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Die Erfindung betrifft eine Leuchte für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Unter einer Leuchte wird hier eine Beleuchtungseinrichtung verstanden, die wenigstens eine Signallichtfunktion erfüllt. Beispiele von Signallichtfunktionen sind das Tagfahrlicht, das Bremslicht und das Blinklicht, ohne dass diese Aufzählung als abschließend verstanden werden soll. Signallichtfunktionen dienen dem Zweck, andere Verkehrsteilnehmer auf die Präsenz des Fahrzeugs hinzuweisen und sein derzeitiges (z.B. Bremsen) und künftiges Verhalten (z.B. Abbiegen) anzuzeigen.
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Eine solche Leuchte ist per se bekannt und weist einen Lichtleiter auf, der eine Länge, eine Dicke, eine Lichtaustrittsfläche und quer zur Lichtaustrittsfläche und parallel zur Dicke liegende gedachte Querschnitte aufweist, wobei die Länge größer als die Dicke ist und wobei der Lichtleiter dazu eingerichtet ist, in ihm propagierendes Licht, das durch die gedachten Querschnitte hindurchtritt, beim Auftreffen auf in einer Grenzfläche des Lichtleiters angeordnete Umlenkflächen lokal so umzulenken, dass das umgelenkte Licht durch die Lichtaustrittsfläche hindurch in einem Lichtbündel austritt, das um eine Vorzugsrichtung herum zentriert ist, wobei ein Öffnungswinkel des Lichtbündels groß genug ist, um eine regelkonforme Signal-Lichtverteilung zu erzeugen, die in einer ersten Raumrichtung und in einer zweiten Raumrichtung jeweils einen vorbestimmten Winkelbereich abdeckt, und wobei die erste Raumrichtung, die zweite Raumrichtung und die Vorzugsrichtung jeweils paarweise orthogonal zueinander sind.
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Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Leuchte in einem Kraftfahrzeug liegt die erste Raumrichtung parallel zu einer Hochachse des Fahrzeugs, und die zweite Raumrichtung liegt parallel zu einer Querachse des Fahrzeugs. Ferner liegt die Vorzugsrichtung parallel zur Geradeausfahrtrichtung. Ist die Leuchte eine Bugleuchte, weist die Vorzugsrichtung nach vorn. Ist die Leuchte eine Heckleuchte, weist die Vorzugsrichtung nach hinten.
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Eine solche Beleuchtungseinrichtung findet bei der Kraftfahrzeugbeleuchtung vielfältigen Einsatz. Es ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 005 779 A1 ein Scheinwerfer bekannt der eine Leuchte der genannten Art aufweist.
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Die Verwendung von Lichtleitern bei der Kraftfahrzeugbeleuchtung erlaubt eine räumliche Trennung der Lichterzeugung von der Licht abgebenden Fläche. Die Verwendung von Lichtleitern befähigt Designer, dreidimensionale Leuchtkurven zu erzeugen, die einerseits das optische Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs prägen und andererseits eine gesetzlich vorgegebene und damit regelkonforme Lichtverteilung erzeugen. Um die gewünschte Lichtverteilung zu erzielen, sind spezielle Auskoppelelemente im Lichtleiter oder optisch aktive Elemente auf oder vor dem Lichtleiter erforderlich.
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Als nachteilig erweist sich dabei, dass sich dabei häufig Lichtleiter ergeben, die zwar regelkonforme Lichtverteilungen erzeugen, gleichzeitig aber bei einer Betrachtung aus bestimmten Blickwinkeln, die außerhalb der regelkonformen Lichtverteilung liegen, ein unattraktives Erscheinungsbild im leuchtenden Zustand besitzen. Sie erscheinen dann zum Beispiel als inhomogen leuchtend und /oder es tritt ein sogenannter „Zopf-Effekt“ auf, bei dem sich eine leuchtende Kurve um den Lichtleiterkörper zu winden scheint. Dies wird als unästhetisches Erscheinungsbild empfunden.
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Außerdem sind im ausgeschalteten Zustand der Beleuchtungseinrichtung häufig die Auskoppelelemente oder andere optisch aktive Elemente des ansonsten glasklaren Lichtleiters als gestrichelte Struktur zu erkennen. Dadurch wird das optische Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs ebenfalls negativ beeinflusst, wobei dies im nichtleuchtenden Zustand auftritt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Beleuchtungseinrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese nachteiligen Effekte nicht auftreten.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich der Gegenstand des Anspruchs 1 von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass die Blende so weit über den Lichtleiter hinausragt, dass der Lichtleiter für einen Betrachter, der bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Leuchte in einem Kraftfahrzeug von oberhalb einer gesetzlich vorgegebenen Lichtverteilung auf die Beleuchtungseinrichtung blickt, durch die Blende verdeckt ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leuchte eine Blende aufweist, die sich vom Lichtleiter ausgehend in eine zwischen der Vorzugsrichtung und der ersten Raumrichtung liegende Blendenrichtung erstreckt und dabei außerhalb des Öffnungswinkels verläuft, und wobei sich die Blende vom Lichtleiter ausgehend über eine Länge erstreckt, die dem 2,5-fachen bis 6-fachen der Dicke des Lichtleiters, insbesondere dem 4,5-fachen bis 5,5-fachen, insbesondere dem 5-fachen der Dicke des Lichtleiters entspricht.
