DE102014100962B4

DE102014100962B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102014100962B4
Application number: DE102014100962.2A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kloos
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2014-01-28
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: DE102014100962A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (2) und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle (2) angeordneten Optikeinheit, wobei die Optikeinheit ein Optikelement (3) mit einer der Lichtquelle (2) zugewandten Lichteintrittsseite (8) enthaltend eine Lichteintrittsfläche (9) und eine der Lichtquelle (2) abgewandte Lichtaustrittsseite (7) enthaltend eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, wobei die Lichtquelle (2) entlang einer optischen Achse (12) in einem vorgegebenen Abstand (A) zu der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3) positioniert ist und wobei zumindest in dem Bereich zwischen der Lichtquelle (2) und der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3) ein Reflektorrahmen (4) angeordnet ist, der auf einer Innenseite eine Reflektorfläche (13) aufweist zur Umlenkung von unter einem großen Öffnungswinkel (β) austretenden Lichtstrahlen (L') in Richtung der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) als eine einzige LED-Lichtquelle oder als eine 1-Chip-LED-Lichtquelle ausgebildet ist und dass der Reflektorrahmen (4) im Querschnitt einer Kontur der Lichtquelle (2) folgend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 51 464 B4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Optikeinheit mit mehreren als Linsenelemente ausgebildeten Optikelementen aufweist, denen jeweils eine Lichtquelle zugeordnet ist. Die Lichtquelle ist in einem solch nahen Abstand zu einer Lichteintrittsseite des Optikelementes angeordnet, dass die von den jeweiligen Lichtquellen abgestrahlten Lichtbündel von einer Lichteintrittsfläche des Optikelementes erfasst werden.
Auch die EP 2 194 310 A2 beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge, bei der Lichtquellen relativ nah an einer Lichteintrittsfläche eines Optikelementes angeordnet sind. Damit möglichst das gesamte von der Lichtquelle emittierte Lichtbündel von der Lichteintrittsfläche des Optikelementes erfasst wird, weist das Optikelement lichteintrittsseitig eine Aussparung auf, innerhalb derer die Lichtquelle angeordnet ist. Auf diese Weise können auch unter einem großen Öffnungswinkel austretende Lichtstrahlen über die Lichteintrittsfläche des Optikelementes in dasselbe eintreten und an einer parabelförmigen Seitenfläche des Optikelementes in Richtung einer Lichtaustrittsfläche des Optikelementes totalreflektiert werden.
Ist das Optikelement aus einem Kunststoffmaterial, wie bspw. PC oder PMMA, hergestellt, ist es bei relativ lichtstarken Lichtquellen erforderlich, dass diese einen Mindestabstand zu der Lichteintrittsfläche des Optikelementes einhalten, damit keine Schädigung des polymeren Optikelementmaterials eintritt. Aufgrund des vergleichsweise höheren Abstandes der Lichtquelle zu der Lichteintrittsfläche treten jedoch Lichtverluste auf, da von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen unter einem relativ großen Öffnungswinkel an der Lichteintrittsfläche des Optikelementes vorbei abgestrahlt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass auf einfache und kostengünstige Weise der Wirkungsgrad der Beleuchtungseinrichtung bei in einem Abstand zu einem Optikelement angeordneten Lichtquellen erhöht wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2007 062 593 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem Optikelement bekannt, zwischen denen ein Reflektorrahmen angeordnet ist. Dieser Reflektorrahmen weist lediglich zwei Reflektorflügel auf, die keilförmig angeordnet sind, so dass sich der Abstand der Reflektorflügel in Lichtausbreitungsrichtung vergrößert.
