DE102020124774A1

DE102020124774A1 - Projektionsmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Projektionsmodul

Info

Publication number: DE102020124774A1
Application number: DE102020124774.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kratschmann; Theodor Trif; Martina Sauer-Oberschelp
Original assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN116209854A; EP4217649A1; WO2022063500A1

Abstract

Die Erfindung betriff ein Projektionsmodul (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul (2) umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik (4) in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik (4) angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Projektionsmoduls (2) in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls (2) abbildet. Das Projektionsmodul (2) weist ein Heizelement (8) zum Beheizen der Projektionslinse (4) auf. Es wird vorgeschlagen, dass das Heizelement (8) eine transparente Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen (12) aufweist, die über ein Schaltelement (14) an eine elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind, wobei das Heizelement (8) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement (8) bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen (12) die Projektionslinse (4) aufheizt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionsmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Projektionsmodul umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung des Projektionsmoduls in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls abbildet. Das Projektionsmodul weist ein Heizelement zum Beheizen der Projektionslinse auf.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Heizelements beheizbaren Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs.
Die Erfindung betrifft ferner einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Der Scheinwerfer umfasst ein Gehäuse mit einer in einer Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers angeordneten Lichtdurchtrittsöffnung.
Ein Projektionsmodul sowie ein Kraftfahrzeugscheinwerfer der genannten Art ist bspw. aus der JP 2007-242 291 A bekannt. Dort wird vorgeschlagen, ein flächiges Heizelement zum Erwärmen einer Abdeckscheibe des Scheinwerfers, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses verschließt, an einer beliebigen Stelle in dem Scheinwerfer anzuordnen, außer an der Abdeckscheibe selbst. In dem Ausführungsbeispiel der 4 ist das Heizelement auf einer Außenfläche einer Projektionslinse angeordnet, so dass die von dem Heizelement erzeugte Wärme in Richtung der Abdeckscheibe abstrahlt und diese erwärmt. Dabei ist das flächige Heizelement mittels eines Beschichtungsverfahrens, bspw. Vakuumbedampfung oder Sputter-Depositionsverfahren mittels ITO (indium-tin-oxide; Indium-Zinn-Oxid), auf die Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht. Das flächige Heizelement hat also keine diskreten Leiterbahnen, sondern gibt bei einer Beaufschlagung mit Strom als Ganzes vollflächig Wärme ab. Kontaktierungsstellen des flächigen Heizelements werden bspw. mittels einer leitfähigen Farbe aufgebracht.
Das beschriebene Projektionsmodul hat den Nachteil, dass das Aufbringen und Kontaktieren des Heizelements sehr aufwendig und teuer ist. Deshalb hat sich und wird sich das beschriebene Verfahren auch nicht in Zukunft nicht im Großserieneinsatz durchsetzen. Obwohl der zitierte Stand der Technik bereits fast 15 Jahre alt ist, wird in der Praxis immer noch auf eine konventionelle Beheizung der Innenseite der Abdeckscheibe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mittels erwärmter Luftströmung zurückgegriffen. Zum Erwärmen der Luftströmung wird dabei entweder Abwärme von elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder von separaten Heizelementen im Inneren des Scheinwerfergehäuses erzeugte Wärme verwendet.
Diese gängigen und in der Praxis eingesetzten Verfahren zum Enttauen von Scheinwerfern stoßen jedoch in Scheinwerfern an ihre Grenzen, die keine Abdeckscheibe aufweisen. Bei diesen Scheinwerfern neuerer Bauart ist das Projektionsmodul in der Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses angeordnet und die Projektionslinse bildet in Lichtaustrittsrichtung den Abschluss des Scheinwerfers nach außen. Da die Abdeckscheibe fehlt, setzten sich bei solchen Scheinwerfern auf der Außenseite der Projektionslinse Feuchtigkeit (z.B. Regentropfen, Nebel, Beschlag, etc.) und Eis (z.B. Schnee, Vereisung, Hagel, Raureif, etc.) ab. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, dass die Außenfläche der Projektionslinse solcher Scheinwerfer häufig in einer Vertiefung angeordnet ist, in der sich Feuchtigkeit und Eis besonders leicht absetzen können.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige, aber dennoch effiziente Möglichkeit zum Enttauen von Projektionslinsen von Lichtmodulen von Kraftfahrzeugscheinwerfern vorzuschlagen, insbesondere wenn die Scheinwerfer keine Abdeckscheibe zum Verschließen der Lichtdurchtrittsöffnung eines Scheinwerfergehäuses aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Projektionsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Projektionsmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Heizelement eine transparente Folie aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen aufweist, die über ein Schaltelement an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sind, wobei das Heizelement zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse des Projektionsmoduls aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen die Projektionslinse aufheizt.
Die vorliegende Erfindung lässt sich besonders einfach und kostengünstig realisieren. Eine Vorabfertigung und ein Vorhalten einer großen Anzahl an Heizelementen ist ohne weiteres möglich. Das fertige Heizelement muss dann nur noch im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse oder des Projektionsmoduls auf einer Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht oder in die Linse eingebracht und elektrisch kontaktiert werden. Die transparente Folie ist vorzugsweise flexibel genug, dass sie sich einer Krümmung oder geringen Wölbung der Außenfläche der Projektionslinse anpassen kann. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Projektionslinse vorzugsweise als eine Zylinderlinse ausgebildet ist. Diese hat eine Lichtaustrittsfläche mit einer stärkeren Wölbung um eine Zylinderachse und einer deutlich geringeren Wölbung um eine quer zu der Zylinderachse verlaufende Achse. Die Wölbung um die quer zur Zylinderachse verlaufende Achse ist vorzugsweise sehr kleine, insbesondere nahezu Null. Mithin ist die Lichtaustrittsfläche der Linse in einer Querschnittsebene, welche die Zylinderachse umfasst, eben oder nahezu eben. Bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul verläuft die Zylinderachse in im Wesentlichen vertikaler Richtung, also in etwa quer zur Fahrbahn, auf der das Fahrzeug steht oder fährt. Als Zylinderlinse bezeichnet man im Allgemeinen Linsen mit zwei zylindrischen Flächen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden jedoch auch Linsen mit torischen Flächen (d.h. Linsen deren Oberfläche aus einem Torus hervorgeht) als Zylinderlinsen bezeichnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der geringen Anzahl an Teilen, die für die Fertigung und Kontaktierung des Heizelements erforderlich sind, sowie in der einfachen Montage des Heizelements auf oder in der Projektionslinse.
Die transparente Trägerfolie besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, bspw. einem transparenten Polycarbonat (PC). Der verwendete Kunststoff sollte UV- und/ oder hitzebeständig sein und - zumindest wenn das Heizelement auf einer Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht ist - Witterungs- und/oder säurebeständig sein. Die Beständigkeit des Kunststoffs sorgt dafür, dass der Kunststoff über seine Lebensdauer durch UV-Strahlung und Witterung nicht spröde oder hart wird, keine Risse bekommt und sich nicht verfärbt. Denkbar ist bspw. die Verwendung von Makrofol® UV 244 der Covestro AG, Leverkusen, Deutschland als Material für die Trägerfolie. Die Folie hat eine Stärke im Bereich von 100-600 µm, vorzugsweise im Bereich von 200-500 µm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von etwa 350 µm.
