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Die Erfindung betrifft eine Leuchte
für Fahrzeuge,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge, mit einem Lichtleitelement enthaltend eine auf einer
ersten Längsseite
desselben angeordneten Lichtaustrittsfläche, eine auf einer der ersten
Längsseite
gegenüberliegenden
zweiten Längsseite
angeordneten Reflexionsfläche,
eine in einem Endbereich desselben angeordneten Lichteinkoppelfläche zum
Einkoppeln von Licht, mit einer im Endbereich desselben angeordneten
Umlenkfläche
zum Umlenken des Lichtes in Richtung der Reflexionsfläche der
zweiten Längsseite
und mit einer Lichtquelle zum Erzeugen von Licht, das in der Lichteinkoppelfläche des
Lichtleitelementes eingekoppelt wird.
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Aus der
DE 198 03 537 A1 ist eine
Leuchte für
Fahrzeuge mit einem Lichtleitelement bekannt, das auf einer der
Lichtquelle abgewandten ersten Längsseite
eine Lichtaustrittsfläche
aufweist, durch die das Lichtbündel
in Lichtaustrittsrichtung austritt. Auf einer zur ersten Längsseite
gegenüberliegenden zweiten
Längsseite,
an der die Lichtquelle angeordnet ist, ist eine aus einer Mehrzahl
von Prismen gebildete Reflexionsfläche ausgebildet, an der das
Lichtbündel
nach Umlenkung an einer in einem Endbereich des Lichtleitelementes
angeordneten Umlenkfläche
in Richtung der ersten Längsseite
totalreflektiert wird. Die Umlenkfläche ist in einem der Lichtquelle
zugeordneten Endbereich des Lichtleitelementes als verspiegelte
Fläche
angeordnet, damit das von der Lichtquelle in eine Lichteinkoppelfläche des
Lichtelementes eintretende Licht in Richtung der Reflexionsfläche totalreflektiert
wird. Nachteilig an der bekannten Leuchte ist, dass eine Mehrzahl
von verlustbehafteten Reflexionen des Lichtbündels innerhalb des Lichtleitelementes
erforderlich und die Verspiegelung einer Fläche notwendig sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Leuchte für
Fahrzeuge mit einem Lichtleitelement derart weiterzubilden, dass
mit geringem fertigungstechnischen Aufwand die Leuchtdichteverteilung
verbessert wird bzw. der von der Lichtquelle abgestrahlte Lichtstrom
besser ausgenutzt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die
Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Längsseite und/oder die zweite
Längsseite
derart geformt sind, dass das durch die Lichteinkoppelfläche eingekoppelte
Licht in mindestens zwei Teillichtbündel aufgeteilt wird, wobei
ein erstes Teillichtbündel nach
Totalreflexion an der Umlenkfläche
und anschließend
nach Totalreflexion an der Reflexionsfläche durch die Lichtaustrittsfläche aus
dem Lichtleitelement austritt und wobei ein zweites Teillichtbündel lediglich
unter Brechung an der ersten Längsseite und/oder
ein drittes Teillichtbündel
nach Totalreflexion an einer der Lichtquelle zugewandten Seite des Lichtleitelementes
durch die Lichtaustrittsfläche
aus dem Lichtleitelement austritt.
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Der besondere Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass durch die Formgebung eines Lichtleitelementes
mindestens zwei unterschiedliche Teillichtbündel generierbar sind, die
unter Führung
entlang eines unterschiedlichen Lichtweges innerhalb des Lichtleitelementes
an unterschiedlichen Abschnitten der Lichtaustrittsfläche unter
unterschiedlichen Winkeln abgestrahlt werden. Ein erstes Teillichtbündel wird
nach einer Totalreflexion an einer Umlenkfläche und einer zweiten Totalreflexion
an einer zweiten Längsseite
angeordneten Reflexionsfläche
durch die Lichtaustrittsfläche
abgestrahlt. Ein zweites Teillichtbündel verlässt die erste Längsseite
des Lichtleitelementes ohne Totalreflexion, und zwar lediglich unter Brechung
an der ersten Längsseite.
