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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Außenbeleuchtungseinheit, die in die Außenseite eines Fahrzeugs oder ein mit der Außenseite verbundenes Bauteil einsetzbar ist, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Linse, mindestens einer Lichtquelle und einem optischen System, wobei das optische System zur Erzeugung eines länglichen Lichtmusters auf dem Boden entlang der Seite eines Fahrzeugs ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Außenspiegel sind an das Fahrzeug angepasste Komponenten, die den Fahrer bei der Bedienung des Fahrzeugs, insbesondere zum Beobachten des rückwärtigen Verkehrsgeschehens unterstützen. Es ist üblich, in den Außenspiegel Beleuchtungseinheiten für mehrere Funktionen zu integrieren. Eine derartige Lichtfunktion ist zum Beispiel die Beleuchtung am Boden an der Seite eines Autos. Ziel ist es, Hindernisse für eine Person, die sich dem Auto nähert, sichtbar zu machen (Vorfeldleuchte). Eine weitere Lichtfunktion ist die Beleuchtung eines Bereiches beim Einparken (Manövrierleuchte). Die hier erwähnten Vorfeld- und Manövrierleuchten sind im Sinne der aktuellen ECE R48 und R23.
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Diese Außenbeleuchtungseinheiten befinden sich typischerweise an der Unterseite eines Außenspiegels, wobei die Linse des Leuchtengehäuses bündig mit der Oberfläche abschließt. Ein weiterer Einbauort sind Türgriffe. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird Licht von mindestens einer, aber typischerweise mehreren LEDs als Lichtquelle mit Hilfe von Optiken verteilt. Normalerweise nutzen diese Optiken das Prinzip der Brechung, um die Richtung des Lichts zu ändern. Im Allgemeinen erstreckt sich der Beleuchtungsbereich entlang der Seite eines Fahrzeugs. Typischerweise sind die LEDs auf einer starren Leiterplatte montiert. Diese Platine ist aus Platzgründen im Außenspiegel parallel zum Boden ausgerichtet. Die LEDs befinden sich auf der Unterseite der Platine und sind gerade nach unten ausgerichtet angeordnet.
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Aufgrund der Ausrichtung der Leiterplatte wird das Licht hauptsächlich direkt nach unten gesendet. Zur Erzeugung des länglichen Beleuchtungsbereichs seitlich neben des Fahrzeugs, muss das Licht nach vorne und hinten relativ zur Fahrzeugrichtung gestreut oder umgelenkt werden. Bei den bekannten Leuchteneinheiten wird fast die Hälfte des Lichts in Richtung des Fahrzeugkörpers gesendet, hauptsächlich der Tür, an der der Außenspiegel mit integrierter Außenbeleuchtungseinheit befestigt ist. Die Licht- / Lichtstrahlen müssen von diesen Flächen weggelenkt werden, da die Fahrzeuglackierung sehr reflektierend ist und das so erzeugte Streulicht für sich nähernde Personen und andere Verkehrsteilnehmer störend ist. Das Licht in eine andere Richtung zu senden ist komplex und nicht zu 100% möglich.
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Es ist auch möglich, das Fahrzeug vom Licht abzuschirmen. Aber das bedeutet, dass das Licht absorbiert wird, was bedeutet, dass es verschwendet wird
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Die Umlenkung des Lichts nach vorne und hinten mit der typischen Optik zur Brechung des Lichts erzeugt so genannte Brechungsverluste. Ein Teil des Lichts wird auf den Oberflächen der Optik reflektiert statt gebrochen. Dieser Teil ist größer, wenn der Brechungswinkel größer ist. Aufgrund dieses physikalischen Prinzips gibt es eine Grenze für den möglichen Brechungswinkel. Zum Beispiel, wenn die Lichtquelle ihr Licht gerade nach unten sendet, ist es nicht möglich, das Licht um 90° in die horizontale Richtung zu brechen. Selbst ein Winkel von 70° oder 80°, um das Licht zu einem Punkt auf dem Boden 4 Meter vom Spiegel entfernt zu senden, ist nur mit sehr hohen Verlusten möglich. Hierdurch ist es fast unmöglich einen Beleuchtungsbereich mit einer ausreichenden Beleuchtungsstärke am Boden zu erzeugen. Dies ist jedoch eine typische Anforderung für Manövrierleuchten.
