DE102022108283A1

DE102022108283A1 - Lichtmodul, Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einem solchen Lichtmodul und Verfahren zur Montage eines optischen Systems eines Lichtmoduls an einem Lichtquellenmodul des Lichtmoduls

Info

Publication number: DE102022108283A1
Application number: DE102022108283.0A
Authority: DE
Inventors: Lothar Pfitzner
Original assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (2) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100), umfassend ein Lichtquellenmodul (4) mit einer auf einem Trägerelement (8) befestigten Halbleiterlichtquelle (10) zum Aussenden von Licht (48) und ein optisches System (6) zum Umlenken und/oder Formen des ausgesandten Lichts (48). Das Lichtquellenmodul (4) und das optische System (6) sind mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie im dreidimensionalen Raum (x, y, z) relativ zueinander positioniert und dann aneinander befestigt.Es wird vorgeschlagen, dass nach dem Positionieren des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander im dreidimensionalen Raum (x, y, z) zum Befestigen des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) aneinander zwischen diesen ein Federelement (50, 52) zur Wirkung kommt, das ausgebildet ist, Auflageflächen (32, 40) der Auflagegeometrie und Anschlagflächen (34, 44) der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt zu halten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, umfassend ein Lichtquellenmodul mit einer auf einem Trägerelement befestigten Halbleiterlichtquelle zum Aussenden von Licht und ein optisches System zum Umlenken und/oder Formen des ausgesandten Lichts. Das Lichtquellenmodul und das optische System sind mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie im dreidimensionalen Raum relativ zueinander positioniert und dann aneinander befestigt.
Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung, insbesondere in der Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, umfassend ein Gehäuse, in dem mindestens ein Lichtmodul zum Erzeugen und Aussenden von Licht angeordnet ist.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Montage eines optischen Systems eines Lichtmoduls einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung an einem Lichtquellenmodul des Lichtmoduls, umfassend ein Positionieren des Lichtquellenmoduls und des optischen Systems relativ zueinander im dreidimensionalen Raum mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie, die an dem Lichtquellenmodul und dem optischen System ausgebildet ist, und ein Befestigen des Lichtquellenmoduls und des optischen Systems aneinander nach dem Positionieren des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System im dreidimensionalen Raum.
Moderne Fahrzeugscheinwerfer werden heutzutage fast ausschließlich in LED-Technik ausgeführt. Dadurch wird einerseits, hinsichtlich der immer höher werdenden Forderung an Energieeinsparung, sowie der Verbesserung der Beleuchtung, bei modernem Design, Rechnung getragen.
Bei den für die Fahrzeugscheinwerfer eingesetzten LEDs handelt es sich üblicherweise um SMD Hochleistungs-LEDs, die entweder direkt auf einen Schaltungsträger (Platine, PCB) gelötet oder um die Verlustwärmeabfuhr zu verbessern direkt auf ein Trägerelement in der Form eines Wärmetauschers (Kühlkörper) aufgebracht sind. Dabei ist eine gute thermische Anbindung notwendig, um die Verlustleistung der LED effizient abzuführen und einer Beschädigung oder Lebensdauerverkürzung der LED durch thermische Belastung vorzubeugen. Die Lebensdauer und Stabilität des Systems muss dabei so ausgelegt sein, dass es über die gesamte Fahrzeuglebensdauer wartungsfrei funktioniert. Ein Auswechseln fehlerhafter LED-Lichtquellen oder optischer Elemente ist bei den heutzutage am Markt erhältlichen LED-Scheinwerfern technisch (noch) nicht möglich und deshalb auch nicht vorgesehen.
Aus der DE 10 2016 119 792 A1 ist ein Lichtmodul bekannt, bei dem ein Lichtquellenmodul eine auf einem Schaltungsträger befestigte Halbleiterlichtquelle und einen Kühlkörper umfasst, auf dem der Schaltungsträger mit der Halbleiterlichtquelle angeordnet ist. Ein optisches System, bspw. in der Form eines Reflektors, ist mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie relativ zu dem Lichtquellenmodul positioniert und daran befestigt. Dabei wirkt die Anschlag- und Auflagegeometrie zwischen dem optischen System und dem Schaltungsträger. Die Auflagegeometrie umfasst an einer dem Schaltungsträger zugewandten Basisfläche eines Befestigungssockels des optischen Systems ausgebildete Auflagerippen, die mit entsprechenden Auflagebereichen des Schaltungsträgers zusammenwirken, um die auf dem Schaltungsträger befestigte Halbleiterlichtquelle relativ zu dem optischen System in einer ersten x-Richtung zu positionieren. Die Anschlaggeometrie weist mehrere in Abhängigkeit von der Position der Halbleiterlichtquelle an dem Schaltungsträger befestigte Anschlagelemente in der Form von Anschlagstiften auf, die an entsprechenden Anschlagflächen anliegen, die an einer Stirnseite des Befestigungssockels des optischen Systems ausgebildet sind, um die Halbleiterlichtquelle und das optische System in einer y-z-Ebene, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, relativ zueinander zu positionieren. Zur Befestigung des Reflektors an dem Schaltungsträger ist bspw. eine Schraube vorgesehen. Auf die DE 10 2016 119 792 A1 wird bezüglich der Ausgestaltung der Anschlag- und Auflagegeometrie ausdrücklich Bezug genommen. Diese Druckschrift wird bezüglich der Ausgestaltung der Anschlag- und Auflagegeometrie ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Eine andere Art von Anschlag- und Auflagegeometrie ist in der zeitgleich mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten weiteren Anmeldung des gleichen Anmelders (Erfinder: Pfitzner, Bartsch) beschrieben. Auf diese weitere Anmeldung wird bezüglich der Ausgestaltung der Anschlag- und Auflagegeometrie ausdrücklich Bezug genommen. Diese weitere Anmeldung wird bezüglich der Ausgestaltung der Anschlag- und Auflagegeometrie ausdrücklich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Aus der US 2015/ 308 652 A1 ist ein Lichtmodul bekannt, das ein optisches System in der Form eines Reflektors und einen Kühlkörper aufweist, an dem der Reflektor mittels Schrauben befestigt ist. Ferner umfasst das Lichtmodul ein separates Adapterelement, das Kühlrippen, einen Schaltungsträger und eine darauf montierte Halbleiterlichtquelle aufweist. Das Adapterelement wird mittels einer Positionierungsgeometrie relativ zu dem Kühlkörper der Kühlkörper-Reflektor-Kombination positioniert und dann mittels eines Federelements daran befestigt. Die Positionierungsgeometrie umfasst Auflageflächen zur Positionierung des Adapterelements bzw. der Halbleiterlichtquelle relativ zu dem Kühlkörper bzw. dem Reflektor in eine erste Richtung (x). Ferner umfasst die Positionierungsgeometrie an dem Kühlkörper Positionierungsstifte, die mit Positionierungslöchern in dem Schaltungsträger des Adapterelements in Eingriff treten und für eine Positionierung in einer Ebene (y, z) sorgen, die senkrecht zu der ersten Richtung (x) verläuft. Die Auflageflächen werden jedoch erst aktiv, nachdem das Adapterelement relativ zu der Kühlkörper-Reflektor-Kombination in der Ebene (y, z) positioniert worden ist. Außerdem geht es in dieser Druckschrift nicht um die Positionierung und Befestigung eines optischen Systems an einem Lichtquellenmodul, sondern um eine Positionierung und Befestigung des Adapterelements an der Kühlkörper-Reflektor-Kombination.
