-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage von Diodenvorrichtungen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Justagevorrichtung und eine Diodenvorrichtung.
-
Um ein optisches Bauteil, beispielsweise eine Linse, hochpräzise auf einem Gehäuse, das beispielsweise eine Lichtquelle hat, zu montieren und dabei ein Verschieben der Bauteile während einer Justage relativ zueinander zu verhindern, werden metallische Federn oder Gummipuffer verwendet, um die Bauteile relativ zueinander festzulegen. Zum Fixieren des optischen Bauteils auf dem Gehäuse wird beispielsweise ein Laserschweißverfahren verwendet, wobei sehr starke thermische Kräfte auftreten können, die zu einem Verzug des optischen Systems führen.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem ein optisches Element, insbesondere eine Linse, kostengünstig und auf vorrichtungstechnisch einfache Weise auf einer Diodenvorrichtung montierbar ist, sowie eine Justagevorrichtung zu schaffen, mit der das Verfahren durchführbar ist, und eine Diodenvorrichtung zu schaffen, welcher mit dem Verfahren hergestellt ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich der Justagevorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 und hinsichtlich der Diodenvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.
-
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenvorrichtung vorgesehen. Hierbei kann ein Haltering für ein optisches Element an ein Gehäuse der Diodenvorrichtung befestigt werden. Das Gehäuse kann eine Lichtquelle, beispielsweise eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode, aufweisen und als Diodensockel ausgebildet sein. Eine Leiterplatte, auf welcher die Lichtquelle montierbar ist, kann im Gehäuse beispielsweise verpresst oder verschweißt sein. Das Verfahren kann folgende Schritte aufweisen. In einem ersten Schritt kann ein Einlegen des Halterings in eine Justagevorrichtung erfolgen. Die Justagevorrichtung kann zumindest zwei Greifarme aufweisen, durch welche der Haltering gehalten sein kann. In einem weiteren Schritt kann ein Anordnen der Justagevorrichtung mit dem Haltering über dem Gehäuse im Strahlengang der Lichtquelle derart erfolgen, dass eine Stirnseite des Halterings zu einer Strahlenaustrittsseite des Gehäuses weist. In einem weiteren Schritt kann eine Annäherung der Justagevorrichtung an das Gehäuse erfolgen, solange, bis ein Kontakt der Stirnseite des Halterings mit dem Gehäuse hergestellt ist. In einem weiteren Schritt kann ein weiteres Annähern der Justagevorrichtung an das Gehäuse erfolgen, wobei die Greifarme vorgespannt werden können. Dadurch können diese den Haltering in Richtung des Gehäuses mit einer Vorspannkraft oder Federkraft beaufschlagen. In einem anschließenden Schritt kann eine Fixierung des Halterings an dem Gehäuse erfolgen.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, welches auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine hochpräzise Justage, beispielsweise im Mikrometerbereich (+/-1µm), und ein verzugsfreies Montieren eines Halterings auf ein Gehäuse ermöglicht. Es ist ein verzugsfreies Anfahren einer bestimmten Position, die beispielsweise vorher bestimmt wurde, ermöglicht. Für eine Bestimmung der anzufahrenden Position, kann die Laserdiode beispielsweise auch eingeschaltet sein und der Laserstrahl zur Justage geeignet einjustiert werden. Es kann also eine aktive Justage durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, auf weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise Federn oder Gummipuffer oder teure Verfahrensschlitten, zu verzichtet. Hierdurch können vorteilhafterweise die Kosten der Herstellung für eine erfindungsgemäße Diodenvorrichtung minimiert werden. Es ist beispielsweise möglich, das Verfahren bei Laser Activated Remote Phosphor Systemen (LARP) und/oder für Mikro-LARP Systeme einzusetzen.
-
Eine Licht emittierende Diode (LED) kann dabei eine direkt emittierende LED sein oder eine sogenannte phosphorkonvertierende LED, bei der das von der LED emittierte Licht, üblicherweise blaues Licht, auf einen nachgelagerten Leuchtstoff, üblicherweise ein in gelbes Licht konvertierender Leuchtstoff, fällt und teilweise in gelbes Konversionslicht umgewandelt wird, was zusammen mit dem nichtkonvertierten Blauanteil weißes Nutzlicht ergibt.
-
Alternativ oder zusätzlich zu LED-Lichtquellen können Laserdioden verwendet werden, die Licht im sichtbaren Spektralbereich aussenden, beispielsweise blaues, grünes oder rotes Licht, oder aber im nicht sichtbaren ultravioletten oder infraroten Spektralbereich.
