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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung wenigstens umfassend eine Lichtquelle, ein lichttechnisches Bauteil und wenigstens eine Halteeinheit, wobei das lichttechnische Bauteil mittels der Halteeinheit in einer Sollposition und in einer Solllage relativ zu der Lichtquelle angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines solchen Lichtmoduls.
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STAND DER TECHNIK
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Bei modernen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen, insbesondere bei Frontscheinwerfern, bestehen hohe Anforderungen an eine präzise Positionierung und Orientierung von lichttechnischen Bauteilen wie Linsen und Reflektoren relativ zu den zugehörigen Lichtquellen. Insbesondere bei Lichtquellen in Form von Matrix-LED Systemen, bei welchen eine Vielzahl von miniaturisierten und individuell ansteuerbaren LEDs matrixartig auf einem Mikrochip angeordnet ist, muss die zugehörige Projektionsoptik zur Erzeugung eines gewünschten Lichteindrucks hochpräzise ausgerichtet sein. Diese hohen Toleranzanforderungen sind dabei einerseits fertigungsseitig zu berücksichtigen, und zudem muss die Ausrichtung der lichttechnischen Bauteile relativ zu den Lichtquellen auch im Praxis- und Dauerbetrieb der Beleuchtungseinrichtung innerhalb des Toleranzbereichs verbleiben.
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Die Lichtquellen sind auf einem Träger, typischerweise in Form eines Kühlkörpers, angeordnet und zur Aufnahme und Halterung der lichttechnischen Bauteile in ihrer Sollposition und Solllage werden Halteeinheiten verwendet, welche im Stand der Technik üblicherweise aus duroplastischen und/oder verstärkten thermoplastischen Kunststoffen bestehen. Die Befestigung der Halteeinheiten mit dem Träger wird dabei zumeist mittels Klebeverbindungen realisiert, bei welchen Verbindungsstifte in Klebstoff-gefüllten Kavitäten angeordnet sind. Diese Art von Klebeverbindungen bietet die Möglichkeit einer Feinjustage bei der Ausrichtung der lichttechnischen Bauteile, typischerweise unter Betrieb der Lichtquelle und Beobachtung des resultierenden Lichteindrucks auf einer Projektionsfläche.
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Ein Nachteil bei der Verwendung von Klebeverbindungen der vorbeschriebenen Art ist der vielfach vorhandene Schrumpf beim Aushärten des Klebstoffs. Durch diesen Klebstoffschrumpf erfolgt eine Veränderung der einjustierten Ausrichtung der lichttechnischen Bauteile und eine entsprechende ungewünschte Veränderung des durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugten Lichteindrucks.
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Aus den Schriften
EP 1 690 906 B1 und
EP 3 320 761 B1 ist es bekannt, den Schrumpf unter Verwendung von dedizierten Verbindungs- oder Ausgleichselementen zu reduzieren, dennoch kann der verbleibende Schrumpfeffekt zu Abweichungen von der Sollposition und/oder Solllage der lichttechnischen Bauteile führen, welche hohen Toleranzanforderungen, beispielsweise im Zusammenhang mit Matrix-LED-Systemen, nicht gerecht werden.
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Im Praxisbetrieb sind Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen starken Temperaturschwankungen unterworfen, welche vornehmlich durch die Außentemperaturen sowie die Erwärmung der Beleuchtungseinrichtung im Betrieb der Lichtquellen bestimmt werden. Aufgrund der zugehörigen thermischen Ausdehnungseffekte kann ein nicht tolerierbarer Verzug der Halteeinheit auftreten und die Funktionalität der Beleuchtungseinrichtung beeinträchtigen. Dieser Verzug kann reversibel, als auch unter ungünstigen Umständen irreversibel sein. Zudem unterliegen viele Kunststoffe, wie die für Halteeinheiten gebräuchlichen Duroplaste und/oder Thermoplaste, einem durch starke und dauerhafte Lichteinwirkung verursachten Verschleißeffekt, welcher sich in einer Veränderung ihrer Mikrostruktur und einer damit einhergehenden nachteiligen Formänderung niederschlägt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Lichtmodul vorzuschlagen, welches sich durch eine hohe Präzision und Stabilität hinsichtlich der Ausrichtung des lichttechnischen Bauteils relativ zu der Lichtquelle auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lichtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst sowie durch ein Verfahren zum Aufbau eines Lichtmoduls gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Halteeinheit einen metallischen Bauteilhalter aufweist, an welchem das lichttechnische Bauteil angeordnet ist, und dass die Halteeinheit eine metallische Bauteilstütze aufweist, an welcher der Bauteilhalter angeordnet ist.