Schließlich ist aus der AT 513 362 A1 ein Lichtmodul bekannt, bei dem ein optisches System in der Form eines Reflektors relativ zu einem Lichtquellenmodul umfassend eine auf einem Schaltungsträger montierte Halbleiterlichtquelle und einen Kühlkörper, auf dem der Schaltungsträger mit der Halbleiterlichtquelle befestigt ist, positioniert und anschließend der Reflektor an dem Lichtquellenmodul befestigt wird. Zur Befestigung des Reflektors an dem Lichtquellenmodul sind bspw. zwei Befestigungselemente in der Form von Bügelfedern vorgesehen, die seitlich auf einen Befestigungssockel des Reflektors und den Kühlkörper des Lichtquellenmoduls aufgeklipst werden. Dabei müssen die Federn insbesondere durch schlitzförmige Öffnungen, die seitlich in dem Befestigungssockel des Reflektors ausgebildet sind, hindurchgeführt und darin eingehängt werden. Dies macht die Befestigung des Reflektors an dem Lichtquellenmodul zeitaufwendig und kompliziert. Insbesondere bedarf es nach der Positionierung des Reflektors relativ zu dem Lichtquellenmodul eines zusätzlichen Arbeitsschritts, der manuell ausgeführt werden muss, um die Federn in den schlitzförmigen Öffnungen des Reflektors einzuhängen und dann über das Lichtquellenmodul zu klipsen.
Problematisch ist bei den in der AT 513 362 A1 verwendeten Bügelfedern außerdem, dass sie lediglich in die erste Richtung (x) wirken. Somit können die Bügelfedern zwar Auflageflächen der in die erste Richtung (x) wirkenden Auflagegeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt halten, nicht jedoch quer dazu in der Ebene (y, z) wirkende Anschlagflächen der Anschlaggeometrie. Dazu ist in der AT 513 362 A1 ein einstückig mit dem Reflektor ausgebildetes weiteres Federelement vorgesehen, das sich an einem Abschnitt des Kühlkörpers abstützt und in einer zweiten Richtung (z), die senkrecht zu der ersten Richtung (x) verläuft, zwischen dem Reflektor und dem Kühlkörper wirkt. Eine Halterung des Reflektors relativ zu dem Lichtquellenmodul, die in einer dritten Richtung (y) wirkt, die senkrecht zu den ersten und zweiten Richtungen (x, z) verläuft, ist nicht vorgesehen.
Eine große Herausforderung bei Fahrzeugscheinwerfern ist es, die optischen Komponenten wie z.B. Lichtquellen, Reflektoren, Linsen und Spiegelblenden, in großen Stückzahlen, mit einfachen Mitteln und damit kostengünstig mit der erforderlichen Genauigkeit relativ zueinander zu positionieren und dann positionsgenau zueinander festzulegen. Dabei können schon geringe Toleranzüberschreitungen zu markanten Lichteinbußen bis hin zu einer illegalen, weil nicht mehr gesetzeskonformen Lichtverteilung auf der Fahrbahn führen. Eine Schlüsselposition ist dabei die präzise Positionierung des Lichtquellenmoduls, das üblicherweise aus LED-Lichtquelle(n), Schaltungsträger (ggf. mit Stecker) und Trägerelement (z.B. Kühlkörper) besteht, relativ zu dem optischen System, bspw. in der Form eines Reflektors, einer Linse, eines Optikkörpers oder eines Lichtleiters. Bei den heutzutage am Markt verfügbaren Systemen werden die Komponenten nach dem Positionieren üblicherweise miteinander verschraubt. Die hochgenaue Positionierung am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System wird nachfolgend auch als Erreichen der Relativposition bezeichnet.
Eine Befestigung mittels Schrauben hat folgende Nachteile:

- Schraubwerkzeug zur Betätigung der Schraube(n) erforderlich,
- spezielle Vorrichtung erforderlich, um die Relativposition der Komponenten vor und während des Anschraubvorgangs sicherzustellen (dies wird üblicherweise mittels einer Montagevorrichtung gemacht, die den Kontakt der Referenzgeometrien (Anschlag- und Auflagegeometrien) der Komponenten während des Anschraubens sichert),
- es besteht eine Verunreinigungsgefahr durch Partikel, die während eines Gewindeschneidens/ Gewindefurchens im Reflektormaterial (bspw. einem Duroplast) während des Anschraubvorgangs entstehen (dies erfordert spezielle Maßnahmen zur Partikelabsaugung/ -aufnahme während der Montage),

- Montage ist zeitaufwendig und bedarf eines zusätzlichen Arbeitsschritts für das Einschrauben der Schraube(n),
- Auswechseln des Lichtquellenmoduls (bspw. bei gealterter oder defekter Halbleiterlichtquelle) nicht ohne weiteres möglich, da nach der Demontage und Entnahme des alten Lichtquellenmoduls die Montage des neuen Lichtquellenmoduls wieder in/ mit einer Montagevorrichtung erfolgen muss, und
- aufwendiges Reflektorwerkzeug mit Schieberentformung erforderlich, um den Schraubdom zu entformen.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine technische Möglichkeit vorzuschlagen, wie das optische System eines Lichtmoduls der eingangs genannten Art nach der Positionierung relativ zu dem Lichtquellenmodul an diesem einfach, kostengünstig und effizient befestigt werden kann, wobei die oben aufgeführten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden sollen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lichtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass nach dem Positionieren des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System im dreidimensionalen Raum (x, y, z) zwischen dem Lichtquellenmodul und dem optischen System ein Federelement zur Wirkung kommt, das ausgebildet ist, sowohl Auflageflächen der Auflagegeometrie als auch Anschlagflächen der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt zu halten.
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, eine robuste Befestigung eines Lichtquellenmoduls an einem optisch wirksamen System, wie z.B. einem Reflektor, mittels eines Federelements zu bewerkstelligen. Die Erfindung ermöglicht es, dass die Montage ohne Hilfsmittel (Werkzeuge und/oder Montagevorrichtungen) erfolgen kann. Die genaue Positionierung beider Komponenten zueinander wird mit dieser Erfindung über die gesamte Lebensdauer des Lichtmoduls bzw. des Kraftfahrzeugs gewährleistet, da das Federelement über seine permanente Spannung, den Bauteilkontakt an den Kontaktflächen/ Referenzflächen beider Komponenten gewährleistet. Besonders wichtig ist dabei, dass das Federelement den Kontakt sowohl der Auflageflächen der Auflagegeometrie (in einer ersten Richtung) als auch der Anschlagflächen der Anschlaggeometrie (in einer Ebene, die sich senkrecht zu der ersten Richtung erstreckt) miteinander für die gesamte Lebensdauer sicherstellt. Zudem ist die Befestigung einfach und schnell lösbar, selbst bei einem erschwerten Zugang zu dem Federelement im Inneren des Gehäuses der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung. Somit wird ermöglicht, dass das Lichtquellenmodul im Servicefall einfach zu ersetzen ist.