Alternativ kann auch ein drittes Teillichtbündel gebildet werden, dass lediglich
an einer einzigen Rand fläche
des Lichtleitelementes totalreflektiert wird, bevor es an der Lichtaustrittsfläche aus
dem Lichtleitelement austritt. Vorteilhaft können somit zum einen lichtbrechende und
zum anderen totalreflektierende Flächen des Lichtleitelementes
gebildet werden, so dass ein relativ großer Anteil des Lichtbündels für eine vorgegebene
Lichtverteilung genutzt werden kann. Hierdurch wird insbesondere
die Lichtausbeute verbessert.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wirkt das Lichtleitelement mit einem der ersten Längsseite
zugeordneten Reflektor zusammen, der die durch die erste Längsseite
austretenden Lichtbündel
entsprechend einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung in Lichtaustrittsrichtung reflektiert.
Dabei bildet das Lichtleitelement ein lichtsammelndes Element, das
das von der Lichtquelle eingespeiste Licht unter Vermeidung von
Lichtverlusten sammelt und mittels der an der ersten Längsseite angeordneten
Lichtaustrittsfläche
in Richtung des Reflektors abstrahlt. Dem Reflektor kommt die Funktion
zu, mittels seiner Reflektorflächen
die von dem Lichtleitelement abgestrahlten Teillichtbündel derart aufzunehmen,
dass eine optimierte Leuchtdichteverteilung für bestimmte Signalfunktionen
erzeugt wird. Zusätzlich
bietet der Reflektor aufgrund seiner größeren Fläche in Relation zu dem Lichtleitelement eine
vergrößerte ausgeleuchtete
Fläche
als Zusatz, die für
die Signalfunktion des Bremslichtes und/oder des Blinklichtes ausgenutzt
werden kann. Durch den Abstand des Reflektors zu dem Lichtleitelement
kann die Größe der ausgeleuchteten
Fläche
eingestellt werden. Vorteilhaft ermöglicht diese Ausführungsform,
dass zum einen die Lichtausbeute durch den lichtsammelnden Effekt
des Lichtleitelementes verbessert und zum anderen die Lichtverteilung
durch Vorsehen eines Reflektors optimiert werden kann. Dabei macht
sich die Erfindung zunutze, dass durch die Formgebung des Lichtleitelementes
die Teillichtbündel
unter einem unterschiedlichen Winkel in Richtung des Reflektors
abgestrahlt werden, so dass ein relativ großer und homogener Bereich der
Reflektorflächen
von dem gesamten Lichtbündel
erfasst wird. Hierdurch kann der Gradient der Leuchtdichteverteilung über den
Weg verringert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung
erstreckt sich der Reflektor kalottenförmig in einem Abstand zu der
ersten Längsseite
des Lichtleitelementes, so dass alle von der ersten Längsseite
emittierten Teillichtbündel
von Reflektorflächen
erfasst werden können.
Auf diese Weise kann die Lichtausbeute verbessert werden, ohne dass
ein maßgeblicher
Anteil des emittierten Lichtbündels
ungenutzt seitlich an dem Reflektor vorbei abgestrahlt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung
ist die Lichtaustrittsfläche
des Lichtleitelementes parabelförmig
ausgebildet und ermöglicht
eine Abstrahlung der Teillichtbündel
unter unterschiedlichen Winkeln. Alternativ kann die Lichtaustrittsfläche auch elipsoidförmig oder
als Freiformfläche
ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Steigung der Lichtaustrittsfläche bezogen
auf die Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle in einem vorderen
Bereich kleiner als in einem der Lichtquelle zugewandten hinteren
Bereich.