Die Leiterbahnen können auf die transparente Trägerfolie aufgedruckte Leiterbahnen, bspw. aus Kupfer, sein. Vorzugsweise sind die Leiterbahnen jedoch durch Heizdrähte gebildet, welche sich bei Stromfluss erwärmen und Wärme an die Projektionslinse abgeben und diese so enttauen. Die Heizdrähte bestehen vorzugsweise aus einem Metall, bspw. Kupfer. Bevorzugt haben sie eine kreisförmige Querschnittsfläche. Aber auch andere Querschnittsflächen (z.B. oval oder rechteckig) sind denkbar. Die Heizdrähte haben ohne elektrische Isolation einen Durchmesser im Bereich von 10-100 µm, vorzugsweise im Bereich von 30-70 µm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 40-55 µm. Auf die Drähte kann zumindest abschnittsweise eine Isolation aufgebracht sein, bspw. in der Form eines Isolationslacks oder einer Kunststoffisolation. Mit der Isolation erhöht sich der Durchmesser der Heizdrähte um etwa 20-30% oder um etwa 10-20 µm. Ganz besonders bevorzugt wird ein Heizdraht mit einem Durchmesser von 44 µm ohne Isolation und von 56 µm mit einer Isolation. Der geringe Durchmesser der Heizdrähte führt bei gleichmäßiger Verteilung der Drähte auf bzw. in der Projektionslinse zu vernachlässigbar kleinen Lichteinbußen. Insbesondere liegen die Lichteinbußen in einem Bereich von <1%. Auch eine unkontrollierte Streuung, Brechung oder Beugung des durch die Linse hindurchtretenden Lichts ist durch die Heizdrähte nicht zu befürchten.
Es ist denkbar, mehrere separate Leiterbahnen auf der Trägerfolie aufzubringen oder in die Folie einzubringen. Die Leiterbahnen können bspw. parallel zueinander oder konzentrisch verlaufen. Die Enden der einzelnen Leiterbahnen können gemeinsam zu einem Schaltelement bzw. einer elektrischen Energiequelle geführt sein. Bevorzugt ist jedoch eine einzige Leiterbahn in mehreren Schleifen mäanderförmig auf die Trägerfolie aufgebracht oder in diese eingebracht. Die Schleifen der Leiterbahn können bspw. parallel zueinander oder konzentrisch verlaufen. Die Enden der Leiterbahn können an ein Kontaktierungselement geführt sein, das Teil des Heizelements sein kann. Das Kontaktierungselement kann an ein Schaltelement bzw. an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sein.
Das Aufbringen und Befestigen des Heizelements auf einer Außenfläche der Projektionslinse kann bspw. mittels Adhäsion oder mittels eines Klebstoffs erfolgen. Der Klebestoff ist im ausgehärteten Zustand vorzugsweise transparent und hitzebeständig. Auch eine UV-, Witterungs- und Säurebeständigkeit des Klebstoffs wären vorteilhaft. Bevorzugt weist die Trägerfolie des Heizelements auf einer Seite eine Klebeschicht auf, über die das Heizelement an der Außenfläche der Projektionslinse befestigt werden kann.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Heizelement im Rahmen einer Herstellung der Projektionslinse mittels eines Spritzgießverfahrens (sog. molding) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und dann das Material der Linse (z.B. Glas oder transparenter Kunststoff, bspw. PC, PMMA, etc.) in das Werkzeug auf das Heizelement gespritzt wird. Das eingespritzte heiße Material der Linse verbindet sich vorzugsweise mit dem Material der Trägerfolie und sorgt nach dem Aushärten für eine unlösbare Verbindung zwischen dem Heizelement und der Projektionslinse. Bevorzugt wird zwischen der transparenten Folie und der Projektionslinse eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schmelzverbindung hergestellt.
Alternativ kann das Heizelement auch im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse mittels eines sog. co-molding-Verfahrens zwischen zwei Teile der Projektionslinse eingebracht werden. Das Einbringen des Heizelements in die Projektionslinse kann bspw. im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse in mehreren Schritten, wie es bspw. aus der DE 10 2010 033 902 A1 bekannt ist, erfolgen. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Insbesondere kann in einem ersten Prozesstakt ein erstes Teil der Projektionslinse mittels eines Spritzgusswerkzeugs gefertigt werden. Dann wird das Heizelement in das Spritzgusswerkzeug auf das erste Teil gelegt und zur Fertigung eines weiteren Teils der Projektionslinse in einem weiteren Prozesstakt nochmals mit dem Material der Linse überspritzt. Die beiden Teile der Linse und die transparente Folie verbinden sich auch miteinander und bilden nach dem Aushärten eine unlösbare Verbindung. An der fertigen Projektionslinse sind die verschiedenen Teile bzw. die transparente Folie des eingebrachten Heizelements mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen.
Die Aufgabe wird auch durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Insbesondere wird ausgehend von dem Scheinwerfer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer in dem Gehäuse ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul aufweist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses nicht durch eine Abdeckscheibe verschlossen ist und wenn das Projektionsmodul, insbesondere die Projektionslinse, rings um die Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers herum gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Die Vorteile der beheizbaren Projektionslinse des erfindungsgemäßen Lichtmoduls kommen insbesondere bei Scheinwerfern ohne Abdeckscheibe zum Tragen, wo die Außenfläche der Projektionslinse in Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers den Abschluss des Projektionsmoduls bzw. Scheinwerfers nach außen bildet. Eine direkte und unmittelbare Heizung der Projektionslinse sorgt für ein besonders effizientes Enttauen der Projektionslinse und ein besonders rasches Ansprechverhalten.
