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Die Erfindung betrifft eine Halteanordnung für Linsen einer Beleuchtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Leuchtmodul für Fahrzeuge.
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Aus der
DE 10 2021 108 094 A1 ist eine Halteanordnung für Linsen einer Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die einen Umgebungskörper bestehend aus zwei Halbschalen aufweist. Vorteilhaft kann hierdurch die Montage vereinfacht werden, da die Linsen zuerst in eine erste Halbschale eingesetzt und dann durch Aufsetzen der zweiten Halbschale in der vorgesehenen Montageposition fixiert sind. Zur konturenscharfen Abbildung von Lichtquellen eines hochauflösenden Scheinwerfers in ein Fahrzeugvorfeld ist die Aufrechterhaltung der Relativposition der Linsen zueinander erforderlich. Die Einhaltung der Positionsgenauigkeit der Linsen über einen Temperaturbereich muss gewährleistet sein.
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Aus der Veröffentlichung „Auslegung und Dimensionierung von kurzfaserverstärkten Spritzgussbauteilen, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt (2001) von T. Pflamm-Jonas“ und der
US 2005 / 0 154 087 A1 ist es bekannt, zur Verringerung der Wärmeausdehnung von Bauteilen wärmeausdehnungsminderndes Zusatzmaterial einem Kunststoffmaterial hinzuzufügen.
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Aus der
CN 1 11 911 827 A ist eine Halteanordnung für Linsen sowie eine Lichtquelle bekannt, wobei diese Bauteile in Nuten von zwei Halbschalen eines Umgebungskörpers eingefasst sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Halteanordnung sowie ein Leuchtmodul derart weiterzubilden, dass eine langzeitstabile positionsgenaue Anordnung von Linsen relativ zueinander und zu einer Lichtquelle gewährleistet ist, wobei insbesondere eine Temperaturabhängigkeit vermieden wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine langzeitstabile positionsgenaue Lage von Linsen relativ zueinander sowie zu einer Lichtquelleneinheit gewährleistet wird. Hierfür weist ein die Linsen sowie die Lichtquelleneinheit umfassender Umgebungskörper ein Kunststoffmaterial mit einem wärmeausdehnungsmindernden Zusatzmaterial auf. Erfindungsgemäß erfolgt nicht nur eine positionsgenaue Halterung der Linsen, sondern darüber hinaus auch eine positionsgenaue Halterung der Lichtquelleneinheit, so dass eine Baueinheit gebildet wird, die in einem Gehäuse eines Scheinwerfers montiert werden kann. Dadurch, dass das Kunststoffmaterial mit einem wärmeausdehnungsmindernden Zusatzmaterial gefüllt ist, kann eine Positionsgenauigkeit von Linsen und Lichtquelleneinheit über einen vorgegebenen Temperaturbereich gewährleistet werden.
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Nach der Erfindung sind die Linsen und/oder die Lichtquelleneinheit über eine Anzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Federelementen in der Montagelage fixiert. Enden der Federelemente sind derart orientiert angeordnet, dass sie einen Rand der jeweiligen Linse bzw. Lichtquelleneinheit gegen eine Anschlagfläche des Umgebungskörpers drücken. Vorteilhaft kann hierdurch eine definierte Positionierung der Linsen bzw. Lichtquelleneinheit erfolgen. Die Anschlagflächen und die Federelemente bilden jeweils Haltemittel des Befestigungsbereiches innerhalb des Umgebungskörpers.
