DE102011055234A1

DE102011055234A1 - Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Unterstützung der natürlichen Luftzirkulation in einem Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE102011055234A1
Application number: DE102011055234A
Authority: DE
Inventors: Muhammed Aqil Hamid; Steven M. Barman; Brett Deboodt; Gordon E. Syerson
Original assignee: Lear Corp EEDS and Interiors; United Technologies Automotive Holdings Inc
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-06-06
Also published as: US20120140500A1; RU2575968C2; CN202494004U; RU2011149126A; US8408767B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Automobilbeleuchtungssystem mit einem am Fahrzeug befestigbaren Gehäuse 10, 10' mit einer allgemein nach außen weisenden Rückplatte 13 und mindestens einem Sockel 11, 12 für eine Glühlampe, wobei eine transparente Linsenabdeckung 40 am Gehäuse 10, 10' befestigt ist und eine Innenkammer zwischen Linsenabdeckung 40 und Gehäuse 10, 10' bildet, wobei eine Treppenzirkulationseinrichtung 15, 30 auf dem Gehäuse 10, 10' mehrere Stufen 21 und Setzstufen 22 aufweist, die sich von der Rückplatte 13 in Richtung der Linsenabdeckung 40 entlang eines vom Sockel beabstandeten Weges erheben, der generell entlang eines natürlichen Luftkonvektionsflusses in der Kammer verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Beleuchtungssysteme für Kraftfahrzeuge und Verfahren zur Unterstützung der natürlichen Luftzirkulation in einem Beleuchtungssystem, insbesondere Frontlichtanordnungen für Motorfahrzeuge und auf Gehäusestrukturen, die passiv die Luftzirkulation erhöhen.
Frontlichtanordnungen für Kraftfahrzeuge weisen typischerweise ein Gehäuse und eine Linsenabdeckung auf, wodurch eine Kammer mit einer Lichtquelle, wie einer Glühbirne, einer Licht emittierenden Diode (LED); einer Entladungslampe (HID), oder einer Projektionslampe, die mit einer Energiequelle elektrisch verbunden ist, gebildet wird. Die Kammer kann auch einen die Lichtquelle umgebenden Reflektor aufweisen oder das Gehäuse selbst reflektierend ausgebildet sein.
Während des Betriebs der Lichtquelle (d. h. während Beleuchtung durch die Energiequelle), wird Wärme in der Kammer generiert, die abgeführt werden muss. Bei einigen Ausführungen ist die Kammer hermetisch versiegelt, während bei anderen Ausführungen ein Auslass im Gehäuse vorgesehen ist. Wenn ein Auslass eingesetzt wird, wird üblicherweise eine Membran oder Filter benötigt, um Verunreinigungen zu entfernen und den Eintritt von Feuchtigkeit in die Kammer, was zur Kältekondensation führen könnte, zu verringern. Thermische Steuerung und Kondensationssteuerung sind wichtige Auslegungs-Aspekte für versiegelte und belüftete Lampen.
Es ist erwünscht, die Lichtquellen während des Gebrauchs zu kühlen und eine relativ konstante Temperaturverteilung innerhalb der Kammer aufrechtzuerhalten – dies hängt vom Wasserdampfpartialdruck der im Beleuchtungssystem anwesenden Luft ab.
Wenn die Luft erwärmt wird, steigt der Wasserdampfpartialdruck. Wenn der unter hohem Druck befindliche Wasserdampf eine kalte Region erreicht, expandiert er und Kondensation tritt auf. Um kalte oder heiße Stellen in der Kammer zu vermeiden, wurden Scheinwerferanordnungen manchmal mit Ventilatoren versehen, um die Luft in der Kammer umzuwälzen oder einer Passage, die von der Kammer durch eine Wand getrennt ist. Der Ventilator führt zu zusätzlichen Kosten und Störungsanfälligkeit des Frontlichtsystems. Ohne Ventilator fand Luftbewegung in konventionellen Frontlichtanordnungen nur aufgrund von Dichtedifferenzen zwischen heißer und kalter Luft statt. Unzureichende Mischung in konventionellen Anordnungen kann Kondensation fördern und effiziente Wärmeabfuhr vom Frontscheinwerfer verhindern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Beleuchtungssystem für ein Automobil geschaffen, welches ein Gehäuse, das zur Befestigung am Fahrzeug eingerichtet ist und eine allgemein nach außen weisende Rückplatte und mindestens einen Sockel für eine Glühlampenquelle besitzt, aufweist. Dabei ist eine transparente Linsenabdeckung am Gehäuse befestigt und bildet eine Innenkammer zwischen der Linsenabdeckung und dem Gehäuse. Eine Treppenzirkulationseinrichtung auf dem Gehäuse weist mehrere Stufen und Setzstufen auf, die sich von der Rückenplatte in Richtung eines Weges, der vom Sockel beabstandet ist, erstreckt, wobei sich der Weg allgemein entlang eines natürlichen Luft-Konvektionsflusses innerhalb der Kammer erstreckt.
Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis näher anhand der Zeichnung sowie von Ausführungsbeispielen erläutert, auf welche sie aber keinesfalls eingeschränkt ist. Darin zeigt:
1 eine Frontansicht eines Gehäuses;
2 eine perspektivische Ansicht der Treppenzirkulationseinrichtung der 1 in detaillierterer Form;
3 eine Auftragung der Luftzirkulation;
4 eine Frontansicht eines Gehäuseteils mit einer alternativen Ausführungsform der Treppenzirkulationseinrichtung;
5 eine perspektivische Ansicht der Treppenzirkulationseinrichtung der 4;
6 eine perspektivische Ansicht der Treppenzirkulationseinrichtung der 4, als vom Gehäuse getrenntes Element;
7 eine perspektivische Seitenansicht des Gehäuses; und
8 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der 7 mit Linsenabdeckung;
In 1 besitzt ein Gehäuse 10 für einen Automobilfrontscheinwerferanordnung einen Lampensockel 11 und einen Lampensockel 12, die in einer allgemein nach außen weisenden Rückplatte 13 ausgebildet sind. Eine Nut 14 um die Peripherie des Gehäuses 10 ist für die Montage einer (nicht gezeigten) Linsenabdeckung durch Kleben oder andere Befestigungsmittel ausgelegt. Von der Rückplatte 13 erstreckt sich eine Treppenzirkulationseinrichtung 15 nach außen, die detaillierter weiter unten beschrieben ist.
Gehäuse 10 kann an der Fahrzeugkarosserie durch Klammern 16 befestigt werden. Eine Kappe 17 wird als Befestigungspunkt für eine Hauptlichtquelle und/oder Reflektor vorgesehen. Lampensockel 11 und 12 können mit Signal- oder Zusatzleuchten versehen werden. Ein Sockel 18 ist im Gehäuse 10 vorgesehen, um einen Frontscheinwerfer-Einstellmechanismus aufzunehmen, nämlich für die Steuerung der Richtung des Frontscheinwerferstrahls. Schwenkanschläge 19 arbeiten mit den bekannten Einstellern zusammen.
Eine Entlüftungsöffnung 20 wird im Gehäuse 10 vorgesehen, um einen Druckausgleich während der Temperaturzyklen der Frontscheinwerferanordnung zu schaffen, der aus der durch die verschiedenen Lichtquellen, die in der Scheinwerferanordnung betrieben werden, generierten Wärme resultiert.
Treppenzirkulationseinrichtung 15 ist in 2 detaillierter dargestellt. Mehrere Stufen 21 werden alternierend durch Setzstufen 22 zwischen einem ersten Ende 23 und einem zweiten Ende 24 verbunden. In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umgibt das Gehäuse 10 die Front des Fahrzeugs bis zur Seite des Fahrzeugs, so dass die Lampensockel 11 und 12 in verschiedene Richtungen weisen. Treppenzirkulationseinrichtung 15 kann allgemein der gebogenen Kontur folgen oder sich von der Rückplatte 13 hinweg erstrecken.
Wie in 3 dargestellt, ändert die Treppenzirkulationseinrichtung die Dynamik des Luftflusses und ermöglicht es einem Designer, die Luftkonvektion so zu manipulieren, dass die Temperaturen über die Frontscheinwerfersysteme besser ausgeglichen werden.