Gegenüber der in der Praxis bisher eingesetzten Befestigung mittels Schraube(n) ergeben sich die folgenden Vorteile:

- kein Montagewerkzeug erforderlich,
- keine Montagevorrichtung erforderlich,
- kein Risiko einer Positionsänderung (Verschiebung/ Verdrehung) von optischem System und Lichtquellenmodul relativ zueinander aufgrund des Anschraubvorgangs und des dadurch eingebrachten Drehmoments,
- einfach montierbar/ demontierbar und damit gute Austauschbarkeit des Lichtquellenmoduls,
- fehlerhafte Montage von optischem System und Lichtquellenmodul relativ zueinander ist nahezu ausgeschlossen bzw. wird sofort erkannt (wenn das Federelement seine Endposition, in der es die volle Federwirkung entfaltet, nicht erreicht bzw. wenn das Lichtquellenmodul/ das Federelement nicht eingerastet ist, dann hält das Federelement nicht und fällt wieder ab),
- schnellerer Montageprozess, was zu einem wirtschaftlichen Vorteil führt, und
- keine Schieber in dem Reflektorwerkzeug zur Entformung des Schraubdoms erforderlich, was zu einer wirtschaftlicheren Reflektorwerkzeugherstellung führt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Federelement unmittelbar zwischen dem Lichtquellenmodul und dem optischen System oder einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil wirkt. Das heißt, das Federelement wirkt direkt auf das optische System oder ein damit einstückig ausgebildeten Bauteil. Würde das Federelement lediglich mittelbar über ein anderes Bauteil auf das optische System wirken, würde die Anbindung des optischen Systems an dieses Bauteil negative Auswirkungen auf die Toleranzkette zwischen Lichtquellenmodul und optischem System haben. Außerdem wäre das optische System lediglich über das andere Bauteil an dem Lichtquellenmodul gesichert. Ein Lockern oder gar Lösen der Verbindung zwischen dem anderen Bauteil und dem optischen System könnte dazu führen, dass auch das optische System nicht mehr sicher an dem Lichtquellenmodul gehalten ist. Insbesondere könnte dies dazu führen, dass die Auflageflächen der Auflagegeometrie zwischen optischem System und Lichtquellenmodul und/oder die Anschlagflächen der Anschlaggeometrie zwischen optischem System und Lichtquellenmodul nicht mehr in der gewünschten Form miteinander in Kontakt gehalten werden. All diese Probleme können mit der Weiterbildung verhindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Federelement als eine Bügelfeder ausgebildet ist. Die Bügelfeder kann als ein Spannbügelelement ausgebildet sein, das an einer der beiden Komponenten, dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System, befestigt ist und die andere Komponente bspw. aufgrund von Vorspannung in der Referenzposition hält, in der sowohl die Auflageflächen der Auflagegeometrie als auch die Anschlagflächen der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt sind. Die Bügelfeder kann dabei auf die andere Komponente einwirken oder aber über ein mit der anderen Komponente einstückig ausgebildetes Bauteil. Es ist aber auch denkbar, dass die Bügelfeder ohne Vorspannung wirkt und die gewünschte Federwirkung erst erzielt, wenn sie auf die andere Komponente einwirkt.
Es wird vorgeschlagen, dass das Federelement an dem Lichtquellenmodul, insbesondere an dem Trägerelement des Lichtquellenmoduls, oder an dem optischen System drehbar eingehängt ist. Wenn das Federelement bspw. als eine Bügelfeder ausgebildet ist, kann diese so geformt sein, dass sie zwei gegenüberliegende Ende aufweist, die auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet sind und die in entsprechende Aussparungen oder Löcher in dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System eingesetzt sind, so dass die Bügelfeder drehbar an dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System eingehängt ist. Besonders bevorzugt ist das Federelement an dem Lichtquellenmodul, insbesondere an dem Trägerelement des Lichtquellenmoduls, drehbar eingehängt ist.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass an dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System, an dem das Federelement nicht drehbar eingehängt ist, eine Einrastgeometrie ausgebildet ist, und das Federelement ausgebildet ist, zumindest für die Dauer der Federwirkung in der Einrastgeometrie einzurasten. Die Einrastgeometrie kann direkt an dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System oder an einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil vorgesehen sein. Bevorzugt ist die Einrastgeometrie an dem optischen System oder einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil ausgebildet. Das Federelement kann in der Einrastgeometrie einrasten, sobald die Komponenten des Lichtmoduls, das Lichtquellenmodul und das optische System, ihre Relativposition erreicht haben. Das Einrasten des Federelements in der Einrastgeometrie kann manuell, bspw. mittels Betätigung des Federelements durch einen Nutzer oder einen Werkstatt- oder Servicemitarbeiter in einer Werkstatt, erfolgen.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Federelement automatisch und/oder selbsttätig in die Einrastposition einrastet, nachdem die Komponenten die Relativposition erreicht haben. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass das Federelement derart in dem Lichtmodul angeordnet und ausgebildet ist, dass es am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System automatisch in die Einrastgeometrie des Lichtquellenmoduls oder des optischen Systems einrastet.
Das automatische Einrasten des Federelements nachdem die Komponenten die Relativposition erreicht haben, kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an dem Lichtquellenmodul oder dem optischen System, an dem das Federelement nicht drehbar eingehängt ist, eine Auflaufschräge ausgebildet ist, welche von einer Anfangsposition, an der das Federelement zu Beginn der Positionierung des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System anliegt, bis zu der Einrastgeometrie verläuft, und die Auflaufschräge derart ausgebildet ist, dass das Federelement während der Positionierung des Lichtquellenmoduls und des optischen Systems relativ zueinander entlang der Auflaufschräge entlanggleitet, um dann am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls und des optischen Systems relativ zueinander, d.h. nachdem die Komponenten die Relativposition erreicht haben, selbsttätig in die Einrastgeometrie einzurasten. Bevorzugt ist die Auflaufschräge an dem optischen System oder an einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil vorgesehen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Federelement ausgebildet ist, für die Dauer der Federwirkung mit einer Federkraft zwischen dem Lichtquellenmodul und dem optischen System zu wirken, die eine Auflagekraftkomponente in eine erste Richtung (x) und eine Anschlagkraftkomponente in eine zweite Richtung (z) senkrecht zu der ersten Richtung (x) aufweist. Gemäß dieser Weiterbildung kann mit ein und demselben Federelement eine Federkraft mit Kraftkomponenten in zwei senkrecht zueinanderstehenden Richtungen ausgeübt werden. Mit der Kraftkomponente in die erste Richtung (x) können Auflageflächen einer Auflagegeometrie miteinander in Kontakt gehalten werden. Mit der Kraftkomponente in die zweite Richtung können Anschlagflächen einer Anschlaggeometrie miteinander in Kontakt gehalten werden. Wenn mindestens eine der Anschlagflächen der Anschlaggeometrie in einer Ebene (y, z) senkrecht zu der ersten Richtung (x) eine Flächenkomponente in der zweiten Richtung (z) und in einer dritten Richtung (y), die senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung verläuft, können das Lichtquellenmodul und das optische System durch die Anschlagkraftkomponente in der zweiten Richtung (z) sowohl in der zweiten Richtung (z) als auch in der dritten Richtung (y) in der Relativposition gehalten werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass das mindestens eine Lichtmodul der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art ein erfindungsgemäßes Lichtmodul ist. Im Inneren eines Gehäuses der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung können ein oder mehrere erfindungsgemäße Lichtmodule angeordnet sein. Das oder die erfindungsgemäßen Lichtmodule können ausgebildet sein, eine definierte Lichtverteilung (z.B. Abblendlicht, Fernlicht, Teilfernlicht, Nebellicht) oder einen Teil davon (z.B. Abblendlichtspot, Abblendlichtgrundlicht, Fernlichtspot, Fernlichtgrundlicht) zu erzeugen. Ferner können im Inneren des Gehäuses zusätzlich auch noch eines oder mehrere herkömmliche Lichtmodule vorgesehen sein. Diese können ausgebildet sein, eine definierte Lichtverteilung (z.B. eine Scheinwerferfunktion oder eine Leuchtenfunktion, z.B. Blinklicht, Tagfahrlicht, Positionslicht, Rücklicht, Bremslicht) oder einen Teil davon (z.B. Abblendlichtspot, Abblendlichtgrundlicht, Fernlichtspot, Fernlichtgrundlicht) zu erzeugen.