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Das Licht, das von der Optik reflektiert und nicht gebrochen wird, ist Streulicht. Dieses Streulicht geht verloren oder wird in unerwünschte Richtungen reflektiert. Zum Beispiel auf das Fahrzeug oder in oder über der Horizontalen, was gesetzlich nicht erlaubt ist. Gleiches gilt für Licht, das nicht von der Optik erfasst wird.
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Die Anwendung der bekannten Vorfeldleuchten mit LEDs und zugeordneten konventionellen Optiken ist weiter kompliziert und durch gesetzliche Regelungen und Genehmigungen eingeschränkt. Dadurch ist es nicht mehr erlaubt, dass die äußerste, sichtbare Linse eine beliebige Textur hat. Alle optischen Komponenten und Lichtquellen dürfen im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs nicht ab einer Höhe von 1m sichtbar sein, was ungefähr der Montagehöhe einer Vorfeld- oder Manövrierlampe entspricht.
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Aus der
DE 20 2014 100 073 U1 ist ein Fahrzeugaußenspiegel mit einer integrierten Beleuchtungseinheit bekannt, wobei die Beleuchtungseinheit zur Beleuchtung eines Seiten- und Bodenbereichs ausgebildet ist. Hierfür umfasst die Beleuchtungseinheit eine Leiterplatte sowie Leuchtdioden und ein optisches System mit einem Reflektor und einer Linsenabdeckung. Der Reflektor wird zum Reflektieren und Umlenken der aus den Leuchtdioden einfallenden Lichtstrahlen und Erzeugung einer Beleuchtungszone eingesetzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Außenbeleuchtungseinheit, insbesondere eine in einen Außenrückspiegel integrierte Vorfeldleuchte oder Manövrierleuchte derart weiterzubilden, dass das optische System der Außenbeleuchtungseinheit ein längliches Lichtmuster auf dem Boden entlang der Seite eines Fahrzeugs erzeugen kann, dass Streulicht vermieden wird und dass das erzeugte Lichtmuster eine ausreichende Beleuchtungsstärke aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß ist das optische System so konfiguriert, dass ein längliches Lichtmuster auf dem Boden entlang der Seite eines Fahrzeugs entsteht. Das optische System besteht aus einer Freiformfläche.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Außenbeleuchtungseinheit sind:
- - Höchster Wirkungsgrad
- - Erzielen eines Lichtmusters am Boden neben dem Fahrzeug in einem unbegrenzten Bereich mit einer unbegrenzten Größe des Lichtkegels
- - Fast kein Streulicht am Fahrzeug.
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Die Erfindung macht es möglich, dass nahezu das gesamte Licht der Lichtquelle (LED) der Außenbeleuchtungseinheit genutzt werden kann. Zur Erzeugung eines Lichtmusters ist nur eine LED notwendig. Somit besteht keine Gefahr, dass Bereiche der Beleuchtung aufgrund von Prozessschwankungen durch den Einsatz verschiedener LEDs unterschiedliche Farben aufweisen. Oder dass sich die Bereiche nicht richtig überlappen, wenn die LEDs nicht exakt auf der Leiterplatte positioniert sind. Falls erforderlich, können jedoch auch mehrere LEDs verwendet werden.
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Durch den Einsatz des optischen Systems ist eine verlustfreie Ablenkung der Lichtstrahlen in alle Richtungen möglich, die parallel zum Fahrzeug verlaufen
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ausleuchtung aller Bereiche am Boden entlang der Fahrzeugseite möglich ist. Licht, das den Boden weiter vom Fahrzeug entfernt ausleuchten soll, kann mit dem gleichen optischen System mit gleicher Freiformfläche in einem kleineren Winkel abgelenkt werden. Außerdem können Brechungsverluste und Streulicht vermieden werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Farbtrennungen in Blau- und Gelbteile vermieden werden. Dies ist ein typisches Problem bei der Verwendung von weißen LEDs mit blauem Chip und gelbem Phosphor. Glättung der Inhomogenität der Beleuchtung.