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Nach der Erfindung sind die Federelemente in einer Aufnahme des Umgebungskörpers eingelegt angeordnet. Vorteilhaft können hierdurch die Federelemente einfach an den Umgebungskörper eingebracht werden. Die Aufnahme ist schlitzförmig ausgebildet, wobei eine Verliersicherheit der Federelemente gewährleistet ist. Toleranzen der Linsendurchmesser können durch die Federelemente ausgeglichen werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein thermoplastisches Kunststoffmaterial amorph ausgebildet. Das wärmeausdehnungsmindernde Zusatzmaterial ist als ein Fasermaterial ausgebildet, das in Richtung einer Achse der Halteanordnung orientiert verläuft. Fasern des Fasermaterials erhalten somit eine definierte Ausrichtung in Achsenrichtung. Vorteilhaft wird hierdurch eine reduzierte thermische Ausdehnung des Umgebungskörpers in Längsrichtung erzielt, wobei ein dauerhaft konstanter Abstand der Linsen zueinander bzw. zu der Lichtquelleneinheit eingehalten werden kann.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Fasermaterial Fasern auf, die innerhalb des Kunststoffmaterials durch eine vorteilhafte Bauteilfüllung überwiegend in axialer Richtung des Umgebungskörpers orientiert verlaufen. Eine solche Ausrichtung der Fasern in Längsrichtung kann durch eine gezielte längsseitige Anspritzung in einem Formwerkzeug zur Erzeugung der Halbschalen erzeugt werden.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Kunststoffmaterial des Umgebungskörpers mit vorwiegend isotrop wärmeausdehnungsmindernden Zusatzmaterialien gefüllt. Als Zusatzmaterial (Füllstoffe) können Minerale, Glaskugeln, Glasmehl, organisch basierte, aus nachwachsenden Rohstoffen bestehende Materialien wie gemahlene Schalen, Kerne etc. eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist bei diesen Materialien, dass eine Isotropie bzgl. Schwindung und Wärmeausdehnung vorliegt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Halbschalen des Umgebungskörpers gleich ausgebildet. Dies wird dadurch realisiert, dass die beiden Halbschalen vermittels derselben Werkzeughälfte hergestellt bzw. geformt werden. Vorteilhaft kann hierdurch eine exakte koaxiale Positionierung der Linsen und der Lichtquelleneinheit erreicht werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Lichtquelleneinheit eine Leiterplatte sowie eine Anzahl von auf derselben angeordnete Lichtquellen auf. Die Lichtquelleneinheit schließt den hohlzylinderförmigen Umgebungskörper in einem hinteren Endbereich und eine vordere Linse den Umgebungskörper in einem vorderen Endbereich desselben ab, so dass der Umgebungskörper verschlossen ist. Ein Eindringen von Staubpartikeln in einen Innenraum des Umgebungskörpers kann somit vermieden werden.
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Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf. Dieses Leuchtmodul kann als Baueinheit an einem Gehäuse einer als Scheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungsvorrichtung befestigt werden. Hierzu weist der Umgebungskörper mindestens ein quer abragenden Befestigungsflansch auf, der einen größeren radialen Radius aufweist als die Federelemente aufweisenden Wände des Umgebungskörpers. Vorteilhaft können hierdurch Herstellungs- und Montagekosten reduziert werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge und
- 2 einen Querschnitt durch den Umgebungskörper ohne Linsen.
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Eine in der 1 dargestellte Beleuchtungsvorrichtung ist als ein hochauflösender Scheinwerfer 1 ausgebildet, der zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtverteilungen in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs dient (dynamische Lichtverteilung). Der Scheinwerfer 1 weist im Wesentlichen eine Lichtquelleneinheit 2, eine Optikeinheit 3 sowie eine Ansteuereinheit 4 zur Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 2 auf.
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Die Lichtquelleneinheit 2 weist eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen 5 auf, die mittels der Optikeinheit 3 zu Leuchtflecken in einem Fahrzeugvorfeld abgebildet werden. Die Matrix kann beispielsweise 256 Zeilen und 64 Spalten zur Bildung von mehr als 16.000 Lichtquellen 5 aufweisen. Die Lichtquellen 5 sind einzeln ansteuerbar. Die Lichtverteilung ist somit pixelartig ausgebildet, so dass in Abhängigkeit von einem durch die Ansteuereinheit 4 erzeugten Ansteuersignal unterschiedliche Lichtverteilungen, beispielsweise Abblendlichtverteilung, blendfreie Fernlichtverteilung und dergleichen erzeugt werden können. Bei der blendfreien Fernlichtverteilung können einzelne Bereiche der Fernlichtverteilung ausgespart sein, so dass Verkehrsobjekte nicht geblendet werden.
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Die Optikeinheit 3 umfasst eine Mehrzahl von Linsen 6, 6', 6", die entlang einer Achse A versetzt zueinander angeordnet sind.
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Die Lichtquelleneinheit 2 und die Optikeinheit 3 sind in einer Halteanordnung 7 fixiert und bilden zusammen mit dieser ein Leuchtmodul 8, das über Befestigungsmittel an einem Gehäuse 10 des Scheinwerfers 1 befestigt ist. Das topfförmige Gehäuse 10 wird durch eine transparente Abdeckscheibe 11 verschlossen.