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Die Blende deckt den Lichtleiter gegen Einblicke aus Positionen ab, die auf der dem Öffnungswinkel zugewandten Seite der Blende liegen, die aber außerhalb des gesetzlich vorgegebenen Öffnungswinkels liegen (z.B. +/–10° in vertikaler Richtung, gemessen vom Horizont). Als Folge ist der Lichtleiter aus Blickwinkeln, die von der Blende verdeckt werden, nicht sichtbar. Durch die beanspruchten Abmessungen der Blende ist der Lichtleiter dabei insbesondere aus Blickwinkeln nicht sichtbar, bei denen sich ohne eine solche Blende die geschilderten nachteiligen Erscheinungsbilder ergeben können.
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Dadurch, dass sich die Blende vom Lichtleiter ausgehend in eine zwischen der Vorzugsrichtung und der ersten Raumrichtung liegende Blendenrichtung erstreckt und dabei außerhalb des Öffnungswinkels verläuft, wird insbesondere kein Licht abgeschattet, das zur Erzeugung der regelkonformen Lichtverteilung beiträgt.
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Dadurch, dass sich die Blende vom Lichtleiter ausgehend über eine Länge erstreckt, die dem 2,5-fachen bis 6-fachen der Dicke des Lichtleiters, insbesondere dem 4,5-fachen bis 5,5-fachen, insbesondere dem 5-fachen der Dicke des Lichtleiters entspricht, wird der Lichtleiter insbesondere gegen Blicke aus Positionen abgedeckt, die sich beim Betrachten des Fahrzeugs aus einem geringen Abstand wie etwa 1 bis 4 m ergeben. Solche Positionen werden zum Beispiel bei Verkaufsgesprächen eingenommen, bei denen ein unattraktives Erscheinungsbild besonders nachteilig wäre. Die oben geschilderten Nachteile werden mit der erfindungsgemäßen Lösung auf besonders einfache Weise vermieden.
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Diese Blende stellt einen ersten Blendenabschnitt dar, der bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung oberhalb des Lichtleiters angeordnet ist. Als Folge sieht ist Betrachter, der von oberhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Lichtverteilung auf die Beleuchtungseinrichtung blickt, nur den ersten Blendenabschnitt, nicht aber den Lichtleiter.
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Bevorzugt ist auch, dass die Länge des zweiten Blendenabschnitts vom Lichtleiter ausgehend dem 2,5-fachen bis 6-fachen der Dicke des Lichtleiters, insbesondere dem 4,5-fachen bis 5,5-fachen, insbesondere dem 5-fachen der Dicke des Lichtleiters entspricht. Dabei kann der zweite Blendenabschnitt die gleiche Länge oder eine von der Länge des ersten Blendenabschnitts verschiedene Länge aufweisen.
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Der zweite Blendenabschnitt verhindert, dass ein Betrachter, der von oberhalb einer gesetzlich vorgeschriebenen Lichtverteilung auf die Beleuchtungseinrichtung blickt, eine Spiegelung des Lichtleiters an einer Fläche unterhalb des Lichtleiters wahrnimmt. Der Lichtleiter erstreckt sich in seiner Längsausdehnung im wesentlichen horizontal im Kraftfahrzeugscheinwerfer. Üblicherweise werden Leuchtengehäuse, seien es Gehäuse von Einzelleuchten oder Gehäuse von Scheinwerfern mit integrierten Leuchten, oder Abdeckrahmen, auch Bezel genannt, die die Leuchte zur Karosserie hin abgrenzen, als hochglänzende Flächen ausgeführt. Als Folge wird der Lichtleiter an diesen Flächen gespiegelt. Damit ein Betrachter, der von außerhalb der gesetzlich vorgegebenen Lichtverteilung, in der Regel von oben, auf die Leuchte oder den Abdeckrahmen blickt, nicht über Spiegelungen an diesen Bauteilen unschöne Einblicke, beispielsweise auf die Rück- oder Unterseite des Lichtleiters erhält, werden diese Spiegelungen durch den zweiten Blendenabschnitt abgedeckt.