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Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, metallische Werkstoffe für die Halteeinheit zu verwenden, da diese im Vergleich zu den im Stand der Technik gebräuchlichen Duroplasten und/oder Thermoplasten geringere thermische Ausdehnungskoeffizienten und zudem eine wesentliche höhere Verschleißbeständigkeit bieten. Dadurch können im Praxis- und Dauerbetrieb des Lichtmoduls in einer zugehörigen Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung Veränderungen in der Position und Lage des lichttechnischen Bauteils relativ zu der Lichtquelle aufgrund von Temperaturschwankungen oder Materialalterungseffekten signifikant reduziert werden.
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Um beim Aufbau des Lichtmoduls die notwendige Präzision bei der Ausrichtung des lichttechnischen Bauteils zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß ferner vorgeschlagen, die Halteeinheit aus zwei Komponenten, Bauteilhalter und Bauteilstütze genannt, auszubilden, welche im Zuge des Aufbaus des Lichtmoduls miteinander verbunden werden. Dabei dient der Bauteilhalter zur Aufnahme des lichttechnischen Bauteils und die Bauteilstütze stellt die Verbindung zu dem Träger der Lichtquelle dar. Das entsprechende Vorgehen und die daraus resultierenden Vorteile werden nachstehend im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
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In vorteilhafter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtmoduls weisen der Bauteilhalter und die Bauteilstütze jeweils einen flächigen Fügeabschnitt auf, wobei die Fügeabschnitte des Bauteilhalters und der Bauteilstütze einander wenigstens teilweise überlappend angeordnet und wenigstens abschnittsweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Im Zuge der fertigungsseitigen Justage des lichttechnischen Bauteils, welches an dem Bauteilhalter angeordnet ist, werden die Fügeabschnitte in Überlappung gebracht und fungieren als Fügeflächen zum Aufbau einer stoffschlüssigen Verbindung des Bauteilhalters mit der Bauteilstütze. Aufgrund der flächigen Erstreckung der Fügeabschnitte kann das Ausmaß der Überlappung während der Justage variabel eingestellt werden, so dass eine hohe Präzision bei der Ausrichtung des lichttechnischen Bauteils gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind der Bauteilhalter und die Bauteilstütze mittels einer Lötverbindung oder einer Schweißverbindung miteinander verbunden. Beide Verbindungstypen gewährleisten einen belastbaren und dauerhaften Verbund der Halteeinheit. Im Vergleich zu Klebstoffverbindungen ist zudem ein geringerer Schrumpfeffekt vorhanden. Das lichttechnische Bauteil und der Bauteilhalter sind beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder einer Lötverbindung miteinander verbunden.
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Vorzugsweise weist das Lichtmodul einen Träger auf, insbesondere in Form eines Kühlkörpers, wobei die Lichtquelle und die Bauteilstütze wenigstens mittelbar auf dem Träger angeordnet sind. Dabei sind die Bauteilstütze und der Träger vorteilhaft mittels einer Lötverbindung oder einer Schweißverbindung miteinander verbunden.
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Der Bauteilhalter und/oder die Bauteilstütze weisen vorzugsweise eine Aluminium-Magnesium-Legierung auf. Diese zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und gute Schweißbarkeit aus.