Die Halbleiterlichtquelle kann eine oder mehrere Leuchtdioden oder Halbleiterlaserdioden umfassen. Das optische System kann einen Reflektor, eine Linse, einen Optikkörper oder einen Lichtleiter umfassen. Das optische System dient zum Formen und/oder Umlenken zumindest eines Teils des von der Halbleiterlichtquelle ausgesandten Lichts. Bei einem Reflektor muss insbesondere eine Reflexionsfläche bezüglich der Lichtquelle des Lichtquellenmoduls positioniert werden. Bei der Linse, dem Optikkörper oder dem Lichtleiter muss insbesondere eine Lichteintrittsfläche bezüglich der Lichtquelle des Lichtquellenmoduls positioniert werden. Das Trägerelement umfasst bevorzugt einen Kühlkörper. Das optische System, insbesondere in der Form eines Reflektors, weist keine WärmetauscherElemente, bspw. Kühlrippen, Kühlstifte oder dergleichen auf.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Montageverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Insbesondere wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Befestigen des Lichtquellenmoduls und des optischen Systems aneinander einen Schritt umfasst, in dem ein Federelement zur Wirkung gebracht wird, das sowohl Auflageflächen der Auflagegeometrie als auch Anschlagflächen der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt hält.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Federelement unmittelbar zwischen dem Lichtquellenmodul und dem optischen System oder einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil zur Wirkung gebracht wird. Wie bereits oben erwähnt, kann das Federelement manuell, bspw. durch einen Nutzer oder einen Werkstatt- oder Servicemitarbeiter in einer Werkstatt, zur Wirkung gebracht werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Federelement automatisch und/oder selbsttätig in die Einrastposition einrastet, nachdem die Komponenten die Relativposition erreicht haben.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass das Federelement am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System automatisch in Wirkung gebracht wird, indem es am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls relativ zu dem optischen System selbsttätig in eine Einrastgeometrie des Lichtquellenmoduls oder des optischen Systems einrastet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, die bevorzugte Ausführungsformen zeigen. Dabei können die in den Figuren gezeigten einzelnen Merkmale auch jeweils für sich alleine erfindungswesentlich sein, selbst wenn dies in den Figuren nicht gezeigt und in der Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Außerdem können Merkmale aus verschiedenen Figuren in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, selbst wenn eine solche Kombination in den Figuren nicht gezeigt und in der Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Die Figuren zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
2 ein optisches System in der Form eines Halbschalenreflektors des Lichtmoduls aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
3 das optische System aus 2 in einer Seitenansicht,
4 ein Lichtquellenmodul des Lichtmoduls aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
5 eine erste Momentaufnahme eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage des optischen Systems aus den 2 und 3 an einem Lichtquellenmodul aus 4,
6 eine zweite Momentaufnahme des Verfahrens zur Montage des optischen Systems aus den 2 und 3 an einem Lichtquellenmodul aus 4,
7 eine dritte Momentaufnahme des Verfahrens zur Montage des optischen Systems aus den 2 und 3 an einem Lichtquellenmodul aus 4,
8 ein Kräftedreieck eines Federelements des Lichtmoduls aus 1,
9 ein erstes Detail einer ersten Anschlagfläche des Lichtquellenmoduls aus 4,
10 ein zweites Detail einer zweiten Anschlagfläche des Lichtquellenmoduls aus 4,
11 eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung in der Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, und
12 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Montage des optischen Systems aus den 2 und 3 an einem Lichtquellenmodul aus 4.

Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist in seiner Gesamtheit in 1 mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Das Lichtmodul 2 umfasst ein Lichtquellenmodul 4 und ein optisches System 6. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 umfasst das Lichtquellenmodul 4 ein Trägerelement 8, eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen 10 und einen Schaltungsträger 12. Die Lichtquelle 10 kann eine oder mehrere Leuchtdioden oder Halbleiterlaserdioden umfassen.
Das Lichtmodul 2 kann entweder alleine oder zusammen mit anderen Lichtmodulen 102, die wie das Lichtmodul 2 ausgebildet sein können, im Inneren eines Gehäuses 104 der Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 100 angeordnet sein (vgl. 11). Das Gehäuse 104 ist zum Einbau in eine entsprechende Einbauöffnung an einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgesehen. Die Beleuchtungseinrichtung 100 kann - wie in 11 gezeigt - als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer oder als eine beliebige Kraftfahrzeugleuchte, bspw. als eine Rückleuchte, ausgebildet sein. Das Gehäuse 104 der Beleuchtungseinrichtung 100 weist eine Lichtaustrittsöffnung 106 auf, durch die von dem Lichtmodul 2 ausgesandtes Licht hindurchtritt. Die Lichtaustrittsöffnung 106 kann durch eine Abdeckscheibe 108 aus einem transparenten Material verschlossen sein. Die Abdeckscheibe 108 kann als klare Scheibe ohne optisch wirksame Elemente oder als eine Streuscheibe mit optisch wirksamen Elementen (z.B. Zylinderlinsen, Prismen) zum Streuen des hindurchtretenden Lichts ausgebildet sein. Es wäre allerdings auch denkbar, dass die Lichtaustrittsöffnung 106 nicht durch eine separate Abdeckscheibe 108 verschlossen ist. In diesem Fall könnte bspw. ein optisches System 6 des Lichtmoduls 2, das als eine Linse, insbesondere als eine Projektionslinse, ausgebildet ist, in der Öffnung 106 angeordnet sein und diese verschließen. Dabei würde also die Linse einen Abschluss der Beleuchtungseinrichtung 100 bzw. des Gehäuses 104 nach außen darstellen.
Das optische System 6 umfasst in dem Beispiel der 1 einen Reflektor 14, insbesondere einen Halbschalenreflektor, mit einer der Halbleiterlichtquelle 10 zugewandten Reflexionsfläche 16. Alternativ oder zusätzlich kann das optische System 6 auch einen lichtformenden Optikkörper, eine Linse und/oder einen Lichtleiter umfassen, die jeweils eine der Halbleiterlichtquelle 10 zugewandte Lichteintrittsfläche aufweisen. Der Reflektor 14 bzw. dessen Reflexionsfläche 16 lenkt von der Halbleiterlichtquelle 10 in einer Hauptabstrahlrichtung 48 ausgesandtes Licht um, vorzugsweise in eine Lichtaustrittsrichtung 18 des Lichtmoduls 2 (entspricht der z-Richtung).
