DE102017211659A1

DE102017211659A1 - Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102017211659A1
Application number: DE102017211659.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Isele; Florian Altinger; Juergen Bruegl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-10
Also published as: US11148590B2; CN110574501A; US20200055449A1; WO2019007715A1; CN110574501B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug, die einen Lichtquellenträger (10) mit einer Anordnung von Datenleitungen (13, 14) umfasst. Ferner umfasst die Beleuchtungseinheit eine Mehrzahl von, auf dem Lichtquellenträger (10) angeordneten, Lichtquellen (20) mit jeweils integrierter Steuereinheit, die über die Anordnung der Datenleitungen (13, 14) zum Austausch von Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll miteinander verbunden sind. Der Lichtquellenträger (10) weist auf seiner Rückseite eine Vielzahl an Kavitäten (15) auf. Der Lichtquellenträger (10) ist auf seiner Vorderseite zumindest im Bereich der Kavitäten (15) lichtleitend. Die Anordnung von Datenleitungen (13, 14) ist auf der Rückseite des Lichtquellenträgers (10) ausgebildet, wobei Leitungsenden (13E, 14E) der Datenleitungen (13, 14) an oder in die Anzahl von Kavitäten (15) heran- oder hereingeführt sind. Ferner ist in die Vielzahl von Kavitäten (15) jeweils zumindest eine Lichtquelle (20) derart eingesetzt, dass eine jeweilige Lichtaustrittsfläche (21) in Richtung des Bodens der Kavität (15) weist, und durch einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den Leitungsenden (13E, 14E) der Datenleitungen (13, 14) die Lichtquelle (20) elektrisch kontaktiert und in der Kavität (15) gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Beleuchtungseinheit umfasst einen Lichtquellenträger mit einer Anordnung von Datenleitungen und eine Mehrzahl von, auf dem Lichtquellenträger angeordneten, Lichtquellen mit jeweils integrierter Steuereinheit, die über die Anordnung der Datenleitungen zum Austausch von Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll miteinander verbunden sind.
Es ist bekannt, für die Innenraumbeleuchtung eines Fahrzeugs eine Konturlinienbeleuchtung und/oder Flächenleuchten zu verwenden, welche primär den Zweck einer Akzentbeleuchtung erfüllt. Eine solche Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine oder zwei Lichtquellen und einen Lichtwellenleiter, wobei das von der Lichtquelle emittierte Licht über eine als Lichteinkoppelfläche ausgebildete Stirnfläche des Flächenlichtleiters in den Flächenlichtleiter eingekoppelt wird. Bei einer solchen Beleuchtungsvorrichtung sind statische Lichteffekte möglich, d.h. mittels der Lichtquelle kann die Helligkeit zwischen 0% und 100% reguliert werden, wobei die Helligkeit des Lichtleiters über dessen Länge jedoch immer konstant ist. In Abhängigkeit der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtfarbe ist es darüber hinaus möglich, einen bestimmten Farbeffekt zu erzielen, der ebenfalls über die Länge des Lichtleiters konstant ist. Eine solche Innenraumbeleuchtung ist beispielsweise aus der DE 10 2012 015 057 A1 bekannt.
Da eine hochwertige Innenraumbeleuchtung ein wesentliches Designmerkmal für ein Fahrzeug darstellt, besteht der Wunsch, die Innenraumbeleuchtung flexibler gestalten zu können. Eine flexiblere Innenraumbeleuchtung wird dadurch ermöglicht, dass Beleuchtungseinheiten mit einer Mehrzahl an Lichtquellen eingesetzt werden. Als Lichtquellen werden üblicherweise Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Sowohl einfarbige als auch zur Abgabe von farbigem Licht fähige RGB-LEDs werden z.B. mit LED-Treibern, die Konstantstromquellen sowie einen Regler zur Pulsweitenmodulation und so weiter umfassen, angesteuert. Die Ansteuerung der LED-Treiber erfolgt dabei durch ein zentrales Steuergerät, welches die Lichtquellen der Beleuchtungseinheit in einer für ein bestimmtes Beleuchtungsszenario erforderlichen Weise ansteuert.
Es sind auch Lichtquellen mit integriertem Controller verfügbar, bei denen der LED-Treiber in jeder einzelnen LED integriert ist, so dass nur noch Datenleitungen zur Ansteuerung erforderlich sind. Eine solche Lichtquelle mit integriertem Controller verfügt z.B. über vier oder sechs Anschlüsse, nämlich einen Betriebsspannungsanschuss, einen Masseanschluss, einen bzw. zwei Dateneingangsanschlüsse und einen bzw. zwei Datenausgangsanschlüsse. Die Ansteuerung der Lichtquelle wird durch den in die Lichtquelle integrierten Controller vorgenommen. Ein solcher Controller enthält beispielsweise einen programmierbaren Konstantstrom-Treiber, einen Signalformer sowie für jeden Farbkanal ein Register, in das entsprechend der Registerbreite eine Anzahl an Helligkeitswerten geladen wird.