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Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass der erste Blendenabschnitt und der zweite Blendenabschnitt durch ein Verbindungselement miteinander verbunden sind. Das Verbindungselement ist vorzugsweise als liegendes U ausgeführt, an dessen oberem Schenkel der erste Blendenabschnitt angeordnet ist. Der zweite Blendenabschnitt ist am gegenüberliegenden, unteren Schenkel des U-förmigen Verbindungsstücks angeordnet. Denkbar ist auch eine V-förmige Ausgestaltung oder eine rechteckabschnittförmige Ausgestaltung des Verbindungsstücks. Der Vorteil, den ersten Blendenabschnitt und den zweiten Blendenabschnitt einstückig miteinander zu verbinden, liegt darin, dass die Blendenabschnitte dadurch als ein Blechstanz- und Biegeteil oder als Kunststoffspritzgussteil in einfachster Art und Weise kostengünstig hergestellt werden kann.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass der erste Blendenabschnitt und der zweite Blendenabschnitt eine vertikale Lichtverteilung des Lichtleiters auf wenigstens +/–10° bezüglich der horizontalen Abstrahlrichtung begrenzen. Das heißt, die Anordnung der Blenden ist so ausgeführt, dass kein Licht, dass zur Gestaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Lichtverteilung notwendig ist, abgeschattet wird. Das bedeutet, dass der erste Blendenabschnitt in Abstrahlrichtung um wenigsten 10° nach oben angestellt sein muss und der zweite Blendenabschnitt um wenigstens 10° in Abstrahlrichtung nach unten geneigt ist. Bei Lichtleitern, die im Scheinwerfer aus der Horizontalen geneigt angeordnet sind oder die eine starke Pfeilung aufweisen, muss über die gesamte Längsausdehnung des Lichtleiters sichergestellt sein, dass kein Nutzlicht, also Licht, dass zur Gestaltung der gesetzlich vorgegebenen Lichtverteilung notwendig ist, ausgeblendet wird.
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Insbesonders eine starke Pfeilung, gemeint ist damit eine Abweichung der Längsausdehnung des Lichtleiters von einer Lotrechten der Fahrzeuglängsachse in der Draufsicht, führt dazu, dass der Lichtleiter in Bereiche, die seitlich vom Fahrzeug liegen, abstrahlt. Um auch in diesen Bereichen gegebenenfalls vorgeschriebene Lichtstärken zu erzielen und Grenzwerte nicht zu überschreiten, weisen der erste Blendenabschnitt und der zweite Blendenabschnitt dort ggf. andere Neigungswinkel als +/–10° auf.
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Bevorzugt ist auch, dass der erste Blendenabschnitt und der zweite Blendenabschnitt sowie das Verbindungselement aus hitzeabweisendem Material gefertigt sind. In der Leuchte treten häufig, verursacht durch Abwärme der Leuchtmittel und/oder durch einen motornahen Einbau, hohe Temperaturen auf. Dies gilt insbesondere für Bugleuchten, die in Frontscheinwerfer integriert sind. Dort wird in Verbindung mit der Erzeugung von Scheinwerferlichtfunktionen wie Abblendlicht und Fernlicht im Vergleich zu Signallichtfunktionen besonders viel Wärme freigesetzt. Als Materialien für Lichtleiter kommen oft Kunstoffe wie Polymethylmetacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) infrage. PMMA weist eine geringere Absorption des eingestrahlten Lichts auf als Polycarbonat, ist aber weniger hitzebeständig. Durch die erfindungsgemäße Blende wird der Lichtleiter vor einer Hitzeeinwirkung aus Fahrzeug-internen Hitzequellen geschützt. Wird der Lichtleiter zwischen der ersten Blende und der zweiten Blende eingelegt und sind die Blenden durch das Verbindungselement verbunden, ist der Lichtleiter wegen der daraus resultierenden umfassenden Abschirmung gegen Hitzeeinwirkung besonders gut geschützt, so dass anstelle des Polycarbonats PMMA eingesetzt werden kann. Dadurch erhöht sich die Lichtausbeute gegenüber der Verwendung von Polycarbonat um bis zu 33%. Somit trägt die Erfindung zu einer Effizienzsteigerung der Beleuchtungseinrichtung bei.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine dem Lichtleiter zugewandte Fläche des ersten Blendenabschnitt und/oder des zweiten Blendenabschnitts und/oder des Verbindungselements hochglänzend ausgeführt ist. In vielen Fällen erweist es sich als unmöglich, das mit Hilfe der Auskoppelelemente aus dem Lichtleiter ausgekoppelte Licht allein durch den Lichtleiter auf eine gesetzliche vorgegebene Lichtverteilung zu begrenzen, so dass das ausgekoppelte Lichtbündel zunächst unnötig oder sogar unzulässig breit ist. Eine Abschattung von solchem Licht führt zu Lichtverlusten. Diese Verluste werden durch die Ausgestaltung mit hochglänzenden Flächen der ersten Blende und/oder der zweiten Blende und/oder des Verbindungsstücks vermieden, weil Licht dort derart reflektiert wird, dass es zur Erzeugung der gesetzliche vorgeschriebenen Lichtverteilung beiträgt. Auf diese Weise wird die Lichtausbeute deutlich gesteigert, wodurch die Anzahl und/oder der Lichtstrom der Leuchtmittel reduziert und damit auch die Kosten gesenkt werden.