-
Alternativ oder zusätzlich zu LED-Lichtquellen können auch Laserlichtquellen oder LARP-Systeme verwendet werden, bei denen beispielsweise ein blauer Laserstrahl teilweise mittels eines Konversionselements (Leuchtstoff) in gelbes Konversionslicht umgewandelt wird, so dass in der Überlagerung von unkonvertiertem blauem Laserlicht und gelbem Konversionslicht weißes Mischlicht (Nutzlicht) entsteht. Das Konversionselement weist einen Leuchtstoff als Konversionsmaterial auf, wobei der „Leuchtstoff“ auch eine Leuchtstoffmischung aus mehreren Einzel-Leuchtstoffen sein kann. Ein bevorzugter Einzel-Leuchtstoff kann mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) sein, dann mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung. Im Allgemeinen sind jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein anderer bzw. andere Einzel-Leuchtstoff(e) möglich, etwa zur Emission von rotem und/oder grünem Konversionslicht, wobei auch ein anderer Gelbleuchtstoff denkbar ist. Eine Diodenvorrichtung oder mehrere Diodenvorrichtungen kann/können dann beispielsweise in einer Lichtquellenanordnung vorgesehen sein. Bei mehreren Diodenvorrichtungen können diese linear oder matrixartig angeordnet sein, und beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger, wie beispielsweise einer Wärmesenke oder einem Printed Circuid Board (PCB), vorgesehen sein.
-
Der Haltering kann derart ausgestaltet sein, dass er beispielsweise ein optisches Element in Form einer Linse umgreift. Prinzipiell kann der Haltering auch mehrere optische Elemente, welche insbesondere in Richtung der optischen Achse gesehen hintereinander angeordnet sind, umgreifen. Prinzipiell kann/können das/die optische/n Element/e abbildende oder auch nicht-abbildende Eigenschaften haben, beispielsweise nach Art einer Sammellinse, einer Zerstreuungslinse, eines Streuers oder eines diffraktiven optischen Elements (DOE). Das/die optische/n Element/e kann/können zumindest eine strukturierte oder facettierte Oberfläche aufweisen oder kann/können aus einer Mehrzahl an Subelementen aufgebaut sein, beispielsweise nach Art eines Mikrolinsen-Arrays. Geeignete Materialien für das optische Element sind beispielsweise Gläser wie BK7, Kunststoffe wie Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA), oder Silikon beziehungsweise silikonartige Materialien. Vorteilhafterweise können bereits existierende, vorgefertigte Bauteile verwendet werden, wodurch Produktionskosten gespart werden können.
-
Die Fixierung des Halterings auf dem Gehäuse kann derart erfolgen, dass der Haltering im Strahlengang der Lichtquelle auf dem Gehäuse angeordnet ist. Dabei kann die Stirnseite des Halterings auf einer Fläche liegen, welche lichtaustrittsseitig an dem Gehäuse vorgesehen ist. Eine Fixierung kann beispielsweise durch Klebstoff, insbesondere durch Ultraviolett-(UV)Klebstoff, erfolgen. Es ist auch möglich, dass eine Fixierung durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen beziehungsweise Laserpunktschweißen erfolgt. Dadurch ist vorteilhafterweise eine kostengünstige und vorrichtungstechnisch, beziehungsweise herstellungstechnisch, einfache Möglichkeit bereitgestellt, die Bauteile miteinander unlösbar zu verbinden. Beim Laserscheißen können hohe Kräfte auf die Bauteile aufgrund hoher Schweißtemperaturen wirken. Aufgrund der vorgespannten Greifarme ist dennoch eine exakte Relativpositionierung zwischen dem Haltering und dem Gehäuse ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Justagevorrichtung vorgesehen. Die Justagevorrichtung kann vorteilhafterweise einen Halterahmen aufweisen, von welchem aus sich zumindest zwei Greifarme nach innen hin erstrecken. Die Greifarme können dabei mit Vorteil den Haltering halten. Dadurch kann der Haltering vorteilhafterweise in einer gewünschten Position gehalten beziehungsweise zusammen mit der Justagevorrichtung verschoben werden. Durch die Greifarme ist es vorteilhafterweise möglich, den Haltering relativ zu einem Beampoint oder zu einer optischen Hauptachse der Lichtquelle zu verschieben.