Diese neuartigen Lichtquellen mit integriertem Controller erlauben es, die Lichtquellen in einer Beleuchtungsquelle dicht aneinander zu reihen, so dass pro Meter zwischen einigen 10 bis über 100 Lichtquellen auf einem flachen Träger (sog. LED-Band) vorgesehen werden können. Die Verwendung flacher Träger-Bänder bringt das Problem mit sich, das zur Bereitstellung einer homogenen Beleuchtung ein Lichtaustrittselement (z.B. Lichtleiter und/oder Streuscheibe) auf komplexe Weise berechnet und hergestellt werden muss. So unterscheiden sich die Lichtaustrittselemente beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob die Beleuchtungseinheit in einer linken oder rechten Türverkleidung, vorne oder hinten, oder in einer Instrumententafel des Fahrzeugs zu integrieren ist. Dies ist insbesondere auch dem Umstand geschuldet, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinheiten eine äquidistante Beabstandung der Lichtquellen auf dem flachen TrägerBand aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche unabhängig von der Gestalt eines Lichtaustrittselements eine homogene Lichtabgabe ermöglicht und dabei gleichzeitig einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Beleuchtungseinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen der Beleuchtungseinheit gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird eine Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die einen Lichtquellenträger mit einer Anordnung von Datenleitungen und eine Mehrzahl von, auf dem Lichtquellenträger angeordneten Lichtquellen mit jeweils integrierter Steuereinheit umfasst, wobei die Lichtquellen über die Anordnung der Datenleitungen zum Austausch von Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll miteinander verbunden sind. Die Beleuchtungseinheit kann beispielsweise eine Konturlinienbeleuchtung für die Innenraumbeleuchtung eines Fahrzeugs sein, die an oder in einer Türverkleidung oder an oder in einer Instrumententafel des Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Beleuchtungseinheit kann darüber hinaus auch eine für die Außenbeleuchtung des Fahrzeugs vorgesehene Beleuchtung, z.B. Konturlinienbeleuchtung, sein.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit weist der Lichtquellenträger auf seiner Rückseite eine Vielzahl an Kavitäten auf. Die Kavitäten können regelmäßig oder unregelmäßig beabstandet zueinander sein. Die Kavitäten können entlang einer Linie verlaufen. Die Kavitäten können auch entlang mehrerer, insbesondere parallel verlaufender Linien verlaufen.
Der Lichtquellenträger ist auf seiner Vorderseite zumindest im Bereich der Kavitäten lichtleitend. Hierzu kann der Lichtquellenträger im Bereich der Kavitäten mit einem transparenten und/oder opaken Material ausgebildet sein. Der Lichtquellenträger kann auch im gesamten transparent oder opak ausgebildet sein. Die Bereiche zwischen zwei benachbarten Kavitäten können lichtleitend sein, sie können jedoch auch aus nicht lichtleitendem Material bestehen oder durch nicht lichtleitendes Material optisch voneinander getrennt sein.
Die Anordnung von Datenleitungen ist auf der Rückseite des Lichtquellenträgers ausgebildet. Leitungsenden der Datenleitungen sind an die Anzahl von Kavitäten herangeführt oder in die Anzahl von Kavitäten hereingeführt. In die Vielzahl von Kavitäten ist jeweils zumindest eine Lichtquelle eingesetzt. So kann beispielsweise eine Lichtquelle einer Kavität zugeordnet sein. Denkbar ist auch, mehrere Lichtquellen in einer Kavität einzusetzen. Auch Kombinationen von Kavitäten, von denen erste Kavitäten genau eine Lichtquelle und zweite Kavitäten jeweils mehrere Lichtquellen aufnehmen, können vorgesehen sein.