Die Pfeile 25 repräsentieren Luftflussvektoren an verschiedenen Stellen in der Frontscheinwerferkammer zwischen Gehäuse und Linsenabdeckung. Aufgrund der Anwesenheit der Treppenzirkulationseinrichtung 15 muß der Luftfluss durch die natürliche Konvektion über die Stufen 21 und Setzstufen 22 erfolgen. Während er über die Treppenoberflächen 21 fliesst, bewegt sich der Luftfluss mit relativ größerer Geschwindigkeit. Der Luftstrom mit höherer Geschwindigkeit erniedrigt den Druck an den Treppenzirkulationseinrichtungsoberflächen und der niedrigere Druck zieht Umgebungsluft in Richtung der Treppenzirkulationseinrichtung. Durch geeignete Anordnung der Treppenzirkulationseinrichtung wird die Luftstromform so manipuliert, dass sowohl Luftstrom als auch Temperaturfluss in einer erwünschten Richtung oder zu einem erwünschten Ort erfolgen, um Ungleichgewichte in der natürlichen Konvektion in der Kammer zu vermeiden.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der das Gehäuse 10' eine Treppenzirkulationseinrichtung 30 umfasst. Anstelle eines im wesentlichen geraden Weges, wie in 1 und 2 gezeigt, folgt die Treppenzirkulationseinrichtung 30 einem Weg, der mit einem im wesentlichen konstanten Kurvenradius gebogen ist. Wie in den perspektivischen Ansichten der 5 und 6 gezeigt, hat die gebogene Treppenzirkulationseinrichtung 30 erste und zweite Enden 32 und 33, deren Enden gegeneinander angeordnet sind und einen höchsten Punkt 31 teilen. Jeder Abschnitt kann einem anderen Bereich des Luftflusses innerhalb der Kammer entsprechen.
Wie in 7 gezeigt, hat das Gehäuse 10 einen Frontabschnitt 36, der in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist und verläuft zu einem Seitenabschnitt 35.
Sockel 11 und 12 können Signalgeberleuchten aufweisen, die in unterschiedliche Richtungen zeigen. Hier bildet die Rückenplatte die Basis der Innenkammer des Frontscheinwerfers und kann flach oder gebogen sein.
Das Gehäuse 10 ist bevorzugt aus geformtem thermoplastischen Kunststoff gebildet, wobei die Treppenzirkulationseinrichtung integral mit der Rückplatte ausgeformt ist.
Alternativ kann die Treppenzirkulationseinrichtung als separate Komponente gebildet sein, die an der Rückenplatte, wie in 6 gezeigt, befestigt ist.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine am Gehäuse 10 befestigte transparente Linsenabdeckung 40 zeigt. Kammer 41 wird zwischen der transparenten Linsenabdeckung 40 und der Rückplatte 13 gebildet. Die Treppenzirkulationseinrichtung 30 erhebt sich von der Rückenplatte 13 in Richtung der Linsenabdeckung 40 entlang eines Weges, der von den Lampensockeln, wie 11 und 17, beabstandet ist. Anschläge 42 auf der Linsenabdeckung 40 sind Halter, um diese an einem Armaturenbrett zu befestigen.
Die Erfindung kann eine oder mehrere einzelne Treppenzirkulationseinrichtungen aufweisen, die auf dem Frontlampengehäuse gebildet sind. Nachdem die allgemeine Form eines Lampengehäuses und Linsenabdeckung früh im Designprozess ausgewählt werden, werden Temperaturentwicklung und Luftzirkulation auf Basis der gewählten Form ohne Anwesenheit einer Treppenzirkulationseinrichtung simuliert. Die Temperaturverteilung und die Lufflussrichtungen werden in der Simulation beobachtet und demzufolge mindestens eine Treppenzirkulationseinrichtung an geeigneter Stelle angeordnet, um den Luftfluss in Regionen zu ziehen, die den Gesamttemperatur-Ausgleich unterstützen. Bei einem bevorzugten Verfahren der Erfindung ist die Gehäuseform so ausgelegt, dass sie mindestens einen Sockel für eine Lichtquelle in einer generell nach aussen zeigenden Rückplatte aufweist, wobei die Rückplatte keine Treppenzirkulationseinrichtung hat. Die Form einer transparenten Linsenabdeckung ist so ausgelegt, dass sie zur Befestigung am Gehäuse unter Herstellung einer Innenkammer zwischen der Linsenabdeckung und dem Gehäuse dient.
Ein Konvektionsluftflussmuster in der Kammer, das aus dem Betrieb der Lichtquelle wird simuliert, Regionen relativ stagnierenden Flusses im Luftflusskonvektionsmuster identifiziert. Ein Verlauf und ein Profil einer Treppenzirkulationseinrichtung werden zur Interaktion mit dem simulierten Luftkonvektionsflussmuster entworfen, um den Bereich stagnierenden Flusses zu verringern.
Der Verlauf der Treppenzirkulationseinrichtung kann im wesentlichen mit dem Bereich stagnierenden Flusses ausgerichtet werden.