Aus der DE 197 18 208 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die eine Flüssigkeitskristallanzeige umfasst. Zur Hinterleuchtung der Flüssigkeitskristallzelle ist eine Beleuchtungsleiterplatte mit einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen bekannt. Ein Reflektorrahmen ist zwischen der Beleuchtungsleiterplatte und der Flüssigkeitskristallzelle angeordnet. Die Hauptfunktion des Reflektorrahmens besteht darin, als Abstandshalter zwischen Beleuchtungsleiterplatte und der Flüssigkeitskristallzelle zu dienen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 1 auf.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels eines Reflektorrahmens, der zwischen einer Lichtquelle und einer Lichteintrittsseite eines Optikelementes positioniert ist, Licht „eingesammelt“ werden kann, das ansonsten für die Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung verloren wäre. Der Reflektorrahmen erstreckt sich vorzugsweise durchgehend zumindest zwischen der Lichtquelle und einer Lichteintrittsfläche des Optikelementes, sodass von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen, die nicht direkt auf die Lichteintrittsfläche treffen, mittels innerer Reflektorflächen des Reflektorrahmens reflektiert und in Richtung der Lichteintrittsfläche des Optikelementes weitergeleitet werden. Es findet somit eine Kanalisierung eines von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtbündels statt. Der Wirkungsgrad der Beleuchtungsvorrichtung kann hierdurch erheblich erhöht werden.
Nach der Erfindung ist der Reflektorrahmen im Querschnitt einer Kontur der Lichtquelle folgend ausgebildet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Reflektorrahmen einer größere Quererstreckung auf als die Lichtquelle und/oder die Lichteintrittsfläche des Optikelements. Der Reflektorrahmen kann somit einfach in Hauptabstrahlrichtung bei bereits montierter Lichtquelle und Optikelement positioniert und befestigt werden. Vorteilhaft kann die Beleuchtungsvorrichtung mit dem Reflektorrahmen nachgerüstet werden. Vorteilhaft können auch Toleranzabweichungen bei der relativen Lage der Lichtquelle zu dem Optikelement ausgeglichen werden.
Vorzugsweise erstrecken sich die Reflektorflächen des Reflektorrahmens durchgehend und parallel zu der optischen Achse, sodass der Reflektorrahmen einen relativ einfachen Aufbau aufweist.
Der einfache und kostengünstige Aufbau des Reflektorrahmens ergibt sich auch aus der glatten und ebenen Ausführung der Reflektorflächen.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Reflektorrahmen als ein Blechrahmen ausgebildet, der bspw. aus dünn gewalztem Blech besteht. Die Rahmenteile können formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann der Reflektorrahmen auch mindestens eine verspiegelte Schicht auf der Innenseite aufweisen, die bspw. einen Reflektionsgrad von 95% aufweist.
Das Optikelement ist vorzugsweise als eine Linse ausgebildet, mittels derer eine vorgegebene Lichtverteilung erzeugbar ist, bspw. eine Kurvenlichtfunktion.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,
2 eine perspektivische Darstellung eines Reflektorrahmens der Beleuchtungsvorrichtung und
3 einen teilweisen Vertikalschnitt der Beleuchtungsvorrichtung in einem Lichteintrittsbereich eines Optikelementes.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung in einem Bug- oder Heckbereich des Fahrzeuges angeordnet sein. Bspw. kann die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Kurvenlichtfunktion, einer Abblendlichtfunktion oder einer Tagfahrlichtfunktion dienen.
Eine Beleuchtungsvorrichtung 1 zur Erzeugung einer Kurvenlichtfunktion besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelle 2, aus einem in Hauptabstrahlrichtung H in einem Mindestabstand A zu der Lichtquelle 2 angeordneten Optikelement 3 und aus einem zwischen der Lichtquelle 2 und dem Optikelement 3 angeordneten Reflektorrahmen 4.
Die Lichtquelle 2 besteht aus einer oder aus mehreren LED-Lichtquellen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Lichtquelle aus einem rechteckförmigen Array von LED-Lichtquellen.