Zum Abdichten des Projektionsmoduls bzw. der Projektionslinse gegenüber dem Scheinwerfergehäuse wird vorzugsweise ein wasserdichtes, elastisches Material verwendet, bspw. Kunststoff oder Gummi. Eine ausreichende Flexibilität des Materials zum Abdichten ermöglicht eine Bewegung des Projektionsmoduls bzw. der Projektionslinse relativ zu dem Scheinwerfergehäuse, bspw. zur Realisierung einer vertikalen Grundeinstellung, einer Leuchtweitenverstellung und/oder eines dynamischen Kurvenlichts. Alternativ können eine Leuchtweitenverstellung und/oder ein dynamisches Kurvenlicht auch auf rein elektrischem Wege realisiert werden, indem als Lichtquelle des Lichtmoduls ein Halbleiterlichtquellen-Array, bspw. in Form eines LED-Arrays, verwendet wird und die Halbleiterlichtquellen gezielt angesteuert werden, um sie einzuschalten, abzuschalten oder zu dimmen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere mindestens eine LED, vorzugsweise eine Multi-Chip-LED, umfasst. Mehrere LED-Halbleiterlichtquellen können matrixartig neben- und übereinander angeordnet sein, so dass sie ein LED-Array bilden. Das von Halbleiterlichtquellen ausgesandte Licht enthält häufig nicht genug Wärmeenergie (IR-Strahlungsanteile), um ohne zusätzliche Heizung für ein Aufwärmen der Projektionslinse bzw. der Abdeckscheibe und ein Enttauen des Lichtmoduls bzw. des Scheinwerfers zu sorgen. Mit der vorliegenden Erfindung ist nun ein besonders effizientes und einfaches Enttauen einer Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers möglich, selbst wenn das Lichtmodul eine Halbleiterlichtquelle aufweist, deren Strahlung nur einen sehr geringen IR-Anteil aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnen des Heizelements auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie nach außen geführt sind. Somit kann das Heizelement auf besonders einfache Weise schnell und sicher an das Schaltelement bzw. die elektrische Energiequelle angeschlossen werden. An den Leiterbahnenenden auf der Kontaktierungsseite können Kontaktierungsflächen ausgebildet sein, welche die Kontaktierung weiter vereinfachen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf der Kontaktierungsseite eine elektrische Leiterplatte an der transparenten Folie befestigt ist und Kontaktierungsbereiche der Leiterplatte mit den Leiterbahnen des Heizelements kontaktiert sind. Die Leiterplatte kann flexibel oder starr ausgebildet sein. Die Leiterbahnenenden auf der Kontaktierungsseite der Trägerfolie stehen somit in elektrischem Kontakt mit Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte. Der elektrische kontakt kann bspw. über Leiterbahnen realisiert sein, die in an sich bekannter Weise auf der Leiterplatte ausgebildet sind.
Die Leiterplatte kann auf beliebige Weise auf der Kontaktierungsseite an der transparenten Trägerfolie befestigt sein, insbesondere durch Kleben, Laminieren, Schweißen, insbesondere Laserschweißen, etc. Eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen des Heizelements und von Leiterbahnen der Leiterplatte kann ebenfalls auf beliebige Art und Weise erfolgen, bspw. durch Löten, insbesondere Ultraschall-Löten, Schweißen, Kleben, etc.
Die Kontaktierungsbereiche können bspw. auf die Leiterplatte aufgebrachte Kontaktierungsflächen aufweisen, welche die Kontaktierung weiter vereinfachen. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Leiterplatte aufgeklebt und mit den Leiterbahnenenden der Trägerfolie kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Leiterplatte geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf Ober- und Unterseite der Leiterplatte aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Leiterplatte gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Ferner ist es denkbar, dass bspw. direkt auf die Trägerfolie Kontaktierungsflächen aufgebracht werden, welche die Kontaktierung vereinfachen. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Trägerfolie aufgeklebt und mit den Leiterbahnen kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Trägerfolie geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf der Ober- und Unterseite der Trägerfolie aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Trägerfolie gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Heizelement ein Kontaktierungselement aufweist, das mit den Leiterbahnen des Heizelements in Kontakt steht und über das die Leiterbahnen an das Schaltelement bzw. die elektrische Energiequelle angeschlossen sind. Das Kontaktierungselement kann als ein Steckerelement ausgebildet sein. Das Steckerelement kann auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie direkt auf der Folie oder auf einer Leiterplatte befestigt sein, die auf einer Kontaktierungsseite an der transparenten Trägerfolie befestigt ist. Das Steckerelement kann als Stecker oder als Buchse ausgebildet sein. Es kann mit einem entsprechenden Steckerelement (Buchse oder Stecker) mechanisch in Eingriff treten, wobei automatisch eine elektrische Verbindung zwischen den Steckerelementen hergestellt wird. Das Steckerelement kann unmittelbar auf der Trägerfolie oder der Leiterplatte befestigt sein. Alternativ kann das Steckerelement aber auch mittelbar über Drähte an der Trägerfolie oder der Leiterplatte befestigt sein. Im letzteren Fall ist das Steckerelement beweglich relativ zu der Trägerfolie und/oder der Leiterplatte und kann zur Kontaktierung mit dem Schaltelement bzw. der elektrischen Energiequelle beliebig positioniert und ausgerichtet werden.
Alternativ kann das Kontaktierungselement Kontaktierungsflächen aufweisen, die mit den Leiterbahnen des Heizelements kontaktiert sind. Die Kontaktierungsflächen sind auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie oder auf einer elektrischen Leiterplatte aufgebracht, die auf einer Kontaktierungsseite der Trägerfolie an dieser befestigt ist. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Trägerfolie aufgeklebt und mit den Leiterbahnenenden kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Trägerfolie geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf Ober- und Unterseite der Trägerfolie aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Trägerfolie gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Die elektrische Kontaktierung der Kontaktierungsflächen zu dem Schaltelement bzw. der elektrischen Energiequelle kann bspw. über Federkontaktstifte erfolgen. Durch Aufbringen einer Kraft auf den Kontaktkopf des Stiftes wird dieser auf das Einbaumaß zusammengedrückt. Der Erhalt des elektrischen Kontakts zwischen dem Stiftkopf und der Kontaktierungsfläche wird durch eine im Inneren des Stifts verbaute Feder sichergestellt. Die Federkontaktstifte können in einem Linsenträger, welcher die Projektionslinse in dem Lichtmodul positioniert und hält, bspw. in geeigneten Nuten verbaut bzw. eingelegt sein. Als Anschlag zur Endposition kann ein umlaufender Stiftbund vorgesehen sein, der einen geringfügig größeren Durchmesser als der Stiftkörper aufweist. Mittels dieses Anschlags wird sichergestellt, dass beim Zusammendrücken des Stiftes ein Gegenhalt vorhanden ist und der Stift nicht nach hinten ausweichen kann. Bei Montage der Projektionslinse mit dem Heizelement in dem Linsenträger des erfindungsgemäßen Projektionsmoduls kann das Heizelement automatisch über die Federkontaktstifte kontaktiert werden.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass auf einer Außenseite der Projektionslinse ein opakes Blendenelement angeordnet ist, welches Bereiche des Heizelements außerhalb der Leiterbahnen verdeckt, insbesondere Kontaktierungsbereiche, über welche die Leiterbahnen an das Schaltelement bzw. an die elektrische Energiequelle angeschlossen sind. Das Blendenelement hat von außen bspw. eine spiegelnde oder dunkle Erscheinung. Das Blendenelement kann ein separates Element sein, das von außen auf der Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse befestigt ist, bspw. mittels Kleben, Schweißen, Klemmen, Rasten, Klipsen, etc. Ebenso wäre es denkbar, dass das Blendenelement als eine opake Schicht ausgebildet ist, die von außen auf die Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse aufgetragen wird. Es wäre auch denkbar, dass das separate Blendenelement in die Projektionslinse selbst eingebracht ist. Dies kann bspw. im Rahmen eines Herstellungsverfahrens der Projektionslinse in mehreren Schritten, wie es bspw. aus der DE 10 2010 033 902 A1 bekannt ist, erfolgen. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Insbesondere kann in einem ersten Prozessschritt ein erstes Teil der Projektionslinse gespritzt werden. Auf das erste Teil wird das Blendenelement aufgebracht und in mindestens einem weiteren Prozessschritt mit Material für mindestens ein weiteres Teil der Projektionslinse überspritzt. Zusätzlich zu dem Blendenelement kann das Heizelement ebenfalls in die Projektionslinse eingebracht oder auf die Lichteintrittsfläche der Linse aufgebracht sein. Entscheidend ist, dass das Blendenelement außerhalb des Heizelements angeordnet ist, um einen Blick von außen auf den abgedeckten Teil des Heizelements abzuschirmen. Statt als opakes Element wäre es auch denkbar, dass das Blendenelement teiltransparent ist, bspw. nach Art einer Milchglasscheibe o.ä.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass einzelnen Merkmale der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele jeweils auch für sich alleine erfindungswesentlich sein können, selbst wenn dies nicht ausdrücklich in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt ist. Ferner können auch beliebige Kombinationen von Merkmalen der verschiedenen Ausführungsbeispiele erfindungswesentlich sein, selbst wenn diese Kombination in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
2 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
3 das Heizelement aus 2 in einer Draufsicht, in einem Querschnitt A-A und in einer Detailansicht X;
4 eine Leiterplatte als Teil eines Heizelements;
5 ein Heizelement aus 2 und 3 mit daran befestigter Leiterplatte aus 4 in einer Ansicht von unten;
6 das Heizelement mit daran befestigter Leiterplatte aus 5 in einer Ansicht von oben;
7 das Heizelement mit daran befestigter Leiterplatte aus 5 aufgebracht auf eine Innenfläche einer Projektionslinse eines Lichtmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers in einer Schnittansicht;
8 das Heizelement mit Leiterplatte aufgebracht auf eine Projektionslinse in einer Ansicht von innen;
9 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
10 das Heizelement aus 9 im Ausschnitt mit Kontaktierungsflächen zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbahnen des Heizelements;
11 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit einem Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
12 das Heizelement aus 11 im Ausschnitt mit einem Steckerelement zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbahnen des Heizelements;
13 ein Heizelement aus 9 mit daran befestigter Leiterplatte;
14 einen Ausschnitt des Heizelements aus 13;
15 das Heizelement aus 13 mit an der Leiterplatte befestigtem Steckerelement;
16 ein Heizelement in einer Draufsicht, in einem Querschnitt A-A und in einer Detailansicht X;
17 das Heizelement aus 16 mit daran befestigter Leiterplatte mit Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
18 das Heizelement aus 16 mit direkt auf einer Trägerfolie befestigtem Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
19 eine Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit in die Linse integriertem Heizelement in einem Horizontalschnitt;
20 die Projektionslinse aus 19 in einem Vertikalschnitt;
21 eine Spritzgussform zur Herstellung einer Projektionslinse nach 19 in einem ersten Prozessschritt;
22 eine Spritzgussform zur Herstellung einer Projektionslinse nach 19 in einem nachfolgenden Prozessschritt;
23 eine fertige Projektionslinse in einer transparenten Ansicht von außen;
24 eine fertige Projektionslinse in einer Ansicht von außen mit auf der Außenfläche aufgebrachtem Blendenelement;
25 ein weiteres Beispiel für ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
26 einen Ausschnitt des Heizelements aus 25 mit Kontaktierungsbereich in einer Ansicht von oben;
27 den Ausschnitt aus 26 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
28 den Ausschnitt aus 26 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;
29 einen Vergleich der Kontaktierungsbereiche der Heizelemente aus den 11 und 12 sowie der 25 bis 28;
30 ein Beispiel für einen Federkontaktstift in unbelasteter Länge zur Kontaktierung des Kontaktierungsbereichs des Heizelements aus den 25 bis 28;
31 den Federkontaktstift aus 30 in komprimierter Länge;
32 ein Beispiel zur Kontaktierung des Heizelements aus den 25 bis 28 mit zwei Federkontaktstiften und einem Steckerelement;
33 einen Linsenträger mit integrierten Federkontaktstiften und Steckerelement gemäß 32 in einer Ansicht von außen;
34 den Linsenträger aus 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen;
35 den Linsenträger aus 33 in einer Ansicht von außen mit einzusetzender Projektionslinse;
36 den Linsenträger aus 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen mit einzusetzender Projektionslinse;
37 den Linsenträger aus 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen mit eingesetzter Projektionslinse; und
38 den Linsenträger aus 37 im Querschnitt mit eingesetzter Projektionslinse.

Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs ist in 1 gezeigt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Das Projektionsmodul 2 umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, die in 1 im Inneren des Projektionsmoduls 2 angeordnet und deshalb nicht zu sehen ist. Die Lichtquelle umfasst vorzugsweise mindestens eine Halbleiterlichtquelle, bspw. eine LED oder eine Laser-Diode, besonders bevorzugt ein Halbleiterlichtquellen-Array. Ferner umfasst die Projektionsoptik 2 eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Die Primäroptik ist in 1 ebenfalls nicht zu sehen. Sie kann einen oder mehrere Reflektoren oder Linsen umfassen. Sie kann aber auch eine oder mehrere Vorsatzoptiken umfassen, welche das von der Lichtquelle ausgesandte Licht mittels Brechung an der Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik und/oder mittels Totalreflexion an Grenzflächen der Vorsatzoptik bündeln. Darüber hinaus umfasst das Projektionsmodul 2 eine Sekundäroptik 4 in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik 4 angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung 6 des Projektionsmoduls 2 in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls 2 abbildet. Die Projektionslinse ist vorzugsweise als eine Zylinderlinse ausgebildet, wobei eine Lichtaustrittsfläche der Linse 4 um eine Zylinderachse 60 eine stärkere Wölbung und um eine quer zu der Zylinderachse 60 verlaufende Achse eine geringeren Wölbung aufweist. Bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul 2 verläuft die Zylinderachse 60 in im Wesentlichen vertikaler Richtung.
Das Projektionsmodul 2 ist vorzugsweise in einem Scheinwerfergehäuse angeordnet, das in der Lichtaustrittsrichtung 6 eine Lichtdurchtrittsöffnung aufweist, durch die das durch die Projektionslinse 4 gelangte Licht auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug projiziert wird. Bevorzugt weist das Scheinwerfergehäuse keine transparente Abdeckscheibe auf, welche die Lichtdurchtrittsöffnung verschließt. Vielmehr bildet die Projektionslinse 4 in Lichtaustrittsrichtung 6 den Abschluss des Scheinwerfers nach außen. Die Projektionslinse 4 weist ein Heizelement zum Beheizen der Projektionslinse 4 auf. Die Ausgestaltung des Heizelements zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Projektionsmodul 2 sowie die Herstellung der Projektionslinse 4 mit einem solchen Heizelement werden nachfolgend näher erläutert.
