DE102020203736A1

DE102020203736A1 - Halbleiter-Retrofit-Fahrzeugscheinwerferlampe

Info

Publication number: DE102020203736A1
Application number: DE102020203736.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Seichter; Kevin Bayer; Hans Günther Mayer; Ralf Lindner
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20230104957A1; WO2021191139A1; US11761601B2

Abstract

Eine Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) für Kraftfahrzeuge wird bereitgestellt, die einen Lampenkörper (1) entlang einer Längsachse (X) aufweist. Dieser umfasst einen hinteren Basisabschnitt mit Sockel (20) und Wärmesenke (60) sowie ein daran angebrachtes Tragelement (50) mit darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen (70). Ein vorderer Abschnitt besitzt ein lichtdurchlässiges Gehäuse (40). Eine Treiberschaltung (55) versorgt die Lichtquellen mit elektrischer Leistung, so dass die Lampe Licht durch das lichtdurchlässige Gehäuse emittiert. Die Lampe kann als Retrofit-Lampe ausgebildet sein und vom H7-, H8-, H9-, H11- oder H16-Typ sein. Die in Licht umgesetzte Leistung bewirkt z.B. im Fall einer 12 V H7-Lampe einen Lichtstrom von wenigstens 1500 Lumen +/- 10%, wenn die Lichtquellen mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden. Die Lampe reicht dabei räumlich nicht über eine Einhüllende hinaus, wie sie ECE-Norm-gemäß für eine Lampe vom Typ H7-Typ festgelegt ist. Ein optimales Design mit effizienter passiver Wärmtransfer bei engen Raum erlaubt einen dennoch hohen Lichtstrom.

Description

Technisches Gebiet
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen allgemein Halbleiter-Scheinwerferlampen für Kraftfahrzeuge oder auch reflektoroptische Systeme für solche Lampen, mit welchen das z.B. von Halbleiterlichtquellen in den Lampen emittierte Licht in geeigneter Weise in den die Lampen umgebenden Raum abgestrahlt werden kann. Weitere Aspekte können sich auf Retrofit-Lampen beziehen, die zum Ersatz konventioneller Halogenlampen in Fahrzeugscheinwerfern bestimmt sind.
Hintergrund
Retrofit-Lampen mit Halbleiterlichtquellen erfreuen sich großer Beliebtheit besonders auch im Bereich des Ersatzes von Leuchtmitteln in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, da mit ihnen preiswerte Alternativen, größere Flexibilität im Hinblick z.B. auf die darstellbaren Farbtemperaturen, Dauerhaftigkeit und vor allem Energieeinsparung, etc. verbunden sind, als z.B. mit konventionellen Halogenlampen. Retrofit-Ersatzlampen besitzen dabei beispielsweise regelmäßig den gleichen Sockeltyp etc. wie derjenige der Halogenlampe, die durch sie zu ersetzen bestimmt ist, so dass für den konkreten Scheinwerferaufbau keine weiteren Anpassungen vorzunehmen sind.
Allerdings liegen in photometrischer Hinsicht bestimmte Anforderungen dahingehend vor, in welcher Weise beispielsweise der vor einem Fahrzeug liegende Raumwinkelbereich durch Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Tagfahrlicht etc. ausgeleuchtet werden darf (raumwinkelbezogene Abstrahlungscharakteristik). Für konventionelle Halogenlampen kommt es daher besonders auf das Design des die Lampe aufnehmenden Reflektors sowie die Positionierung und Ausgestaltung der Lampe in dem Reflektor an.
Es ist daher wünschenswert, zumindest den verschiedenen Herstellern für bestimmte Lampentypen, die in den entsprechenden Schweinwerfern zu verbauen sind, einheitliche technische Vorgaben anzubieten, so dass für innerhalb der Vorgaben liegende Lampen im konkreten Scheinwerfer das erforderliche Profil der Raumausleuchtung erhalten wird.
Dazu wurden z.B. von internationalen Organisationen wie etwa der der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (United Nations Economic Commission for Europe, UNECE oder UN/ECE) z.B. im Hinblick auf „Glühlampen zur Verwendung in genehmigten Scheinwerfern und Leuchten von Kraftfahrzeugen und ihren Anhängern“ Regelungen geschaffen, hier z.B. die entsprechende ECE-Anhang 36: Regelung Nr. 37 (rev. 7) bzw. englisch Addendum 36: Regulation No. 37 (rev. 7) zum zugrundeliegenden Genfer Übereinkommen vom 20. März 1958, die unter anderem technische Vorschriften, Prüfverfahren, Bedingungen für die Typgenehmigung, ECE-Genehmigungszeichen und Bedingungen für die Gewährleistung der Übereinstimmung der Produktion für Glüh- bzw. Halogenlampen beinhalten, siehe ECE-Anhang 36: Regelung Nr. 37 (rev. 7), Seiten 35-46, 50-53 und 70-73. Die Regelungen sind Empfehlungen, die von den jeweiligen Vertragsstaaten in ihr nationales Recht integriert werden können. Z.B. sind dort auch genaue Bereichsangaben und Toleranzen für die Wendelpositionierung innerhalb der jeweiligen Lampe, oder bestimmte zu erreichende Lichtströme vorgegeben.
Insbesondere für Abblend- oder Fernlichtanwendungen ergeben sich im Fall von Halbleiterlichtquellen allerdings bis heute immer noch Hürden. Zum Einen beruhen diese darauf, dass Leuchtstoff-konvertierende Halbleiterlichtquellen im Wesentlichen lambertsch in einen Halbraum abstrahlen, so dass die Positionierung entsprechender Leiterplatten als Trageelemente für die Lichtquellen in der Lampe Symmetrieprobleme hinsichtlich der resultierenden Abstrahlungscharakteristiken mit sich bringen kann, da der umgebende Reflektor nicht gleichmäßig bestrahlt werden könnte. Im einfachsten Fall strahlen Lichtquellen von beiden Seiten einer in das lichtdurchlässige Gehäuse platzierten Leiterplatte in jeweilige Halbräume. Entsprechende Anordnungen und Geometrien der Tragelemente erschweren zudem auch die Erfüllung der ECE-Normen, da die feine Positionierung der Glühwendel (Filament) der konventionellen Halogenlampe als Lichtemissionsgebiet auch von den auf Halbleiterlichtquellen basierenden Lampen getroffen werden sollte. Zum anderen können daher auch Probleme des Wärmemanagements oder der daraus resultierenden Materialermüdung ungelöst bleiben, wenn eine hinreichend große Anzahl von Lichtquellen dicht positioniert wird, um die erforderlichen Lichtströme zu erhalten.
Auf Halbleiterlichtquellen basierende Lampen unter anderem für den Einsatz in Kraftfahrzeugen sind unter anderem in US 7,110,656 B2 , US 8,807,808 B2 , US 10,119,676 B2 , US 10,253,941 B2 , US 10,415,762 B2 oder US 2010/0213809 A1 beschrieben. Weitere Beispiele für Retrofit-Lampen sind in US 10,436,408 B2 oder CN 207438161 U beschrieben. Ferner ist auch eine auf Halbleiterlichtquellen basierende Retrofit-Lampe in US 9,677,753 B2 beschrieben. Nach Kenntnis der Erfinder der vorliegenden Anmeldung gibt es derzeit keine kommerziell erhältliche LED-Retrofitlampe und auch keine der in der Fachliteratur oder in der Patentliteratur gemäß dem Stand der Technik vorgestellte Lampe, die den genormten Vorgaben für die Leistungsfähigkeit von Fahrzeugscheinwerfer-Abblendlicht oder -Fernlicht wie jenen in der ECE-Anhang 36: Regelung Nr. 37 entsprechen könnten oder eine solche Übereinstimmung zumindest nahelegen könnten.
Darstellung verschiedener Aspekte
Um nun einen Ausweg aus den beschriebenen Problemen anzubieten, wird nachfolgend angeführten Aspekten und Ausführungsbeispielen zufolge beispielsweise eine Verbesserung durch einen einfachen Aufbau, eine Erhöhung des Lichtstroms und/oder eine Optimierung des Wärmemanagements angestrebt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Halbleiter-Scheinwerferlampe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, die einen Lampenkörper aufweist, der sich in einer Längsrichtung erstreckt. Der Lampenkörper besitzt einen hinteren Basisabschnitt und einen vorderen Abschnitt, in welchem primär die Lichtemission stattfindet. Ferner besitzt der Lampenkörper ein z.B. als PCB (printed circuit board) bzw. Leiterplatte ausgeführtes Tragelement sowie ein lichtdurchlässiges Gehäuse. Eine Vielzahl von auf dem Tragelement am hinteren Basisabschnitt angeordneten Halbleiterlichtquellen werden im Fall der Leistungsversorgung von einem Treiberschaltkreis betrieben.
Der Lampenkörper weist zudem eine Reflektoroptik auf, die an dem vorderen Abschnitt angeordnet ist. Die Halbleiterlichtquellen sind dazu eingerichtet, Licht in Richtung zu der Reflektoroptik zu emittieren, wobei die Reflektoroptik einen ersten Reflektoroptikabschnitt und einen zweiten Reflektoroptikabschnitt umfasst. Der erste Reflektoroptikabschnitt ist so beschaffen, dass er das von den Halbleiterlichtquellen emittierte Licht empfangen und in Richtung auf den zweiten Reflektoroptikabschnitt zu emittieren kann. Der zweite Reflektoroptikabschnitt ist wiederum so konfiguriert, dass er das von dem ersten Reflektoroptikabschnitt reflektierte Licht reflektieren oder empfangen und dann durch das lichtdurchlässige Gehäuse emittieren kann. Jede einer Vielzahl von auf dem ersten Reflektoroptikabschnitt angeordneten ersten reflektierenden Oberflächen kann sich in einem ringförmigen Gebiet um die Längsachse herum erstrecken, die sich durch den Lampenkörper von den Halbleiterlichtquellen in Richtung auf den ersten Reflektoroptikabschnitt erstreckt.
Ein solcher Aufbau ermöglicht es, das Tragelement und die Lichtquellen am hinteren Basisabschnitt zu positionieren und das emittierte Licht anhand der ringförmig angelegten ersten reflektierenden Oberflächen auf den zweiten Reflektoroptikabschnitt gegebenenfalls auch fokussierend zu reflektieren, der dadurch ähnlich wie ein Wendelkörper bzw. Filament bei konventionellen Halogenlampen in einem begrenzten Raumbereich entlang der Längsachse positioniert sein kann und dadurch kaum abschattet. Mit der Positionierung der Halbleiterlichtquellen am hinteren Basisabschnitt gelingt dort eine verbesserte Abführung von Wärme.
Durch die Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen kann eine möglichst homogene Bestrahlung der Fläche bzw. der Flächen des zweiten Reflektoroptikabschnitts besser kontrolliert und der Aufwand bei der Herstellung der Reflektoroptik in Grenzen gehalten werden. Beispielsweise kann jede der ersten reflektierenden Oberflächen so konfiguriert sein, dass sie einen bestimmten Teilabschnitt des zweiten Reflektoroptikabschnitts mittels Reflexion bestrahlt, so dass die Verteilung der Lichtbeiträge über den zweiten Reflektoroptikabschnitt hinweg im Design akkurat einstellbar sind. Gleichzeitig sind die für die ersten reflektierenden Oberflächen erforderlichen Geometrien in der Produktion einfach und genau herstellbar. Des Weiteren werden durch diesen Aufbau Emissionsverluste durch Absorption von Licht innerhalb der Lampe vermieden.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein reflektoroptisches System für eine Kraftfahrzeug-Scheinwerferlampe bereitgestellt. Dieses weist einen mit Rotationssymmetrie um eine Längsachse versehenen Reflektorkörper auf, der einen ersten Reflektoroptikabschnitt mit einer im Wesentlichen konkaven Form besitzt. Ferner weist das System einen sich entlang der Längsachse erstreckenden zweiten Reflektoroptikabschnitt auf, wobei der erste Reflektoroptikabschnitt dem zweiten Reflektoroptikabschnitt zugewandt ist. Darüber hinaus umfasst der erste Reflektoroptikabschnitt eine Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen und der zweite Reflektoroptikabschnitt umfasst eine Vielzahl von zweiten reflektierenden Oberflächen. Die zweiten reflektierenden Oberflächen stehen in räumlicher Lichtempfangbeziehung zu den ersten reflektierenden Oberflächen. Zum Beispiel kann im Hinblick auf ein auf die ersten reflektierenden Oberflächen aus einer bestimmten Richtung einfallendes Licht so von diesen reflektiert werden, dass das reflektierte Licht genau oder zumindest zu einem für den Zweck maßgeblichen Anteil auf die zweiten reflektierenden Oberflächen fällt, und von diesen wieder reflektiert oder emittiert wird. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann die räumliche Lichtempfangbeziehung auch zwischen jeweils einer der ersten reflektierenden Oberflächen und der zweiten reflektierenden Oberflächen bestehen, muss sie aber nicht.
Durch diesen Aufbau werden die gleichen oder ähnlichen Vorteile erzielt wie oben beschrieben. Die Zuordnung der reflektierenden Oberflächen stellt sicher, dass ein auf die Reflektoroptik ausgestrahltes Licht homogen verteilt auf den zweiten Reflektoroptikabschnitt einfällt. Dadurch werden dort nicht zu vermeidende Wärmespitzen zumindest reduziert, während die Wärmeabführung verbessert wird. Die zweiten reflektierenden Oberflächen ermöglichen eine hohe Reflektivität, eine homogene Verteilung der lokalen Lichtemission bzw. Lichtreflektion über den zweiten Reflektoroptikabschnitt hinweg, und erlauben eine Kostenreduktion bei der Herstellung, wenn eine einfache Geometrie eingesetzt wird.
Zudem ermöglicht dieser Aufbau gerade im Hinblick auf die Vielzahl zweiter reflektierender Oberflächen im zweiten Reflektoroptikabschnitt eine Struktur und einen Lampenaufbau, der funktional demjenigen konventioneller Halogen-Scheinwerferlampen entsprechen kann, denn der zweite Reflektoroptikabschnitt kann eine Position und eine Dimension (Länge und/oder Durchmesser) annehmen, wie sie für Wendelkörper in den einschlägigen Normen, z.B. ECE-Anhang 36: Regulierung Nr. 37 (rev. 7) vom 3. Juli 2012 vorgesehen sind, siehe dort. z.B. die Seiten 38, 42, 46, 53, 73. Das macht es möglich, mit besonderem Vorteil diese Reflektoroptik gegebenenfalls auch in Halbleiter-Retrofit-Scheinwerferlampen einzusetzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst eine Halbleiter-Scheinwerferlampe für ein Kraftfahrzeug einen Lampenkörper, der sich in einer Längsrichtung erstreckt. Der Lampenkörper besitzt einen hinteren Basisabschnitt und einen vorderen Abschnitt, in welchem primär die Lichtemission stattfindet. Ferner besitzt der Lampenkörper ein Tragelement und lichtdurchlässiges Gehäuse. Eine Vielzahl von auf dem Tragelement am hinteren Basisabschnitt angeordneten Halbleiterlichtquellen werden im Fall der Versorgung mit elektrischer Leistung von einem Treiberschaltkreis betrieben. Die Halbleiterlichtquellen veranlassen die Halbleiterlampe dann im Betrieb dazu, Licht durch das lichtdurchlässige Gehäuse zu emittieren.
Die in Lichtabstrahlung umgesetzte Leistung bewirkt dabei:

(a) einen Lichtstrom von wenigstens 1500 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1750 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 35 aus Anhang 36:
- ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H7-Typ hinausreicht; oder
(b) einen Lichtstrom von wenigstens 1350 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1600 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihrem Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 50 aus Anhang 36:
- ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H11-Typ hinausreicht.

Diesem Aspekt zufolge wird also eine Halbleiter-Scheinwerferlampe vorgeschlagen, die zumindest einigen der für Halogen-Scheinwerferlampen zugrundeliegenden ECE-Normvorgaben genügen kann, und dabei insbesondere eine solche, die entsprechend hohe Werte für den Lichtstrom bereitstellt, so dass die Halbleiter-Scheinwerferlampe sogar auch als Retrofit-Lampe z.B. zur Erzeugung von Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahrlicht oder Nebellicht einsetzbar wird. Trotzdem hält sie die Vorgaben der Außenbemaßung gemäß ECE-Normvorgaben ein, d.h., die Außenabmessungen liegen räumlich auf oder innerhalb der Einhüllenden. Die Testspannung von13,2 Volt kann für Lampen mit einer Nennspannung von 12 Volt eingesetzt werden, die Testspannung von 28 Volt für Lampen mit einer Nennspannung von 24 Volt. Dabei ist anzumerken, dass, während der Aspekt Bezug nimmt auf Scheinwerferlampen von H7- oder H11-Typ, dieser Aspekt nicht auf bestimmte Sockeltypen begrenzt ist, sondern ohne Beschränkung der Allgemeinheit beispielsweise auch Lampen vom H8-, H9- oder H16-Typ inkludiert sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der diversen Aspekte ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Halbleiter-Scheinwerferlampe vom H7-Typ gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Seitenansicht der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
3 eine Seitenansicht der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1, die gegenüber der Ansicht in 2 um 90 Grad um ihre Längsachse gedreht ist;
4 eine Seitenansicht der Halbleiter-Scheinwerferlampe ähnlich 2, aber mit Darstellung von Längen und Durchmessern einzelner Abschnitte der Lampe;
5 eine Draufsicht von oben auf die Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
6 eine Draufsicht von unten auf die Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
7 eine perspektivische Ansicht einer Reflektoroptik der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
8 eine Querschnittsansicht der Reflektoroptik aus 7 mit darin angedeutetem Strahlgang des von Halbleiterquellen emittierten Lichts;
9 eine Querschnittsansicht der Reflektoroptik aus 7 mit Darstellung von Längen und Durchmessern einzelner Abschnitte der Reflektoroptik;
10A eine schematische Querschnittsansicht der Reflektoroptik aus 7 mit einer Darstellung der Neigungswinkel erster reflektierender Flächen am Reflektorkörper gegenüber der Längsachse X;
10B einen sehr schematischen, vergrößerten, aber nicht maßstabsgetreuen Ausschnitt aus 10A mit Verdeutlichung des dort dargestellten Neigungswinkels;
11A eine schematische Querschnittsansicht der Reflektoroptik aus 7 mit einer Darstellung der Neigungswinkel zweiter reflektierender Flächen am Stift gegenüber der Längsachse X;
11B einen sehr schematischen, vergrößerten, aber nicht maßstabsgetreuen Ausschnitt aus 11A mit Verdeutlichung des dort dargestellten Neigungswinkels;
12 in perspektivischer Ansicht die Kombination aus Reflektoroptik und Tragelement (Leiterplatte) mit darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen;
13 ein Diagramm mit der Strahlungscharakteristik der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
14 in perspektivischer Ansicht das Tragelement aus 12 mit darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen sowie den entsprechenden Stromzuführungen;
15 in schräger Draufsicht das Tragelement (Leiterplatte) mit einer speziellen Anordnung der darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen;
16 in perspektivischer Ansicht ein lichtdurchlässiges Gehäuse der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
17 eine Querschnittsansicht (oben) und eine Draufsicht (unten) des lichtdurchlässigen Gehäuses aus 16 mit Bemaßungen;
18 in perspektivischer Ansicht einen Wärmesenkenabschnitt der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
19 eine Seitenansicht des Wärmesenkenabschnitts aus 18;
20 eine Seitenansicht des Wärmesenkenabschnitts aus 18, der gegenüber der Ansicht in 19 um 90 Grad um ihre Längsachse gedreht ist;
21 eine Seitenansicht des Wärmesenkenabschnitts aus 18 ähnlich 19, aber mit Darstellung von Längen und Durchmessern einzelner Abschnitte des Abschnitts;
22 eine Draufsicht von oben auf den Wärmesenkenabschnitt aus 18;
23 eine Draufsicht von unten auf den Wärmesenkenabschnitt aus 18;
24 in perspektivischer Ansicht einen Sockel oder Montageabschnitt der Halbleiter-Scheinwerferlampe aus 1;
Fig. 25 eine Kopie der Figur 2 der ECE Regelung 37 aus Anhang 36 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H7-Typ (Stand der Technik);
Fig. 26 eine Kopie der Figur 2 der ECE Regelung 37 aus Anhang 36 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H11-Typ (Stand der Technik).

Bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ist zu berücksichtigen, dass die vorliegende Offenbarung der verschiedenen Aspekte nicht auf die Details des Aufbaus und der Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele können auf verschiedenen Wegen in die Praxis umgesetzt oder ausgeführt werden. Es ist des Weiteren zu berücksichtigen, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie lediglich zum Zweck der konkreten Beschreibung verwendet wird und diese sollten nicht durch den Fachmann als solche in einschränkender Weise ausgelegt werden.
Die hier offenbarte Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 sowie auch das entsprechende reflektoroptische System 300 sind zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, rein elektrischem, Brennstoffzellen- oder Hybridantrieb, etc. und zwar insbesondere zum Einbau in einen Reflektorhohlraum für die Fahrzeugfront-Beleuchtung wie etwa einem Fahrzeughauptscheinwerfer oder einem Nebelscheinwerfer (nachfolgend gemeinsam als Fahrzeugscheinwerfer bezeichnet), die zum Beleuchten einer Straßenoberfläche verwendet werden. Der Typ des Kraftfahrzeugs kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit ein Personenkraftwagen wie etwa eine Limousine, eine Kombilimousine, ein Sports Utility Vehicle (SUV), ein Minivan, ein Pickup, ein Geländefahrzeug, ein Bus oder ein Lastkraftwagen oder ein Freizeitfahrzeug wie etwa ein Schneemobil oder ein Motorrad, etc., sein. Alternativ sind in dieser Offenbarung vom Begriff „Kraftfahrzeug“ auch Wasserfahrzeuge wie zum Beispiel Motorboote, Jet-Skis, oder Luftfahrzeuge wie etwa Flugzeuge oder Helikopter umfasst.
Aufbau der Halbleiter-Scheinwerferlampe
Die 1 bis 6 zeigen ein Überblick über eine Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Die hier dargestellte Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 ist vom H7-Typ (wie er eigentlich für Halogenscheinwerfer festgelegt ist), der in den Figuren dargestellte grundsätzliche Aufbau ist gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch auf andere Typen übertragbar, beispielsweise auf Halbleiter-Scheinwerferlampen vom Typ H8, H9, H11 oder H16. In den 1 bis 3 und 5 bis 6 ist entsprechend der Sockel 20 (PX26d für Typ H7) nur gestrichelt gezeichnet, um die Austauschbarkeit des Sockels für die Realisierung anderer Typen (z.B. PGJ19-1 für Type H8; PGJ19-5 für H9; PGJ19-2 für H11 oder PGJ19-3 für H16) bei ansonsten ähnlichem oder identischem Lampenaufbau hervorzuheben.
Die hier beschriebene Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 vom Typ H7 ist zum Beispiel für den Einsatz zur Erzeugung von Fernlicht oder Abblendlicht geeignet. Im Fall des Typs H8 ist die entsprechende Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 zum Beispiel für Nebelscheinwerfer geeignet. Im Fall des Typs H9 ist die entsprechende Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 zum Beispiel zur Erzeugung von Fernlicht geeignet. Im Fall des Typs H11 ist die entsprechende Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 zum Beispiel zur Erzeugung von Nebel-, Fern- oder Abblendlicht geeignet. Im Fall des Typs H16 ist die entsprechende Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 schließlich zum Beispiel zur Erzeugung von Nebellicht geeignet. Alternative Applikationen sind aber ebenso denkbar.
Mit Bezug auf 1 ist die Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 aus einer Reflektoroptik 300 (hierin auch als reflektoroptisches System bezeichnet) mit einem Reflektorkörper 30 und einem Stift 36, einem lichtdurchlässigen Gehäuse 40, einem als Leiterplatte ausgebildeten Tragelement 50 mit darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen 70, einem Wärmesenkenabschnitt 60 und dem Sockel oder Montageelement 20 aufgebaut. Diese Komponenten bilden zusammen einen Lampenkörper 1, der sich in einer Längsrichtung bzw. entlang einer Längsachse X erstreckt. Diese Längsachse X kann der in der eingangs erwähnten und nachfolgend beschriebenen ECE-Regulierung 37 festgelegten Referenzachse entsprechen. Wie in den 1 bis 6 zu sehen ist, ist die Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 im Großen und Ganzen von rotationssymmetrischer Form um die Längsachse X herum ausgebildet. Die Reflektoroptik mit dem Reflektorkörper 30 und dem Stift 360 sowie das lichtdurchlässige Gehäuse 40 bilden einen vorderen Abschnitt des Lampenkörpers 1. Der Wärmesenkenabschnitt 60 und der Sockel 20 bilden einen hinteren Basisabschnitt des Lampenkörpers 1. Das Tragelement 50 mit den darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen 70 ist an einem stirnseitigen Ende des Wärmesenkenabschnitts 60 angeordnet. Die Hauptflächen des Tragelements 50 liegen senkrecht zur Längsachse X. Die auf dem Tragelement 50 angeordneten Halbleiterlichtquellen 70 emittieren ihr Licht daher in einen entlang der Längsachse X gerichteten Raum.
Das distale Ende der Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 wird durch die kappenartig geformte Reflektoroptik 300 ausgebildet, die das lichtdurchlässige Gehäuse 40 in distaler Richtung abschließt. Wie nachfolgend näher zu erläutern ist, dient die Reflektoroptik 300 dazu, das von den Halbleiterlichtquellen 70 emittierte Licht so zu reflektieren, dass es im Wesentlichen in einer zur Längsachse X senkrechten Ebene mit maximaler Lichtstärke austritt, betrachtet in einer beliebigen die Längsachse X einschließenden Ebene jedoch einen zufriedenstellend breiten Abstrahlwinkel gewährleistet. Die Abstrahlung in allen Richtungen senkrecht zur Längsachse X ist dabei sehr homogen.
Das lichtdurchlässige Gehäuse 40 ist auch an dem stirnseitigen Ende des Wärmesenkenabschnitts 60 angebracht, sodass das Tragelement 50 mit den darauf geantworteten Halbleiterlichtquellen 70 innerhalb des lichtdurchlässigen Gehäuses 40 angeordnet ist. Neben den Halbleiterlichtquellen 70 ist an dem Tragelement 50 auch ein Treiberschaltkreis 55 bereitgestellt, der elektronisch mit den Lichtquellen 70 verkoppelt ist und mit dem Tragelement 50 an dem hinteren Basisabschnitt, nämlich dessen stirnseitiges Ende, des Lampenkörpers 1 angeordnet ist. Der Treiberschaltkreis ist dazu eingerichtet, die Vielzahl von Lichtquellen 70 zu betreiben, wenn er mit Leistung versorgt wird. Der Treiberschaltkreis 55 ist lediglich in 15 über die Verdrahtung einzelner LED Chips 72 angedeutet, der grundsätzliche Aufbau von Treiberschaltkreisen 55 für Anordnungen von Halbleiterlichtquellen ist aber allgemein bekannt, sodass hier auf die einschlägige Literatur verwiesen werden kann. Rechnet man das Tragelement 50 mit dem Treiber Schaltkreis 55 und den darauf angeordneten Halbleiterlichtquellen 70 dem vorderen Abschnitt zu, so ist diesem im Wesentlichen eine Funktion der Erzeugung von Licht aus zugeführter Leistung sowie der optischen Reflexion zum emittieren des Lichts aus der Lampe zugewiesen. Der hintere Basisabschnitt hat dagegen im Wesentlichen eine Funktion der Ableitung der durch den Treiberschaltkreis 55 und die Halbleiterlichtquellen 70 erzeugten Wärme, sowie der mechanischen und elektrischen Kopplung der Lampe 10 zur Fahrzeugseite hin über den Sockel 20. Die Komponenten werden nachfolgend einzeln beschrieben.
Reflektoroptik
Mit Bezug auf die 7 bis 12 wird der Aufbau und die Funktion eines reflektoroptischen Systems 300 mit einer Reflektoroptik 39 beschrieben, das in der in den 1 bis gezeigten Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 verwendet werden kann. Das System 300 umfasst den Reflektorkörper 30, der rotationssymmetrisch um die Längsachse X ausgebildet ist und eine der distalen Richtung zugewandte kugelförmige Außenoberfläche 31 aufweist. Im speziellen Ausführungsbeispiel besitzt sie eine semi-sphärische Form. Auf der der proximalen Richtung zugewandten Seite, d.h., im zusammengebauten Zustand dem Tragelement 50 und den Halbleiterlichtquellen 70 gegenüberliegend, besitzt der Reflektorkörper 30 einen ersten Reflektoroptikabschnitt 32, der eine im wesentlichen konkave Form 320 aufweist. Die konkave Form 320 ist nach Art eines Hohlspiegels ausgebildet, besitzt aber insgesamt eher eine konische Form als eine Kugelsegmentform oder ein Paraboloid, weil, wie in 8 zu sehen ist, keine Fokalebene bzw. kein singulärer Brennpunkt angestrebt ist.
Die konkave Form 320 des ersten Reflektoroptikabschnitts 32 setzt sich vielmehr aus einer Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e zusammen, die ringförmig um die Längsachse X und zueinander konzentrisch angelegt sind. Im speziellen Ausführungsbeispiel handelt es sich um 5 erste reflektierende Oberflächen 35a - 35e, die jeweils aneinandergrenzen. Außerdem besitzen die ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e jeweils eine konische Form mit einem halben Konuswinkel bzw. einem Neigungswinkel ϑ relativ zur Längsachse X, der mit zunehmendem Abstand von der Längsachse X abnimmt. In 10A ist in einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wie der Neigungswinkel ϑ von der innersten ersten reflektierenden Oberfläche 35e mit dem geringsten Abstand zur Mitten- oder Längsachse X mit ϑ₅ = 69,5 Grad über die nächste angrenzende erste reflektierende Oberfläche 35d mit etwas größerem Abstand zur Mitten- oder Längsachse X mit ϑ₄ = 67,4 Grad, weiter über die nächste wiederum daran angrenzende erste reflektierende Oberfläche 35c mit noch etwas größerem Abstand zur Mitten- oder Längsachse X mit ϑ₃ = 65,8 Grad, weiter über die nächste erste reflektierende Oberfläche 35b mit wiederum noch etwas größerem Abstand zur Mitten- oder Längsachse X mit ϑ₂ = 64,6 Grad, bis hin zur äußersten ersten reflektierenden Oberfläche 35a mit dem größten Abstand zur Mitten- oder Längsachse X mit ϑ₁ = 63,7 Grad abnimmt. 10B zeigt schematisch in Vergrößerung, wie der Winkel ϑ bestimmt wird. Es ist zu beachten, dass 10A graphisch den vollen Konuswinkel, d.h. 2 x ϑ, zeigt.
Der äußere Rand der äußersten ersten reflektierenden Oberfläche 35a wird durch eine proximale Stirnfläche 33a begrenzt. Der innere Rand der innersten ersten reflektierenden Oberfläche 35d wird durch einen konusförmigen Fußabschnitt 36a eines nachfolgend zu erläuternden Stifts 360 begrenzt. Die ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e sind mit einer hoch-reflektiv verspiegelten Beschichtung versehen, die den Lichtquellen mit einer entsprechenden Neigung gegenüberliegt. Der Reflexionsgrad beträgt 90% oder mehr, bevorzugt 95% oder mehr. Zum Beispiel kann in vakuumtechnischen Prozessen die zu reflektierende Fläche mit Reinstaluminium 99,98% oder Silber bedampft werden. Die verspiegelte Fläche wird mit einer Schutzschicht, beispielsweise Monomere auf Silikonbasis (üblicherweise HMDS, VSI II oder einer Kombination) versiegelt.
Auf diese Weise kann die volle bestrahlte Fläche der konkaven Form 320 effektiv als erster Reflektoroptikabschnitt 32 genutzt werden. Es ist anzumerken, dass die ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e nicht notwendig eine konische Form besitzen müssen, es kann sich auch allgemein um die Form eines Damenrocks (rockform; engl.: skirt-shape) handeln, die auch eine konkav oder konvex gewölbte Oberfläche erlaubt. Weiteren Ausführungsbeispielen zufolge ist auch eine stetige sprungfreie Oberfläche in der konkaven Form 320 vorgesehen, bei welcher also die ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e sanft ineinander übergehen können.
Zwischen der distalen kuppelförmigen äußeren Oberfläche 31 des Reflektorkörpers 30 und der proximalen Stirnfläche 33a erstreckt sich ein im Wesentlichen zylindrischer Flanschabschnitt 33, der durch eine Stufe 34 von der kuppelförmigen äußeren Oberfläche 31 zurückgesetzt ist. Der Flanschabschnitt 33 erlaubt ein Anbringen des lichtdurchlässigen Gehäuses 40, in dessen innere Öffnung 43 am distalen Ende 41 der Flanschabschnitt 33 eingepasst werden kann.