Eine jeweilige Lichtquelle ist derart in die zugeordnete Kavität eingesetzt, dass eine jeweilige Lichtaustrittsfläche in Richtung des Bodens der Kavität weist. Gleichzeitig ist durch einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den Leitungsenden der Datenleitungen die Lichtquelle elektrisch kontaktiert und in der Kavität gehalten.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Leuchteinheiten werden die Lichtquellen nicht mit ihrer Rückseite auf einem Träger montiert. Stattdessen werden die jeweiligen Lichtquellen mit ihrer Lichtaustrittsfläche voran in eine jeweilige Kavität eines entsprechend ausgestalteten Lichtquellenträgers eingebracht und auf ihrer, insbesondere freiliegenden, Rückseite kontaktiert. Die Kontaktierung erfolgt durch die geometrische Gestalt der Kavität, wobei durch eine mechanische Verbindung mit Leitungsenden der Datenleitungen einerseits das Halten der Lichtquellen in der Kavität bewerkstelligt wird und andererseits gleichzeitig der notwendige elektrische Kontakt hergestellt wird. Der Lichtquellenträger, der im Bereich der Kavitäten lichtleitend ist, übernimmt dabei gleichzeitig die Funktion eines ansonsten separat bereitzustellenden Lichtleiters. Dadurch lässt sich die Beleuchtungseinheit auf einfachere und kostengünstigere Weise bereitstellen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Beleuchtungseinheit ergibt sich der Abstand benachbarter Lichtquellen durch den Abstand und die Anordnung der in dem Lichtquellenträger vorgesehenen Kavitäten. Abhängig davon kann die Beleuchtungseinheit Abschnitte unterschiedlicher Leuchtquellendichten umfassen, welche von der Anzahl in einem jeweiligen Abschnitt angeordneten Lichtquellen abhängt. Dadurch kann die Dichte an Lichtquellen je nach verfügbarem Bauraum variiert werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Anzahl der benötigten Lichtquellen an das tatsächlich benötigte Licht anzupassen. Im Ergebnis kann leichter auf geometrische Bedingungen und Voraussetzungen am Ort des Einbaus im Fahrzeug eingegangen werden, wobei eine optimale Platzierung und Dichte an Lichtquellen gewährleistet werden kann.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Lichtquellenträger auf der Vorderseite und/oder auf der Rückseite eine dreidimensionale Grundform auf, die an dem Oberflächenverlauf einer Komponente des Fahrzeugs, an der der Lichtquellenträger zu befestigen ist, angepasst ist. Die dreidimensionale Grundform kann beispielsweise an den Verlauf einer Türverkleidung oder Instrumententafel angepasst sein. Abhängig von dem Oberflächenverlauf kann dann die Dichte der Lichtquellen, d.h. der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Lichtquellen durch das Bereitstellen der Kavitäten bei der Konzeption berücksichtigt werden.
Um das Halten einer jeweiligen Lichtquelle in der Kavität mittels der an oder in die Anzahl von Kavitäten heran- oder hereingeführten Datenleitungen bewerkstelligen zu können, ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, dass die Leitungsenden jeweiliger Datenleitungen über eine Kante der Kavität hinaus in Richtung der Kavität überstehen. Hierdurch kann eine Lichtquelle durch die über eine Kante der Kavität hinaus überstehenden Leitungsenden in der Kavität eingeklemmt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Leitungsenden jeweiliger Datenleitungen über die Kante der Kavität hinaus in Richtung des Bodens der Kavität gebogen ist. Hierdurch kann eine Federkraft der Leitungsenden genutzt werden, um eine Lichtquelle in der Kavität zu halten. Gleichzeitig wird durch eine derartige Ausgestaltung ein sicherer elektrischer Kontakt ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Leitungsenden jeweiliger Datenleitungen über die Kante der Kavität hinaus vom Boden der Kavität wegweisend gebogen ist. Auch hierdurch kann durch die Leitungsenden eine Federkraft erzeugt werden, die auf die Lichtquelle wirkt, wenn diese in die Kavität eingesetzt ist. Hierdurch wird neben einem mechanischen Halten auch ein guter elektrischer Kontakt sichergestellt.
Eine besonders einfache Herstellung der Beleuchtungseinheit ist dadurch möglich, dass die Leitungsendabschnitte, die an gegenüberliegenden Kanten der Kavität über die Kanten überstehen, eine gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen, welche vom Boden der Kavität weg weist, wenn die Lichtquelle in die Kavität eingesetzt ist, in einer Ebene mit der Rückseite des Lichtquellenträgers liegt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen, welche vom Boden der Kavität weg weist, wenn die Lichtquelle in die Kavität eingesetzt ist, über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers geringfügig heraussteht. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen, welche vom Boden der Kavität weg weist, wenn die Lichtquelle in die Kavität eingesetzt ist, in der Kavität derart angeordnet ist, dass die Kontaktierungshauptseite nicht über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers heraussteht.