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Ergänzend wird vorgeschlagen, dass der erste Blendenabschnitt und/oder der zweite Blendenabschnitt Aufnahmeelemente aufweisen, die dazu ausgebildet sind den Lichtleiter zu lagern und/oder festzuhalten. Die Aufnahmeelemente sind der Lichtleiterform angepasst, so dass der Lichtleiter formschlüssig gelagert ist. Vorzugsweise wird der Lichtleiter nur punktuell gelagert. Denkbar ist jedoch auch eine Erstreckung der Aufnahmeelemente über die gesamte Blende längs des Lichtleiters. Die Aufnahmeelemente sind zum einen dazu geeignet, den Lichtleiter in der Leuchte zu haltern. Dabei besteht eine feste Verbindung zwischen Leuchte und Blendenanordnung, umfassend den ersten Blendenabschnitt, den zweiten Blendenabschnitt und gegebenenfalls das Verbindungselement. Es ist aber auch der umgekehrte Fall denkbar, dass der Lichtleiter fest mit der Leuchte verbunden wird, und die Aufnahmeelemente dazu dienen, die Blendenanordnung in der Leuchte zu haltern. In diesem Fall ist eine weitere Verbindung zwischen der Leuchte und der Blendenanordnung nicht erforderlich.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass elastische Rückstellkräfte, erzeugt durch das Verbindungselement, den Lichtleiter in den Aufnahmeelementen fixieren. Dabei werden die Schenkel des U-förmigen oder V-förmigen Verbindungselements auseinandergebogen. Dabei wird im Verbindungselement eine Spannung aufgebaut, die nach dem Einlegen des Lichtleiters die Schenkel wieder in ihrer Ausgangslage zurück stellt. Wird ein Abstand zwischen den Schenkeln in ihrer Ausgangslage so gewählt, dass er etwas kleiner ist als der Lichtleiterquerschnitt, bleibt ein Rest der Spannung erhalten und die elastischen Rückstellkräfte fixieren den Lichtleiter in den Aufnahmeelementen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass eine Lichtverteilung in Abstrahlrichtung durch die Form der ersten Blende und/oder der zweiten Blende und/oder der Anordnung der ersten Blende und/oder der zweiten Blende relativ zum Lichtleiter bestimmt wird. Üblicherweise wird die Lichtverteilung in Abstrahlrichtung durch die Form des Lichtleiters, beziehungsweise durch die Art und Anordnung der Auskoppelelemente, bestimmt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, durch Anordnung und Form der Blenden Einfluss auf die Lichtverteilung zu nehmen. Dadurch erhalten Designer einen großen Spielraum bei der Gestaltung der Blendenanordnung, während die Form des Lichtleiters entsprechend physikalischer Gesetzmäßigkeiten optimiert werden kann. Außerdem ist es damit möglich, eine Vielzahl von Anwendungen mit einem standardisierten Lichtleiter abzudecken, ähnlich wie es von der Raumbeleuchtung her bekannt ist: Es gibt eine standardisierte Lichtquelle, die Glühbirne, die mit unterschiedlichsten Lampenschirmen, kombiniert wird. Bei der Leuchte übernimmt der Lichtleiter die Rolle der Glühbirne, und die Blende übernimmt die Rolle des Schirms. Auf diese Weise werden zum einen Entwicklungskosten für neue Lichtleiterformen eingespart und andererseits wird die Herstellung eines standardisierten Lichtleiters wesentlich kostengünstiger, da große Stückzahlen aus einem Werkzeug geformt werden.
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Besonders hilfreich ist es, dass der erste Blendenabschnitt und/oder der zweite Blendenabschnitt in Bereichen angeordnet sind, in denen kein Licht aus dem Lichtleiter ausgekoppelt wird, wobei der erste Blendenabschnitt und/oder der zweite Blendenabschnitt, aus anderen Bereichen des Lichtleiters ausgekoppeltes Licht reflektieren und dadurch eine geometrische Sichtbarkeit der Beleuchtungseinrichtung gewährleisten. Die geometrische Sichtbarkeit beschreibt einen Winkelbereich, in dem eine Leuchte sichtbar sein muss. Der Lichtstrom kann dabei klein sein. Insbesonders bei Lichtleitern, die in der Leuchte geneigt angeordnet sind oder die eine starke Pfeilung aufweisen, kann der Fall eintreten, dass der Lichtleiter aus bestimmten Blickwinkeln nicht sichtbar ist. Durch die Form und/oder die Anordnung der erfindungsgemäßen Blende kann Licht, das an anderer Stelle aus dem Lichtleiter tritt, durch die Blende in diese Blickwinkel reflektiert werden. Auf diese Weise wird die geometrische Sichtbarkeit sichergestellt und die gesetzlichen Anforderungen sind erfüllt.