Wie in 8 anzusehen ist, wo ein auf die Reflektoroptik entlang der Längsachse X einfallendes Bündel von parallelen Lichtstrahlen gezeigt ist, die von der Vielzahl von Halbleiterlichtquellen 70 herrühren, reflektieren die ringförmigen ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e das einfallende Licht durch ihre Neigung in Richtung auf die Längsachse X, wobei - wie oben erwähnt wurde - die reflektierten Strahlen nicht in einem gemeinsamen Brennpunkt auf der Längsachse X zusammentreffen, sondern in zueinander benachbarten Bereichen entlang der Längsachse X eintreffen, sodass die Strahlungsdichte entlang der Längsachse X im Wesentlichen homogen verteilt ist.
Wie dem 7 bis 11 zu entnehmen ist, erstreckt sich ausgehend von dem Reflektorkörper 30 im Mittelpunkt der konkaven Form 320 bzw. im Zentrum der ringförmigen ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e ein Stift 360 entlang der Längsachse X. Der Stift 360 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und umfasst im Wesentlichen 3 Abschnitte. Ein erster Abschnitt ist der vorerwähnte konische Fußabschnitt 36a, welcher direkt am Mittelpunkt der konkaven Form 320 am Reflektorkörper 30 ansetzt. Dieser konische Fußabschnitt 36a verjüngt sich bis zu einem Schnittpunkt des Stifts 360 mit einer (virtuellen) Ebene senkrecht zur Längsachse X, die durch die proximale Stirnfläche 33a am Rande der konkaven Form 320 festgelegt wird. Jenseits dieses Schnittpunkts - vom Reflektorkörper 30 aus gesehen - erstreckt sich entlang der Längsachse X ein zweiter Reflektoroptikabschnitt 36, der im Prinzip aus zwei unmittelbar aneinander grenzenden Lichtemissionsgebieten 36b, 36c gebildet wird, die unterschiedlich zur Reflexion beitragen. Der erste Reflektoroptikabschnitt 32 ist zumindest in einem ersten (36b) der beiden Lichtemissionsgebiete dem zweiten Reflektoroptikabschnitt 36 zugewandt. Der Stift 360, genauer der zweite Reflektoroptikabschnitt 36, repräsentiert nach Funktion, Position und Länge sowie ggf. den Durchmesser den Wendeldraht konventioneller Halogen-Scheinwerferlampen, welche die ECE-Norm Addendum 36: Regulation No. 37 (rev. 7) vom 3. Juli 2012 erfüllen.
Der Reflektorkörper 30 und der Stift 360 sind in diesem speziellen Ausführungsbeispiel monolithisch, d.h. einstückig ausgebildet, z.B. aus einem optischen Glas oder einem Wärme- und/oder UV-beständigen Spritzgusskunststoffmaterial. Der Reflektorkörper 30 kann opak sein, um einen Lichtaustritt in distaler Richtung zu verhindern. Es ist anzumerken, dass der Reflektorkörper 30 und der Stift 360 genauso gut auch aus verschiedenen Materialien hergestellt sein können und nicht einschlägig sind. Der konische Fußabschnitt 36a besitzt im Wesentlichen die Funktion, den zweiten Reflektoroptikabschnitt 36 mittig auf der Längsachse X zu halten und dabei möglichst wenig zur Abschattung beizutragen. Andere Ausführungsbeispiele sehen alternative Halterungen für den zweiten Reflektoroptikabschnitt 36 vor, etwa dünne Drähte oder einer Halterung ausgehend von der Seite des Tragelements 50, jedoch führen diese möglicherweise immer zu einer ungewollten Abschattung. So oder so kann aber der Reflektoroptikabschnitt 36 mit großem Vorteil auf der Längsachse X vom Reflektorkörper 30 ausgehend jenseits der durch seine Stirnfläche 33a definierten Ebene (Schnittpunt mit Längsachse X) platziert sein, wo das von den ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e reflektierte Licht über diesen Bereich relativ homogen verteilt einfällt.
Der zweite Reflektoroptikabschnitt 36 weist eine Vielzahl von zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e auf, die in räumlicher Lichtempfangsbeziehung zu der Vielzahl von ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e stehen. Dies bedeutet, dass die ersten reflektierenden Oberflächen den zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e zugewandt sind und umgekehrt, wobei hier die Funktion dahintersteht, dass, wie in 8 zu sehen ist, das entlang der Längsachse X der Reflektoroptik 39 zugeführte Licht zweimal reflektiert und am Ende im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse X von den zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e reflektiert bzw. emittiert wird, im Fall des angebrachten lichtdurchlässigen Gehäuses 40 durch dieses hindurch.
Der zweite Reflektoroptikabschnitt 36 ist einschließlich der zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e rotationssymmetrisch um die Längsachse X eingerichtet. Die zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e sind ringförmig um die Längsachse X ausgebildet und besitzen eine konische bzw. die oben erwähnte rockähnliche Form. Jede der zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e besitzt die Form eines stumpfen Kegels, und sind entlang dem zweiten Reflektoroptikabschnitt 36 in einer sequentiellen Weise auf dem Stift 360 angeordnet sind.
Die zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e verjüngen sich jeweils in Richtung zum ersten Reflektoroptikabschnitt 32 und sind entlang der Längsachse X aneinandergereiht. Um die durch die Konusform jeder der zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e bedingte Zunahme des Durchmessers entlang der Längsachse X auszugleichen ist zwischen zwei benachbarten zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e jeweils eine Stufe bzw, Hinterschnitt 39b - 39e vorgesehen, der an sich nicht zur Reflexion der vom ersten Reflektoroptikabschnitt 32 herrührenden Strahlung beiträgt, aber einer alternativen Ausführungsform zufolge für direkte Reflexion des von den Lichtquellen 70 nicht direkt parallel zur Längsachse X sondern vielmehr schräg einfallenden Lichts genutzt werden kann. Zumindest kann das Streulicht dieser Hinterschnitte für eine Abstrahlung der Lampe außerhalb der horizontalen Ebene, d.h. für eine Strahlaufweitung genutzt werden.
Wie in 11A zu sehen ist, schließen auch die zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e jeweils einen Neigungswinkel ϑ mit der Längsachse X ein. Die 11A zeigt dabei in einem speziellen Ausführungsbeispiel, wie der Neigungswinkel ϑ von der dem ersten Reflektoroptikabschnitt am nächsten liegenden zweiten reflektierenden Oberfläche 37e mit ϑ₁₀ = 24,5 Grad über die nächste zweite reflektierende Oberfläche 37d mit ϑ₉ = 22,4 Grad, weiter über die nächste erste reflektierende Oberfläche 37c mit ϑ₈ = 20,8 Grad, weiter über die nächste erste reflektierende Oberfläche 37b mit ϑ₇ = 19,6 Grad, bis hin zur äußersten ersten reflektierenden Oberfläche 37a mit ϑ₆ = 18,7 Grad. 11B zeigt schematisch in Vergrößerung, wie der Winkel ϑ bestimmt wird. Es ist zu beachten, dass auch die 11A graphisch den vollen Konuswinkel, d.h. 2 x ϑ, zeigt.
Ähnlich wie bei den ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e nimmt auch bei den zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e der Neigungswinkel mit zunehmendem Abstand von dem ersten Reflektoroptikabschnitt (32) entlang der Längsachse (X) ab. Wie in 8 zu sehen ist, besteht eine direkte räumliche Lichtempfangsbeziehung auch zwischen einzelnen Paaren von ersten und zweiten reflektierenden Oberflächen. Die entsprechenden Anzahlen der ersten reflektierenden Oberflächen 35a - 35e und der zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e sind gleich.
So ist die innerste erste reflektierende Oberfläche 35e der am meisten distal positionierten zweiten Oberfläche 37e zugeordnet. Der Unterschied der Neigungswinkel ϑ₅ und ϑ₁₀ beträgt 45 Grad - genauso viel wie für eine doppelte Reflexion mit anschließend horizontaler Abstrahlung aus dem lichtdurchlässigen Gehäuse 40 erforderlich. Ähnlich ist auch die nächst-innerste erste reflektierende Oberfläche 35d der nächst distalen zweiten reflektierenden Oberfläche 37d zugeordnet (siehe 8). Auch hier beträgt der Unterschied der Neigungswinkel ϑ₄ und ϑ₉ genau 45 Grad. Mit diesem Aufbau wird folglich eine optimale Abstrahlung des Lichts aus der Halbleiter-Scheinwerferlampe 1 in horizontaler Richtung (siehe 90 Grad bzw. -90 Grad in 13) ermöglicht.
Denkbar könnten einem alternativen Ausführungsbeispiel zufolge die Neigungswinkel ϑ₁ bis ϑ₆ bzw. ϑ₆ bis ϑ₁₀ untereinander auch einfach konstant gehalten werden, so dass auch hier der Unterschied von 45 Grad erhalten bleibt.
Allerdings hat die Neigungswinkelvariation zumindest bei den ersten reflektierenden Oberflächen den Vorteil, dass der räumliche Abstand zwischen der äußersten ersten reflektierenden Oberfläche 35a und der am weitesten proximal liegenden zweiten reflektierenden Oberfläche 37a nicht zu groß wird, so dass eine hinreichend intensive Reflexion auch zum vorderen Ende des Stifts 360 hin gewährleistet ist, dieser also möglichst homogen Licht über die Länge des zweiten Reflektoroptikabschnitts 36 hinweg emittiert.
Der Stift 360 besitzt außerdem ein freies Ende 38a (eine Spitze), das dem Tragelement 50 bzw. den Halbleiterlichtquellen 70 zugewandt ist, wenn das reflektoroptische System 300 in der Lampe verbaut ist. Benachbart zum freien Ende 38a ist eine dritte reflektierende Oberfläche 38 vorgesehen. Sie besitzt die Form eines Konus, dessen Orientierung im Vergleich mit demjenigen der Vielzahl von zweiten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e umgedreht ist, d.h., sie verjüngt sich bis zur Spitze bzw. dem freien Ende 38a hin. Der Neigungswinkel zur Längsachse X beträgt hier 45 Grad. In 12 ist zu erkennen, dass die dritte reflektierende Oberfläche 38 einem mittleren Bereich CLS des Tragelements 50 unmittelbar gegenüberliegt, in dem - wie in 15 zu sehen - eine Untergruppe von vier LED-Chips 72a - 72d angeordnet ist. Die dritte reflektierende Oberfläche 38 reflektiert deren abgestrahltes Licht unmittelbar und direkt in horizontaler Richtung durch das lichtdurchlässige Gehäuse 40 in einem 360 Grad umfassenden Kreis ohne Abschattung, aber auch mit zufriedenstellenden Abstrahlungswinkel in der die Längsachse X einschließenden Ebene.
In 9 sind Bemaßungen des reflektoroptischen Systems 300 illustriert. Der Durchmesser s3 des Systems 300 bzw. des Reflektorkörpers beträgt z.B. 13 mm bzw. 13,5 mm, seine Länge q einschließlich des Stifts 360 beträgt 11,5 mm. Der Durchmesser s3 sollte vorzugsweise nicht mehr als 15 mm betragen, womit er die ECE-Regelung 37 für H7 und H11-Typen erfüllt. Die Länge p des zweiten Reflektoroptikabschnitts 36 beträgt im Ausführungsbeispiel 4,5 mm und sollte vorzugsweise zwischen ungefähr 4,0 mm und ungefähr 5,9 mm liegen, und die Gesamtlänge des Stifts einschließlich Fußabschnitt 36a beträgt hier im Beispiel 6,5 mm. Der maximale Durchmesser s4 des Stifts 360 bzw. des zweiten Reflektoroptikabschnitts 36 beträgt im Beispiel 1,5 mm, er sollte aber jedenfalls bevorzugt einen Nenndurchmesser s4 von nicht mehr als 5 mm besitzen, weiter bevorzugt von nicht mehr als 2,5 mm.
Photometrische Eigenschaften der Halbleiterlampe
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 kann als Retrofit-Lampe für die oben beschriebenen Frontscheinwerfer-Applikationen geeignet sein. Mit anderen Worten, sie kann in Fahrzeugfrontscheinwerfern Halogenlampen vom Typ H7, H8, H9, H11 oder H16 ersetzen, wobei in den 1 bis 6 die entsprechend genannten Typen von Sockeln 20 einzurichten sind.
Insbesondere sind der Treiberschaltkreis 55 und die Halbleiterlichtquellen 70 zusammen mit der Reflektoroptik 39 so ausgelegt, dass sie, wenn sie mit Leistung versorgt werden, die Halbleiterlampe 10 dazu veranlassen, durch das lichtdurchlässige Gehäuse 40 zu emittieren:

(a) einen Lichtstrom von wenigstens 1500 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1750 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 35 aus Anhang 36:
- ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H7-Typ hinausreicht; oder
(b) einen Lichtstrom von wenigstens 800 Lumen +/- 15%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 39 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H8-Typ hinausreicht; oder
(c) einen Lichtstrom von wenigstens 2100 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 43 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H9-Typ hinausreicht; oder
(d) einen Lichtstrom von wenigstens 1350 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1600 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihrem Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 50 aus Anhang 36:
- ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H11-Typ hinausreicht; oder
(e) einen Lichtstrom von wenigstens 500 Lumen +10% / -15%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 70 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H16-Typ hinausreicht.

Die besonderen Anforderungen bestehen darin, dass in dem engen durch die Einhüllende festgelegten Raum der Lampe 10 ein vergleichsweise hoher Leistungsverbrauch erfolgt und das emittierte Licht durch eine geeignete Reflektoroptik 39 möglichst verlustfrei, d.h., ohne Absorption innerhalb der Lampe, abgestrahlt wird, während die erzeugte Wärme effizient abgeleitet wird, ohne dass Beeinträchtigungen der elektrischen Komponenten oder des Materials erfolgen.
Ein besonderer Effekt wird dadurch erzielt, dass die zweiten und dritten reflektierenden Oberflächen 37a - 37e, 38 am Stift 360 und insbesondere die Lichtemissionsgebiete 36b, 36c nach ihrer Position in Bezug auf eine durch den entsprechenden Sockel 20 (dies gilt für alle Typen (a) bis (e) wie oben angeführt) definierte Referenzebene und die Längs- bzw. Referenzachse in einer vorgegebenen virtuellen Box festgelegt sind, die im Anhang 36: ECE Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) auf Seite 38 für den H7-Typ, auf Seite 42 für den H8-Typ, auf Seite 46 für den H9-Typ, auf Seite 53 für den H11-Typ und auf Seite 73 für den H16-Typ gezeigt und mit Toleranzwerten in Tabellen unterlegt ist. Die mit Bezug auf 9 gezeigten Bemaßungen (siehe Beschreibung im Abschnitt oben) erfüllen sehr gut solche Box-Toleranzen. Wichtig ist dabei, dass die Lampen gemäß den Ausführungsbeispielen (für die angegeben Lampentypen H7, H8, H9, H11, H16) den Abstand der Spitze der zweiten Reflektoroptik 36 von der jeweils definierten Referenzebene (RP) von 25 mm einhalten. Dabei werde auch die Toleranzwerte b1 von 0,25 mm eingehalten (bzw. 0,2 mm für H7 und H11 bei 12 Volt Nennspannung). Im Fall der H7-Lampe ist die Referenzebene RP beispielsweise durch die distal orientierte Stirnfläche der radialen Montagelaschen 23a, 23b und 24 festgelegt. Die Festlegungen hinsichtlich der Referenzebene für den jeweiligen Lampentyp (H7, H8, H9, H11 oder H16) kann der jeweiligen 1 in Anhang 36: ECE-Regulierung Nr. 37 (rev. 7) vom 3. Juli 2012 entnommen werden (entsprechend auf den Seiten 35, 39, 43, 50, bzw. 70).
Auch die Länge der zweiten Reflektoroptik 36 kann jeweils innerhalb der Toleranzgrenzen (Werte c1 (Maximallänge) und c2 (Minimallänge) in den Tabellen: H7 12V: c1=4,6 mm, c2=4.0 mm; H7 24V: c1=5,9 mm, c2=4,4 mm; H8: c1=4,6 mm, c2=3,5 mm; H9: c1=5,7 mm, c2=4,6 mm; H11 12V: C1=5.0 mm, c2=4,0 mm; H11 24 V: c1=6,3 mm, c2=4,6 mm; H16: c1=3,6 mm, c2=2,6 mm) liegen. Für den hier rein beispielhaft gezeigten H7 12V Typ beträgt die entsprechende Länge p in 9 nämlich 4,5 mm.
Infolgedessen wird gemäß Ausführungsbeispielen durch den Aufbau der Reflektoroptik im speziellen und den Lampenkörper im Allgemeinen ein ECEnormgemäßer Lampenaufbau erzielt.
In 13 ist die Abstrahlungscharakteristik einer Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 eines Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Zeichenebene beinhaltet die Längsachse X und eine beliebige dazu senkrechte Achse Y, die in oder parallel zur Referenzebene RP liegt. Im Mittelpunkt befindet sich schematisch eingezeichnet die Lampe 10. Die Zeichenebene der 13 ist die gleiche wie diejenige der 4. Bei 180 Grad ist die distale Richtung positioniert (in 4 die Richtung nach oben), d.h. im Prinzip die Frontrichtung des Fahrzeugs, wenn die Lampe in dessen Scheinwerferreflektor 200 verbaut ist.
Die Ringe um den Mittelpunkt zeigen die Lichtstärke in der jeweiligen Richtung an. Der schmale Polygonzug mit durchgezogenen Linien zeigt das Ergebnis einer Simulation für die gemäß dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 6 ausgeführte Halbleiter-Scheinwerferlampe 10, wobei die Reflektoroptik 39 der 7 bis 12 und ein Tragelement 50 mit einer Anordnung von Halbleiterlichtquellen 70 wie in den 14 und 15 gezeigt verwendet wurde. Wie in 13 zu erkennen ist, beträgt der Abstrahlungswinkel in der im Wesentlichen horizontalen Richtung (90 Grad) ungefähr 10 Grad. Der Abstrahlungswinkel (γ) berechnet sich hier anhand des bei einer Lichtstärke emittierten Lichts, die wenigstens der Hälfte der maximalen Lichtstärke in der Ebene entspricht. Am Beispiel der durch gestrichelte Linien eingezeichneten Abstrahlungscharakteristik wird dies verdeutlicht: der Punkt M bezeichnet die maximale Lichtstärke, die Punkte H denjenigen Winkel, bei dem die Lichtstärke nur noch die Hälfte des Maximalwerts beträgt. Der Abstrahlungswinkel (γ) ist hier schematisch eingezeichnet, er beträgt hier 65 bis 70 Grad.
Durch eine Anpassung der ersten und zweiten reflektierenden Oberflächen, eine Anpassung der optischen Linsen 71 in den Halbleiterlichtquellen 70, oder der verwendeten Beschichtung bzw. Materialien verbunden auch mit einer weiteren Nutzung von Streulicht ist für den Fachmann ohne weiteres eine Ausdehnung des Abstrahlungswinkels (γ) auf wenigstens 40 Grad, wenigstens 50 Grad oder sogar wenigstens 60 Grad erreichbar, was in 13 durch die gestrichelt eingezeichnete Abstrahlungscharakteristik angedeutet ist. Die kann insbesondere dadurch erreicht werden, indem z.B. anders als in dem in 10A gezeigten Ausführungsbeispiel zwar der Neigungswinkel ϑ₁ bis ϑ₅ der ersten reflektierenden Oberflächen (35a - 35e) mit zunehmendem Abstand von der Längsachse X auch wieder abnimmt (um durch die Hohlspiegelanordnung das Licht weiter nach vorn auf den Stift 360 zu reflektieren), die zweiten reflektierenden Oberflächen können dann jedoch anders herum als oben beschrieben Neigungswinkel ϑ₆ bis ϑ₁₀ besitzen, die durchaus auch mit zunehmendem Abstand von dem ersten Reflektoroptikabschnitt 32 zunehmen können. Mit Bezug auf 13 wird dann beispielsweise Licht von zweiten reflektierenden Oberflächen (z.B. 37a, 37b) mit vergleichsweise größerem Neigungswinkel nahe der Spitze des Stifts auch in Winkelbereiche bis zu etwa 120 oder 130 Grad (siehe 13) reflektiert. Anders herum können dann zweite reflektierende Oberflächen (z.B. 37d, 37e) mit vergleichsweise geringerem Neigungswinkel nahe dem ersten Reflektoroptikabschnitt 32 bzw. nahe dem Fußabschnitt 16a des Stifts 36 Licht in einen Winkelbereich bis zu 50 oder 60 Grad reflektieren (siehe 13).
Anders herum wäre dies auch möglich, die Außenränder der kappenförmigen Reflektoroptik 39 oder des Tragelements 50 würden dann aber große Winkel über/unter der horizontalen Ebene (90 Grad in 13) abschatten. Jedenfalls kann auch dieser Ansatz für eine erfolgreiche Strahlaufweitung bis zu 60 oder gar 70 Grad (Winkel (γ)) geeignet sein.
Mit anderen Worten, während die Neigungswinkel der ersten reflektierenden Oberflächen (35a - 35e) gemäß Ausführungsbeispielen vorzugsweise mit zunehmendem Abstand von der Längsachse X abnehmen, um eine optimale (maximale) Abstrahlung in horizontaler Richtung zu erhalten (und damit möglichst geringe Lichtverluste in Lampe), kann der Verlauf der Neigungswinkel der zweiten reflektierenden Oberflächen (37a - 37e) in Abhängigkeit von dem Abstand von dem ersten Reflektoroptikabschnitt 32 abhängig von einer gewünschten Strahlaufweitung ausgewählt werden, und dementsprechend zunehmen, konstant sein, oder abnehmen.
Anzumerken ist auch, dass mit Vorteil die Abstrahlungscharakteristik des durch das lichtdurchlässige Gehäuse 40 emittierten Lichts, ungefähr rotationssymmetrisch um die Längsachse (X) herum ist, d.h. im Wesentlichen abschattungsfrei.
Bei dem in den 14 und 15 gezeigten Tragelement 50 kann es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit handeln, vorzugsweise mit einem Basismaterial mit einer Wärmleitfähigkeit von nicht weniger als 7 W/(m·K). Es besitzt z.B. eine Dicke von 1mm. Auf dem Tragelement 50 ist eine rechtwinklige Anordnung von LED-Chips 72 platziert, wobei im speziellen Beispiel 16 blaue LED-Chips 72 (Wellenlänge: 455 nm) in 4 parallelen Strängen (zu je 4 LED-Chips) seriell verschaltet sind. Auf die LED-Chips 72 ist ein Phosphor-Keramik Konverter gebondet, der das blaue Licht in das ECE-konforme weiß fällt mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) von 5000 bis 6000 K konvertiert. Es soll hier angemerkt sein, dass der Typ der Leiterplatte sowie die Anzahl und Verschaltung der LED-Chips 72 beliebig sein kann, solange der durch sie bereitgestellte Lichtstrom erhalten bleibt. Es können folglich auch mehr oder weniger LEDs vorgesehen sein, oder LEDs mit anderen korrelierten Farbtemperaturen sowie auch Mischungen von LEDs verschiedenem Typs, die z.B. zusammengenommen ein Weißfeld ergeben.
Allerdings hat es sich als besonderer Vorteil erwiesen, wenn auf die LED-Chips 72 jeweils einzeln Silikon-Kollimatorlinsen 71 gespritzt werden, die den Ausstrahlwinkel der LED-Chips 72 von typischerweise 60 Grad auf 10 - 20 Grad reduzieren, also eine gewisse Fokussierung des von den Halbleiterlichtquellen 70 emittierten Lichts in Richtung auf die Reflektoroptik 39 herbeiführen, sodass das Licht im Wesentlichen parallel zur Längsachse X auf den ersten Reflektoroptikabschnitt 32 fällt.
Durch einen solchen Aufbau kann bei der Halbleiter-Scheinwerferlampe 10 eine Lichtausbeute des durch das lichtdurchlässige Gehäuse 40 emittierten Lichts gerechnet auf den Verbrauch per elektrischer Leistung, die dem Treiberschaltkreis 55 zugeführt wird, wenigstens 100 Lumen pro Watt betragen, vorzugsweise 120 Lumen pro Watt, weiter vorzugsweise 150 Lumen pro Watt.
Das lichtdurchlässige Gehäuse 40 ist in den 16 und 17 gezeigt. Es handelt sich in dem speziellen Beispiel um einen zylindrischen Hüllkolben aus Hartglas, das im Wesentlichen als Verschmutzung-und Staubschutz im inneren Chip- und Spiegelraum dient. Im speziellen Ausführungsbeispiel besitzt es eine Länge u von 9,5 mm und eine Wanddicke v von 0,6 mm, sowie einen Durchmesser s5 von 13 mm. Das Glas ist bevorzugt ein UV-abschwächendes Glas, oder ein UV-abschwächendes Hartglas, insbesondere ein Aluminiumsilikatglas. Ein nicht beschränkendes Beispiel für ein einfach zu verwendendes Hartglas ist Schott 8253.
Das lichtdurchlässige Gehäuse 40 kann bevorzugt insbesondere ein UV-abschwächendes Material mit einer UV-Durchlässigkeit von nicht mehr als 90 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 380 nm, von nicht mehr als 50 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 315 nm, und von nicht mehr als 5 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 250 nm umfassen. Schott 8253 erfüllt solche Bedingungen.
Durch die Verwendung der blauen LEDs mit Konverter und das UV-abschwächende Hartglas können in Ausführungsbeispielen folgende Bedingungen sichergestellt werden, die in der ECE-Regelung 37 spezifiziert sind:

Für einen Faktor k1, der einen relativen Betrag im Wesentlichen einer UV-A-Strahlungsleistung in Bezug auf einen Lichtstrom sichtbaren Lichts wiederspiegelt, das durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittiert wird, und der festgelegt ist durch

k 1 = \frac{\begin{matrix} λ = 400 nm \\ \int Ee (λ) \cdot d λ \\ λ = 315 nm \end{matrix}}{\begin{matrix} λ = 780 nm \\ k_{m} \cdot \int Ee (λ) \cdot V (λ) \cdot d λ \\ λ = 380 nm \end{matrix}}

gilt : k1 \leq 2 \cdot 10^{- 4} W/lm,

Ee (λ) gemessen in W/nm die spektrale Verteilung des Lichtstroms ist;
V (λ) eine dimensionslose spektrale Lichtausbeute ist;
k_m als Wert mit 683 Im/W vorgegeben ist und das photometrische Strahlungsäquivalent bezeichnet; und
λ gemessen in nm die Wellenlänge ist,

Bevorzugt beträgt der Faktor k1 ≤ 2 · 10^-5 W/Im.
Für einen Faktor k2, der einen relativen Betrag im Wesentlichen einer UV-B-Strahlungsleistung in Bezug auf einen Lichtstrom sichtbaren Lichts wiederspiegelt, das durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittiert wird, und der festgelegt ist durch $k2 = \frac{\begin{matrix} λ = 315 nm \\ \int Ee (λ) \cdot d λ \\ λ = 250 nm \end{matrix}}{\begin{matrix} λ = 780 nm \\ k_{m} \cdot \int Ee (λ) \cdot V (λ) \cdot d λ \\ λ = 380 nm \end{matrix}}$
$gilt : k2 \leq 2 \cdot 10^{- 6} W/lm,$
wobei:

Ee (λ) gemessen in W/nm die spektrale Verteilung des Lichtstroms ist;
V (λ) eine dimensionslose spektrale Lichtausbeute ist;
k_m als Wert mit 683 Im/W vorgegeben ist und das photometrische Strahlungsäquivalent bezeichnet; und
λ gemessen in nm is die Wellenlänge ist,

