DE102012108175B4

DE102012108175B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102012108175B4
Application number: DE102012108175.1A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fischer; Marc Kaup; Martin Klingen
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: DE102012108175A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und einer der Lichtquelle (1) zugeordneten Optikeinheit (2) enthaltend einen lichtleitenden Körper (3) als Primäroptikelement und enthaltend ein in Hauptabstrahlrichtung (H) vor dem Primäroptikelement (3) angeordnetes Sekundäroptikelement, und mit einem auf dem Primäroptikelement (3) einwirkenden Stellmittel zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen, wobei das Primäroptikelement (3) als ein Lichtleiter ausgebildet ist, der eine Lichteinkoppelfläche (5) aufweist zur Einkopplung eines von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtes, der eine Mantelfläche (6, 6', 6") aufweist zur Weiterleitung des Lichtes durch Totalreflexion an derselben in Richtung einer Lichtauskoppelfläche (4), die auf einer zu der Lichteinkoppelfläche (5) gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters (3) angeordnet ist zur Auskopplung des Lichtes entsprechend einem vorgegebenen Lichtmuster, wobei das ortsfest angeordnete Sekundäroptikelement zur Abbildung des von der Lichtauskoppelfläche (4) des Lichtleiters (3) vorliegenden Lichtmusters dient,dadurch gekennzeichnet,- dass der Lichtleiter (3) einstückig ausgebildet ist und sich langgestreckt zwischen der Lichtquelle (1) und dem Sekundäroptikelement erstreckt,- dass der Lichtleiter (3) in Erstreckungsrichtung ellipsoidförmig ausgebildet ist unter Bildung von schmalen Mantelflächensegmenten (6') und weiteren Mantelflächensegmenten (6"), die eine solche Kontur aufweisen, dass an der Lichtauskoppelfläche (4) ein bogenförmiger Abschnitt (4') und ein mit einer 15°- bis 60°-Schräge versehener gerader Abschnitt (4") zur Erzeugung einer asymmetrischen Abblendlichtverteilung als Lichtmuster gebildet wird,- dass der Lichtleiter (3) aus einem vernetzten Polymermaterial besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 102 04 481 B4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle sowie einer vorgelagerten Optikeinheit bekannt. Die Optikeinheit besteht aus mehreren Primäroptikelementen, mittels derer das von der Lichtquelle emittierte Licht „vorgeformt“ wird. Die Primäroptikelemente sind jeweils als lichtleitende Körper bzw. Lichtleiter ausgebildet, die über eine Lichteinkoppelfläche, eine Lichtauskoppelfläche und eine die beiden verbindende Mantelfläche verfügen, wobei das eingekoppelte Licht an der Mantelfläche in Richtung der Lichtauskoppelfläche totalreflektiert wird. In Hauptabstrahlrichtung vor den Primäroptikelementen ist eine Linse als Sekundäroptikelement angeordnet. Damit unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugbar sind, ist das Primäroptikelement segmentiert ausgebildet. Es weist lichtauskoppelseitig Lichtabschlusskörper auf, die - wie die Linse - bewegbar gelagert sind. Durch Kombination unterschiedlich geformter Lichtabschlusskörper, die relativ zueinander linear bewegt werden, lassen sich unterschiedliche Lichtverteilungen, wie beispielsweise Abblendlicht, Fernlicht, Kurvenlicht etc. erzeugen. Zur Erzeugung eines Kurvenlichtes müssen somit mehrere unterschiedliche Lichtmuster erzeugende Lichtabschlusskörper linear in eine vorgegebene Position verstellt werden.
Aus der DE 4 341 234 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einer Mehrzahl von Lichtleitern bekannt, wobei die Lichtleiter jeweils endseitig verstellbar angeordnet sind.
Aus der JP H05- 38976 A ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Lichtleitern bekannt, die zu einem Bündel zusammengefasst sind. Das Bündel von Lichtleitern ist verstellbar angeordnet, so dass eine Fernlichtverteilung und eine Nahlichtverteilung erzeugbar ist. Ein Lichtmuster wird durch eine Vielzahl von gleichen und kleinen Lichtleitern erzeugt, die nebeneinander entsprechend einer Konturform angeordnet sind.
Aus der DE 4 121 673 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Lichtleitern bekannt, die über einen optischen Schalter zu- bzw. abgeschaltet werden können. Für unterschiedliche Lichtverteilungen werden unterschiedliche Lichtleiter zugeschaltet. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass mehrere Primäroptikelemente und jeweils denselben zugeordnete Sekundäroptikelemente vorgesehen sind zur Erzeugung der unterschiedlichen Lichtverteilungen.