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Wie aus der 1 zu ersehen ist, sind die vorzugsweise als LED-Lichtquellen ausgebildeten Lichtquellen 5 auf der optischen Achse A angeordnet, entlang derer die Linsen 6 beabstandet zueinander verlaufen.
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Die Halteanordnung 7 ist als ein hohlzylinderförmiger Umgebungskörper ausgebildet, der aus zwei Halbschalen 12, 12' besteht. Eine erste Halbschale 12 und eine zweite Halbschale 12' sind gleich ausgebildet und verlaufen mit ihren Wandungen 13, 13' entlang eines Umfangswinkels φ von 180°. Die Linsen 6, 6', 6" sowie die Lichtquelleneinheit 2 sind jeweils in einem Befestigungsbereich des Umfangskörpers 7 angeordnet. Zu diesem Zweck weist dieser zum einen eine Anschlagfläche 14 und zum anderen ein Federelement 15 auf. Die Anschlagfläche 14 kann beispielsweise als von der Wandung 13, 13' der Halbschalen 12, 12' nach innen abragender halbkreisförmiger Ring 16 oder als eine Anzahl von nach innen abragende Stege ausgebildet sein. In der Montageposition der Linsen 6, 6', 6" und der Lichtquelleneinheit 2 wird ein Rand 17 der jeweiligen Linsen 6, 6', 6" sowie ein Rand 18 der Lichtquelleneinheit 2 mittels verteilt in Umfangsrichtung U angeordneter Federelemente 15 gegen die Anschlagfläche 14 gedrückt.
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Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der Rand 18 der Lichtquelleneinheit 2 ist zugleich Rand einer Leiterplatte 20 der Lichtquelleneinheit 2, die mit den Lichtquellen 5 bestückt sind. Die Leiterplatte 20 ist starr ausgebildet. Die Lichtquellen 5 sind auf einer in Hauptabstrahlrichtung H des Scheinwerfers 1 weisenden Flachseite der Leiterplatte 20 angeordnet.
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Der Umgebungskörper 7 bzw. die Halbschalen 12, 12' weisen eine solche axiale Länge auf, dass die Linsen 6 in einem vorgegebenen axialen Abstand zueinander sowie die Lichtquelleneinheit 2 in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sein können. In einem hinteren Endbereich 21 des Umgebungskörpers 7 ist die Lichtquelleneinheit 2 fixiert angeordnet, wobei ein hinteres Stirnende des Umgebungskörpers 7 durch die Leiterplatte 20 verschlossen ist. In einem vorderen Endbereich 22 ist eine vordere Linse 6 fixiert angeordnet, so dass ein vorderes Stirnende des Umgebungskörpers 7 verschlossen ist. Da die Wandungen 13, 13' der Halbschalen 12, 12' durchgehend, d. h. frei von Öffnungen sind, ist der Umgebungskörper 7 auf diese Weise verschlossen angeordnet, insbesondere lichtdicht und staubdicht. Unerwünschter Staub kann in den Innenraum des Umgebungskörpers 7 nicht eindringen.
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Neben der vorderen Linse 6 ist eine mittlere Linse 6' und eine hintere Linse 6" in der gleichen Weise durch Andrücken des Randes 17 gegen die Anschlagfläche 14 mittels des vorgespannten Federelementes 15 sicher gehalten.
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Die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' sind durch nicht dargestellte Befestigungsmittel lösbar miteinander verbunden, so dass der Umgebungskörper in der Montagestellung rohrförmig und umfangsseitig lichtdicht ausgebildet ist. Die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' kann beispielsweise durch Verklemmen, Verschrauben oder durch Verrasten miteinander verbunden sein.
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Die Federelemente 15 bestehen vorzugsweise aus einem Metallmaterial. Beispielsweise können die Federelemente 15 als Federblechelemente ausgebildet sein. Die Federelemente 15 sind vorzugsweise als Einlegeelemente ausgebildet, die jeweils in eine vorzugsweise schlitzförmige Aufnahme 23 der Halbschalen 12, 12' eingelegt sind. Die schlitzförmigen Aufnahmen 23 können beispielsweise als Taschen ausgebildet sein, in die die Federelemente 15 mit ihrem geraden Basisabschnitt 24 eingesetzt werden können, während ein gebogener Federabschnitt 25 des Federelementes 15 radial nach innen abragt zum Hinterfassen der Linsen 6, 6', 6".