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Eine Außenbeleuchtungseinheit mit der erfindungsgemäßen Außenbeleuchtungseinheit hat einen Wirkungsgrad von >60% gezeigt.
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In einer alternativen Ausführungsform können auch mehrere LEDs verwendet werden.
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Die Außenbeleuchtungseinheit ist zur Integration in einen Außenrückspiegel angepasst. In dieser Anwendung ist es notwendig, dass die Öffnung in dem Außenspiegelgehäuse, die durch die Linse des Beleuchtungsgehäuses abgedeckt ist, parallel zum Boden seitlich neben dem Fahrzeug verläuft.
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Eine vertikale Positionierung der Leiterplatte ermöglicht eine einfache Montage. Hierbei kann diese von der Linsenseite her in das Leuchtengehäuse eingebaut werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei auf die anhängenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
- 1 eine Außenbeleuchtungseinheit in einem vertikalen Schnitt,
- 2 eine Ausführungsform eines optischen Systems (Freiformoptik), welches einen kleinen Winkel erzielt,
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Außenbeleuchtungseinheit,
- 4 eine perspektivische Darstellung einer Außenbeleuchtungseinheit von unten,
- 5 eine Ausführungsform eines optischen Systems (Freiformoptik), welches einen asymmetrischen Winkel erzielt; und
- 6 eine Ausführungsform eines optischen Systems (Freiformoptik), welches einen großen Winkel erzielt.
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Beschreibung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Außenbeleuchtungseinheit B umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 1 mit mindestens einer Linse 2, einem optischen System 3 und einer in diesem Gehäuse 1 montierten Lichtquelle 4. Die Lichtquelle 4 ist mindestens eine LED, die auf einer Leiterplatte 5 angeordnet ist. Selbstverständlich kann die Lichtquelle 4 auch eine Vielzahl von LEDs umfassen.
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Die Außenbeleuchtungseinheit B wird in die Außenseite eines Fahrzeugs oder eines mit der Außenseite verbundenen Bauteils integriert angeordnet. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich dabei auf eine Integration der Außenbeleuchtungseinheit B in einen Außenspiegel. Gemäß der Darstellung der Figuren bezeichnet dabei die Z-Richtung die Hochachse, die y-Richtung die Querachse und die X-Richtung die Längsachse des Fahrzeugs.
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Ein Außenspiegel umfasst üblicherweise einen Spiegelfuß, eine Verstärkerplatte als Teil eines Spiegelkopfes sowie eine zwischen Spiegelfuß und Verstärkerplatte ausgebildete Gelenkverbindung. Der Spiegelfuß dient dabei zur Anbindung des Außenspiegels an der Fahrzeugkarosserie an der Fahrer- bzw. Beifahreraußenseite des Kraftfahrzeugs. Die Verstärkerplatte wird im montierten Zustand des Außenspiegels von einer Gehäusehalbschale des Gehäuses 1 des Spiegelkopfes umgeben und hält die Glasbaugruppe bzw. das Spiegelglas. Der Außenspiegel ist in den Figuren nicht dargestellt, lediglich ein Ausschnitt aus dem Spiegelgehäuse, welches das Gehäuse 1 der Außenbeleuchtungseinheit B bildet.
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Wie es aus den schematischen Darstellungen der 1, 2, 5 und 6 zu erkennen ist, ist die Außenbeleuchtungseinheit B auf der nach unten zum Boden gerichteten Seite U des Gehäuses 1 in einer Aufnahmeöffnung der Gehäusehalbschale des Spiegelkopfes integriert angeordnet. Alternativ kann die Außenbeleuchtungseinheit auch in ein Gehäuseelement des Spiegelfußes oder beispielsweise in den Türgriff integriert angeordnet sein.