Das Profil der Treppenzirkulationseinrichtung besteht aus vielen Stufen und Setz-stufen, die von der Rückplatte in Richtung der Linsenabdeckung entlang eines Weges, der vom Sockel beabstandet ist, verlaufen.
Der Verlauf kann im wesentlichen gerade, gebogen mit einem relativ konstanten Biegungsradius, oder in anderer Weise gebogen oder schlangenförmig sein, in jeder notwendigen Weise, um den Luftfluss in erwünschter Weise zu steuern.
Die oben beschriebene Ausführungsform verwendet eine passiv wirkende Treppenzirkulationseinrichtung als integralen Bestandteil eines Frontscheinwerfergehäuses, ohne bewegliche Teile, ohne signifikante zusätzliche Kosten, obwohl die Luft in der Kammer zur Reduktion kalter oder heißer Stellen verteilt wird und Resultate erzielt werden, die bisher nur unter zusätzlichen Kosten und mit reduzierter Zuverlässigkeit durch Ventilatoren erreicht werden konnten.
Bezugszeichenliste

10, 10': Gehäuse
11: Lampensockel
12: Lampensockel
13: Rückenplatte
14: Rinne
15: Treppenzirkulationseinrichtung
16: Befestigungsklammern
17: Kappe
18: Sockel
19: Schwenk Anschläge
20: Entlüftungsöffnung
21: Stufen
22: Setzstufe (riser)
23: erstes Ende
24: zweites Ende
25: Luftfluss Vektoren
30: gebogene Treppenzirkulationseinrichtung
32: erstes Ende von 30
33: zweites Ende von 30
35: Seitenabschnitt
36: Frontabschnitt von 10
40: transparente Linsenabdeckung
41: Kammer zwischen 40 und 13
42: Anschläge auf 40

Claims

Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug mit: einem Gehäuse (10, 10') zur Befestigung am Fahrzeug mit einer allgemein nach außen weisenden Rückplatte (13) und mindestens einem Sockel (11, 12) für eine Lichtquelle; einer transparenten Linsenabdeckung (40), die am Gehäuse (10, 10') befestigt ist und so eine Innenkammer (40) zwischen der Linsenabdeckung (40) und dem Gehäuse (10) bildet; und eine Treppenzirkulationseinrichtung (15) mit mehreren Stufen (21) und Setzstufen (22), die sich von der Rückplatte (13) in Richtung Linsenabdeckung entlang eines vom Sockel (11, 12) beabstandeten Weges erstreckt, der allgemein entlang eines natürlichen Luftkonvektionsweges in der Kammer (40) verläuft.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treppenzirkulationseinrichtung (15) integral mit dem Gehäuse (10, 10') gebildet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg im wesentlichen gerade verläuft.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg mit einem im wesentlichen konstanten Biegungsradius gebogen ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treppenzirkulationseinrichtung (15) erste und zweite Abschnitte, deren Enden (32, 33) gegeineinander angeordnet sind und einen höchsten Punkt (31) teilen, aufweist.
System nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass des Gehäuse (10, 10') eine Entlüftungsöffnung (20) in der Rückplatte (13) aufweist.
Verfahren zur Unterstützung der natürlichen Luftzirkulation in einem Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Auslegen der Form eines Gehäuses mit mindestens einem Sockel für eine Lichtquelle in einer allgemein nach außen weisenden Rückplatte, wobei die Rückplatte keine Treppenzirkulationseinrichtung aufweist; Auslegen der Form einer transparenten Linsenabdeckung zur Befestigung am Gehäuse unter Bildung einer Innenkammer zwischen Linsenabdeckung und Gehäuse; Simulieren eines aus dem Betrieb der Lichtquelle resultierenden Luftkonvektionsmusters in der Kammer; Identifizieren einer Region stagnierenden Flusses im Luftkonvektionsmusters; Auslegen eines Verlaufs und des Profits einer Treppenzirkulationseinrichtung zur Wechselwirkung mit dem Luftkonvektionsmuster, um den Bereich stagnierenden Flusses zu reduziere, wobei der Verlauf mit dem Bereich stagnierenden Flusses ausgerichtet ist und das Profil mehrere Stufen und Setzstufen aufweist, die sich von der Rückplatte aus in Richtung der Linsenabdeckung entlang eines Weges, der vom Sockel beabstandet ist, erheben.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Weg im wesentlichen gerade ist.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Weg gebogen mit einem im wesentlichen konstanten Biegeradius ist.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Profit erste und zweite Abschnitte aufweist, deren Enden gegeneinander angeordnet sind und einen höchsten Punkt teilen.