Aus der US 5 311 410 A ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einer Mehrzahl von Lichtleitern bekannt, die das Licht in Richtung eines jeweils den Lichtleitern zugeordneten Sekundäroptikelementes führen. Lichtstromabwärts angeordnete Enden der Lichtleiter sind an einer gemeinsamen Halteplatte befestigt, die mittels eines Stellmotors linear verschiebbar ist. Die Enden der Lichtleiter weisen eine Lichtauskoppelfläche auf, die in einem Brennweitenabstand zu den jeweiligen als Linsen ausgebildeten Sekundäroptikelementen angeordnet sind. Durch Verschieben der Lichtauskoppelflächen in Richtung des Sekundäroptikelementes kann beispielsweise die Streuung des Lichtes für die zu erzeugende Lichtfunktion erhöht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem lichtleitenden Körper zur Erzeugung eines vorgegebenen Lichtmusters derart weiterzubilden, dass auf einfache und effektive Weise unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Verformbarkeit eines lichtleitenden Körpers relativ einfach und effektiv eine dynamische Anpassung von Lichtverteilungen an die aktuellen Verkehrverhältnisse gewährleistet ist, insbesondere die Erzeugung eines Kurvenlichtes. Grundgedanke der Erfindung ist es, ausschließlich aufgrund der Verformbarkeit des lichtleitenden Körpers eine gewünschte Änderung der Lichtverteilung herbeizuführen. Zusätzliche Blenden, die einen Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichtes absorbieren würden, sind nicht erforderlich.
Nach der Erfindung ist der lichtleitende Körper als ein ein Primäroptikelement bildender Lichtleiter ausgebildet, der zur „Vorformung“ der Lichtverteilung dient. Hierzu wird das Licht entlang des Lichtleiters an seinem Mantelflächen so totalreflektiert, dass es an einer lichtauskoppelseitigen Lichtauskoppelfläche des Lichtleiters entsprechend eines vorgegebenen Lichtmusters abgestrahlt wird. Die Lichtauskoppelfläche weist eine das Lichtmuster prägende Formgestaltung bzw. Konturierung auf.
Nach der Erfindung ist in Hauptabstrahlrichtung vor dem Primäroptikelement ein ortsfestes Sekundäroptikelement angeordnet, mittels dessen das von dem Primäroptikelement erzeugte Lichtmuster abgebildet wird. Die optisch wirksame Fläche des Sekundäroptikelementes ist vorzugsweise größer als die Lichtauskoppelfläche des Primäroptikelementes. Gegebenenfalls, insbesondere bei starken Auslenkungen des Lichtauskoppelelementes, kann das Sekundäroptikelement durch Stellmittel in die gleiche Richtung mitgeführt werden.
Nach der Erfindung ist der lichtleitende Körper aus einem vernetzten Polymermaterial, insbesondere aus einem transparenten Silikon-Elastomer, hergestellt. Dieses Material verfügt über eine hohe Transparenz und Elastizität, so dass eine gezielte Deformation des lichtleitenden Körpers gewährleistet ist. Vorteilhaft bietet das vernetzte Polymermaterial fertigungstechnische Vorteile, insbesondere lässt es sich im Rahmen einer industriellen Massenproduktion einfach herstellen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Lichtleiter an einer oder beiden Stirnseiten desselben durch das Stellmittel verbogen, so dass sich ein Winkel der Normalen der Lichtauskoppelfläche zu einer Hauptabstrahlrichtung ändert. Zur Bildung eines Kurvenlichtes wird der Lichtleiter lichtauskoppelseitig vorzugsweise in horizontaler Richtung verbogen. Zur Änderung der Hell-Dunkel-Grenze nach oben oder unten wird der Lichtleiter lichtauskoppelseitig unter Angreifen der Lichtauskoppelfläche durch das Stellmittel in vertikaler Richtung verbogen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquelle und der lichtleitende Körper über gemeinsame Haltemittel an einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung festgelegt. Die Lichtquelle und die Lichteinkoppelseite des Lichtleiters sind somit ortsfest angeordnet. Die Stirnseite des Haltemittels bildet einen Schwenkpunkt, um den der Lichtleiter verbiegbar ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines lichtleitenden Körpers in einer geradlinigen Ausgangsstellung,
2 eine Draufsicht auf den lichtleitenden Körper gemäß 2 und
3 eine Draufsicht auf den lichtleitenden Körper in einer gebogenen Arbeitsstellung zur Erzeugung einer anderen Lichtverteilung.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge ist insbesondere als ein Scheinwerfer ausgebildet zur Erzeugung einer adaptiven Lichtverteilung, beispielsweise einer Abblendlicht-, einer Kurvenlicht- und einer Fernlichtverteilung.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Lichtquelle 1 sowie eine Optikeinheit 2 auf, die in Hauptabstrahlrichtung H vor der Lichtquelle 1 angeordnet ist.