-
Der Halterahmen kann dabei zumindest abschnittsweise ringförmig ausgestaltet sein. Dadurch kann der Halterahmen vorteilhafterweise bauraumsparend ausgestaltet sein. Die Greifarme können vorteilhafterweise baugleich ausgestaltet sein. Weiterhin können die Greifarme, mit Vorteil elastisch, verformbar sein, wodurch sie den Haltering mit einer Federkraft oder Spannkraft beaufschlagen können. Bevorzugt sind die Greifarme aus Federstahl gefertigt. Alternative Materialien können beispielsweise Kupfer-, Titan- oder Aluminiumlegierungen sein. Durch die baugleiche Ausgestaltung der Greifarme kann eine gleichmäßige Verteilung der Federkraft unter den Greifarmen ermöglicht sein. Die benötigte Federkraft kann beispielsweise aufgrund von mechanischen Simulationen ausgelegt sein und derart hoch dimensioniert sein, dass sie ausreicht, um den Haltering während des Schweißens oder Klebens am Gehäuse mit einer vordefinierten Haltekraft beziehungsweise Anpresskraft festzuhalten. Die Feder- oder Haltekraft kann dabei beispielsweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Greifarme und/oder einen Federeinstellweg beim Anpressen und/oder eine Materialkonstante des Werkstoffes definiert sein. Dabei kann beispielsweise eine Elastizitätsgrenze, beispielsweise von RP0,2, nicht überschritten werden. Durch die Elastizität der Greifarme ist es bevorzugt möglich, den Haltering mit dem Bewegungsspielraum ähnlich eines Hexapods zu bewegen, wodurch eine genaue Positionierung des Halterings ermöglicht ist.
-
Die Greifarme können derart ausgestaltet sein, dass sie auf ihrem zum Haltering weisenden Endabschnitt eine Abstufung haben, beispielsweise mit einer ersten Stufenfläche und mit einer zweiten Stufenfläche. Die erste Stufenfläche kann sich dabei, insbesondere etwa, parallel zur Stirnfläche des Halterings, welche vom Gehäuse weg weist, erstrecken. Die zweite Stufenfläche kann sich senkrecht oder angewinkelt zu dieser Stirnfläche des Halterings erstrecken und den Haltering seitlich übergreifen. Dabei kann die erste Stufenfläche an der vom Gehäuse wegweisenden Stirnfläche des Halterings und die zweite Stufenfläche an einer Außenmantelfläche des Halterings angelegt sein. Dadurch kann gewährleistet sein, dass der Haltering in der Justagevorrichtung nicht verrutscht. Durch die zumindest zwei Greifarme kann der Haltering beispielsweise in einer Ebene, beispielsweise einer „X-Y-Ebene“, die sich beispielsweise senkrecht zur optischen Hauptachse der Lichtquelle erstrecken kann, fixiert sein. Durch die Abstufungen an den Greifarmen kann der Haltering zusätzlich in eine Bewegungsrichtung, weg von der Oberfläche des Gehäuses beziehungsweise in Richtung einer optischen Hauptachse, also einer „Z-Richtung“, fixiert sein. Durch die Abstufungen können die Greifarme bei Anlage des Halterings am Gehäuse über den Haltering gespannt werden.
-
Die Greifarme können in dem Rahmen derart angeordnet sein, dass sie in Umfangsrichtung denselben Abstand zueinander haben. So können zwei Greifarme beispielsweise gegenüber voneinander angeordnet sein, oder drei oder mehr Greifarme beispielsweise jeweils beabstandet in einem Winkel von 120° auf einem Teilkreis. Dies führt zu einer gleichmäßigen Kraftbeaufschlagung des Halterings über die Greifarme.
-
Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Diodenvorrichtung vorgesehen, welche ein Gehäuse mit einer Lichtquelle, sowie einen Haltering mit einem optischen Element, beispielsweise einer Linse aufweist, und die mit dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist.
-
Die Diodenvorrichtung kann beispielsweise in einem Scheinwerfer eingesetzt sein. Der Scheinwerfer kann beispielsweise in einem Fahrzeug vorgesehen sein. Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung oder Beleuchtungen für den Gartenbau sein.