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Nach einer Alternative der Erfindung
weist das Lichtleitelement in einem hinteren Bereich desselben einen
zur Lichtquelle hin zugewandten Fortsatz auf, an dessen einer Randfläche ein
drittes Teillichtbündel
totalreflektiert in Richtung eines Lichtaustrittsabschnittes der
Lichtaustrittsfläche
im hinteren Bereich des Lichtleitelementes geleitet wird. Hierdurch
kann ein unter einem relativ großen Winkel zur Hauptabstrahlrichtung
der Lichtquelle abgestrahltes Lichtbündel für die Leuchtdichteverteilung
genutzt werden. Die Randfläche
ist unter einem spitzen Winkel, vorzugsweise kleiner als 70°, zu der
Hauptabstrahlachse der Licht- Lichtquelle
auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite des Lichtleitelementes
angeordnet.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend
anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Es zeigen:
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1:
Eine perspektivische Darstellung von gestuften, in einer gemeinsamen
horizontalen Ebene angeordneten Lichtleitelementen und einem oberhalb
der Lichtleitelemente angeordneten Reflektor,
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2:
eine perspektivische Darstellung eines Lichtleitelementes nach einer
ersten Ausführungsform,
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3:
einen Längsschnitt
durch das Lichtleitelement gemäß 2 mit Darstellung einer
Mehrzahl von in dem Lichtleitelement geführten Teillichtbündeln,
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4:
eine perspektivische Darstellung eines Lichtleitelements nach einer
zweiten Ausführungsform,
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5:
einen Längsschnitt
durch eine Leuchte mit einem Lichtleitelement gemäß 4 und einem Reflektor nach
der zweiten Ausführungsform der
Erfindung,
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6:
ein vergrößerter Teillängsschnitt
des Lichtleitelementes gemäß 5 mit geteilten Prismen
einer Reflexionsfläche
zur Reflexion von zwei unter unterschiedlichen Winkeln auftreffenden
Lichtbündeln,
die in paralleler Richtung der Lichtaustrittsrichtung reflektiert
werden,
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7:
eine vergrößerte Darstellung
eines Teilbereichs der Reflektorfläche gemäß 6 und
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9:
einen Längsschnitt
durch eine Leuchte mit einem Lichtleitelement und einem Reflektor nach
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 ist
eine Leuchte 1 mit einer Mehrzahl von in einer horizontalen
Ebene angeordneten Lichtleitelementen 2 und einem oberhalb
der Lichtleitelemente 2 angeordneten Reflektor 3 dargestellt. Der
Reflektor 3 besteht aus mehreren Teilreflektoren 4,
die jeweils den Lichtleitelementen 2 zugeordnet sind.
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Die Leuchte 1 kann als Signalleuchte
vorzugsweise für
die Erzeugung einer Bremslicht-, einer Schlusslicht-, einer Rückfahrlicht-
und/oder einer Blinklichtfunktion eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden.
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Wie besser aus 2 und 3 zu
ersehen ist, ist das Lichtleitelement 2 als relativ flacher
und langgestreckter Lichtleitkörper
ausgebildet. Eine dem Reflektor 3 zugewandte erste Längsseite 5 ist
parabelförmig
ausgebildet und weist mehrere Lichtaustrittsabschnitte 20, 22, 25 einer
von einem hinteren Endbereich 9 zu einem vorderen Endbereich 10 des Lichtleitelementes 2 verlaufenden
Lichtaustrittsfläche auf.
An einer der ersten Längsseite 5 gegenüberliegenden
zweiten Längsseite 11 des
Lichtleitelementes 2 ragt im hinteren Bereich 9 ein
Fortsatz 12 mit einer halbkugelförmigen Ausnehmung 13 ab,
in der eine Lichtquelle 14 formschlüssig positioniert ist. Die Lichtquelle 14 ist
als lichtemittierende Diode (LED) ausgebildet, wobei die Linse der
Leuchtdiode 14 formschlüssig
in der Ausnehmung 13 eingebettet ist. Alternativ kann der
Fortsatz 12 auch eine ebene Lichteintrittsfläche aufweisen.
Hierdurch wird die Herstellung des Lichtleitelementes 2 vereinfacht.
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Die Leuchtdiode 14 ist auf
einer nicht dargestellten Trägerplatte
angeordnet unter vertikaler Erstreckung einer Hauptabstrahlachse 15.
Das von der Lichtquelle 14 emittierte Lichtbündel wird
an der eine kugelförmige
Ausnehmung bildenden Lichteinkoppelfläche quasi ohne Brechung in
das Lichtleitelement 2 eingekoppelt. Ein erstes hauptabstahlachsennahes
vorderes Teillichtbündel 16 wird
an einer Umlenkfläche
(Umlenkflächenabschnitt) 17 der
ersten Längsseite 5 in
Lichtaustrittsrichtung 18 der Leuchte 1 totalreflektiert,
so dass das erste Teillichtbündel 16 darauffolgend
auf eine schräge
Reflexionsfläche 19 der
zweiten Längsseite 11 trifft.