Das Trägerelement 8 umfasst in dem gezeigten Beispiel einen Kühlkörper 20 zur Wärmeableitung von während des Betriebs der Halbleiterlichtquelle 10 entstehender Abwärme. Der Kühlkörper 20 kann bspw. - wie in 1 gezeigt - aus einem Metallblech gebogen sein. Alternativ kann der Kühlkörper 20 auch aus einem Metallblock gefräst oder als ein Metallgussteil ausgebildet sein. Das Material des Kühlkörpers 20 ist vorzugsweise so gewählt, dass es einen guten Wärmeleitkoeffizienten aufweist. Es ist denkbar, dass die Beleuchtungseinrichtung 100 ein gemeinsames Trägerelement 8 für mehrere Lichtmodule 2 aufweist.
Der Schaltungsträger 12 umfasst Leiterbahnen, die vorzugsweise Teil einer Schaltungseinheit (z.B. printed circuit board, PCB) sind und die ein Steckerelement 22 mit Kontaktbahnen 24 (z.B. in der Form von Bonding-Drähten) verbinden, über welche die Halbleiterlichtquelle 10 elektrisch kontaktiert ist. Über das Steckerelement 22 kann das Lichtmodul 2, insbesondere die Halbleiterlichtquelle 10, an eine Stromversorgung des Kraftfahrzeugs und/oder an ein Steuergerät des Lichtmoduls 2 oder der Beleuchtungseinrichtung 100 angeschlossen sein. Der Schaltungsträger 12 kann auf dem Trägerelement 8 befestigt sein, ohne dass es besonderer Genauigkeitsanforderungen bedarf. Die Befestigung des Schaltungsträgers 12 auf dem Trägerelement 8 erfolgt mittels geeigneter Befestigungsmittel, bspw. Klebstoff, Schrauben oder Nieten, um nur einige zu nennen.
Die Halbleiterlichtquelle 10 kann entweder direkt oder mittelbar, bspw. über einen weiteren Schaltungsträger, auf dem Trägerelement 8 befestigt sein. Die Befestigung des Halbleiterlichtquelle 10 auf dem Trägerelement 8 erfolgt mittels geeigneter Befestigungsmittel, bspw. Klebstoff oder einer Schweiß- oder Lötverbindung. Die Befestigung des Halbleiterlichtquelle 10 auf dem Trägerelement 8 sollte nach Möglichkeit mit hoher Genauigkeit in einer vorgegebenen Befestigungsposition erfolgen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Halbleiterlichtquelle 10 auf dem Schaltungsträger 12 befestigt ist. In diesem Fall sollte dann die Befestigung des Schaltungsträgers 12 auf dem Trägerelement 8 mit hoher Genauigkeit in einer vorgegebenen Befestigungsposition erfolgen. Dies ist empfehlenswert, um die Reflexionsfläche 16 in einen vorgegebenen Bezug zu der Halbleiterlichtquelle 10 zu bringen, wenn das optische System 6 im Weiteren relativ zu dem Trägerelement 8 positioniert wird.
Die hochgenaue Positionierung und Befestigung der Halbleiterlichtquelle 10 oder alternativ des Schaltungsträgers 12 mit darauf befestigter Halbleiterlichtquelle 10 auf dem Trägerelement 8 kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. So kann bspw. eine Licht emittierende Fläche der Halbleiterlichtquelle 10 zunächst mittels einer Kamera optisch erfasst und ausgewertet werden. Dabei können das geometrische Zentrum, der hellste Bereich oder Punkt und/oder Kanten der Licht emittierenden Fläche detektiert werden. Die Detektion kann bei aktivierter Halbleiterlichtquelle 10 (während sie Licht aussendet) oder bei deaktivierter Halbleiterlichtquelle 10 durchgeführt werden. Bei einer Detektion bei deaktivierter Halbleiterlichtquelle 10 wird die Licht emittierende Fläche bevorzugt mit externem Licht bestrahlt, dessen Frequenz vorzugsweise der Frequenz des von einem Konvertermaterial der Halbleiterlichtquelle 10 ausgesandten Lichts entspricht. Das Konvertermaterial sendet bspw. beim Bestrahlen mit blauem Licht einer LED gelbes Licht aus, das sich mit dem blauen Licht der LED zu weißem Licht der Halbleiterleiterlichtquelle 10 mischt. In diesem Fall kann das externe Licht ebenfalls blaues Licht mit einem Wellenlängenbereich von etwa 430-490 nm sein. Andere Frequenzbereiche des externen Lichts sind jedoch ebenfalls denkbar.
Die deaktivierte Halbleiterlichtquelle 10 bzw. deren Konvertermaterial wird somit bevorzugt mit externem Licht einer Wellenlänge bestrahlt, die der LED-Chip aussendet. Mithin wird externes Licht einer Wellenlänge verwendet, die der Anregungsfrequenz für das Konvertermaterial entspricht. Das von dem Konvertermaterial abgestrahlte Licht wird beobachtet und ausgewertet. Die Beleuchtung des Konvertermaterials mit dem externen Licht der Wellenlänge, die das Konvertermaterial emittiert, muss nicht zu einer Kontrastverbesserung der Detektion führen.
In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung kann die Halbleiterlichtquelle 10 bzw. der Schaltungsträger 12 mit darauf befestigter Halbleiterlichtquelle 10 relativ zu dem Trägerelement 8 hochgenau positioniert und darauf direkt oder mittelbar befestigt werden.
Eine Herausforderung bei derartigen Lichtmodulen 2 ist es, die optischen Komponenten mit der erforderlichen Genauigkeit relativ zueinander zu positionieren. Dabei können schon geringe Toleranzüberschreitungen zu markanten Lichteinbußen bis hin zu einer illegalen, weil nicht mehr gesetzeskonformen Lichtverteilung auf der Fahrbahn führen. Ein besonderes Augenmerk muss dabei auf die Positionierung des Lichtquellenmoduls 4 bzw. der Halbleiterlichtquelle 10 relativ zu dem optischen System 6 bzw. einer Reflexionsfläche 16 des Reflektors 14 oder einer Lichteintrittsfläche einer Linse, eines Optikkörpers oder eines Lichtleiters gelegt werden. Die vorliegende Erfindung schlägt eine besondere Ausgestaltung einer Auflage- und Anschlaggeometrie vor, mit der das Lichtquellenmodul 4 bzw. die Halbleiterlichtquelle 10 auf einfache und kostengünstige Weise, aber dennoch hochgenau relativ zu dem optischen System 6 positioniert werden kann.
Das optische System 6 kann eine dem Lichtquellenmodul 4 zugewandte Seite oder Basisfläche 26 aufweisen (vgl. 2 und 3). Bei dem als Reflektor 14 ausgebildeten optischen System 6 kann die Basisfläche 26 durch einen Befestigungssockel 28 des Reflektors 14 gebildet sein. In dem gezeigten Beispiel weist der Reflektor 14 an seiner Basisfläche 26 mehrere, bevorzugt zwei, Auflagerippen 30 auf. Die Auflagerippen 30 verlaufen bevorzugt in einem Abstand und parallel zueinander. Besonders bevorzugt erstrecken sich die Auflagerippen 30 parallel zu der Lichtaustrittsrichtung 18 des Lichtmoduls 2. Über diese Auflagerippen 30 wird ein Bezug des optischen Systems 6 zu dem Lichtquellenmodul 4 hergestellt, so dass eine Position des optischen Systems 6 in einer ersten Raumrichtung x relativ zu dem Lichtquellenmodul 4 definiert ist.