Diese unterschiedlichen Ausgestaltungen ermöglichen im Zusammenspiel mit der Ausbildung der Gestalt der in die Kavität hineinragenden Leitungsenden die Ausübung einer Klemmkraft zum mechanischen Halten der Lichtquelle in der Kavität sowie zur elektrischen Kontaktierung von Anschlussflächen der Lichtquellen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass der Boden zumindest eines Teils der Kavitäten als optische Fläche ausgebildet ist. Durch die Ausgestaltung des Bodens als optische Fläche ist es möglich, das aus der Lichtaustrittsfläche einer jeweiligen Lichtquelle austretende Licht gezielt bzw. gerichtet in den Lichtquellenträger einzukoppeln und dort in erwünschter Weise aus diesem austreten zu lassen. Im Zusammenspiel mit einer optionalen Streuscheibe kann dann eine gewünschte Lichtwirkung und -verteilung erzielt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann der Lichtquellenträger als Lichtleiter ausgebildet sein, der zumindest im Bereich der Kavitäten transparent oder opak ist. Hierdurch kann das Vorsehen eines ansonsten gesondert vorzusehenden Lichtleiters, in den das aus einer jeweiligen Lichtquelle austretende Licht zur Weiterleitung eingekoppelt wird, entfallen. Dies vereinfacht die Montage und senkt Herstellungskosten.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Boden zumindest eines Teils der Kavitäten durch ein optisches Bauelement, z.B. eine Linse, gebildet ist, das auf der Vorderseite des Lichtquellenträgers in diesen eingesetzt ist. Hierdurch kann Licht, z.B. je nach verfügbarem Bauraum, gezielt aus der Beleuchtungseinheit ausgekoppelt werden.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinheit der hier beschriebenen Art. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen des Lichtquellenträgers mit einer Vorderseite und einer Rückseite, der im Bereich der Rückseite eine Vielzahl von Kavitäten aufweist und auf seiner Vorderseite zumindest im Bereich der Kavitäten lichtleitend ist; Aufbringen der Anordnung von Datenleitungen auf dem Lichtquellenträger; Einsetzen jeweils zumindest einer Lichtquelle in die Vielzahl von Kavitäten derart, dass eine jeweilige Lichtaustrittsfläche der Lichtquellen in Richtung des Bodens der Kavität aufweist, und durch einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den Leitungsenden der Datenleitungen die Lichtquelle elektrisch kontaktiert und in der Kavität gehalten ist.
Die erfindungsgemäß beschriebene Beleuchtungseinheit lässt sich dadurch besonders einfach und kostengünstig erzeugen, wenn der Lichtquellenträger durch 3D-Druck erzeugt wird. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, den Lichtquellenträger in einer dreidimensionalen Grundform auszubilden und an den gewünschten Stellen auf der Rückseite die gewünschte Anzahl an Kavitäten vorzusehen. Die dreidimensionale Grundform berücksichtigt dabei bereits während der Erzeugung durch 3D-Druck den Oberflächenverlauf einer Komponente des Fahrzeugs, an der der Lichtquellenträger zu befestigen ist. Eine solche Komponente des Fahrzeugs kann beispielsweise eine Türverkleidung oder der Instrumententräger sein.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Anordnung von Datenleitungen ebenfalls durch 3D-Druck erzeugt wird. Die Erzeugung der Datenleitungen durch 3D-Druck ermöglicht es, diese in der oben beschriebenen Weise über die Kanten der Kavitäten überstehen zu lassen. Durch das 3D-Druckverfahren ist es ebenso möglich, gegebenenfalls erwünschte Biegungen der in die Kavität überstehenden Leitungsenden auszubilden. Hierdurch können die Leitungsenden der Datenleitungen ohne weiteren Aufwand mit fehlenden Eigenschaften versehen werden.
Das Erzeugen der Datenleitungen kann zeitlich unabhängig von der Erzeugung des Lichtquellenträgers durch 3D-Druck erfolgen. In einer anderen Ausgestaltung ist es ebenfalls möglich, dass der Lichtquellenträger und die Anordnung von Datenleitungen in einem Arbeitsgang durch 3D-Druck erzeugt werden.
Zum Einbringen der Lichtquellen in die Kavität ist es zweckmäßig, wenn eine jeweilige Lichtquelle in die hierzu geordnete Kavität eingeclipst wird. Dies kann beispielsweise durch einen Roboter nach dem Pick-and-Place-Verfahren erfolgen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinheit, bei der eine Vielzahl an Lichtquellen auf einem ebenen Trägerband aufgebracht ist;
2 eine Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit, aus der die Anordnung einer Lichtquelle in einer Kavität ersichtlich ist; und

3 eine alternative Ausgestaltungsvariante, bei der der Lichtquellenträger im Bereich der Kavität mit einem optischen Bauelement versehen ist.
1 zeigt eine Draufsicht einer schematischen, bekannten Beleuchtungseinheit 1, wie diese beispielsweise für eine Konturlinienbeleuchtung in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen könnte.
Ein flaches Lichtquellenband 2 dient als Träger für eine Vielzahl von nebeneinander auf dem Lichtquellenband 2 angeordneten Lichtquellen 20. Als Lichtquellen 20 werden z.B. Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt. Dabei können sowohl einfarbige als auch zur Abgabe von farbigem Licht fähige RGB-LEDs eingesetzt werden. Die Abgabe von weißem oder farbigem Licht erfolgt über eine Lichtaustrittsfläche 21, welche auf der von dem Lichtquellenband 2 abgewandten Hauptfläche der Lichtquellen 20 liegt. Jede der Lichtquellen 20 verfügt über einen (in den Figuren nicht gezeigten) integrierten Controller, wobei ein LED-Treiber in jeder einzelnen LED integriert ist. Mit Hilfe eines jeweiligen LED-Treibers, der eine Konstantstromquelle sowie einen Regler zur Pulsweitenmodulation umfasst, werden die Lichtquellen 20 in einer für eine bestimmte Lichtabgabe erforderlichen Weise angesteuert.