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Genauso, wie die erfindungsgemäße Blendenanordnung in der Lage ist, die Effektivität, das heißt die Lichtausbeute einer einen Lichtleiter aufweisenden Leuchte zu erhöhen, kann die Blendenanordnung auch genutzt werden, um minderwertig aussehende Bereiche des Lichtleiters gegen Einblicke aus solchen Richtungen zu verdecken, die zum Aufbau der Lichtverteilung beitragen. In diesem Fall, wird Nutzlicht ausgeblendet, um das ästhetische Gesamtbild der Beleuchtungseinrichtung zu wahren.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Anordnung eines Lichtleiters und einer Lichtquelle;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leuchte im Schnitt;
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3 eine schematische Darstellung von Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung im Schnitt;
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4 eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung aus 3 mit Strahlengängen;
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5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels in einer Ansicht im Schnitt;
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6 eine schematische Darstellung des Gegenstands der 5 in einer Ansicht von oben
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7 eine perspektivische Darstellung des Gegenstands der 5;
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8 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung im Schnitt, und
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9 eine Ausgestaltung mit einem plattenförmigen Lichtleiter.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Im Einzelnen zeigt die 1 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung aus einem Lichtleiter 10 und einer Lichtquelle 1. Der Lichtleiter 10 besteht aus transparentem Material wie Glas, PMMA (Polymethylmetacrylat) oder PC (Polycarbonat). Der Lichtleiter 10 besitzt in dem dargestellten Beispiel eine langgestreckte zylindrische Grundform mit angeformten Auskoppelelementen 12. Die Lichtquelle ist an einer Schmalseite des Lichtleiters so angeordnet, dass von ihr ausgehendes Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird.
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Die Lichtquelle ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle oder eine Anordnung mehrerer Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden. Das eingekoppelte Licht propagiert längs der zylindrischen Grundform und erfährt dabei interne Totalreflexionen an der zylindrischen Grenzfläche des Lichtleiters, die insofern als Transportfläche dient. Die Auskoppelelemente 12 sind hier als Prismen verwirklicht, die nach außen aus dem Lichtleiter-Material herausragen und in einer Reihe angeordnet sind. Die Prismen könnten auch als Ausnehmungen im Lichtleitermaterial verwirklicht sein. In beiden Fällen stellen Grenzflächen der Prismen Umlenkflächen im Sinne des Anspruchs 1 dar.
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Die Auskoppelelemente sind gerade so gestaltet, dass sie Licht in einem Winkel reflektieren, der beim nächsten Auftreffen auf die Grenze des Lichtleiters die Bedingungen für eine Totalreflexion nicht mehr erfüllt, so dass dieses Licht durch Brechung aus dem Lichtleitermaterial ausgekoppelt wird. Die 1 zeigt zwei Strahlengänge 3, 4 für ausgekoppeltes Licht, wobei das Licht bevorzugt so ausgekoppelt wird, dass es eine Regelkonforme Lichtverteilung ergibt.
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Die x-Richtung gibt dabei die Hauptabstrahlrichtung an. Die y-Richtung und die z-Richtung bilden mit der x-Richtung ein rechtshändiges Koordinatensystem. Bei einer Tagfahrleuchte als Beleuchtungseinrichtung entspricht x-Richtung der Fahrtrichtung. Die z-Richtung weist nach oben. Die Richtungsangaben beziehen sich auf eine bestimmungsgemäße Verwendung der Beleuchtungseinrichtung in einem Fahrzeug.
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Eine Regelkonforme Lichtverteilung zeichnet sich z.B. dadurch aus, dass ein vorbestimmter Winkelbereich mit einer vorbestimmten Intensität beleuchtet wird. Bei einer Tagfahrlichtverteilung muss z.B. in der Horizontalen ein Winkelbereich von +/–20° und in der Vertikalen ein Winkelbereich von +/–10° ausgeleuchtet werden. Darüber hinaus muss die Leuchte noch aus einem größeren Winkelbereich heraus sichtbar sein, auch wenn sie diesen größeren Winkelbereich nicht so stark ausleuchten muss. Dieser Winkelbereich deckt in der Horizontalen z.B. die Winkel bis 45° in Richtung zur Fahrzeugmitte und 80° nach außen ab.