In dem Beispiel der 2 und 3 umfassen die Auflagerippen 30 zum einen eine Auflagegeometrie 32, die bspw. als erste Auflageflächen auf der dem Lichtquellenmodul 4 zugewandten (bzw. dem optischen System 6 abgewandten) Seite der Auflagerippen 30 ausgebildet sein können. Zum anderen umfassen die Auflagerippen 30 in einem in Lichtaustrittsrichtung 18 weisenden vorderen Bereich eine Anschlaggeometrie 34, die bspw. durch erste Anschlagflächen von mehreren, vorzugsweise zwei, Vorsprüngen 36 gebildet ist, die auf der Basisfläche 26 ausgebildet sind und von dieser in Richtung des Lichtquellenmoduls 4 (weg von dem optischen System 6) hervorragen. Die Anschlaggeometrie 34 steht bevorzugt senkrecht zu der Auflagegeometrie 32. Alternativ können die Auflagerippen 30, welche die erste Auflageflächen 32 bilden, auch separat von den Vorsprüngen 36 ausgebildet sein, welche die ersten Anschlagflächen 34 bilden.
Mindestens eine der ersten Anschlagflächen 34 ist dabei bevorzugt in der y-z-Ebene betrachtet bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, oder keilförmig gestaltet. Für die andere erste Anschlagfläche 34 ist es ausreichend, wenn diese nur einen Anschlag, bevorzugt einen ebenen oder planaren Anschlag, in eine Raumrichtung, insbesondere in z-Richtung, bildet. Die andere erste Anschlagfläche 34 erstreckt sich bevorzugt in einer x-y-Ebene. Die Auflageflächen 32 erstreckten sich bevorzugt in einer y-z-Ebene.
Der Reflektor 14 ist bspw. in einem Spritzgussverfahren sehr einfach herstellbar. Dabei können die Bezugsflächen 32, 34 mit derselben Formhälfte wie die Reflexionsfläche 16 hergestellt und schieberlos entformt werden. Dies gewährleistet sehr kleine Toleranzen zwischen der Reflexionsfläche 16 und den Bezugsflächen 32, 34. Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Bezugsflächen 32, 34 nicht tief in einer Werkzeugkavität befinden, sondern gut zugänglich und deshalb sehr einfach und kostengünstig abstimmbar sind.
Das Lichtquellenmodul 4 hat vorteilhafterweise auf einer dem optischen System 6 zugewandten Seite 38 des Trägerelements 8 bzw. des Kühlkörpers 20 mehrere, bevorzugt zwei, zweite Auflageflächen 40 (vgl. 4). Diese sind in dem gezeigten Beispiel durch den Boden bzw. Grund von Vertiefungen 42 gebildet. Die zweiten Auflageflächen 40 wirken mit den ersten Auflageflächen 32 der Auflagerippen 30 zusammen, insbesondere stützen sich die ersten Auflageflächen 32 auf den zweiten Auflageflächen 40 ab, um das Lichtquellenmodul 4 relativ zu dem optischen System 6 in x-Richtung zu positionieren. Die ersten und zweiten Auflageflächen 32, 40 bilden die Auflagegeometrie des Lichtmoduls 2.
Bei dieser Ausführungsform bilden also die Vertiefungen 42 sowohl die zweiten Auflageflächen 40 (Boden der Vertiefungen 42) als auch die zweiten Anschlagflächen 44 (Stirnseite der Vertiefungen 42). Alternativ können die zweiten Auflageflächen 40 und die zweiten Anschlagflächen 44 auch an separaten Teilen oder Bereichen des Lichtquellenmoduls 8 bzw. des Kühlkörpers 8 ausgebildet sein. So wäre es bspw. denkbar, dass die zweiten Auflageflächen 40 direkt auf der dem optischen System 6 zugewandten Seite 38 des Trägerelements 8 bzw. des Kühlkörpers 20 ausgebildet sind.
Ferner umfasst das Lichtmodul 4 auf der dem optischen System 6 zugewandten Seite 38 des Trägerelements 8 bzw. des Kühlkörpers 20 ausgebildete sich parallel zu der x-Richtung erstreckende zweite Anschlagflächen 44 bzw. 44a, 44b. Diese sind in dem gezeigten Beispiel bevorzugt durch in z-Richtung befindliche und in -z-Richtung weisende vordere Stirnflächen der Vertiefungen 42 gebildet. Die zweiten Anschlagflächen 44 wirken mit den ersten Anschlagflächen 34 der Vorsprünge 36 zusammen, insbesondere stützen sich die ersten Anschlagflächen 34 auf den zweiten Anschlagflächen 44 ab, um das Lichtquellenmodul 4 relativ zu dem optischen System 6 in der y-z-Ebene senkrecht zu der x-Richtung zu positionieren.
Die Vertiefungen 42 für die Bezugsflächen 40, 44 können sehr einfach in das Gegenstück, insbesondere in das Trägerelement 8 bzw. den Kühlkörper 20, eingebracht werden. Sie können insbesondere als eingeprägte Nuten ausgebildet sein. Dabei sind die Vertiefungen 42 bevorzugt auf der dem optischen System 6 zugewandten Seite 38 des Trägerelements 8 bzw. des Kühlkörpers 20 eingebracht. Die Seite 38 kann eine ebene Fläche bilden.
Mindestens eine der zweiten Anschlagflächen 44 ist dabei bevorzugt in der y-z-Ebene betrachtet so geformt, dass sie zusammen mit der entsprechenden Gegengeometrie an dem Reflektor 14 (erste Anschlagfläche 34) beide Komponenten 4, 6 spielfrei in zwei Raumrichtungen y und z fixiert (vgl. zweite Anschlagfläche 44a in 10). Insbesondere ist mindestens eine der zweiten Anschlagflächen 44 in der y-z-Ebene betrachtet bogenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, oder keilförmig gestaltet. Für die andere zweite Anschlagfläche 44 (vgl. zweite Anschlagfläche 44b in 9) ist es ausreichend, wenn diese nur einen Anschlag, bevorzugt einen ebenen oder planaren Anschlag, in eine Raumrichtung, insbesondere in z-Richtung, bildet.
Selbstverständlich können die Geometrien zur Sicherstellung einer hochgenauen Positionierung des Lichtquellenmoduls 4 und des optischen Systems 6 relativ zueinander auch auf beliebig andere Weise ausgestaltet sein als in den Figuren gezeigt und hier beschrieben. Entscheidend ist, dass die Geometrien eine hochgenaue Positionierung des Lichtquellenmoduls 4 und des optischen Systems 6 relativ zueinander in allen drei Raumrichtungen x, y, z ermöglichen.
Damit sind beide Komponenten 4, 6, wenn sie sich über die definierten Geometrien 32, 40 und 34, 44 in Kontakt befinden, in allen Raumrichtungen x, y, z eindeutig definiert und relativ zueinander spielfrei positioniert, d.h. die gewünschte Relativposition ist erreicht. Nunmehr wird das optische System 6 an dem Lichtquellenmodul 4 in der erreichten Relativposition befestigt. Dazu schlägt die vorliegende Erfindung ein besonders zuverlässiges, sichereres, langanhaltendes, kostengünstiges und einfach zu bedienendes Befestigungssystem vor.