Das Optikelement 3 weist ebene aufrechte gegenüberliegende Flachseiten 5 auf, an denen sich in Hauptabstrahlrichtung H vorne eine asphärische Fläche 6 (Lichtaustrittsfläche) anschließt, an denen das in das Optikelement 3 eingekoppelte Licht entsprechend der vorgegebenen Kurvenlichtverteilung gebrochen wird. Die asphärische Fläche 6 befindet sich an einer Lichtaustrittsseite 7 des Optikelementes 3. Entgegen der Hauptabstrahlrichtung H schließt sich an den gegenüberliegenden Flachseiten 5 eine Lichteintrittsseite 8 an, die eine erhabene Lichteintrittsfläche 9 aufweist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet das Optikelement 3 eine Optikeinheit der Beleuchtungsvorrichtung 1, wobei das Optikelement als eine Linse ausgebildet ist.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Optikeinheit auch durch mehrere Linsen gebildet sein. Alternativ kann das Optikelement auch durch einen Lichtleiter gebildet sein.
Der Reflektorrahmen 4 ist im Querschnitt der Kontur der Lichtquelle 2 folgend ausgebildet. Er ist somit im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet. Der Reflektorrahmen 5 weist gegenüberliegende lange Rahmenseiten 10 und gegenüberliegende kurze Rahmenseiten 11 auf. Die langen Rahmenseiten 10 sind jeweils langen Seiten der Lichtquelle 2 und die kurzen Rahmenseiten 11 jeweils den kurzen Seiten der Lichtquelle 2 zugeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die langen Rahmenseiten 10 und die langen Seiten der Lichtquelle 2 in vertikaler Richtung sowie die kurzen Rahmenseiten 11 und die kurzen Seiten der Lichtquelle 2 in horizontaler Richtung. Die langen Rahmenseiten 10 und die kurzen Rahmenseiten 11 des Reflektorrahmens 4 erstrecken sich in Richtung einer optischen Achse 12 der Lichtquelle 2 bzw. des Optikelements 3.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der Reflektorrahmen 4 eine größere Quererstreckung auf als die Lichtquelle 2. Die Quererstreckung des Reflektorrahmens 4 gibt die Größe der Lichteintrittsfläche 9 des Optikelementes 3 vor. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass nicht nur unter einem Öffnungswinkel α direkt auf die Lichteintrittsfläche 9 abgestrahlte Lichtstrahlen L, sondern auch unter einem größeren Öffnungswinkel β abgestrahlte Lichtstrahlen L' auf die Lichteintrittsfläche 9 treffen können. Denn die unter dem großen Öffnungswinkel β abgestrahlten Lichtstrahlen L' werden an einer Innenseite des Reflektorrahmens 4 angeordneten Reflektorflächen 13 einmal oder mehrmals reflektiert, bis sie die Lichteintrittsfläche 9 erreichen und an dieser in das Optikelement 3 eingekoppelt werden.
Der Reflektorrahmen 4 liegt vorzugsweise unmittelbar auf der Lichteintrittsseite 8 des Optikelementes 3 an, wobei die innere Reflektorseite 13 des Reflektorrahmens 4 die Lichteintrittsfläche 9 des Optikelementes 3 begrenzt.
Der Reflektorrahmen 4 ermöglicht eine Nutzung von Lichtstrahlen L', die unter einem größeren Öffnungswinkel β abgestrahlt werden als die Lichtstrahlen L, die innerhalb des der Öffnungswinkels α direkt auf die Lichteintrittsfläche 9 des Optikelementes 3 treffen.
Der Reflektorrahmen 4 kann eine Länge I aufweisen, die kleiner oder gleich oder größer als der Mindestabstand A sein kann. Vorzugsweise ist die Länge I des Reflektorrahmens 4 so groß, dass Lichtstrahlen L' unter einem maximalen Öffnungswinkel β der Lichtquelle 2 an den innenseitigen Reflektorflächen 13 reflektiert werden können.