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In vorteilhafter Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Lichtmodul zwei Halteeinheiten, wobei die Bauteilhalter und/oder die Bauteilstützen jeweils die Gestalt eines Winkelelements aufweisen, und wobei die Halteeinheiten auf gegenüberliegenden Seiten des lichttechnischen Bauteils angeordnet sind. Im Zuge der Justage des lichttechnischen Bauteils sind der Abstand zur Lichtquelle (Fokussierung) sowie die Schwenkung um eine in der späteren Einbausituation in einem Kraftfahrzeug horizontal verlaufende Schwenkachse (Beeinflussung der Hell-Dunkel-Grenze) von besonderer Wichtigkeit. Diese beiden Größen sind in der Ausführungsform mit gegenüberliegenden winkelförmigen Halteeinheiten besonders geeignet justierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Lichtmodul drei Halteeinheiten, wobei die Bauteilhalter und/oder die Bauteilstützen jeweils die Gestalt eines Winkelelements aufweisen, und wobei die Halteeinheiten im Wesentlichen äquidistant zueinander entlang des Umfangs des lichttechnischen Bauteils angeordnet sind. Beispielsweise kann der Umfang des lichttechnischen Bauteils eine kreisförmige Gestalt aufweisen und die Halteeinheiten sind in Winkelabständen von jeweils 120° daran angeordnet. Im Vergleich zu der Ausführungsform mit nur zwei Halteeinheiten kann dadurch die Schwingungsanfälligkeit des Lichtmoduls verringert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lichtmoduls umschließt die Halteeinheit den Umfang des lichttechnischen Bauteils im Wesentlichen vollständig. Dadurch ist eine besonders hohe Festigkeit und Beständigkeit sowie eine geringe Schwingungsanfälligkeit des Lichtmoduls gewährleistet.
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Das lichttechnische Bauteil ist beispielsweise als eine Linse oder ein Linsensystem oder ein Reflektor oder ein Lichtleitelement ausgebildet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Aufbau eines Lichtmoduls für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung wenigstens umfassend die folgenden Schritte:
- - Bereitstellen einer Lichtquelle auf einem Träger, eines lichttechnischen Bauteils, wenigstens eines metallischen Bauteilhalters und wenigstens einer metallischen Bauteilstütze,
- - Fügen des lichttechnischen Bauteils mit dem Bauteilhalter,
- - Fügen der Bauteilstütze mit dem Träger,
- - Positionieren des lichttechnischen Bauteils in eine Sollposition und in eine Solllage relativ zu der Lichtquelle,
- - Fügen des Bauteilhalters mit der Bauteilstütze unter Bildung einer stoffschlüssigen Verbindung, und
- - Erhalt des Lichtmoduls.
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Das Verfahren sieht vor, dass eine Halteeinheit aus Bauteilhalter und Bauteilstütze zum Toleranzausgleich dient. Der genaue Verlauf der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Bauteilhalter und Bauteilstütze ist nicht a priori festgelegt, sondern erst nach erfolgtem Positionieren des lichttechnischen Bauteils in die gewünschte Sollposition und Solllage. Die Fertigungstoleranzen der Einzelkomponenten sowie der Toleranzen beim Fügen des lichttechnischen Bauteils mit dem Bauteilhalter werden durch diesen Ansatz ausgeglichen. Notwendigenfalls kann der Schritt des Fügens der Bauteilstütze mit dem Träger ebenfalls erst im Anschluss an das Positionieren des lichttechnischen Bauteils erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lichtquelle während des Positionierens des lichttechnischen Bauteils betrieben, wobei der resultierende Lichteindruck beobachtet und zum Auffinden der Sollposition und der Solllage des lichttechnischen Bauteils relativ zu der Lichtquelle verwendet wird. Dieses aktive Ausrichten ist aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt und kann vorteilhaft auch auf das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden. Das lichttechnische Bauteil mit dem daran angeordneten Bauteilhalter wird dazu von einer Justiervorrichtung ausgerichtet und das dabei auf einen Projektionsschirm geworfene Lichtbild wird zum Auffinden der Sollposition und Solllage ausgewertet. Während der anschließenden Fügeschritte, d.h. dem Fügen des Bauteilhalters mit der Bauteilstütze und ggfs. dem Fügen der Bauteilstütze mit dem Träger, wird das lichttechnische Bauteil von der Justiervorrichtung gehalten.