Um eine einfache und kostengünstige, aber dennoch effiziente Möglichkeit zum Enttauen der Projektionslinse 4 eines Projektionsmoduls 2 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers vorzuschlagen, insbesondere wenn der Scheinwerfer keine Abdeckscheibe zum Verschließen der Lichtdurchtrittsöffnung aufweist, wird vorgeschlagen, dass das Heizelement 8 eine transparente Trägerfolie 10 aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen 12 aufweist, die über ein Schaltelement 14 an eine elektrische Energiequelle 16 angeschlossen sind. Die Energiequelle 16 kann bspw. eine Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs sein. Über das Schaltelement 14 kann ein Stromfluss durch die Leiterbahnen 12 ermöglicht oder unterbrochen werden. Das Schaltelement 14 kann manuell, bspw. durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs, oder aber automatisch, bspw. abhängig von der Außentemperatur oder einer Temperatur des Lichtmoduls 2 oder der Projektionslinse 4, gesteuert werden.
Das Heizelement 8 wird zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse 4 des Projektionsmoduls 2 aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse 4 selbst eingebracht. Bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen 12 heizt das Heizelement 8 die Projektionslinse 4 auf und sorgt für ein effizientes Enttauen derselben.
Bei Scheinwerfern und Lichtmodulen 2 von Scheinwerfern ohne Abdeckscheibe besteht die Gefahr, dass die Projektionslinse 4 bei winterlicher Witterung durch Schneefall und Eisbildung zumindest teilweise abgedeckt werden und dadurch das Licht ganz oder teilweise abgeschottet wird bzw. dass die Ausleuchtung des Fahrbahnverlaufes nicht mehr komplett erfolgen kann oder sogar ganz ausfällt. Bei manchen Scheinwerfern sind Waschanlagen bekannt, die mit Frostschutzmittel die Abdeckscheibe oder die Linse 4 eines Lichtmoduls 2 besprühen und auf diese Weise ganz oder teilweise verhindern, dass sich diese mit Schnee und/oder Eis zusetzen. Der Einsatz von Waschanlagen ist jedoch aufwendig und teuer und deren Effizienz ist insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen nicht immer gewährleistet.
Um bei einem Scheinwerfer ohne Abdeckscheibe das auf die Fahrbahn projizierte Licht auch bei winterlicher Witterung weitgehend ohne größere Lichtverluste zu ermöglichen, gilt es die exponierte Projektionslinse 4 schnee- und eisfrei zu halten. Eine Möglichkeit dies zu erreichen, ist es die Linse 4 aufzuheizen und auf entsprechend hohen Temperaturen zu halten, damit Eis und Schnee schmelzen und/oder sich nicht festsetzen können.
Bei Lichtmodulen 2 mit Halbleiterlichtquellen, die Licht mit einem niedrigen IR-Anteil aussenden, sind üblicherweise die Temperaturen an den außenliegenden Linsen 4 im Falle eines Scheinwerfers ohne Abdeckscheibe nicht ausreichend hoch, um zu vermeiden, dass sich Eis und Schnee auf der Linse 4 festsetzen. Mit gezielten Mitteln, die direkt auf oder in der Projektionslinse 4 angeordnet sind, ist es jedoch möglich, die Temperatur an den Linsen 4 so weit zu erhöhen, dass das Festsetzen von Schnee und Eis vermieden wird. Durch das Aufwärmen der Linse 4 wird erreicht, dass sich kein oder nur eine geringe Menge an Niederschlägen wie Schnee und Eis auf der Linsenaußenfläche festsetzt, und verhindert, dass zu wenig Licht auf die Fahrbahn projiziert wird.
Im Wesentlichen kann man eine beheizbare Projektionslinse 4 dadurch erhalten, dass eine Trägerfolie 10 mit einem integriertem oder aufgebrachtem Heizdraht 12 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und von transparentem Material (z.B. Kunststoff, insbesondere PC), aus dem die Linse 4 gefertigt wird, überspritzt wird. In 3 ist ein Heizelement 8 gezeigt, bei dem der Heizdraht 12 auf die Trägerfolie 10 aufgebracht ist. Da die Trägerfolie 10 jedoch eine größere Stärke als der Durchmesser des Heizdrahts 12 aufweist, kann der Heizdraht 12 auch problemlos in die Folie 10 integriert sein. Insbesondere kann der Heizdraht 12 mittels UltraschallSchweißen in die Trägerfolie 10 eingeschweißt werden. Durch Anlegen einer Spannung an die freiliegenden Enden 18 des Heizdrahts 12 erhitzt sich dieser. Die entstehende Wärme 20 strahlt zu allen Seiten ab und wird auch das umgebende Material der Linse 4 aufwärmen und schließlich zu einer Erwärmung der Linsenaußenfläche führen. Bei ausreichender Erwärmung wird verhindert, dass sich Eis und Schnee an der erwärmten Oberfläche festsetzen können.
Die Trägerfolie 10 besteht vorzugsweise aus transparentem Kunststoff, bspw. PC, in die ein dünner Heizdraht 12 der Größenordnung 50 µm eingebracht ist. Dieser Draht 12 besitzt eine Kunststoffummantelung oder eine andere Art von elektrischer Isolation. Die einzelnen Bahnen oder Schleifen des eingeschweißten Drahtes 12 sollen auf der Folien 10 nach Möglichkeit einen ausreichend großen Bereich abdecken, um die optisch wirksame Fläche der Linse 4 möglichst gleichmäßig und auf einer größtmöglichen Fläche beheizen zu können. Bei gleichmäßiger Verteilung der Bahnen bzw. Schleifen des Drahtes 12 auf bzw. in der Projektionslinse 4 und dem geringen Durchmesser des Drahtes 12 kommt es zu sehr geringen Lichteinbußen <1%, was lichttechnisch vernachlässigbar ist.
Zur Kontaktierung des Heizelements 8 mit dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. In dem Beispiel der 5 wird die Folie 10 auf einer Leiterplatte 22 befestigt, bspw. aufgeklebt. Die Klebeverbindung ist in 5 mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Die Leiterplatte 22 kann flexibel oder starr ausgebildet sein. Die Leiterplatte 22 kann mit einem Steckerelement 24 versehen sein, über das die Kontaktierung mit dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 erleichtert wird. Die isolationsfreien Drahtenden 18 sind auf die Leiterplatte 22 gebondet/ gelötet. Auf der Leiterplatte 22 sind Leiterbahnen 28 aufgebracht, welche eine elektrische Verbindung von den Drahtenden 18 zu Kontakten 30 des Steckerelements 24 bilden. Dieser Aufbau bestehend aus der Trägerfolie 10, dem Heizdraht 12, der befestigten Leiterplatte 22 mit dem Steckerelement 24 bildet das Heizelement 8 (vgl. 6).
Dieses Heizelement 8 kann in ein Kunststoff-Spritzguss-Werkzeug eingelegt werden und mit dem Material zur Fertigung der Projektionslinse 4 überspritzt oder umspritzt werden. Die fertige Linse 4 mit dem daran befestigten Heizelement 8 ist in den 7 und 8 gezeigt. Die Projektionslinse 4 und die Trägerfolie 10 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material, bspw. PC. Durch das Über- oder Umspritzen entsteht nach dem Aushärten eine unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement 8 und der Linse 4. Dadurch erhält man eine optische Linse 4 mit integriertem Heizelement 8, die an ein Lichtmodul 2 angebracht werden kann. Dabei kann sowohl die Fertigung der heizbaren Projektionslinse 4 als auch die Montage und elektrische Kontaktierung der Linse 4 bzw. des Heizelements 8 in dem Lichtmodul 2 besonders schnell und einfach erfolgen. Mit aktiver Beheizung kann die in Fahrtrichtung orientierte Linsenfläche aufgewärmt werden, und es wird verhindert, dass Eis und Schnee diese Lichtaustrittsfläche zusetzen.