Zur Ansteuerung der Lichtquellen sind lediglich Datenleitungen erforderlich. Diese Datenleitungen, die in 1 nicht explizit dargestellt sind, sind auf und/oder in dem Lichtquellenband 2 vorgesehen. Der Anschluss an die Datenleitung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über vier Anschlusspunkte 22, 23, 24, 25, nämlich einen Betriebsspannungsanschluss, einen Masseanschluss, einen Dateneingangsanschluss und einen Datenausgangsanschluss. Je nach Ausgestaltung der Datenleitungen kann eine jeweilige Lichtquelle 20 auch über eine größere Anzahl an Anschlusspunkten verfügen. Üblich sind z.B. auch sechs Anschlusspunkte, nämlich ein Betriebsspannungsanschluss, ein Masseanschluss, zwei Dateneingangsanschlüsse und zwei Datenausgangsanschlüsse. Bei dieser Variante lassen sich die Datenein- und ausgänge als Differentialsignalein- und -ausgänge (Data High and Data Low) realisieren. In der nachfolgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber von Lichtquellen mit vier Anschlusspunkten ausgegangen.
Die Datenleitungen können als Busse ausgestaltet sein. Die Ansteuerung der Lichtquellen 20, die auf dem Lichtquellenband 2 regelmäßig beabstandet nebeneinander angeordnet sind, erfolgt durch den jeweiligen, in der Lichtquelle integrierten Controller. Dieser enthält beispielsweise einen programmierbaren Konstantstrom-Treiber, einen Signalformer sowie für jeden Farbkanal ein Register, in das entsprechend der Registerbreite eine Anzahl an Helligkeitswerten geladen wird.
Eine derart ausgestaltete Beleuchtungseinheit 1, bei der die Lichtquellen 20 einen integrierten Controller umfassen, ermöglicht es, die Lichtquellen 20 dicht aneinander zu reihen, so dass pro Meter zwischen einigen 10 bis über 100 Lichtquellen vorgesehen werden können. Die Fertigung der in 1 gezeigten Komponenten kann in endloser Form erfolgen. Dies bedeutet, erst beim Verbau in eine Komponente des Fahrzeugs, z.B. eine Türverkleidung (vorne links, vorne rechts, hinten links, hinten rechts) oder eine Instrumententafel wird das Lichtquellenband mit den darauf angeordneten Lichtquellen auf die erforderliche Länge gebracht und mit einem Lichtleiter und einer Streuscheibe zu einer Beleuchtungseinheit vereinigt. Diese wird dann an der vorgesehenen Komponente in dem Fahrzeug angeordnet.
Durch dieses Vorgehen ist man hinsichtlich Form, der Dichte der Leuchtdioden 20 und der Tiefe zum Lichtleiter oder der Streuscheibe konstruktiv eingeschränkt. Eventuelle Abstandsvariationen der Lichtaustrittsflächen 21 zur Oberfläche des Lichtleiters müssen durch die Anordnung und Gestalt des Lichtleiters und/oder der Streuscheibe ausgeglichen werden.
In den 2 und 3 sind jeweils Querschnitte durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit dargestellt, welche aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus sowie ihres Herstellungsprozesses von Haus aus auf den Oberflächenverlauf der Komponente des Fahrzeugs angepasst werden können bzw. sind.
Als Träger für die Vielzahl von Lichtquellen 20, von denen in den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 stellvertretend nur eine dargestellt ist, wird ein Lichtquellenträger 10 verwendet, der durch 3D-Druck erzeugt ist und eine dreidimensionale Grundform aufweist, die an den Oberflächenverlauf der Komponente des Fahrzeugs, an der der Lichtquellenträger 10 zu befestigen ist, angepasst ist. Aufgrund der lediglich ausschnittsweisen Darstellung der Beleuchtungseinheit 1 in den 2 und 3 kann die dreidimensionale Grundform jedoch nicht ersehen werden.