-
Mit Vorteil ist der Scheinwerfer in einem Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
-
Der Begriff „etwa“ kann beispielsweise bedeuten, dass eine Abweichung in den fachüblichen Toleranzen oder von bis zu 5% vorhanden sein kann.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1a in einer Explosionsdarstellung eine Diodenvorrichtung mit einem Haltering und einem Gehäuse mit einer Lichtquelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 1b in einer perspektivischen Darstellung den an dem Gehäuse befestigten Haltering gemäß dem Ausführungsbeispiel,
- 2a in einer perspektivischen Darstellung eine Justagevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2b in einer perspektivischen Darstellung eine Justagevorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 3a in einer Draufsicht eine Positionierung der Justagevorrichtung über dem Gehäuse,
- 3b in einer perspektivischen Darstellung die Positionierung der Justagevorrichtung über dem Gehäuse und
- 4 Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1a zeigt eine Diodenvorrichtung. Diese hat einen Haltering 1, der ein optisches Element 2, beispielsweise eine Linse, umgreift. Der Haltering 1 ist bezüglich einer optischen Achse 4 über einem Gehäuse 6 angeordnet, welches eine Lichtquelle 8 aufweist. Die Achse 4 ist die optische Hauptachse 4 der Lichtquelle 8. Das Gehäuse 6 ist etwa rotationssymmetrisch ausgestaltet. An einer Strahlungsaustrittsfläche 10 weist es eine kreisförmige Durchgangsöffnung 11 auf, durch die eine Strahlung der Lichtquelle 8 austreten kann. Auf der Strahlungsaustrittsfläche 10 befinden sich drei Stege 12, welche axial von der Strahlungsaustrittsfläche 10 wegkragen und von dieser radial beabstandet sind. Die Stege 12 sind teilkreisförmig um die Durchgangsöffnung 11 angeordnet. Die Stege 12 bieten radial nach innen weisende Anlageflächen für den Haltering 1. Zudem können sie zur Vormontage bereits den Haltering 1 in einer gewünschten Position, beispielsweise in eine X-Y-Ebene, auf dem Gehäuse 6 vorpositionieren. An einer Außenmantelfläche 14 des Gehäuses 6 ist ein Radialbund 16 vorgesehen. Dieser weist Aussparungen 18 auf, die beispielsweise zur Montage dienen. Weiterhin sind elektrische Kontakte 20 auf einer von der Durchgangsöffnung 11 abgewandten Seite des Gehäuses 6 vorgesehen, mittels denen die Lichtquelle 8 mit Strom versorgbar ist.
-
1b zeigt die Diodenvorrichtung, bei welcher der Haltering 1 am Gehäuse 6 fixiert ist.
-
2a zeigt eine Justagevorrichtung 24a zum Aufnehmen des Halterings 1 (aus 1a und 1b). Die Justagevorrichtung 24a weist einen Rahmen 26a auf. Im Rahmen 26a sind zwei Greifarme 28 vorgesehen, mit welchen der Haltering 1 gehalten werden kann. Die Greifarme 28 weisen an ihren zur Mitte der Justagevorrichtung 24a weisenden Enden zumindest eine Abstufung 30 auf, welche jeweils zwei Abstufungsflächen oder Stufenflächen aufweist. Von diesen kann eine an einer Stirnseite des Halterings 1 und eine an einer Mantelfläche des Halterings 1 anliegen, sofern ein Haltering 1 in der Justagevorrichtung 24a aufgenommen ist. Die Greifarme 28 sind in gespanntem Zustand dargestellt, beispielsweise in einem Zustand, in dem der Haltering 1 durch die Justagevorrichtung 24a gegen die Strahlungsaustrittsfläche 10 gedrückt ist.
-
2b zeigt eine Justagevorrichtung 24b mit drei Greifarmen 28, welche jeweils, in Umfangsrichtung des Rahmens 26b gesehen, beabstandet voneinander im 120° Winkel angeordnet sind und in Richtung der Mitte des Rahmens 26b kragen. Der Rahmen 26b ist als vollständiger Kreisring ausgestaltet. Eine Ausführung einer Justagevorrichtung 24b mit zumindest drei Greifarmen 28 ist bevorzugt, da dadurch eine sichere Positionierung des Halterings 1 in der Ebene erfolgen kann. Die Greifarme 28 sind in gespanntem Zustand dargestellt. Beispielsweise sind die drei Greifarme 28 derart ausgestaltet, dass der Haltering 1 eine Zentrierung beibehält. Die Greifarme 28 werden in eine „-Z-Richtung“ gespannt.
-
3a zeigt eine Justagevorrichtung 32 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem Rahmen 34 und dem durch Greifarme 36, 38, 40 eingespannten Haltering 1, welcher bereits in 1a und 1b gezeigt ist. Der dritte Greifarm 40 ist radial verschiebbar in einer Aufnahme 42 gelagert, so dass ein Einlegen des Halterings 1 erleichtert ist. Die Aufnahme 42 ist in dem Rahmen 34 vorgesehen. Mittels Schrauben 44 kann die Justagevorrichtung 32 an einem beliebigen Bauteil (nicht gezeigt) festgeschraubt sein. Das Bauteil kann beispielsweise ein Hexapod sein. Dadurch ist es möglich, das Bauteil mitsamt der angeschraubten Justagevorrichtung 32 und dem eingespannten Haltering 1, im Rahmen einer aktiven Justage, gemeinsam zu bewegen.