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Die schlitzförmigen Aufnahmen 23 können in Umfangsrichtung U verteilt angeordnet sein, beispielsweise in Umfangsrichtung U vier schlitzförmige Aufnahmen 23 in den jeweiligen Befestigungsbereichen angeordnet. Hierdurch ist eine lagesichere Positionierung der Linsen 6, 6', 6" bzw. der Lichtquelleneinheit 2 gewährleistet. Die schlitzförmigen Aufnahmen 23 der den Linsen 6, 6', 6" zugeordneten Federelemente 15 verlaufen in axialer Richtung, wobei eine Hauptkomponente der durch die Federelemente 15 erzeugten Federkraft in axialer Richtung gewährleistet ist. Wenn eine Hauptkomponente der Federkraft in radialer Richtung verlaufen soll, verläuft die schlitzförmige Aufnahme 23' in radialer Richtung, so wie es zur Halterung der Leiterplatte 20 vorgesehen ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die schlitzförmigen Aufnahmen 23, 23' jeweils in einem Scheitelbereich 26 der Halbschalen 12, 12' und in einem freien Endbereich 27 der Halbschalen 12, 12' angeordnet, wobei das dem freien Endbereich 27 zugeordnete Federelement 15 teilweise in der schlitzförmigen Aufnahme 23 der ersten Halbschale 12 und der zweiten Halbschale 12' eingesetzt ist.
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In dem hinteren Endbereich 21 des Umgebungskörpers 7 weist derselbe nach außen abragende Befestigungsflansche 28 auf, so dass der Umgebungskörper 7 über nicht dargestellte Befestigungsmittel an dem Gehäuse 10 des Scheinwerfers 1 fixiert werden kann. Beispielsweise können als Befestigungsmittel Schraubbolzen vorgesehen sein, die in entsprechende Bohrungen 29 des Befestigungsflansches 28 eingreifen.
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Der Umgebungskörper 7 bzw. die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' bestehen nach einer ersten Ausführungsform jeweils aus einem Kunststoffmaterial 30 sowie einem wärmeausdehnungsmindernden Zusatzmaterial 31. Das Kunststoffmaterial 30 ist als ein vorzugsweise amorpher thermoplastischer Kunststoff ausgebildet.
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Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann statt des thermoplastischen Kunststoffmaterials ein duroplastisches Kunststoffmaterial oder ein Verbundkunststoff verwendet werden, dem jeweils die im folgenden beschriebenen wärmeausdehnungsmindernden Zusatzmaterialien zugesetzt sind.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das wärmeausdehnungsmindernde Zusatzmaterial 31 als ein Fasermaterial ausgebildet, das vorzugsweise als Glasfasermaterial ausgebildet ist. Alternativ kann das Zusatzmaterial beispielsweise als Kohlefasern, Hanffasern oder Cellulosefasern ausgeführt sein.
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Vorzugsweise ist das wärmeausdehnungsmindernde Zusatzmaterial isotrop ausgebildet. Isotrope Form oder isotrope Ausdehnung haben beispielsweise Minerale, Glaskugeln, Glasmehl, organisch basierte, aus nachwachsenden Rohstoffen bestehende Materialien wie gemahlene Schalen, Kerne etc.
Vorteilhaft liegt bei diesen Materialien eine Isotropie bezüglich Schwindung und Wärmeausdehnung vor.
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Die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' werden mittels des gleichen Werkzeugs spritzgegossen, wobei durch ein längsseitiges Anspritzen in dem Formraum die Glasfaser 32 des Glasfasermaterials in Axialrichtung der jeweiligen Halbschalen 12, 12' orientiert angeordnet werden. Die Glasfasern 32 sind von dem Kunststoffmaterial umgeben. Die Mehrzahl von Glasfasern 32 bilden zusammen das Fasermaterial 31, dessen Masseanteil 35 % bis 75 % der Gesamtmasse des aus dem Kunststoffmaterial 30 und dem Fasermaterial 31 bestehenden Verbundmaterials beträgt.
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Ein linearer Wärmeausdehnungsquotient α der hergestellten Halbschalen 12, 12' bzw. des Umgebungskörpers 7 in Axialrichtung desselben liegt in einem Bereich zwischen 10 × 10-6/K und 40 × 10-6/K. Das fasergefüllte Kunststoffmaterial des Umgebungskörpers 7 hat anisotrope thermische Ausdehnungen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient in Querrichtung des Umgebungskörpers 7 mindestens zweimal so groß ist wie der lineare Wärmeausdehnungsquotient α in Axialrichtung.
