koaxial und zylinderförmig ausgebildet.
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Dadurch, dass ein paralleles Lichtbündel P auf die Umlenkfläche 10 trifft, werden die Lichtstrahlen vorzugsweise lediglich einmalig von der Umlenkfläche 10 totalreflektiert, um danach an der Lichtauskoppelfläche 11 aus dem Lichtleitelement 3, 3', 3'' auszutreten. Alternativ können die Lichtstrahlen auch mehrfach an der Umlenkfläche 10 totalreflektiert werden.
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Das Lichtleitelement 3, 3', 3'' ist einstückig durch Spritzgießen hergestellt. Es besteht aus einem glasklaren Kunststoffmaterial.
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Die Lichtleitelemente 3, 3', 3'' der Leuchteinheiten 1, 1', 1'' weisen in einem Lichteinkoppelbereich vorzugsweise Befestigungselemente 15 auf, mittels derer eine Befestigung an der Trägerplatte 4 erfolgen kann. Beispielsweise können die Befestigungselemente 15 als Befestigungsdome ausgebildet sein, die von einer der Leiterplatte 4 zugewandten Mantelfläche, die die Vertiefung 6 aufweist, abragt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''
- Leuchteinheit
- 2
- LED-Leuchtelement
- 3, 3', 3''
- Lichtleitelement
- 4
- Trägerplatte
- 5
- Lichteinkoppelfläche
- 6
- Vertiefung
- 7
- Bodenfläche
- 8
- Ringfläche
- 9
- Seitenfläche
- 10
- Umlenkfläche
- 11
- Lichtauskoppelfläche
- 12
- Optikelemente
- 13
- Lichtaustrittshöhe-Bestimmungsabschnitte
- 15
- Befestigungselemente
- A
- optische Achse
- α
- Winkel
- P
- Parallel-Lichtbündel
- h1, h2, h3
- Höhe
- l1, l2, l3
- Länge
- t
- Tiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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