Die Erfindung schlägt insbesondere die Verwendung eines Federelements 50 vor, das nach dem Erreichen der Relativposition zum Befestigen des Lichtquellenmoduls 4 und des optischen Systems 6 aneinander zwischen diesen derart zur Wirkung kommt, dass es sowohl die Auflageflächen 32, 40 der Auflagegeometrie als auch die Anschlagflächen 34, 44 der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt hält.
In den hier gezeigten Beispielen ist das Federelement 50 als eine Bügelfeder 52 ausgestaltet. Selbstverständlich kann das Federelement 50 auch auf beliebig andere Weise ausgestaltet sein, bspw. als eine Blattfeder. Entscheidend ist, dass ein einziges Federelement 50 in der Lage ist, derart zwischen dem Lichtquellenmodul 4 und dem optischen System 6 zu wirken, dass es sowohl die Auflageflächen 32, 40 der Auflagegeometrie (Positionierung in x-Richtung) als auch die Anschlagflächen 34, 44 der Anschlaggeometrie (Positionierung in y-z-Ebene) für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt hält.
Die Bügelfeder 52 ist drehbar an dem Lichtquellenmodul 4 oder an dem optischen System 6 eingehängt. In dem gezeigten Beispiel ist die Bügelfeder 52 mit zwei gegenüberliegenden Lagerenden 53 an dem Lichtquellenmodul 4, insbesondere an dem Trägerelement 8 bzw. Kühlkörper 20 eingehängt.
Ein Wirkabschnitt 54 der Bügelfeder 52 wirkt dann auf die jeweils andere Komponente des Lichtmoduls 2, an der die Bügelfeder 52 nicht eingehängt ist, und drückt die beiden Komponenten 4, 6 durch die Federwirkung gegeneinander. In dem gezeigten Beispiel wirkt der Wirkabschnitt 54 mit dem optischen System 6 bzw. dem Reflektor 14 zusammen. Dabei wirkt der Wirkabschnitt 54 bevorzugt direkt mit dem optischen System 6 bzw. dem Reflektor 14 oder einem damit einteilig ausgebildeten Bauteil zusammen. Die Bügelfeder 52 kann - wie in den Figuren gezeigt -während des Positionierprozesses (Lichtquellenmodul 4 und optischen System 6 relativ zueinander bis zum Erreichen der Relativposition der beiden Komponenten 4, 6) des Montagevorgangs selbstständig gespannt werden. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Bügelfeder 52 manuell in eine Montage-Endposition geschwenkt wird, bspw. durch einen Nutzer oder einen Servicemitarbeiter, wodurch sie dann gespannt wird bis sie die Montage-Endposition erreicht.
An einer Rückseite des Reflektors 14 ist eine Geometrie 56 in der Form einer Rippe ausgebildet. Vorzugsweise ist eine Rippe 56 entlang einer vertikalen Mittelebene des Lichtmoduls 2 angeordnet. Selbstverständlich können auch mehrere, bspw. zwei Rippen 56 jeweils beabstandet zu der vertikalen Mittelebene vorgesehen sein. Die Geometrie 56 ist einstückig mit dem Reflektor 14 ausgebildet. Die Rippe 56 ist bevorzugt mit der Reflektorrückseite sowie mit einer Oberseite des Befestigungssockels 28 des Reflektors 14 verbunden. Selbstverständlich könnte die Geometrie 56 auch in beliebig anderer Weise und an beliebig anderer Stelle des optischen Systems 6 ausgebildet sein.
Die Geometrie 56 kann eine Einrastgeometrie 58 zur Verfügung stellen, die bspw. als eine Aussparung oder Vertiefung an einem Rand der Rippe ausgebildet sein kann. Die Bügelfeder 52 kann in ihrer Montage-Endposition (vgl. 1 und 7) in der Einrastgeometrie 58 einrasten. Insbesondere ist das Federelement 50 ausgebildet, für die Dauer der Federwirkung, welche das Lichtquellenmodul 4 und das optische System 6 gegeneinanderdrückt, in der Einrastgeometrie 58 einzurasten. Die Einrastgeometrie 58 ist ausgebildet, selbst bei Fahrzeug-Vibrationen oder Stößen ein selbsttätiges Lösen und Herausbewegen des Federelements 50 aus der Montage-Endposition zu verhindern. Zum Lösen des Federelements 54 wird der Wirkabschnitt 54 des Federelements 50 manuell angehoben, so dass er sich aus der Einrastgeometrie 58 löst. In der Folge kann das in z-Richtung weisende vordere Ende des Lichtquellenmoduls 4 von dem optischen System 6 abgehoben werden (Kippen um die y-Achse in Richtung -x) und entgegen einer Montage- oder Fügerichtung 62 von dem optischen System 6 wegbewegt werden.
Darüber hinaus kann das optische System 6 bzw. der Reflektor 14 mit einer Auflaufschräge 60 versehen sein. Diese ermöglicht es, dass sich das Federelement 50 bzw. die Bügelfeder 52 während des Positionierprozesses automatisch spannt. Dies wird nachfolgend anhand der 5 bis 7 näher erläutert.
Die Montage des Lichtmoduls 2 bzw. des optischen Systems 6 des Lichtmoduls 2 an dem Lichtquellenmodul 4 des Lichtmoduls 2, erfolgt bspw. folgendermaßen: Das Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 70 (vgl. 12). In einem Funktionsblock 72 werden zur Vorbereitung des Montagevorgangs das Lichtquellenmodul 4 und das optische System 6 zur Verfügung gestellt und einander angenähert, bspw. durch Bewegen des Lichtquellenmoduls 4 in einer Füge- oder Montagerichtung 62 auf das optische System 6 bzw. der Reflektor 14 zu (vgl. 5). Dabei können die Auflagegeometrien 32 an dem optischen System 6 bzw. dem Reflektor 14, die jeweils in die dafür vorgesehenen Vertiefungen 42 an dem Trägerelement 8 bzw. Kühlkörper 20 eingreifen, als Positionierungs- bzw. Fügehilfe dienen. Um mit dem eigentlichen Montagevorgang zu beginnen, wird in einem Funktionsblock 74 das Federelement 50 bzw. die Bandfeder 52 mit seinem Wirkabschnitt 54 an einer Anfangsposition 64 der Auflaufschräge 60 zur Anlage gebracht (vgl. 6). Während des Montagevorgangs wird in einem Funktionsblock 76 das Lichtquellenmodul 4 weiter in Fügerichtung 62 auf das optische System 6 zubewegt, wobei der Wirkabschnitt 54 des Federelements 50 bzw. der Bügelfeder 52 die Auflaufschräge 60 des optischen Systems 6 bzw. des Reflektors 14 entlang gleitet. Dadurch bewegt sich das Federelement 50 in Richtung der Einrastgeometrie 58, und das Federelement 50 wird selbstständig gespannt. In der Montage-Endposition, d.h. am Ende des Montagevorgangs bzw. am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls 4 und des optischen Systems 6 relativ zueinander in der Relativposition, rastet das Federelement 50 selbsttätig in die Einrastgeometrie 58 ein (vgl. 7) und übt fortan seine Federwirkung aus. Dies entspricht dem Funktionsblock 78. Nahezu gleichzeitig schnappt das optische System 6 bzw. der Reflektor 14 mit seiner Anschlaggeometrie 34 in die Vertiefungen 42 an dem Trägerelement 8 bzw. dem Kühlkörper 20 ein.