Bevorzugt beträgt der Faktor k2 ≤ 2 · 10^-7 W/Im. Dadurch ist sichergestellt, dass die die Lampe 10 umgebenden Kunststoffbauteile des Scheinwerferreflektors etc. nicht durch die UV-Strahlung angegriffen werden.
Wärmesenkenabschnitt
In den 18 bis 23 ist der Wärmesenkenabschnitt 60 im Detail gezeigt. Es handelt sich im Wesentlichen um einen Kühlkörper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit von bevorzugt 200 W/(m·K) oder mehr, beispielsweise Aluminium, oder weiter bevorzugt 300 W/(m·K), beispielsweise Kupfer mit z.B. 340 W/(m·K) oder eine Kupferlegierung.
Der Wärmesenkenabschnitt 60 umfasst einen distalen Basisabschnitt 62 und einen proximalen Basis Abschnitt 63, die sich in ihrem Durchmesser unterscheiden aber im Übrigen beide einen im Wesentlichen gleichen zylindrischen Aufbau aufweisen, der jeweils durch eine Anzahl von ringförmigen, umlaufenden und zueinander parallelen Kühlrippen 62a - 62d bzw. 63a - 63c gekennzeichnet ist. Der Durchmesser s1 des proximalen Basisabschnitts 63 mit dem Kühlrippen 63a - 63c beträgt 19,8 mm und der Durchmesser s2 des distalen Basisabschnitts 62 mit dem Kühlrippen 63a - 63c beträgt 14,5 mm.
Am stirnseitigen Ende befindet sich ein Anbringen Abschnitt 61 dessen Durchmesser s6 11,5 mm beträgt, sodass er in die Öffnung 43 am proximalen Ende des lichtdurchlässigen Gehäuses 40 eingepasst werden kann. Eine distale Stirnfläche 65 ist so konfiguriert, dass sie das Tragelement 5 mit dessen Rückseite aufnehmen kann. Durch eine maximale Kontaktfläche kann effizient Wärme von den LED-Chips 72 abgeführt werden. In der distalen Stirnfläche 65 sind Bohrungen 67a, 67b zur Aufnahme der Stromzuführungen 57a, 57b für den Treiberschaltkreis 55 und Halbleiterlichtquellen 70 vorgesehen, die in 14 gezeigt sind. Diese besitzen Kontaktabschnitte 58a, 58b, die in entsprechende Kontaktmontagelöcher 54a, 54b im Tragelement 50 ausgebildet sind (15). Die Strom Zuführungen kontaktieren die Leiterplatte an den plus-und minus Anschlüssen. Im Sockel 20 (siehe 24) sind Sie über die Bodenkontaktschweißung 26a, 26b mit dem Kontaktfahnen 25a, 25b wie in 4 zu sehen ist verbunden. Die Stromzuführungen 57a, 57b können ebenfalls aus Kupfer gebildet sein und eine verzinnte Oberflächenbeschichtung aufweisen, die für eine verbesserte Löt- und Schweißbarkeit dient. Ihr Durchmesser kann im speziellen Beispiel 0,6 bis 0,7 mm betragen und ihre Länge 35 mm. Die Dimensionen können den speziellen Erfordernissen angepasst sein. Allerdings tragen sie zur Wärmeleitung bei, indem sie die Wärme von der Leiterplatte bis hin zur Sockelkontaktierung 26a, 26b und den Kontaktfahnen 25a, 25b leiten.
Am gegenüberliegenden Ende des Wärmesenkenabschnitts 60 ist ein Montageabschnitt 64 vorgesehen, welcher dazu konfiguriert ist, in einem Aufnahmeraum 27 des Sockels 20 (siehe 24) aufgenommen und befestigt zu werden. In den 22 und 23 ist zu sehen, dass sich auch in der proximalen Stirnfläche 66 entsprechende Bohrungen 67a, 67b befinden, durch welche die Stromzuführungen 57a, 57b hindurch geführt sind.
Im distalen Basisabschnitt 62 des Wärmesenkenabschnitts 60 sind die ringförmig umlaufenden Kühlrippen 62a - 62b auf einem hohlzylindrischen Abschnitt 620 ausgebildet, der, wie in 4 angedeutet ist, innen eine zylindrische Bohrung 621 aufweist, die sich längs der Längsachse bis nahe dem distalen Ende erstreckt, d.h., dem Anbringabschnitt 61 mit der distalen Stirnfläche 65, an dem das Tragelement 50 auf der angebracht ist. Der Innendurchmesser dieser Bohrung kann 9 mm betragen. Die Bohrung 621 erlaubt eine besonders effektive Hinterkühlung der distalen Stirnfläche 61 in Kombination mit den durch eine Wärmetransferöffnung 631 gebildeten Schlitzen zwischen den Kühlrippen 63a - 63c. Diese ist im proximalen Basisabschnitt 63 vorgesehen und durch seitliche Wände 631 begrenzt ist. Die Wärmetransferöffnung 631 ermöglicht einen Luftstrom durch das Innere des Wärmesenkenabschnitts 60 und eine Kühlung der Bohrung 621. Durch diesen Aufbau wird ein besonders wirksamer Wärmetransport von dem Tragelement und den Halbleiterlichtquellen 70 in Richtung zum Sockel 20 zur Abgabe der Wärme an die äußere Umgebung und angrenzende Bauteile ermöglicht. Die Länge ℓ des Wärmesenkenabschnitts 60 ohne Montageabschnitt 64 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20,5 mm und ist damit vergleichsweise lang.
Der Sockel 20 ist in 24 perspektivisch dargestellt. Neben den Kontaktfahnen25a, 25b und einem isolierenden Sockelteil 21 weist er für die spezielle Lampe vom H7-Typ mit PX26d-Sockeltyp einen ringförmigen Flanschabschnitt 22 mit darauf angeordneten radialen Montagelaschen 23a, 23b und 24 auf, dazu eingerichtet sind, mit einem die Lampe aufnehmenden, am Fahrzeug angebrachten Reflektorsockel eines Reflektors 200 koppelbar zu sein.
Wenngleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden ist, versteht sich, dass verschiedene Änderungen, Adaptionen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken der Offenbarung und dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Der Schutzbereich der Offenbarung sollte deshalb nicht unter Bezugnahme auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit ihrem vollen Schutzbereich an Äquivalenten bestimmt werden. Weiterhin versteht sich, dass die beigefügten Ansprüche nicht notwendigerweise den breitesten Schutzbereich der Offenbarung umfassen, den zu beanspruchen die Anmelderin berechtigt ist, oder die einzige Art, wie die Offenbarung beansprucht werden kann, oder dass alle aufgeführten Merkmale notwendig sind.
Bezugszeichenliste

1: Lampenkörper
10: Halbleiterlampe
200: Fahrzeugseitig angebrachter Reflektor
20: Sockel, Montageelement
21: Isolierendes Sockelteil
22: Flanschabschnitt
23a, 23b: Radiale Montagelaschen
24: Radiale Montagelasche
25a, 25b: Kontaktfahnen
26a, 26b: Kontaktabschnitte
27: Aufnahmeraum (Sockel)
30: kuppelförmiger Reflektorkörper
31: kuppelförmiger äußerer Oberflächenabschnitt
32: Erster Reflektoroptikabschnitt
320: konkave Form
33: Flanschabschnitt
34: Gestufter Abschnitt
35a-e: Erste reflektierende Oberflächen
36: Zweiter Reflektoroptikebschnitt
360: Stift
36a: Konischer Fußabschnitt (des Stifts)
36b: reflektierendes Gebiet (zweite reflekt. Ob'fl.)
36c: reflektierendes Gebiet (dritte reflekt. Ob'fl.)
37a-e: Zweite reflektierende Oberflächen
38: Dritte reflektierende Oberfläche
38a: Spitzenabschnitt
39: Reflektoroptik
39b-e: Hinterschnitte
300: Reflektoroptik
40: Lichtdurchlässiges Gehäuse
41: distales Ende (Gehäuse)
42: proximales Ende (Gehäuse)
43: Licht aufnehmende innere Öffnung
50: Tragelement, Leiterplatte (PCB)
54a, 54b: Kontaktmontagelöcher
55: Treiberschaltkreis
57a, 57b: Stromzuführungen
58a, 58b: Kontaktabschnitte (oder Zuführungen)
60: Wärmesenkenabschnitt
61: Anbringabschnitt
62: Distaler Basisabschnitt
62a-d: Ringförmige Kühlrippen
620: Zylindrischer Abschnitt 620
621: Zylindrische Bohrung
63: Proximaler Basisabschnitt
63a-c: Ringförmige Kühlrippen
630: Seitliche Wände
631: Wärmeübertragungsöffnung
64: Montageabschnitt
65: Distale Stirnfläche
66: Proximale Stirnfläche
67a, 67b: Bohrungen für Stromzuführungen
70: Halbleiterlichtquellen
71: Optische Linsen (Silikon)
72: Licht emittierende Dioden (Chips)
72a-d: LEDs im zentralen Bereich
RP: Referenzebene
CLS: Zentraler Bereich auf Leiterplatte
e: Länge „e“ (wie für H7-H11 in ECE-Norm festgelegt)
k: Länge (Proximaler Basisabschnitt der Wärmesenke)
I: Länge (Wärmeübertragungsabschnitt der Wärmesenke)
m: Länge (der Lampe von der Referenzebene bis zum distalen Ende)
n: Gesamtänge des Stifts vom Fuß bis zur Spitze
p: Länge des zweiten Reflektoroptik-Abschnitts
q: Länge der Kappe (Reflektorkörper und Stift)
r: Länge des Flanschabschnitts
s1: Durchmesser (Wärmesenke, proximal portion)
s2: Durchmesser (Wärmesenke, distal portion)
s3: Durchmesser (Reflektorkörper)
s4: Durchmesser (Stift)
s5: Durchmesser (Gehäuse)
s6: Durchmesser (Montageabschnitt der Wärmesenke)
u: length (lichtdurchlässiges Gehäuse)
v: Dicke (Wand des lichtdurchlässigen Gehäuses)
X: Längsachse (des Lampenkörpers bzw. Reflektorkörpers)
Y: Achse in Referenzebene
δ: Strahlungswinkel in horizontaler Richtung
ϑ, ϑ1 - ϑ10: Neigungswinkel der reflektierenden Oberflächen zur Längsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 7110656 B2 [0007]
US 8807808 B2 [0007]
US 10119676 B2 [0007]
US 10253941 B2 [0007]
US 10415762 B2 [0007]
US 2010/0213809 A1 [0007]
US 10436408 B2 [0007]
CN 207438161 U [0007]
US 9677753 B2 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

25 eine Kopie der Figur 2 der ECE Regelung 37 aus Anhang 36 (vom 3 Juli 2012) [0020]
26 eine Kopie der Figur 2 der ECE Regelung 37 aus Anhang 36 (vom 3 Juli 2012 [0020]