Die Optikeinheit 2 weist zum einen ein Primäroptikelement 3 und zum anderen ein in Hauptabstrahlrichtung H vor dem Primäroptikelement 3 angeordnetes nicht dargestelltes Sekundäroptikelement auf. Das Sekundäroptikelement ist vorzugsweise ortsfest angeordnet und dient zur Abbildung des an einer Lichtauskoppelfläche 4 des Primäroptikelementes 3 abgestrahlten Lichtmusters in den Verkehrsraum. Das Sekundäroptikelement kann beispielsweise als eine Linse ausgebildet sein, deren optisch wirksame Flächen größer sind als die Lichtauskoppelfläche 4.
Das Primäroptikelement 3 ist als ein lichtleitender Körper, insbesondere als ein einstückig ausgebildeter Lichtleiter, ausgebildet, der sich langgestreckt zwischen der Lichtquelle 1 und dem Sekundäroptikelement erstreckt. Der Lichtleiter 3 weist auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Lichteinkoppelseite eine Lichteinkoppelfläche 5 auf, durch die das von der Lichtquelle 1 abgestrahlte Licht in den Lichtleiter 3 eindringt. Die Lichteinkoppelfläche 5 kann so geformt sein, dass ein relativ großer Anteil des von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Lichtes in den Lichtleiter 3 eingekoppelt werden kann.
Der Lichtleiter 3 weist eine sich von der Lichteinkoppelfläche 5 zu der Lichtauskoppelfläche 4 erstreckende Mantelfläche 6 auf, an der das eingekoppelte Licht durch Totalreflexion in Richtung der Lichtauskoppelfläche 4 weitergeleitet wird. Der Lichtleiter 3 ist in Erstreckungsrichtung, das heißt entlang seiner Mittelachse M vorzugsweise unter Bildung von schmalen Mantelflächensegmenten 6' ellipsoidförmig ausgebildet. (Erklärt sich durch die Ellipsoidenform von selbst) Weitere Mantelflächensegmente 6" weisen eine solche Kontur auf, dass an der Lichtauskoppelfläche 4 ein bogenförmiger Abschnitt 4' und ein mit einer 15°- bis 60°-Schräge versehener ggf. gerader Abschnitt 4" zur Erzeugung einer asymmetrischen Abblendlichtverteilung als Lichtmuster gebildet wird.
Lichteinkoppelseitig ist der Lichtleiter 3 zusammen mit der Lichtquelle 1 über gemeinsame Haltemittel 7 an einem nicht dargestellten Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung festgelegt. Das Haltemittel 7 ist als Haltekörper mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines lichteinkoppelseitigen Endbereichs des Lichtleiters 3 sowie Halteflächen zur Fixierung der Lichtquelle 1 ausgebildet. Die Lichtquelle 1 kann eine Anzahl von Einzel-LEDs umfassen, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte bogenförmig an einer Haltefläche des Haltekörpers 7 befestigt sind. Alternativ kann die Lichtquelle 1 auch durch einen Mehr-LED-Chip gebildet sein, so dass die Lichtquelle 1 nicht ausgedehnt ausgebildet ist.
Lichtauskoppelseitig ist der Lichtleiter 3 an einem Haltekörper 8 festgelegt, der mit nicht dargestellten Stellmitteln verbunden ist. Das Stellmittel kann beispielsweise als ein Schritt- oder Linearmotor ausgebildet sein.
Der Lichtleiter 3 besteht aus einem transparenten flexiblen Werkstoff, insbesondere einem vernetzten Polymermaterial (z.B. ein Silikon-Elastomer). Er ist daher reversibel verformbar bzw. verbiegbar.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine Verbiegung des Lichtleiters 3 um den lichteinkoppelseitig gebildeten Haltepunkt 9 bzw. einer Stirnseite 7' des Haltemittels 7. Die Stirnseite 7' des Haltemittels 7 bildet einen Schwenkpunkt, um den der Lichtleiter 3 verbiegbar ist. Zur Erzeugung einer Kurvenlichtfunktion wird das Stellmittel so angesteuert, dass der Haltekörper 8 in horizontaler Richtung verschoben und/oder verdreht wird, so dass der Lichtleiter 3 unter Verformung seiner Mittelachse M verbogen wird. Wie aus 3 ersichtlich ist, verläuft die Mittelachse M in einer Verbiegestellung nicht mehr geradlinig, sondern bogenförmig. Soll die Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung angehoben oder abgesenkt werden, wird das Stellmittel so angesteuert, dass der Haltekörper 8 in vertikaler Richtung verschoben wird, so dass die Mittelachse M nicht bezüglich einer vertikalen Ebene, sondern bezüglich einer horizontalen Ebene bogenförmig ausgebildet ist.