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Die 1 zeigt damit insbesondere einen Lichtleiter, der eine Länge l, eine Dicke d, eine Lichtaustrittsfläche und quer zur Lichtaustrittsfläche und parallel zur Dicke liegende gedachte Querschnitte aufweist. Die Lichtaustrittsfläche ist hier ein Teil der Mantelfläche des Lichtleiters, der den Auskoppelelementen gegenüber liegt. In dem Lichtleiter tritt das Licht der Lichtquelle 1 durch die gedachten Querschnitte hindurch und wird beim Auftreffen auf in einer Grenzfläche des Lichtleiters angeordnete Umlenkflächen lokal so umgelenkt, dass das umgelenkte Licht durch die Lichtaustrittsfläche hindurch aus dem Lichtleiter austritt. Die Lichtleitergeometrie ist so gestaltet, dass das Licht dabei so gebrochen wird, dass das ausgetretene Licht ein Lichtbündel bildet, das um eine Vorzugsrichtung herum zentriert ist. Dies wird in der dargestellten Ausgestaltung durch die gekrümmte Form der Lichtaustrittsfläche unterstützt. Natürlich spielt auch der Winkel eine Rolle, unter dem die Lichtstrahlen vom Inneren des Lichtleiters her kommend auf die Lichtaustrittsfläche auftreffen. Insofern spielt auch die Form und Anordnung der Umlenkflächen und die Homogenität des im Lichtleiters propagierenden Lichtes eine Rolle, die auch von der Länge und der Dicke des Lichtleiters abhängt. Der Lichtleiter ist so ausgestaltet, dass ein Öffnungswinkel des Lichtbündels groß genug ist, um eine regelkonforme Signal-Lichtverteilung zu erzeugen, die in einer ersten Raumrichtung und in einer zweiten Raumrichtung jeweils einen vorbestimmten Winkelbereich abdeckt, und wobei die erste Raumrichtung, die zweite Raumrichtung und die Vorzugsrichtung jeweils paarweise orthogonal zueinander sind.
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2 zeigt eine Leuchte 5, die ein Gehäuse 6 aufweist, in dem der Lichtleiter 10 und die Lichtquelle 1 angeordnet sind. Darüber hinaus weist die Leuchte eine Blende 13 auf, welche in dem dargestellten Beispiel einen oberen Blendenabschnitt 14 als ersten Blendenabschnitt und einen unteren Blendenabschnitt 16 als zweiten Blendenabschnitt aufweist.
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3 zeigt eine Anordnung des Lichtleiters 10 und der Blende 13 in einem Schnitt, der zu einer von der ersten Raumrichtung und der Vorzugsrichtung definierten Ebene parallel verläuft. Die z-Richtung gibt die erste Raumrichtung an, und die x-Richtung gibt die Vorzugsrichtung an. Dies gilt auch für die folgenden 4 bis 8. Der Lichtleiter 10 erstreckt sich in seiner Längsausdehnung l senkrecht zur Zeichnungsebene der 2.
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Der Lichtleiter 10 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere im Bereich der Lichtaustrittsfläche, also der Grenzfläche, die der Vorzugsrichtung zugewandt ist, einen gekrümmten Querschnitt auf. Von außerhalb des Lichtleiterbetrachtet ist der Querschnitt bevorzugt konvex gekrümmt, weil dies zu einer Bündelung des Lichtes in die Vorzugsrichtung beiträgt. Auf einer der Lichtaustrittsfläche gegenüberliegenden Seite des Lichtleiters sind längs des Lichtleiters 10 die prismatischen Auskoppelelemente 12 angeordnet, die Umlenkflächen aufweisen.
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Die Auskoppelelemente 12 lenken Licht, das sich im Lichtleiter 10 durch Totalreflexion ausbreitet, so ab, dass bei erneutem Auftreffen des Lichts auf eine Grenzfläche des Lichtleiters die Bedingungen für die Totalreflexion nicht erfüllt sind und das Licht unter Brechung aus dem Lichtleiter 10 auf gewünschte Weise, also in Richtung der positiven x-Achse austritt.
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Die Blende 13 weist einen ersten Blendenabschnitt 14 auf. Dieser erstreckt sich vom Lichtleiter ausgehend in eine zwischen der Vorzugsrichtung x und der ersten Raumrichtung z liegende Blendenrichtung und verläuft dabei außerhalb des Öffnungswinkels, der durch die regelkonforme Lichtverteilung definiert wird. Die Randstrahlen 15 und 17, die in der 3 einen Kegel begrenzen, schließen also mit der Vorzugsrichtung x jeweils einen Winkel α ein, der größer ist als der zur Erzeugung einer regelkonformen Lichtverteilung erforderliche Öffnungswinkel des Lichtbündels.
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Der erste Blendenabschnitt 14 und der zweite Blendenabschnitt 16 sind also so gegen die Vorzugsrichtung geneigt, dass nur Licht, welches unter einem Winkel α zur x-Achse abgestrahlt wird, von der ersten Blende 14 beziehungsweise der zweiten Blende 16 nicht abgeschattet wird.
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Die Blende ragt so weit über den Lichtleiter hinaus, dass der Lichtleiter für einen Betrachter, der bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Leuchte in einem Kraftfahrzeug von oberhalb einer gesetzlich vorgegebenen Lichtverteilung auf die Beleuchtungseinrichtung blickt, durch die Blende verdeckt ist. Als Folge ist der Lichtleiter aus Blickwinkeln, die von der Blende verdeckt werden, nicht sichtbar.