-
Gemäß 3b kragen die Greifarme 36, 38, 40 von dem kreisförmigen Rahmen 34 radial nach innen. Die Greifarme 36 und 38, sowie der Rahmen 34 sind einstückig ausgestaltet. Die Greifarme 36, 38, 40 haben jeweils einen ersten, rahmenseitigen Abschnitt 48, welcher eine gleiche Breite wie der Rahmen 34 aufweist. An diesen ersten Abschnitt 48 schließt sich radial nach innen eine Abstufung 50 an. Rahmenseitig ist der erste Abschnitt 48 jeweils mit einer Aussparung 52 ausgestaltet. Diese ist derart ausgestaltet, dass durch sie die Greifarme 36, 38, 40 jeweils elastisch verformbar sind. Dadurch kann der Haltering 1 bei der Montage mit einer Federkraft beaufschlagt werden. Nach der Abstufung 50 schließt sich radial nach innen ein weiterer Abschnitt 54 an. Dieser ist in Richtung des Halterings 1 und in Richtung des Gehäuses 6, siehe auch 1a, versetzt zu dem ersten Abschnitt 48 angeordnet. Der weitere Abschnitt 54 weist eine weitere Abstufung 56 auf. Diese weist eine erste Stufenfläche und eine zweite Stufenfläche auf, wobei die erste Stufenfläche an einer Stirnseite des Halterings 1 und die zweite Stufenfläche an einer Außenmantelfläche des Halterings 1 anlegbar ist. Die Höhe der zweiten Stufenfläche ist dabei geringer, als eine Höhe der Mantelfläche des Halterings 1. Damit kann der Haltering 1 von den drei Greifarmen 36, 38, 40 gefasst werden und in einer „X-Y-Ebene fixiert sein und sich in einer „Z-Richtung“ weg vom Gehäuse 6, siehe 1b, abstützen.
-
4 zeigt Schritte eines Verfahrensschemas zur Herstellung einer Diodenvorrichtung. Ein erster Schritt des Verfahrens ist ein Einlegen 58 des Halterings 1, beispielsweise aus 1a in die Justagevorrichtung 32, beispielsweise aus 3a. Anschließend erfolgt ein Anordnen 60 der Justagevorrichtung 32 über dem Gehäuse 6 im Strahlengang der Lichtquelle 8. Weiterhin erfolgt ein Annähern 62 der Justagevorrichtung 32 an das Gehäuse 6 bis zum Kontakt der Stirnseite des Halterings 1 mit dem Gehäuse 6. Durch ein weiteres Annähern 64 werden die Greifarme 36, 38, 40 gespannt. Dadurch wird der Haltering 1 mit einer Federkraft beaufschlagt. Abschließend erfolgt eine Fixierung 66 des Halterings 1 am Gehäuse 6.
-
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Montage eines Halterings für ein optisches Element an einem Gehäuse vorgesehen. Dabei wird der Haltering in eine Justagevorrichtung gelegt und die Justagevorrichtung anschließend am Gehäuse angeordnet. Weiter werden der Haltering und das Gehäuse angenähert bis zum Kontakt und darüber hinaus, um den Haltering mit einer Federkraft zu beaufschlagen.
-
Bezugszeichenliste
-
| Haltering |
1 |
| Optisches Element |
2 |
| Optische Hauptachse |
4 |
| Gehäuse |
6 |
| Lichtquelle |
8 |
| Strahlungsaustrittsfläche |
10 |
| Durchgangsöffnung |
11 |
| Steg |
12 |
| Radialbund |
14,16 |
| Aussparung |
18 |
| Elektrischer Kontakt |
20 |
| Diodenvorrichtung |
22 |
| Justagevorrichtung |
24a,24b |
| Rahmen |
26a, 26b |
| Greifarm |
28 |
| Abstufung |
30 |
| Justagevorrichtung |
32 |
| Rahmen |
34 |
| Greifarm |
36,38,40 |
| Aufnahme |
42 |
| Schraube |
44 |
| Abschnitte |
48,50,52,54,56 |
| Verfahrens schritte |
58, 60, 62, 64, 66 |