Der Werkstoff des Heizdrahtes 12, die geometrischen Maße des Drahtes 12 wie bspw. Durchmesser und Länge, der spezifische elektrische Widerstand des Drahtes 12 sowie die angelegte Spannung und der hindurchfließende Strom haben Einfluss auf die erzielbare Heizleistung des Heizelements 8. Diese Parameter des Heizdrahtes 12 können von Fall zu Fall individuell gewählt werden.
Die Aufheizung des Heizelements 8 kann mittels Spannungs- oder Stromsteuerung oder -regelung erfolgen, um eine Überhitzung zu vermeiden, die zur Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der Linse 4 bzw. zur Beschädigung des Linsenwerkstoffes führen könnte. Für die Steuerung und/oder Regelung erforderliche elektrische und/oder elektronische Bauteile können auf der Leiterplatte 22 vorgesehen sein. Diese Bauteile umfassen bspw. einen Temperatursensor und/oder einen Mikroprozessor.
Alternativ kann ein Steckelement 24 auch direkt auf der Trägerfolie 10 angebracht werden (vgl. 11 und 12). Für diesen Fall können die Heizdrähte 12 an ihren Enden 18 mit Kupferpads 32 versehen werden. Die Kupferpads 32 können bspw. selbstklebend auf der Folie 10 haften und mit den isolationsfreien Drahtenden 18 verbunden werden, bspw. mittels eines niedrig Temperatur Lötverfahrens. Die Kontakte 30 des Steckerelements 24 werden mit den Kupferpads 32 verbunden, bspw. mittels Löten (vgl. 12). Anschließend erfolgt das Überspritzen oder Umspritzen des Heizelements 8 im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse 4 in einem Spritzgussverfahren (molding oder co-molding) wie oben beschrieben. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass durch den Verzicht auf eine separate Leiterplatte 22 ein kleinerer Bauraum benötigt wird.
Eine weitere Alternative, eine elektrische Spannung an die Drähte 12 des Heizelements 8 anzulegen, kann mittels einer flexiblen Leiterplatte 22 erfolgen (vgl. 13 bis 15). Dazu wird eine flexible Leiterplatte 22 auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie 10 mit den integrierten Heizdrähten 12 befestigt, bspw. durch Laminieren oder Verkleben 26. Die isolationsfreien Drahtenden 18 werden anschließend auf die Leiterplatte 22 auf dafür vorgesehenen Kontaktflächen 32 aufgelötet. Die Leiterplatte 22 weist Leiterbahnen 28 auf, welche die Kontaktflächen 32 mit den Kontakten 30 des Steckerelements 24 verbinden. Statt des in 15 gezeigten einen Steckerelements 24 können auch mehrere Steckerelemente an der Leiterplatte 22 befestigt und mit den Drahtenden 18 kontaktiert werden. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die flexible Leiterplatte 22 gefaltet werden kann und dadurch das Heizelement 8 nur eine reduzierte Länge benötigt. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der über- oder umspritzten Linse 4 mit dem integrierten Heizelement 8.
In den bisherigen Ausführungsformen sind die stromführenden Leiterbahnen 12 des Heizelements 8 als Heizdrähte ausgebildet, die auf die Trägerfolie 10 aufgebracht oder in diese eingebracht sind. Anstelle dieser Heizdrähte 12 können alternativ jedoch auch aufgedruckte Stränge 12a als stromführende Bahnen dienen (vgl. 16 bis 18). Diese können z.B. in einem Siebdruckverfahren oder mittels Tampondruck oder Tintenstrahldruck auf die transparente Folie 10 aufgedruckt werden. Bei Verwendung einer elektrisch leitenden Drucktinte oder Paste können die aufgedruckten Stränge 12a als stromführende Bahnen verwendet werden und ähnlich wie die Heizungsdrähte 12 bei angelegter Spannung zum Aufheizen der Projektionslinse 4 genutzt werden.
Bei dieser Ausführung kommt es ganz besonders auf die Auslegung der Maße der aufgedruckten Leiterstränge 12a an. Diese müssen zum einen in der Lage sein, einen entsprechend niedrigen Widerstand zu bieten (abhängig vom verwendeten Material und von einer Querschnittsfläche der Stränge 12a), um einerseits einfach und kostengünstig auf der Folie 10 aufgebracht zu werden und anderseits die gewünschte Wärmeleistung erbringen zu können. Um die Lichtverluste möglichst gering zu halten, sollten die Leiterstränge 12a möglichst schmal ausgebildet sein. Eine Breite der Stränge 12a in der Größenordnung von etwa 0,5 mm wäre noch akzeptabel. Die Lichteinbußen würden dann in einem Bereich von etwa 5% liegen. Diese Lichteinbußen können durch die höhere Bestromung der Lichtquelle des Lichtmoduls 2 kompensiert werden. Um eine Dicke (oder Höhe) der Tinte/ Paste aufzubringen, sodass sich eine Querschnittsfläche ergibt, die ausreichend für den berechneten Widerstand ist, sollte die Dicke größer als die des üblichen Siebdrucks sein, das heißt es sollte eine Dicke von >50 µm erzielt werden.
Die elektrischen Kontaktierungsmöglichkeiten der Trägerfolie 10 mit aufgedruckten Strängen 12a als Leiterbahnen entsprechen im Wesentlichen denen der eingangs beschriebenen Ausführungen mit Trägerfolie 10 und Heizdrähten 12 (vgl. 17 und 18).
Die oben beschriebenen flächigen Heizelemente 8 sind in einem Spritzguss-Verfahren auf einer Seite (innen oder außen) einer Projektionslinse 4 angebracht worden (vgl. 7). Eine weitere mögliche Ausführung wäre es, das Heizelement 8 in die Projektionslinse 4 selbst einzubringen, indem es an Innen- und Außenseite mit dem Material der Linse 4 umspritzt wird (vgl. 19 bis 22).
Dies kann in einem mehrstufigen Spritzguss-Verfahren erreicht werden. In einem einfachen Fall ist das Verfahren zweistufig ausgestaltet. In einer ersten Stufe erfolgt wie bei oben beschrieben die Überspritzung der Trägerfolie 10 mit integrierten Leiterbahnen 12 mit einer Schicht des Materials 4.1, bspw. Kunststoff, insbesondere PC, aus dem die Projektionslinse 4 besteht (vgl. 21). Anschließend wird in einer zweiten Stufe Linsenmaterial 4.2 auf die noch freie Seite der Trägerfolie 10 gespritzt (vgl. 22). Das Umspritzen des Heizelements 8 mit dem Linsenmaterial erfolgt in einem Spritzgusswerkzeug, wie es in den 21 und 22 gezeigt ist. Eine erste Werkzeugseite ist mit W1 bezeichnet, eine zweite Werkzeugseite mit W2.