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1 sowie 3 zeigen die Anordnung der Leiterplatte 4, die im Wesentlichen in z-Richtung d.h. vertikal und parallel zur Außenseite der Karosserie des Seitenbereichs des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Auf der Leiterplatte ist eine LED 4 angeordnet, die ihre Lichtstrahlen L in y- Richtung in ein optisches System 3 einkoppelt. Hierbei werden in einem ersten Bereich 3.1 des optischen Systems 3 die Lichtstrahlen der LED 4 in Kombination mit der Parallelisierung der Strahlen durch einen Kollimator in einen zweiten Bereich 3.2 des optische Systems eingekoppelt. Im Idealfall ist der zweite Bereich des optischen Systems 3.2 so konfiguriert, dass die Lichtstrahlen in dem zweiten Bereich des optischen Systems derart emittiert werden, dass ein längliches Lichtband 8 auf dem Boden entlang der Seite des Fahrzeugs erzeugt wird. Ausgehend von dem optischen System 3 werden die Lichtstrahlen L durch die Blende 2, die als transparentes Element ausgeführt ist und wie es in der 2, 5, 6 dargestellt ist, auf den Boden gestrahlt. Die Blende 2 ist im Strahlengang angeordnet und verläuft im Wesentlichen parallel zum Bodenbereich und verschließt die Öffnung der Gehäusehalbschale des Außenspiegelgehäsues, vorzugsweise bündig.
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Das längliche Lichtband 8 ist in der 3 schematisch dargestellt. Das auf dem Boden im Seitenbereich des Fahrzeugs erzeugte Lichtband 8 erstreckt sich dabei ausgehend von einem vorderen Seitenbereich 6 des Fahrzeugs in einen hinteren Seitenbereich 7 des Fahrzeugs.
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Das optische System 3 umfasst eine Freiformfläche 9, um eine Ablenkung der Strahlen auf der Freiformfläche durch Totalreflexion (TIR) zu erreichen. Der Winkel 10 kann ohne Verluste bis zu 80 ° betragen. Höhere Winkel haben Verluste, sind aber nicht notwendig. Durch eine Ablenkung von 80 ° kann das Licht von der LED 4 in einem Bereich auf dem Boden vor, nach unten und zu der Rückseite der Seite der Fahrzeugkarosserie und allen Winkeln dazwischen gesendet werden. Die Austrittsfläche des optischen Systems 3 ist eine Freiformfläche 9 und ist so gestaltet, dass alle Strahlen senkrecht zur Fläche durch diese verlaufen.
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Die 2, 5, 6 sowie 3 und 4 zeigen unterschiedliche Ausführungsvarianten des optischen Systems 3 mit Freiformflächen. Wie es aus der 4 ersichtlich ist, ist das optische System in dem ersten Bereich 3.1 mit einer Höhe H1 als elliptischer Paraboloid, insbesondere Rotationsparaboloid ausgeführt, wobei das optische System im Bereich 3.2 mit einer Höhe H2 sich an den ersten Bereich in Form einer krempenartigen Ausstülpung anschließt. Diese krempenartige Ausstülpung ist derart ausgestaltet, dass die Lichtstrahlen derart abgelenkt werden, dass ein Lichtband seitlich neben dem Fahrzeug als Vorfeldbeleuchtung erzeugt wird. Die 2, 5 und 6 zeigen das optische System mit einem kugeligen Grundkörper 11 in einem ersten Bereich und einer krempenartigen Umrandung 12 in einem zweiten Bereich.
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Die Ausbreitung des Lichts mit Mikro Optik ist ebenfalls möglich.
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Die beschriebene Erfindung kann auch für jede andere Anwendung eingesetzt werden, die eine langgestreckte Beleuchtung erzeugen soll. Dies ist nicht eingeschränkt auf eine Bodenbeleuchtung oder eine Anwendung im Automobilbereich.