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Die Blendenabschnitte 14 und 16 und damit auch die Blende 13 erstrecken sich vom Lichtleiter ausgehend über eine Länge, die dem 2,5-fachen bis 6-fachen der Dicke des Lichtleiters, insbesondere dem 4,5-fachen bis 5,5-fachen, insbesondere dem 5-fachen der Dicke des Lichtleiters entspricht. Im dargestellten Beispiel beträgt die von der z-Richtung aus gemessene Länge des ersten (oberen) Blendenabschnitts 14 etwa das 5 bis 6-fache der Dicke d. Die Erstreckung des zweiten (unteren) Blendenabschnitts 16 ist vergleichsweise weniger wichtig. Sie kann insbesondere gleich sein wie die Erstreckung des ersten Blendenabschnitts. Im dargestellten Beispiel ist sie etwas größer. Durch die beanspruchten Abmessungen der Blende ist der Lichtleiter dabei insbesondere aus Blickwinkeln nicht sichtbar, bei denen sich ohne eine solche Blende die geschilderten nachteiligen Erscheinungsbilder ergeben können (inhomogenes Leuchten, Zopfeffekt, Erkennbarkeit der Auskoppelelemente oder anderer optisch aktiver Elemente des ansonsten glasklaren Lichtleiters als gestrichelte Struktur im ausgeschalteten Zustand).
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Der erste Blendenabschnitt 14 und der zweite Blendenabschnitt 16 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein U-förmiges Verbindungsstück 18 miteinander verbunden, so dass sie eine stoffschlüssig-einstückige Einheit bilden. Das Verbindungsstück 18 ist aus einer in die Leuchte hinein gerichteten Blickrichtung hinter dem Lichtleiter 10 angeordnet, so dass die Auskoppelelemente 12 des Lichtleiters 10 zum Verbindungsstück 18 hinweisen. Der Lichtleiter 10 ist von dem ersten Blendenabschnitt 14, dem U-förmigen Teilstück 18 und dem zweiten Blendenabschnitt 16 weitestgehend umschlossen. Lediglich ein Winkelsegment der Größe α wird nicht durch die undurchsichtige Blende 13 verdeckt.
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Der erste Blendenabschnitt 14 liegt bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Leuchte oberhalb des Lichtleiters 10 und verhindert, dass ein Betrachter, der sich außerhalb der durch die gesetzlichen Vorgaben bestimmten vertikalen Lichtverteilung in einem geringen Abstand (z.B. 1 bis 3 m) vor der Leuchte befindet, den Lichtleiter sieht.
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Der zweite Blendenabschnitt 16 liegt bei der bestimmungsgemäßen Verwendung unterhalb des Lichtleiters 10 und bewirkt, dass der genannte Betrachter auch nicht durch sonst an einer Einfassung oder an einem Abdeckrahmen der Leuchte oder des Scheinwerfers mögliche Spiegelungen Einblicke von unten oder von hinten auf den Lichtleiter 10 erhält.
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Wie bereits voranstehend beschrieben, fordert der Gesetzgeber eine vertikale Lichtverteilung von nicht mehr als +/–10° ausgehend von der Horizontalen. Vom Stand der Technik her ist es in der wenigsten Fällen möglich, das direkt aus dem Lichtleiter 10 austretende Licht durch die beim Austritt auftretende Brechung allein entsprechend der gesetzlichen Vorgaben zu begrenzen. Als Folge treten erhebliche Verluste in der Lichtausbeute auf, weil ein Teil des aus dem Lichtleiter 10 austretenden Lichts abgeschattet werden muss und so für die Beleuchtung verloren ist.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung, die diesen Mangel behebt. 4 zeigt insbesondere den Lichtleiter 10, den ersten Blendenabschnitt 14, den zweiten Blendenabschnitt 16 und das Verbindungsstück 18 in einer Schnittdarstellung. Der Schnitt erfolgt parallel zur Abstrahlrichtung und zur ersten Raumrichtung. Dargestellt sind zwei Strahlen 20, die aus dem Lichtleiter 10 unter einem Winkel austreten, der deutlich größer ist als die gesetzlich geforderten 10° (α ist größer als 10°). Die Strahlen 20 treffen auf den ersten Blendenabschnitt 14 und werden von diesem zur Horizontalen hin reflektiert. Es resultieren reflektierte Strahlen 22, die im Winkelbereich zwischen –10° und +10°abgestrahlt werden und so zur Beleuchtung beitragen. Auf diese Weise wird die Lichtausbeute deutlich gesteigert.
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Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, dass sich der erste Blendenabschnitt 14 oder der zweite Blendenabschnitt 16 über die gesamte Länge des Lichtleiters 10 gleichmäßig und/oder konstant erstreckt. Vielmehr ist es möglich, einzelne Teilbereiche des Lichtleiters 10 individuell durch den oberen Blendenabschnitt 14 oder den unteren Blendenabschnitt 16 auszublenden oder durch Reflexionen sichtbar erscheinen zu lassen. Die 5, 6 und 7 zeigen verschiedene Ansichten einer wenig komplexen, ebenen Blendenanordnung 23.