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Vorzugsweise werden der Bauteilhalter und die Bauteilstütze jeweils mit einem flächigen Fügeabschnitt bereitgestellt, wobei die Fügeabschnitte beim Positionieren des lichttechnischen Bauteils wenigstens teilweise in Überlappung gebracht werden, und wobei das Fügen des Bauteilhalters mit der Bauteilstütze mittels Verlötens oder Verschweißens der Fügeabschnitte durchgeführt wird. Die flächige Erstreckung der Fügeabschnitte dient dem vorbeschriebenen Toleranzausgleich, derart, dass durch Variation des Überlappungsgrades ein ausreichender Spielraum beim Positionieren des lichttechnischen Bauteils in die Sollposition und Solllage gegeben ist. Das Verlöten oder Verschweißen wird vorzugsweise mittels Laser oder Elektronenstrahl als Energiequellen durchgeführt.
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BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt.
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Die Figur zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßes Lichtmoduls 100 mit der Lichtquelle 1 auf dem als Kühlkörper 40 ausgebildeten Träger 4 und mit dem lichttechnischen Bauteil 2 in Form eines Linsensystems 20, welches mittels der zwei Halteeinheiten 3 auf dem Kühlkörper 40 angeordnet ist.
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Die Halteeinheiten 3 umfassen jeweils einen metallischen Bauteilhalter 31, an welchem das lichttechnische Bauteil 2 vorzugsweise mittels einer Klebeverbindung angeordnet ist, und eine metallische Bauteilstütze 32, welche auf dem Kühlkörper angeordnet ist. Die Bauteilhalter 31 und die Bauteilstützen 32 weisen jeweils die Gestalt eines Winkelelements auf, wobei jeweils einer der Schenkel einen Fügeabschnitt 31a, 32a mit flächiger Erstreckung bildet. Zwischen den Fügeabschnitten 31a und 32a liegen jeweils stoffschlüssige Verbindungen, vorzugsweise Löt- oder Schweißverbindungen, vor, welche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Anschluss an das Positionieren des lichttechnischen Bauteils 2 in die dargestellte Sollposition und Solllage hergestellt wurden.
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Beim Positionieren ist einerseits der Abstand des lichttechnischen Bauteils 2 zur Lichtquelle 1 derart einzujustieren, dass eine korrekte Lichtfokussierung erfolgt. Des Weiteren ist bei einem für einen Frontscheinwerfer vorgesehenen Lichtmodul 100 die auf die Fahrbahn projizierte Hell-Dunkel-Grenze eine wichtige lichttechnische Größe und bei Positionieren ist zu deren Einstellung ein Verschwenken des lichttechnischen Bauteils 2 um eine in der Figur horizontal verlaufende Achse notwendig. Die winkelförmige Gestalt von Bauteilhalter 31 und Bauteilstütze 32 gestatten innerhalb einer Überlappung ihrer Fügeabschnitte 31a, 32a sowohl eine Variation des Abstandes des lichttechnischen Bauteils 2 zur Lichtquelle 1, d.h. ein in der Figur vertikales Verschieben des lichttechnischen Bauteils 2, als auch die beim Positionieren notwendige Verschwenkung des lichttechnischen Bauteils 2.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das in der Figur dargestellte Lichtmodul 100 im Wesentlichen symmetrisch um die optische Achse ausgebildet sein, d.h., dass das lichttechnische Bauteil 2 einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweist und von einer umfänglich umlaufenden Halteeinheit 3 umschlossen wird.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lichtmodul
- 1
- Lichtquelle
- 2
- lichttechnisches Bauteil
- 20
- Linsensystem
- 3
- Halteeinheit
- 31
- Bauteilhalter
- 32
- Bauteilstütze
- 31a
- Fügeabschnitt Bauteilhalter
- 32a
- Fügeabschnitt Bauteilstütze
- 4
- Träger
- 40
- Kühlkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1690906 B1 [0005]
- EP 3320761 B1 [0005]