Der Lichtquellenträger 10 umfasst eine Rückseite 11 und eine Vorderseite 12. Auf der Rückseite 11 ist vorzugsweise für jede Lichtquelle 20 eine Kavität 15 vorgesehen. In einer Ausführungsform könnte in einer Kavität 15 auch eine Mehrzahl an Lichtquellen 20 angeordnet werden. Auf der Vorderseite 12 ist der Lichtquellenträger 10 zumindest im Bereich 19 der Kavität 15 lichtleitend. In die Kavität 15 ist die Lichtquelle 20 derart eingesetzt, dass deren Lichtaustrittsfläche 21 in Richtung eines Bodens 18 der Kavität 15 weist. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels ist die Lichtquelle 20 mit ihrer, die Lichtaustrittsfläche 21 aufweisenden Hauptseite vollständig an den Boden 18 der Kavität 15 angrenzend. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Tiefe der Kavität 15 beispielhaft derart bemessen, dass eine Kontaktierungsrückseite der Lichtquelle 20, d.h. eine der, die Lichtaustrittsfläche 21 aufweisenden, Hauptfläche gegenüberliegende Hauptfläche, über eine Ebene der Rückseite 11 des Lichtquellenträgers heraussteht. Auf der Kontaktierungshauptseite weist die Lichtquelle 20 die Anschlusspunkte 22, ..., 24 auf, von denen in den Querschnittsdarstellungen der 2 und 3 lediglich die einander gegenüberliegenden Anschlusspunkte 22, 24 zu erkennen sind.
Auf dem Lichtquellenträger 10 ist die bereits erwähnte Anordnung von Datenleitungen vorgesehen. Genauer ist die Anordnung der Datenleitungen 13, 14 auf der Rückseite 11 des Lichtquellenträgers 10 ausgebildet. Jeweilige Leitungsenden 13E, 14E der in den Querschnittsdarstellungen ersichtlichen Datenleitungen 13, 14 sind an die Kavität 15 herangeführt und überragen Kanten 16K, 17K der Seitenwände 16 ,17 der Kavität 15. Dabei sind die Leitungsenden 13E, 14E in diesem Ausführungsbeispiel über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers 10 herausstehend. Aufgrund einer federnden Wirkung drücken die Leitungsenden 13E, 14E in Richtung der Kontaktierungsrückseite der Lichtquelle 20 und kommen dabei elektrisch und mechanisch mit den Anschlusspunkten 22, 24 in Kontakt. Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Anschlusspunkt 22 und dem Leitungsende 13E sowie dem Anschlusspunkt 24 und dem Leitungsende 14E hergestellt und gleichzeitig die Lichtquelle 20 in der Kavität 15 gehalten.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte die Kontaktierungshauptseite der Lichtquelle 20 auch in einer Ebene mit der Rückseite 11 des Lichtquellenträgers 10 liegen. Ebenso denkbar ist, dass, wenn die Lichtquelle 20 in die Kavität 15 eingesetzt ist, die Kontaktierungshauptseite der Lichtquelle 20 nicht über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers heraussteht. Dies bedeutet, die Tiefe der Kavität 15 ist größer als die Höhe der Lichtquelle 20.
Das Einsetzen der Lichtquelle 20 in die Kavität 15 kann durch Einclipsen erfolgen. Dazu kann es entgegen der zeichnerischen Darstellung zweckmäßig sein, wenn die Breite der Kavität geringfügig größer als die Kantenlänge der Lichtquelle 20 ist. Dadurch kann die Lichtquelle 20 schräg in die Kavität 15 eingesetzt werden, so dass eine Seitenkante der Lichtquelle 20 vorzugsweise unter, z.B., das Leitungsende 14E gelangt und dann kann die andere, gegenüberliegende Seitenkante der Lichtquelle 20 in Richtung des Bodens 18 der Kavität 15 gedrückt werden.
Das Einclipsen bzw. Einsetzen der Lichtquelle 20 in die Kavität 15 kann auch derart erfolgen, dass während des Einsetzvorgangs die Hauptseiten der Lichtquelle 20 parallel zum Boden 18 der Kavität 15 bleiben. Während des Einsetzens können die Leitungsenden 13E, 14E nach unten in einen Spalt zwischen der Seitenkante der Lichtquelle 20 und der zugeordneten Wand 16 bzw. 17 gedrückt werden. Diese Vorgehensweise erfordert eine besondere Gestalt der Kontaktierungsflächen 22, 24, welche nicht nur auf der Kontaktierungsrückseite, sondern auch auf den den Seitenwänden 16, 17 zugewandten Seitenkantenflächen des Lichtleiters 20 ausgebildet ist.
Die in den 2 und 3 gezeigte Kontaktierung und gleichzeitig mechanische Halterung illustriert das erfindungsgemäße Vorgehen somit lediglich schematisch. Dem Fachmann ist klar, dass durch entsprechende Ausgestaltung der Leitungsenden 13E, 14E sowie der zugeordneten Anschlusspunkte 22, 24 verschiedene Möglichkeiten der Kontaktierung und Halterung bestehen. Im Ergebnis soll eine Federwirkung bzw. Klemmkraft der Leitungsenden 13E, 14E ausgenutzt werden, um neben einer elektrischen Kontaktierung auch die mechanische Halterung der Lichtquelle 20 in der Kavität 15 zu übernehmen.