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Durch das wärmeausdehnungsmindernde Fasermaterial 31 lässt somit die Wärmeausdehnung reduzieren auf ein Niveau, das für Metalle gilt.
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Alternativ kann bei Ausführung als duroplastischer Kunststoff statt thermoplastischen Kunststoffs der Füllstoffmasseanteil 35 % bis 90 % der Gesamtmasse des aus dem Kunststoffmaterial und dem Fasermaterial bestehenden Verbundmaterials betragen.
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Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung können als wärmeausdehnungsminderndes Zusatzmaterial 31 (Füllstoffe) statt des Fasermaterials beispielsweise Minerale, Glaskugeln, Glasmehl und/oder organisch basierte, aus nachwachsenden Rohstoffen bestehende Materialien wie beispielsweise gemahlene Schalen, Kerne eingesetzt werden.
Der Masseanteil des Zusatzmaterials beträgt ebenfalls 35 % bis 90 % der Gesamtmasse des aus dem Zusatzmaterial und des Kunststoffmaterials 30 gebildeten Verbundmaterials. Der lineare Wärmeausdehnungsquotient α des so gebildeten Umgebungskörpers 7 in axialer Richtung liegt ebenfalls im Bereich zwischen 10 × 10-6/K und 40 × 10-6/K.
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Die Montage des Leuchtmoduls 8 erfolgt in folgender Weise:
- Die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' werden durch Spritzgießen hergestellt. Vorzugsweise mittels eines Roboters werden die Federelemente 15 in die ausgeformten schlitzförmigen Aufnahmen 23, 23' eingesetzt und arretiert. Die erste Halbschale 12 wird bereitgestellt, wobei der Scheitelbereich 26 unten und die freien Enden nach oben zeigen. Nachfolgend werden die Linsen 6, 6', 6" und die Leiterplatte 20 mit den Lichtquellen 5 in die erste Halbschale 12 eingelegt, wobei sie durch die entsprechenden Federelemente 15 gegen die Anschlagfläche 14 gedrückt werden. Die erste Halbschale 12 wird sowohl an dem Scheitelbereich 26 als auch in dem Endbereich mit Federelementen 15 bestückt, während die zweite Halbschale 12' lediglich im Scheitelbereich 26 mit Federelementen 15 bestückt wird. Nachfolgend wird die zweite Halbschale 12' von oben aufgesetzt, wobei ein nach oben gerichteter Rand 17, 18 der Linsen 6, 6', 6" bzw. Leiterplatte 20 auf die Anschlagfläche 14 mittels der Federelemente 15 der zweiten Halbschale 12' gedrückt wird.
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Die erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12' werden über die nicht dargestellte Befestigungsmittel lösbar miteinander verbunden. Abschließend wird der durch die zusammengefügte erste Halbschale 12 und die zweite Halbschale 12 gebildete Umgebungskörper 7 über die Befestigungsmittel an dem Gehäuse 10 fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheinwerfer/Beleuchtungsvorrichtung
- 2
- Lichtquelleneinheit
- 3
- Optikeinheit
- 4
- Ansteuereinheit
- 5
- Lichtquellen
- 6,6',6"
- Linsen
- 7
- Halteanordnung
- 8
- Leuchtmodul
- 10
- Gehäuse
- 11
- Abdeckscheibe
- 12,12'
- Halbschalen
- 13,13'
- Wandung
- 14
- Anschlagfläche
- 15
- Federelemente
- 16
- Ring
- 17
- Rand
- 18
- Rand
- 20
- Leiterplatte
- 21
- hinterer Endbereich
- 22
- vorderer Endbereich
- 23,23'
- schlitzförmige Aufnahme
- 24
- Basisabschnitt
- 25
- Federabschnitt
- 26
- Scheitelbereich
- 27
- freier Endbereich
- 28
- Befestigungsflansch
- 29
- Bohrungen
- 30
- Kunststoffmaterial
- 31
- Zusatzmaterial
- 32
- Glasfasern
- A
- Achse
- U
- Umfangsrichtung
- H
- Hauptabstrahlrichtung
- α
- Wärmeausdehnungsquotient