Die Reflektorfläche 13 ist vorzugsweise glatt und/oder eben ausgebildet.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Reflektorrahmen 4 als ein Blechrahmen ausgebildet sein, der aus einem U-förmigen Rahmenteil 14 und einem plattenförmigen Rahmenteil 15 zusammengefügt ist. Das plattenförmige Rahmenteil 15 weist in einem Endbereich Schlitze 16 auf, in die Schenkelenden des U-förmigen Rahmenteils 14 eingreifen, sodass die Rahmenteile 14, 15 kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Bspw. können die Rahmenteile 14 und 15 durch Verrastung miteinander verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können die Rahmenteile 14, 15 auch stoffschlüssig durch Verkleben miteinander verbunden sind, bspw. mittels an einer Außenseite des Reflektorrahmens 4 vorgesehener Klebepunkte.
Die Rahmenteile 14, 15 können als dünn gewalzte Blechteile (aus einem rostfreiem Stahl) mit einer Wandstärke in einem Bereich zwischen 60µm und 80µm hergestellt sein. Innenseiten des so gebildeten Reflektorrahmens 4 sind hochreflektierend ausgebildet.
Alternativ kann der Reflektorrahmen 4 auch einen Träger aus einem Aluminiummaterial aufweisen, wie bspw. aus einem Aluminiumbandmaterial mit einem Reflexionsgrad von 95%. Reflexionsverstärkende Oxidschichten stellen den erforderlichen Reflexionsgrad bereit oder erhöhen diesen.
Der Reflektorrahmen 4 ist vorzugsweise an einem nicht dargestellten Optikträger oder an einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung befestigt. Wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, kann der als Primäroptik ausgebildete Reflektorrahmen 4 hängend montiert sein.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsvorrichtung
2: Lichtquelle
3: Optikelement
4: Reflektorrahmen
5: Flachseiten
6: Lichtaustrittsfläche
7: Lichtaustrittsseite
8: Lichteintrittsseite
9: Lichteintrittsfläche
10: Lange Rahmenseiten
11: Kurze Rahmenseiten
12: Optische Achse
13: Reflektorflächen
14, 15: Rahmenteil
16: Schlitze
H: Hauptabstrahlrichtung
A: Mindestabstand
α: Öffnungswinkel
L, L': Lichtstrahlen
β: Öffnungswinkel
I: Länge

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (2) und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle (2) angeordneten Optikeinheit, wobei die Optikeinheit ein Optikelement (3) mit einer der Lichtquelle (2) zugewandten Lichteintrittsseite (8) enthaltend eine Lichteintrittsfläche (9) und eine der Lichtquelle (2) abgewandte Lichtaustrittsseite (7) enthaltend eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, wobei die Lichtquelle (2) entlang einer optischen Achse (12) in einem vorgegebenen Abstand (A) zu der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3) positioniert ist und wobei zumindest in dem Bereich zwischen der Lichtquelle (2) und der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3) ein Reflektorrahmen (4) angeordnet ist, der auf einer Innenseite eine Reflektorfläche (13) aufweist zur Umlenkung von unter einem großen Öffnungswinkel (β) austretenden Lichtstrahlen (L') in Richtung der Lichteintrittsfläche (9) des Optikelementes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) als eine einzige LED-Lichtquelle oder als eine 1-Chip-LED-Lichtquelle ausgebildet ist und dass der Reflektorrahmen (4) im Querschnitt einer Kontur der Lichtquelle (2) folgend ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) eine größere Quererstreckung aufweist als die Lichtquelle (2).
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) im Querschnitt rechteckförmig oder quadratisch ausgebildet ist und dass sich die Reflektorfläche (13) parallel zu der optischen Achse (12) erstreckt.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche (13) glatt und/oder eben ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) als ein Blechrahmen ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechrahmen eine Wandstärke im Bereich zwischen 60µm und 80µm aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) mindestens eine verspiegelte Schicht aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) durch zwei zusammenfügbare Rahmenteile (14, 15) gebildet ist, die kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektorrahmen (4) an einem Optikträger oder an einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung (1) befestigt ist.