In Abhängigkeit von der aktuellen Verkehrssituation lässt sich somit dynamisch eine veränderte Lichtverteilung einstellen, wobei die Stellkräfte relativ gering sein können. Vorzugsweise besteht der Lichtleiter 3 vollständig aus dem flexiblen Polymermaterial. Alternativ kann es aber auch möglich sein, die Biegefähigkeit bzw. Flexibilität in Längsrichtung des Lichtleiters 3 durch eine unterschiedliche Werkstoffauswahl zu verändern. Beispielsweise kann die Flexibilität des Lichtleiters 3 auf einer der Lichtauskoppelfläche zugewandten Seite größer ausgebildet sein als auf einer der Lichteinkoppelfläche zugewandten Seite.
Vorzugsweise besteht der Lichtleiter 3 aus einem elastischen Werkstoff, so dass keine Stellkraft aufgewandt werden muss, um den Lichtleiter 3 von seiner Biegestellung gemäß 3 in seine Ausgangsstellung gemäß 1 zu verbringen.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquelle
2: Optikeinheit
3: Primäroptikelement
4, 4', 4": Lichtauskoppelfläche
5: Lichteinkoppelfläche
6, 6', 6": Mantelfläche
7, 7': Haltemittel
8: Haltekörper
H: Hauptabstrahlrichtung
M: Mittelachse

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und einer der Lichtquelle (1) zugeordneten Optikeinheit (2) enthaltend einen lichtleitenden Körper (3) als Primäroptikelement und enthaltend ein in Hauptabstrahlrichtung (H) vor dem Primäroptikelement (3) angeordnetes Sekundäroptikelement, und mit einem auf dem Primäroptikelement (3) einwirkenden Stellmittel zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen, wobei das Primäroptikelement (3) als ein Lichtleiter ausgebildet ist, der eine Lichteinkoppelfläche (5) aufweist zur Einkopplung eines von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtes, der eine Mantelfläche (6, 6', 6") aufweist zur Weiterleitung des Lichtes durch Totalreflexion an derselben in Richtung einer Lichtauskoppelfläche (4), die auf einer zu der Lichteinkoppelfläche (5) gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters (3) angeordnet ist zur Auskopplung des Lichtes entsprechend einem vorgegebenen Lichtmuster, wobei das ortsfest angeordnete Sekundäroptikelement zur Abbildung des von der Lichtauskoppelfläche (4) des Lichtleiters (3) vorliegenden Lichtmusters dient, dadurch gekennzeichnet, - dass der Lichtleiter (3) einstückig ausgebildet ist und sich langgestreckt zwischen der Lichtquelle (1) und dem Sekundäroptikelement erstreckt, - dass der Lichtleiter (3) in Erstreckungsrichtung ellipsoidförmig ausgebildet ist unter Bildung von schmalen Mantelflächensegmenten (6') und weiteren Mantelflächensegmenten (6"), die eine solche Kontur aufweisen, dass an der Lichtauskoppelfläche (4) ein bogenförmiger Abschnitt (4') und ein mit einer 15°- bis 60°-Schräge versehener gerader Abschnitt (4") zur Erzeugung einer asymmetrischen Abblendlichtverteilung als Lichtmuster gebildet wird, - dass der Lichtleiter (3) aus einem vernetzten Polymermaterial besteht.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3) um seine Mittelachse (M) verformbar angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) und der Lichtleiter (3) lichteinkoppelseitig über ein gemeinsames Haltemittel (7) an einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung festgelegt sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel lichtauskoppelseitig an dem Lichtleiter (3) angreift zur Verformung desselben in einer horizontalen und/oder vertikalen Ebene.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel als ein Schritt- und/oder als ein Linearmotor ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundäroptikelement als eine Linse ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3) aus einem transparenten Silikon-Elastomer besteht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) durch eine Anzahl von LED-Chips gebildet ist, wobei der LED-Chip eine Einzel-LED oder eine Mehrzahl von LEDs aufweist.