Dem Fachmann ist in diesem Zusammenhang auch klar, dass die Länge der in die Kavität überstehenden Leitungsenden 13E, 14E nicht gleich zu sein braucht. Insbesondere können einander gegenüberliegenden Leitungsenden 13E, 14E eine unterschiedliche Länge aufweisen, was insbesondere ein schräges Einclipsen begünstigt. Bei dieser Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn die entlang einer Seitenkante 16K oder 17K angeordneten Leitungsenden die gleiche Länge aufweisen, während die Leitungslängen gegenüberliegender Datenleitungen eine dazu unterschiedliche Länge aufweisen.
Grenzt die Hauptfläche des Lichtleiters, in welcher die Lichtaustrittsfläche 21 ausgebildet ist, wie in 2 gezeigt, an den Boden an, so kann aus der Lichtaustrittsfläche 21 austretendes Licht durch den lichtleitenden Bereich 19 aus dem Lichtquellenträger 10 über die Vorderseite 12 austreten. Angrenzend an die Vorderseite 12 kann eine nicht dargestellte Streuscheibe vorgesehen sein.
Das Material des Lichtquellenträgers 10 kann derart gewählt sein, dass dieses vollständig als Lichtleiter ausgebildet ist. In einer anderen Ausgestaltung ist es ausreichend, wenn lediglich der Bereich 19, der zwischen dem Boden 18 der Kavität 15 und der Vorderseite 12 liegt, lichtleitend ist. Hierzu kann das Material transparent oder opak sein.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Boden 18 der Kavität 15 eine Ausnehmung auf, in welche, von der Vorderseite 12 her, ein optisches Bauelement 30, z.B. eine Linse, eingesetzt ist. Hierdurch können bestimmte, erwünschte Lichtleitungen erzielt werden.
Die Erzeugung der Datenleitungen 13, 14 kann ebenso wie die Erzeugung des Lichtquellenträgers 10 durch 3D-Druck erfolgen. Es ist dabei möglich, zunächst den Lichtquellenträger 10 zu erzeugen und anschließend die Datenleitungen 13, 14. Es sind auch Druckverfahren möglich, bei denen beide Komponenten in einem Arbeitsvorgang erzeugt werden können. Durch die Nutzung eines 3D-Druckverfahrens ist es möglich, die Grundform des Lichtquellenträgers 10 beliebig an den Oberflächenverlauf der Komponente des Fahrzeugs anzupassen. Die Kavitäten werden entsprechend des Erfordernisses der Lichtquellen beabstandet in dem Lichtquellenträger 10 vorgesehen.
Dadurch, dass die Lichtleiter 10 in die Kavität 15 eingeclipst werden können, z.B. durch einen Pick-und-Place-Roboter, kann die elektrische Kontaktierung auf ein Lötverfahren verzichten. Um zu verhindern, dass die Lichtquelle 20 in einer fehlerhaften Lage in die Kavität eingeführt wird, kann in der Kavität 15 ein Orientierungsmerkmal, z.B. ein Vorsprung, vorgesehen sein, welcher - Lagerichtigkeit vorausgesetzt - in einen korrespondierenden Rücksprung der Lichtquelle 15 eingreift. Dadurch kann ein fehlerhaftes Einsetzen der Lichtquelle 20 in die Kavität 15 vermieden werden.
Als Lichtquellenträger 10 muss in einer weiteren Ausgestaltung nicht zwingend ein separates Bauteil bereitgestellt werden, sondern vielmehr kann diese durch die Oberfläche einer Türverkleidung oder Instrumententafel, in der die Beleuchtungseinheit vorgesehen ist, gebildet werden. Dadurch besteht keine Notwendigkeit an geraden Oberflächen, wie diese bei den in Verbindung in 1 erläuterten planen LED-Streifen notwendig ist. Durch die Möglichkeit, die Lichtquellen bzw. Kavitäten 15 in einer für die Lichtverteilung erforderlichen Weise vorzusehen, kann die Dichte der Lichtquellen 20 auf einfache Weise je nach verfügbarem Bauraum variiert werden. Dadurch kann die Anzahl an Lichtquellen 20 entsprechend den Erfordernissen bemessen werden.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungseinheit
2: Lichtquellenband
10: Lichtquellenträger
11: Rückseite des Lichtquellenträgers
12: Vorderseite des Lichtquellenträgers
13: Datenleitung
13E: Leitungsende der Datenleitung 13
14: Datenleitung
14E: Leitungsende der Datenleitung 14
15: Kavität
16: Seitenwand
16K: Kante der Seitenwand 16
17: Seitenwand
17K: Kante der Seitenwand 17
18: Boden
19: Bereich des Lichtquellenträgers 10 unterhalb der Kavität 15
20: Lichtquelle
21: Lichtaustrittsfläche
22: Anschlusspunkt
23: Anschlusspunkt
24: Anschlusspunkt
25: Anschlusspunkt
30: optisches Bauelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012015057 A1 [0002]

Claims