Ganz besonders bevorzugt wird zur Herstellung der mittels des Heizelements 8 beheizbaren Projektionslinse 4 vorgeschlagen, dass das Heizelement 8 in Form der transparenten Folie 10 aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachten oder darin eingelassenen Leiterbahnen 12, 12a zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse 4 des Projektionsmoduls 2 aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse 4 selbst eingebracht wird. Zum Einbringen de Heizelements 8 in die Linse 4 wird vorgeschlagen, dass

- zunächst ein erstes Teil 4.1 der Projektionslinse 4 mittels eines Spritzgusswerkzeugs W gefertigt wird,
- das Heizelement 8 in das Spritzgusswerkzeug W, sofern vorhanden auf das erste Teil 4.1 der Projektionslinse 4, gelegt wird, und
- auf dem Heizelement 8 ein weiteres Teil 4.2 der Projektionslinse 4 mittels des Spritzgusswerkzeugs W gefertigt wird.

21

22

23 zeigt eine Ansicht der fertigen, mit dem integrierten Heizelement 8 versehene Projektionslinse 4 entgegen der Lichtaustrittsrichtung 6, d.h. von außen. Sehr gut zu erkennen ist das äußere transparente erste Teil 4.1 der Linse 4 und dahinter das Heizelement 8 mit all seinen Komponenten 10, 12, 18, 22.
Der Kontaktierungsbereich des Heizelements 8 (mit der Leiterplatte 22, den Leiterbahnen 28, den Kontaktflächen 32 und dem Steckerelement 24) wie auch ein herstellungsbedingter Rand der Projektionslinse 4 können mittels eines Blendenelements 36 (einer Abdeckung, eines Rahmens oder Designteils) abgedeckt werden (vgl. 24). Das Blendenelemente 36 kann opak oder teiltransparent sein. Ein opakes Blendenelement 36 hat bspw. eine silberne oder schwarze Farbe. Das Blendenelement 36 kann ein separates Element sein, das auf der Außenfläche der Linse 4 befestigt wird, bspw. mittels Kleben oder Schweißen. Es wäre auch denkbar, dass das Blendenelement 36 als eine Farbschicht auf die Außenfläche der Linse 4 aufgebracht wird, bspw. mittels Sprühen oder Tauchen. Schließlich wäre es auch denkbar, dass das Blendenelement 36 im Rahmen des mehrstufigen Herstellungsprozesses mittels des Spritzgussverfahrens als eine von mehreren Komponenten der Linse 4 aufgebracht wird. Dazu kann zunächst das Blendenelement 36 in das Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und mit einer ersten Schicht 4.1 des Materials der Linse 4 überspritzt werden. Anschließend wird das Heizelement 8 auf die erste Schicht 4.1 gelegt und mit einer zweiten Schicht 4.2 überspritzt.
Nachfolgend wird anhand der 25 bis 29 eine weitere Möglichkeit zur Kontaktierung des Heizelements 8 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird auf ein Steckerelement 24 unmittelbar auf der Trägerfolie 10 verzichtet. Während bei den bisher beschriebenen Ausführungen eine Steckverbindung mittels Steckerelement 24 (Buchsen-Gehäuse und Pin-Gehäuse) direkt auf der Folie 10 erfolgte, wird in dieser Ausführung der elektrische Kontakt zu dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 durch Auflage von Kontaktpins (vgl. 30 bis 32) auf Kontaktpads (vgl. 26 bis 28) hergestellt, die direkt auf die Folie 10 aufgebracht sind. Die Vorteile liegen in einer einfachen und kostengünstigen Fertigung des Heizelements 8 sowie in einer einfachen aber zuverlässigen Integration (mechanische Befestigung und elektrische Kontaktierung) der Projektionslinse 4 in das Projektionsmodul 2. Zudem benötigt diese Ausführung besonders wenige Teile und weniger Platz in dem Lichtmodul 2. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduzierung und eröffnet neue Stylingmöglichkeiten für das Lichtmodul 2.
25 zeigt die oben beschriebene Trägerfolie 10 aus Kunststoff mit den aufgebrachten oder integrierten Leiterbahnen 12 (z.B. Heizdrähte oder aufgedruckte Stränge). Die Enden 18 der Leiterbahnen 12 sind auf einer Kontaktierungsseite der Folie 10 an den seitlichen Rand geführt. 26 zeigt Kontaktpads 38, die bspw. aus eine Kupferfolie bestehen können. Die Kontaktpads 38 können selbstklebend sein, so dass eine einfache Befestigung auf der Trägerfolie 10 und Kontaktierung mit den Leiterbahnen 12 bzw. deren Enden 18 in dem Kontaktierungsbereich der Folie 10 möglich ist. Die Drahtenden 18 können mit den Kontaktpads 38 verlötet werden. Seitlich überstehende Abschnitte 38a der Kontaktpads 38 können nach hinten gefaltet und auf der Rückseite der Trägerfolie 10 befestigt werden (vgl. 26 bis 28). Die gefalteten Kontaktpads 38 mit ihren Kontaktflächen auf der Vorder- sowie der Rückseite der Folie 10 bieten eine geeignete Fläche für eine elektrische Kontaktverbindung. Im Vergleich zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich dadurch ein deutlich schmalerer Kontaktierungsbereich 40, da bei den bisherigen Ausführungen das Steckerelement 24 relativ viel Platz beansprucht (vgl. 29). Insbesondere verringert sich der Kontaktierungsbereich 40 auf etwa 35% des bisherigen Wertes (z.B. statt bisher 20 mm nur noch 7 mm).
Die elektrische Kontaktierung der Kontaktpads 38 kann mittels Federkontaktstiften 42 erfolgen. Durch Aufbringen einer Kraft F (Druckkraft) auf einen Kontaktkopf 44 des Stiftes 42 wird dieser um (Länge 11 - Länge 12) auf ein Einbaumaß zusammengedrückt. In 30 ist die unbelastete (ursprüngliche) Länge des Stiftes 42 und in 31 die komprimierte Länge (Endlänge im Zusammenbau) dargestellt. Die Herstellung und Beibehaltung des Kontakts zwischen dem Stiftkopf 44 und dem Kontaktpad 38 wird durch ein im Inneren des Stiftes 42 verbautes Federelement sichergestellt. Der Durchmesser der Kontaktfläche am Stiftkopf 44 bzw. des gesamten Stiftes 42 sowie die Stiftlängen können beliebig gestaltet werden oder aus vorhandenen Standardmaßen bei geeigneten Lieferanten ausgewählt werden. Die Kontaktkräfte bzw. die Federkräfte F können auch anwendungsspezifisch ausgelegt werden bzw. aus Standardausführungen gewählt werden. Hier wird bspw. ein Durchmesser D des Stifts 42 von 1,5 mm und eine Kontaktfläche von 1,767 mm² (¶· (d/2)²) vorgeschlagen.