Claims

Eine Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: einen Lampenkörper (1), der sich in einer Längsrichtung (X) erstreckt, wobei der Lampenkörper einen hinteren Basisabschnitt (20, 60) und einen vorderen Abschnitt (30, 40) aufweist und ein Tragelement (50) sowie ein lichtdurchlässiges Gehäuse (40) besitzt; eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen (70), die auf dem Tragelement (50) an dem hinteren Basisabschnitt (20, 60) des Lampenkörpers (1) angeordnet sind; einen Treiberschaltkreis (55), der elektronisch mit den Lichtquellen (70) verkoppelt und an dem hinteren Basisabschnitt (20, 60) des Lampenkörpers (1) angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Lichtquellen (70) zu betreiben, wenn er mit Leistung versorgt wird; wobei die Vielzahl von Lichtquellen (70), wenn sie mit Leistung versorgt werden, die Halbleiterlampe (10) dazu veranlassen, durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) zu emittieren: (a) einen Lichtstrom von wenigstens 1500 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1750 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 35 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H7-Typ hinausreicht; oder (b) einen Lichtstrom von wenigstens 1350 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1600 Lumen +/- 10%, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihrem Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 50 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H11-Typ hinausreicht.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Lichtquellen (70), wenn sie mit Leistung versorgt werden, die Halbleiterlampe (10) dazu veranlassen, durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) einen Lichtstrom von wenigstens 1500 Lumen +/- 10% zu emittieren, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1750 Lumen +/- 10% zu emittieren, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihren Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 35 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H7-Typ hinausreicht.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 1, wobei wobei die Vielzahl von Lichtquellen (70), wenn sie mit Leistung versorgt werden, die Halbleiterlampe (10) dazu veranlassen, durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) einen Lichtstrom von wenigstens 1350 Lumen +/- 10% zu emittieren, wenn sie mit einer Testspannung von 13,2 Volt versorgt werden, oder von wenigstens 1600 Lumen +/- 10% zu emittieren, wenn sie mit einer Testspannung von 28 Volt versorgt werden, wobei die Lampe (10) in ihrem Außenabmessungen räumlich nicht über eine Einhüllende gemäß 2 auf Seite 50 aus Anhang 36: ECE-Regelung 37 (vom 3 Juli 2012) für eine Lampe vom Typ H11-Typ hinausreicht.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn die Vielzahl von Lichtquellen (70) mit Leistung versorgt wird, in einer Abstrahlungscharakteristik des durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittierten Lichts, die in einer Ebene erzeugt wird, die durch die Längsachse (X) und eine Achse (Y) in einer zur Längsachse (X) senkrechten Referenzebene (RP) festgelegt ist, ein Abstrahlungswinkel (γ) des bei einer Lichtstärke emittierten Lichts, die wenigstens der Hälfte der maximalen Lichtstärke in der Ebene entspricht, wenigstens 40 Grad beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Abstrahlungswinkel (γ) des bei einer Lichtstärke emittierten Lichts, die wenigstens der Hälfte der maximalen Lichtstärke in der Ebene entspricht, wenigstens 50 Grad beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 4, wobei Abstrahlungswinkel (γ) des bei einer Lichtstärke emittierten Lichts, die wenigstens der Hälfte der maximalen Lichtstärke in der Ebene entspricht, wenigstens 60 Grad beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn die Vielzahl von Lichtquellen (70) mit Leistung versorgt wird, Abstrahlungscharakteristik des durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittierten Lichts (40), ungefähr rotationssymmetrisch um die Längsachse (X) herum ist.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, wenn die Vielzahl von Lichtquellen (70) mit Leistung versorgt wird, eine Lichtausbeute des durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittierten Lichts (40) gerechnet auf den Verbrauch per elektrischer Leistung, die dem Treiberschaltkreis zugeführt wird, wenigstens 100 Lumen pro Watt beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch claim 8, wobei, wenn die Vielzahl von Lichtquellen (70) mit Leistung versorgt wird, die Lichtausbeute des durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittierten Lichts (40) gerechnet auf den Verbrauch per elektrischer Leistung, die dem Treiberschaltkreis zugeführt wird, wenigstens 120 Lumen pro Watt beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 8, wobei, wenn die Vielzahl von Lichtquellen (70) mit Leistung versorgt wird, die Lichtausbeute des durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittierten Lichts (40) gerechnet auf den Verbrauch per elektrischer Leistung, die dem Treiberschaltkreis zugeführt wird, wenigstens 150 Lumen pro Watt beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Faktor k1, der einen relativen Betrag im Wesentlichen einer UV-A-Strahlungsleistung in Bezug auf einen Lichtstrom sichtbaren Lichts wiederspiegelt, das durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittiert wird, und der festgelegt ist durch: $k 1 = \frac{\begin{matrix} λ = 400 nm \\ \int Ee (λ) \cdot d λ \\ λ = 315 nm \end{matrix}}{\begin{matrix} λ = 780 nm \\ k_{m} \cdot \int Ee (λ) \cdot V (λ) \cdot d λ \\ λ = 380 nm \end{matrix}}$
$wobei k 1 \leq 2 \cdot 10^{- 4} W/lm betr \ddot{a} gt,$
wobei: Ee (λ) gemessen in W/nm die spektrale Verteilung des Lichtstroms ist; V (λ) eine dimensionslose spektrale Lichtausbeute ist; k_m als Wert mit 683 Im/W vorgegeben ist und das photometrische Strahlungsäquivalent bezeichnet; und λ gemessen in nm die Wellenlänge ist, wobei der Faktor k1 unter Verwendung von Wellenlängenintervallen von fünf Nanometern bestimmt wird.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 11, wobei der Faktor k1 ≤ 2 · 10^-5 W/Im beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Faktor k2, der einen relativen Betrag im Wesentlichen einer UV-B-Strahlungsleistung in Bezug auf einen Lichtstrom sichtbaren Lichts wiederspiegelt, das durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) emittiert wird, und der festgelegt ist durch: $k2 = \frac{\begin{matrix} λ = 315 nm \\ \int Ee (λ) \cdot d λ \\ λ = 250 nm \end{matrix}}{\begin{matrix} λ = 780 nm \\ k_{m} \cdot \int Ee (λ) \cdot V (λ) \cdot d λ \\ λ = 380 nm \end{matrix}}$
$wobei k 2 \leq 2 \cdot 10^{- 6} W/lm betr \ddot{a} gt,$
wobei: Ee (λ) gemessen in W/nm die spektrale Verteilung des Lichtstroms ist; V (λ) eine dimensionslose spektrale Lichtausbeute ist; k_m als Wert mit 683 Im/W vorgegeben ist und das photometrische Strahlungsäquivalent bezeichnet; und λ gemessen in nm die Wellenlänge ist, wobei der Faktor k2 unter Verwendung von Wellenlängenintervallen von fünf Nanometern bestimmt wird.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 13, wobei der Faktor k2 ≤ 2 · 10^-7 W/Im beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das lichtdurchlässige Gehäuse (40) ein UV-abschwächendes Material mit einer UV-Durchlässigkeit von nicht mehr als 90 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 380 nm, von nicht mehr als 50 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 315 nm, und von nicht mehr als 5 % pro 1 mm bei einer Wellenlänge von 250 nm umfasst.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das lichtdurchlässige Gehäuse (40) UV-abschwächendes Glas, oder ein UV-abschwächendes Hartglas, insbesondere ein Aluminiumsilikatglas umfasst.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Halbleiterlichtquellen (70) eingerichtet sind, weißes Licht mit einer spektralen Energieverteilung zu emittieren, die eine korrelierte Farbtemperatur von wenigstens 5000 Grad Kelvin besitzt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 17, wobei die korrelierte Farbtemperatur nicht über 6000 Grad Kelvin hinausgeht.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei eine Reflektoroptik (39) an dem vorderen Abschnitt angeordnet ist, wobei die Halbleiterlichtquellen (70) eingerichtet sind, Licht in Richtung auf die Reflektoroptik (39) zu emittieren, wobei die Reflektoroptik (39) einen ersten Reflektoroptikabschnitt (32) und einen zweiten Reflektoroptikabschnitt (36) umfasst, wobei der erste Reflektoroptikabschnitt (32) dazu eingerichtet ist, das von den Lichtquellen (70) emittierte Licht zu empfangen und das Licht in Richtung zu dem zweiten Reflektoroptikabschnitt (36) zu emittieren, wobei der zweite Reflektoroptikabschnitt (36) dazu eingerichtet ist, das von dem ersten Reflektoroptikabschnitt (32) reflektierte Licht zu empfangen und das Licht durch das lichtdurchlässige Gehäuse (40) zu emittieren.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 19, wobei der erste Reflektoroptikabschnitt (32) eine Anzahl von ersten reflektierenden Oberflächen (35a - 35e) umfasst, die jeweils einen Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse (X) aufweisen, wobei eine Neigung der ersten reflektierenden Oberflächen (35a - 35e) in Bezug auf die Längsachse (X) mit zunehmendem Abstand von der Längsachse (X) abnimmt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 19, wobei der zweite Reflektoroptikabschnitt (36) im Wesentlichen durch einen zylindrischen Abschnitt begrenzt ist und ein Lichtemissionsgebiet (36b, 36c) aufweist, das auf das lichtdurchlässige Gehäuse (40) ausgerichtet ist, wobei das Lichtemissionsgebiet (36b, 36c) entlang der Längsachse (X) des Lampenkörpers (1) angeordnet ist und eine Länge (p) besitzt, wobei die Länge (p) zwischen ungefähr 4,0 mm und 5,3 mm beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 21, wobei das Lichtemissionsgebiet (36b, 36c) einen Nenndurchmesser (s4) von nicht mehr als 5 mm besitzt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 22, wobei der Nenndurchmesser (s4) nicht mehr als 2,5 mm beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Lichtemissionsgebiet (36b, 36c) aus einer Vielzahl von konischen oder rockfömigen Oberflächen (37a - 37e) gebildet ist, die auf dem zweiten Reflektoroptikabschnitt (36) ausgebildet sind.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei der erste Reflektoroptikabschnitt (32) einen Reflektorkörper (30) umfasst, wobei der Reflektorkörper (30) eine Transmission von Licht blockiert, wobei der Reflektorkörper (30) der Vielzahl von Halbleiterlichtquellen (70) gegenüberliegend angeordnet ist und ein distales Ende des lichtdurchlässigen Gehäuses (40) abdeckt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 25, wobei der Reflektorkörper (30) opak ist.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 25 bis 26, wobei der Reflektorkörper (30) dazu eingerichtet ist, den ersten Reflektoroptikabschnitt (32) und den zweiten Reflektoroptikabschnitt (36) zu tragen.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, wobei reflektierende Oberflächen (35a - 35e; 37a - 37e), die auf den ersten und zweiten Reflektoroptikabschnitten (32; 36) angeordnet sind, eine Reflektivität von wenigstens 90% des eingestrahlten Lichts besitzen.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß Anspruch 28, wobei Reflektivität wenigstens 95% beträgt.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei die Lampe (10) kein aktives Kühlelement aufweist.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei der Lampenkörper einen passiven Wärmsenkungsabschnitt aufweist.
Die Halbleiter-Scheinwerferlampe (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei der erste Reflektoroptikabschnitt (32) eine Vielzahl von ringförmigen reflektierenden Oberflächen (35a - 35e), die in Richtung zur Längsachse (X) geneigt sind; und der zweite Reflektoroptikabschnitt (36) eine Vielzahl von ringförmigen reflektierenden Oberflächen (37a - 37e) umfasst, die relativ zur Längsachse (X) in Richtung zum ersten Reflektoroptikabschnitt (32) geneigt sind.