Beleuchtungseinheit für ein Fahrzeug, umfassend - einen Lichtquellenträger (10) mit einer Anordnung von Datenleitungen (13, 14); - eine Mehrzahl von, auf dem Lichtquellenträger (10) angeordneten, Lichtquellen (20) mit jeweils integrierter Steuereinheit, die über die Anordnung der Datenleitungen (13, 14) zum Austausch von Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll miteinander verbunden sind; wobei - der Lichtquellenträger (10) auf seiner Rückseite eine Vielzahl an Kavitäten (15) aufweist; - der Lichtquellenträger (10) auf seiner Vorderseite zumindest im Bereich der Kavitäten (15) lichtleitend ist; - die Anordnung von Datenleitungen (13, 14) auf der Rückseite des Lichtquellenträgers (10) ausgebildet ist, wobei Leitungsenden (13E, 14E) der Datenleitungen (13, 14) an oder in die Anzahl von Kavitäten (15) heran- oder hereingeführt sind; - in die Vielzahl von Kavitäten (15) jeweils zumindest eine Lichtquelle (20) derart eingesetzt ist, dass -- eine jeweilige Lichtaustrittsfläche (21) in Richtung des Bodens der Kavität (15) weist, und -- durch einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den Leitungsenden (13E, 14E) der Datenleitungen (13, 14) die Lichtquelle (20) elektrisch kontaktiert und in der Kavität (15) gehalten ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellenträger (10) auf der Vorderseite und/oder auf der Rückseite eine dreidimensionale Grundform aufweist, die an den Oberflächenverlauf einer Komponente des Fahrzeugs, an der der Lichtquellenträger (10) zu befestigen ist, angepasst ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsenden (13E, 14E) jeweiliger Datenleitungen (13, 14) über eine Kante der Kavität (15) hinaus in Richtung der Kavität (15) überstehen.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungsenden (13E, 14E) jeweiliger Datenleitungen (13, 14) über die Kante der Kavität (15) hinaus in Richtung des Bodens der Kavität (15) gebogen ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitungsenden (13E, 14E) jeweiliger Datenleitungen (13, 14) über die Kante der Kavität (15) hinaus vom Boden der Kavität (15) weg weisend gebogen ist.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungsendabschnitte, die an gegenüberliegenden Kanten der Kavität (15) über die Kanten überstehen, eine gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen (20), welche vom Boden der Kavität (15) weg weist, wenn die Lichtquelle (20) in die Kavität (15) eingesetzt ist, in einer Ebene mit der Rückseite des Lichtquellenträgers (10) liegt.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen (20), welche vom Boden der Kavität (15) weg weist, wenn die Lichtquelle (20) in die Kavität (15) eingesetzt ist, über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers (10) geringfügig heraussteht.
Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierungshauptseite der Mehrzahl an Lichtquellen (20), welche vom Boden der Kavität (15) weg weist, wenn die Lichtquelle (20) in die Kavität (15) eingesetzt ist, in der Kavität (15) derart angeordnet ist, dass die Kontaktierungshauptseite nicht über die Ebene der Rückseite des Lichtquellenträgers (10) heraussteht.
Beleuchtungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden zumindest eines Teils der Kavitäten (15) als optische Fläche ausgebildet ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellenträger (10) ein Lichtleiter ist, der zumindest im Bereich der Kavitäten (15) transparent oder opak ist.
Beleuchtungseinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden zumindest eines Teils der Kavitäten (15) durch ein optisches Bauelement gebildet ist, das auf der Vorderseite der Lichtquellenträgers (10) in diesen eingesetzt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungseinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Bereitstellen des Lichtquellenträgers (10) mit einer Vorderseite und einer Rückseite, der im Bereich der Rückseite eine Vielzahl von Kavitäten (15) aufweist und auf seiner Vorderseite zumindest im Bereich der Kavitäten (15) lichtleitend ist; - Aufbringen der Anordnung von Datenleitungen (13, 14) auf dem Lichtquellenträger (10); - Einsetzen jeweils zumindest einer Lichtquelle (20) in die Vielzahl von Kavitäten (15), derart, dass -- eine jeweilige Lichtaustrittsfläche (21) der Lichtquellen (20) in Richtung des Bodens der Kavität (15) weist, und -- durch einen elektrischen und mechanischen Kontakt mit den Leitungsenden (13E, 14E) der Datenleitungen (13, 14) die Lichtquelle (20) elektrisch kontaktiert und in der Kavität (15) gehalten ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Lichtquellenträger (10) durch 3D-Druck erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Anordnung von Datenleitungen (13, 14) durch 3D-Druck erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, bei dem der Lichtquellenträger (10) und die Anordnung von Datenleitungen (13, 14) in einem Arbeitsgang durch 3D-Druck erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, bei dem eine jeweilige Lichtquelle (20) in die zugeordnete Kavität (15) eingeclipst wird.