Die Federkraft F_V des Federelements 50 in der Montage-Endposition (vgl. 7) wirkt schräg auf das optische System 6 bzw. auf die Geometrie 56, die einstückig mit dem optischen System 6 ausgebildet ist. Insbesondere hat die Federkraft F_V eine Anschlagkraftkomponente F_An in z-Richtung und eine Auflagekraftkomponente F_Auf in x-Richtung (vgl. 8). Infolge der schrägen Kraftrichtung des gespannten Federelements 50 sind dann die beiden Komponenten 4, 6 fest und positionsgenau miteinander an den dafür vorgesehenen Referenzgeometrien (Auflagegeometrie 32 und Anschlaggeometrie 34) spielfrei miteinander verbunden oder verspannt. Die Wirkrichtung der Federkraft F_V ist dabei so ausgelegt, dass ein Komponentenkontakt durch eine permanent wirkende Federspannung an allen Referenzgeometrien 32, 34 permanent gewährleistet ist. Während der Dauer der Federwirkung wird durch die Auflagekraftkomponente F_Auf wird ein Kontakt zwischen den Auflageflächen 32, 40 und durch die Anschlagkraftkomponente F_An wird ein Kontakt zwischen den Anschlagflächen 34, 44 aufrechterhalten.
Das Federelement 50 kann entweder - wie beschrieben - durch den Montageprozess beider Komponenten 4, 6 automatisch gespannt werden, oder es kann manuell in die Montage-Endposition geklappt werden. Während der Schwenkbewegung wird es dann manuell gespannt, bis es an der entsprechenden Einrastgeometrie 58 an dem optischen System 6 einrastet.
Mit der vorliegenden Erfindung wird das Lichtquellenmodul 4 dauerhaft, sicher, robust und positionsgenau mit dem optischen System 6 (bzw. einem optisch wirksamen Bauteil) verbunden. Die Verbindung ist lösbar, so dass selbst bei eingebauter Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung 100, bspw. im Servicefall, ein Austausch des Lichtquellenmoduls 4 mit der Halbleiterlichtquelle 10 möglich ist. Dies setzt allerdings eine ausreichend große Wartungsöffnung an dem Gehäuse 104 der Beleuchtungseinrichtung 100 und eine gute Zugänglichkeit der Wartungsöffnung in dem Kraftfahrzeug voraus. Dank der Verwendung des Federelements 50 ist die Montage bzw. Demontage des Lichtquellenmoduls 4 auch ohne zusätzliche Hilfsmittel, bspw. passende Werkzeuge, möglich. Die Erfindung ermöglicht eine einfache, schnelle und kostengünstige Montage, da das Lichtquellenmodul 4 positionsgenau an dem optischen System 6 eingerastet werden kann.
Mit der Erfindung kann die für die Befestigung des Lichtquellenmoduls 4 an dem optischen System 6 notwendige Schnittstelle sehr einfach und damit kostengünstig hergestellt werden, da ein schieberloses Reflektorwerkzeug verwendet werden kann, da kein Anschraubdom entformt werden muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016119792 A1 [0006]
US 2015/308652 A1 [0008]
AT 513362 A1 [0009, 0010]

Claims

Lichtmodul (2) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100), umfassend ein Lichtquellenmodul (4) mit einer auf einem Trägerelement (8) befestigten Halbleiterlichtquelle (10) zum Aussenden von Licht (48) und ein optisches System (6) zum Umlenken und/oder Formen des ausgesandten Lichts (48), wobei das Lichtquellenmodul (4) und das optische System (6) mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie im dreidimensionalen Raum (x, y, z) relativ zueinander positioniert und dann aneinander befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Positionieren des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander im dreidimensionalen Raum (x, y, z) zum Befestigen des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) aneinander zwischen diesen ein Federelement (50, 52) zur Wirkung kommt, das ausgebildet ist, Auflageflächen (32, 40) der Auflagegeometrie und Anschlagflächen (34, 44) der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt zu halten.
Lichtmodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) unmittelbar zwischen dem Lichtquellenmodul (4) und dem optischen System (6) oder einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil (56) wirkt.
Lichtmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50) als eine Bügelfeder (52) ausgebildet ist.
Lichtmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) an dem Lichtquellenmodul (4), insbesondere an dem Trägerelement (8) des Lichtquellenmoduls (4), oder an dem optischen System (6) drehbar eingehängt ist.
Lichtmodul (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lichtquellenmodul (4) oder dem optischen System (6), an dem das Federelement (50, 52) nicht drehbar eingehängt ist, eine Einrastgeometrie (58) ausgebildet ist, und das Federelement (50, 52) ausgebildet ist, für die Dauer der Federwirkung in der Einrastgeometrie (58) einzurasten.
Lichtmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) derart in dem Lichtmodul (2) angeordnet und ausgebildet ist, dass es am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander automatisch in eine Einrastgeometrie (58) des Lichtquellenmoduls (4) oder des optischen Systems (6) einrastet.
Lichtmodul (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lichtquellenmodul (4) oder dem optischen System (6), an dem das Federelement (50, 52) nicht drehbar eingehängt ist, eine Auflaufschräge (60) ausgebildet ist, welche von einer Anfangsposition (64), an der das Federelement (50, 52) zu Beginn der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander anliegt, bis zu der Einrastgeometrie (58) verläuft, und die Auflaufschräge (60) derart ausgebildet ist, dass das Federelement (50, 52) während der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander entlang der Auflaufschräge (60) entlanggleitet, um dann am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander selbsttätig in die Einrastgeometrie (58) einzurasten.
Lichtmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) ausgebildet ist, für die Dauer der Federwirkung mit einer Federkraft (F_V) zwischen dem Lichtquellenmodul (4) und dem optischen System (6) zu wirken, die eine Auflagekraftkomponente (F_Auf) in eine erste Richtung (x) und eine Anschlagkraftkomponente (F_An) in eine zweite Richtung (z) senkrecht zu der ersten Richtung (x) aufweist.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100), insbesondere in der Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, umfassend ein Gehäuse (104), in dem mindestens ein Lichtmodul (2) zum Erzeugen und Aussenden von Licht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lichtmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verfahren zur Montage eines optischen Systems (6) eines Lichtmoduls (2) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung (100) an einem Lichtquellenmodul (4) des Lichtmoduls (2), umfassend ein Positionieren des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander im dreidimensionalen Raum (x, y, z) mittels einer Anschlag- und Auflagegeometrie, die an dem Lichtquellenmodul (4) und dem optischen System (6) ausgebildet ist, und ein Befestigen des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) aneinander nach dem Positionieren des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander im dreidimensionalen Raum (x, y, z), dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) aneinander einen Schritt (78) umfasst, in dem ein Federelement (50, 52) zur Wirkung gebracht wird, das Auflageflächen (32, 40) der Auflagegeometrie und Anschlagflächen (34, 44) der Anschlaggeometrie für die Dauer der Federwirkung miteinander in Kontakt hält.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) unmittelbar zwischen dem Lichtquellenmodul (4) und dem optischen System (6) oder einem damit einstückig ausgebildeten Bauteil (56) zur Wirkung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (50, 52) am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander automatisch in Wirkung gebracht wird, indem es am Ende der Positionierung des Lichtquellenmoduls (4) und des optischen Systems (6) relativ zueinander selbsttätig in eine Einrastgeometrie (58) des Lichtquellenmoduls (4) oder des optischen Systems (6) einrastet.