Für die vorliegende Anwendung könnten Kontaktstifte 42 mit angeschlagenem Kabel 46 verwendet werden, die bereits in einem Stecker-Gehäuse 24a zusammengeführt sind (vgl. 32). Bei der weiteren Montage werden die Stifte 42 in geeignete Nuten 48 in einem Linsenträger 50 eingelegt und darin befestigt (vgl. 33). Der Linsenträger 50 dient zur Befestigung der Projektionslinse 4 in dem Projektionsmodul 2. Als Anschlag für die Endposition dient ein Stiftbund 52 mit geringfügig größerem Durchmesser als der Stiftkörper. Mittels dieses Anschlags 52 wird sichergestellt, dass beim Zusammendrücken des Stifts 42 ein Gegenhalt vorhanden ist, und der Stift 42 nicht nach hinten ausweichen kann. Durch Anbindung mit Kabeln 46 kann der Stecker 24a in einem von der Linse 4 beliebig weit entfernten Bereich, z.B. mittels Klips-Verbindung, an dem Linsenträger 50 befestigt werden (vgl. 34). Für eine seitliche Positionssicherung der Kontaktstifte 42 in den Nuten 48 könnte eine Abdeckung 54 aufgeklipst sein (vgl. 34 und 36). Auch andere Befestigungsmöglichkeiten mit oder ohne zusätzlichem Befestigungs- oder Sicherungsteil sind denkbar.
In einem nachfolgenden Schritt kann die Projektionslinse 4 mit dem integrierten Heizelement 8 auf den Linsenträger 50 aufgebracht werden (vgl. 35). Die Projektionslinse kann einen Dichtfuß 56 aufweisen, der beim Aufsetzen auf den Linsenträgern 50 in einen Dichtkanal 58 eintritt, der an dem Linsenträger 50 ausgebildet ist. Vorab kann der Dichtkanal 58 mit einem Kleber oder einer Dichtmasse (z.B. Butyl) aufgefüllt werden. Der Dichtfuß 56 kann über den gesamten Umfang der Linse 4 verlaufen. Zumindest in diesem Fall würde dann auch der Dichtkanal 58 über den gesamten Umfang der Linse 4 verlaufen. Durch Einpressen des Dichtfußes 56 in den Dichtkanal 58 und nach Aushärten des Klebers bzw. der Dichtmasse ist die Projektionslinse 4 nahezu unlösbar an dem Linsenträger 50 befestigt. Alternativ kann die Linse 4 auch auf andere Weise an dem Linsenträger 50 befestigt werden, bspw. mittels einer Haltefeder, Laser-Schweißen o.ä.
In dieser eingebauten Position komprimiert die Linse 4 die Federkontaktstifte 42 auf ein vorgegebenes Endmaß. Dadurch besteht zwischen den Kontaktpads 38, die sich auf der Innenseite der Linse 4 befinden, und den Kontaktflächen 44 der Stiftköpfe ein dauerhafter federbelasteter Kontakt, der die elektrische Kontaktierung des in die Linse 4 integrierten Heizelements 8 ermöglicht. Die Kontaktierung erfolgt automatisch beim Montieren der Linse 4 an dem Linsenträger 50. Dies erlaubt es, die Kontakte 38 auch in schwer oder nicht zugänglichen Bereichen zu platzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007242291 A [0004]
DE 102010033902 A1 [0016, 0029]

Claims

Projektionsmodul (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik (4) in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik (4) angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Projektionsmoduls (2) in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls (2) abbildet, wobei das Projektionsmodul (2) ein Heizelement (8) zum Beheizen der Projektionslinse (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) eine transparente Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen (12) aufweist, die über ein Schaltelement (14) an eine elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind, wobei das Heizelement (8) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement (8) bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen (12) die Projektionslinse (4) aufheizt.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) in der Lichtaustrittsrichtung (6) den Abschluss des Projektionsmoduls (2) nach außen bildet.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) im Rahmen eines Spritzguss-Prozesses oder eines Co-Molding-Prozesses im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse (4) auf die Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) aufgebracht oder in die Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere mindestens eine LED, vorzugsweise eine Multi-Chip-LED, umfasst.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) aus einem Kunststoff gefertigt ist, insbesondere aus Polycarbonat.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Folie (10) aus einem Kunststoff gefertigt ist, insbesondere aus Polycarbonat.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) die Form einer Zylinderlinse aufweist, mit einer stärkeren Wölbung einer Lichtaustrittsfläche der Linse (4) um eine Zylinderachse (60) und einer geringeren Wölbung der Lichtaustrittsfläche um eine quer zu der Zylinderachse (60) verlaufende Achse.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul (2) die Zylinderachse (60) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verläuft.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) nach außen geführt sind.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktierungsseite eine elektrische Leiterplatte (22) an der transparenten Folie (10) befestigt ist und Kontaktierungsbereiche (28; 40) der Leiterplatte (22) mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) kontaktiert sind.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) ein Kontaktierungselement aufweist, das mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) in Kontakt steht und über das die Leiterbahnen (12) an das Schaltelement (14) bzw. an die elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement als ein Steckerelement (24) ausgebildet ist, das auf der Leiterplatte (22) befestigt ist.
Projektionsmodul (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement Kontaktierungsflächen (38; 32) aufweist, die mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) kontaktiert sind, wobei die Kontaktierungsflächen (38) auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) auf die transparente Folie (10) aufgebracht sind oder die Kontaktierungsflächen (32) auf eine elektrische Leiterplatte (22) aufgebracht sind, die auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) an der transparenten Folie (10) befestigt ist.
Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Außenseite der Projektionslinse (4) ein Blendenelement (36) angeordnet ist, welches Bereiche des Heizelements (8) außerhalb der Leiterbahnen (12) verdeckt, insbesondere einen Kontaktierungsbereich (40), über welche die Leiterbahnen (12) an das Schaltelement (14) bzw. an die elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind.
Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Heizelements (8) beheizbaren Projektionslinse (4) eines Projektionsmoduls (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) in Form einer transparenten Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachten oder darin eingelassenen Leiterbahnen (12) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass - wahlweise zunächst ein erstes Teil (4.1) der Projektionslinse (4) mittels eines Spritzgusswerkzeugs (W) gefertigt wird, - das Heizelement (8) in das Spritzgusswerkzeug (W), sofern vorhanden auf das erste Teil (4.1) der Projektionslinse (4), gelegt wird, und - auf dem Heizelement (8) entweder ein weiteres Teil (4.2) der Projektionslinse (4) oder die gesamte Projektionslinse (4) mittels des Spritzgusswerkzeugs (4) gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) aus einem Material gefertigt wird, das im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse (4) mit dem Material der transparenten Folie (10) des Heizelements (8) eine Schmelzverbindung herstellen kann, insbesondere aus dem gleichen Material wie die transparente Folie (10) des Heizelements (8).
Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse mit einer in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Scheinwerfers angeordneten Lichtdurchtrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer in dem Gehäuse ein Projektionsmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
Scheinwerfer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses nicht durch eine Abdeckscheibe verschlossen ist und dass das Projektionsmodul (2), insbesondere die Projektionslinse (4), rings um die Lichtaustrittsrichtung (6) des Scheinwerfers gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.