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5 zeigt die Blendenanordnung 23 in einer Schnittdarstellung. Die Schnittebene entspricht dabei der x-z-Ebene. Aus der 5 ist ersichtlich, dass der Querschnitt der Blendenanordnung 23 umfassend den ersten Blendenabschnitt 14, den zweiten Blendenabschnitt 16 und das Verbindungsstück 18 sowie der Querschnitt des Lichtleiters 10 unverändert gegenüber der 3 ist.
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In der x-y Ebene, dargestellt, durch 6, weist der Lichtleiter 10 und damit auch die Blendenanordnung 23 eine gekrümmte oder gepfeilte Form auf und wird durch die Vorderkante 14.1 des ersten Blendenabschnitts 14, die Vorderkante 16.1 des zweiten Blendenabschnitts 16 und das Ende 18.1 des Verbindungstücks 18 begrenzt.
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Die 7 zeigt die Blendenanordnung 23 in isometrischer Darstellung. Dabei wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die einzelnen Blendenabschnitte 14, 16 jeweils eben ausgestaltet sind. Dies sieht man am besten, wenn man jeweils nur eine der Kanten 14.1, 16.1, 18.1 aus der 7 jeweils in Verbindung mit der 6 betrachtet.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, den Lichtleiter 10 in z-Richtung, also in der ersten Raumrichtung zu neigen oder zu krümmen. Es muss nur sichergestellt sein, dass über die gesamte Längsausdehnung des Lichtleiters 10 kein Nutzlicht ausgeblendet wird. Das heißt, dass die gesetzlichen Vorgaben bezüglich der räumlichen Lichtverteilung erfüllt sein müssen.
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Die 8 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das es ermöglicht, die Blendenanordnung 23 umfassend den ersten Blendenabschnitt 14, den zweiten Blendenabschnitt 16 und das Verbindungsstück 18 als Befestigungselement für den Lichtleiter zu nutzen.
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In 8 dargestellt ist der Querschnitt durch die Blendenanordnung 23 und den Lichtleiter entsprechend 3. Die Blenden 14 und 16 unterscheiden sich von den in der 3 gezeigten Blenden 14 und 16 darin, dass sie schalenförmige Aufnahmeelemente 24 aufweisen. So kann der Lichtleiter 10 zwischen den oberen ersten Blendenabschnitt 14 und den unteren zweiten Blendenabschnitt 16 in die Aufnahmeelemente 24 eingelegt werden. Vorzugsweise ist das U-förmige oder V-förmige Verbindungsstück 18 so ausgeführt, dass die Schenkel des U oder des V etwas auseinandergebogen werden müsse, um den Lichtleiter 10 in die Aufnahmeelemente 24 einzulegen. Dadurch werden im Verbindungsstück 18 elastische Spannungen aufgebaut, die dafür sorgen, dass die Schenkel des Verbindungsstücks 18 nach dem Einlegen des Lichtleiters 10 diesen fest umfassen und halten.
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Zu diesen Zweck sind die Aufnahmeelemente 24 bevorzugt so ausgestaltet, dass der Abstand zwischen den Aufnahmeelementen 24, die dem ersten Blendenabschnitt 14 zugeordnet sind und den Aufnahmeelementen 24, die dem zweiten Blendenabschnitt 16 zugeordnet sind, geringfügig kleiner ist, als der Querschnitt des Lichtleiters 10. Dadurch können die Schenkel des Verbindungsstücks 18 nach Einlegen des Lichtleiters 10 nicht vollständig in ihre Ausgangstellung zurückkehren. Folglich bleibt eine Spannung im Verbindungsstück 18 erhalten und die daraus resultierenden elastischen Rückstellkräfte fixieren den Lichtleiter 10 in den Aufnahmeelementen 24. nur eine untergeordnete Rolle.
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9 zeigt, dass die Erfindung nicht auf stabförmige Lichtleiter beschränkt ist und auch in Verbindung mit plattenförmigen Lichtleitern verwirklicht werden kann. Es kommt im Wesentlichen auf die Abmessungen der Lichtaustrittsfläche in z-Richtung und auf den Überstand der Blende in der x-Richtung über die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters 10 hinaus an. Die Längserstreckung des Lichtleiters 10 in seiner der Lichtaustrittsrichtung entgegengesetzten Richtung, welche Längserstreckung im Fall der 9 wesentlich größer als im Fall der übrigen Figuren ist, spielt dagegen nur eine untergeordnete Rolle.
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Ferner zeigt 9 eine Ausgestaltung, bei welcher der in der Zeichnungsebene liegende Querschnitt der Blende eine Form besitzt, die stärker von der Form des Lichtleiters abweicht als dies bei den vorhergehenden Figuren der Fall ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007005779 A1 [0005]