Die Reflexionsfläche 19 weist
eine Mehrzahl von Prismenflächen
auf, so dass die reflektierten Strahlen im wesentlichen parallel
zur Hauptabstrahlachse 15 in Richtung der ersten Längsseite 5 bzw.
des Reflektors 3 reflektiert werden. Da die Lichtaustrittsfläche in dem
vorderen Bereich 10 relativ flach ausgebildet ist, tritt
das erste Teillichtbündel 16 aus
einem relativ breiten dritten Lichtaustrittsabschnitt 20 der
ersten Längsseite 5 ohne
starke Brechung aus, um dann an einer Fläche des Reflektors 3 entsprechend
einer vorgegebenen Lichtverteilung nach vorne hin umgelenkt zu werden.
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Ein zweites hauptabstrahlnahes hinteres Teillichtbündel 21,
trifft auf einen ersten Lichtaustrittsabschnitt 22 der
ersten Längsseite 5,
der sich im wesentlichen von einem Schnittpunkt zwischen der Hauptabstrahlachse 15 und
der ersten Längsseite 5 in
Richtung des hinteren Endes 9 des Lichtleitelementes 2 erstreckt.
Das zweite Teillichtbündel 21 wird dabei
lediglich unter Brechung in dem ersten Lichtaustrittsabschnitt 22 zu
dem Reflektor 3 abgestrahlt, wobei das zweite Teillichtbündel 21 im
wesentlichen auf andere Reflektorflächen des Reflektors 3 trifft
als das erste Teillichtbündel 16.
Das zweite Teillichtbündel 21 trifft
insbesondere auf einen hinteren Bereich des Reflektors 3,
während
das erste Teillichtbündel 16 auf
einen vorderen Bereich des Reflektors 3 trifft. Ein drittes
Teilleichtbündel 23 wird
in einem hauptabstrahlachsenfernen vorderen Bereich durch die Lichteinkoppelfläche 13 eingespeist
und an einer vorderen Randfläche 24 des
Fortsatzes 12 totalreflektiert. Anschließend trifft
das dritte Teillichtbündel 23 auf
einen zweiten Lichtaustrittsabschnitt 25 der ersten Längsseite 5,
von dem aus dasselbe in Richtung eines mittleren Bereiches 51 des
Reflektors 3 abgestrahlt wird.
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Wie aus 3 zu ersehen ist, strahlt der erste Lichtaustrittsabschnitt 22 das
zweite Teillichtbündel 21 im
wesentlichen in Richtung eines hinteren Bereiches des Reflektors 3 ab.
Der zweite Lichtaustrittsabschnitt 25 strahlt das dritte
Teillichtbündel 23 im wesentlichen
in Richtung des mittleren Abschnittes 51 des Reflektors 3 ab.
Der dritte Lichtaustrittsabschnitt 20 strahlt das erste
Teillichtbündel 16 im
wesentlichen in Richtung eines vorderen Abschnitts des Reflektors 3 ab.
Auf diese Weise wird jeder Abschnitt des Reflektors 3 von
einem Lichtbündel
erfasst und kann zur Ausbildung einer vorgegebenen Leuchtdichteverteilung
genutzt werden.
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Die Lichtaustrittsabschnitte 20, 22, 25 sind derart
ausgebildet, dass die Teillichtbündel 16, 21, 23, 26 auf
gemeinsame Flächenbereiche
des Reflektors 3 treffen. Insbesondere gibt es bei benachbarten Teillichtbündeln 16, 21, 23, 26 Überschneidungen, die
eine gute Ausleuchtung des Reflektors gewährleisten. Hierdurch kann die
Lichtausbeute weiter erhöht
werden.
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Ein viertes Teillichtbündel 26 wird
an einer sich nach vorne an den zweiten Lichtaustrittsabschnitt 25 anschließenden weiteren
Umlenkfläche 27 der
ersten Längsseite 5 totalreflektiert
und tritt an einem vorderen Ende 28 des Lichtleitelements 2 aus. Das
vierte Teillichtbündel 26 wird
somit direkt in Lichtaustritts richtung 18 abgestrahlt.
Gegebenenfalls kann bei einem kleinen Teil des Lichtbündels 26 eine nochmalige
Totalreflexion an der Reflexionsfläche 19 erfolgen.
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Die erste Längsseite 5 wird somit
ausgehend von einem hinteren Ende 9 durch einen ersten Lichtaustrittsabschnitt 22,
einer sich anschließenden Umlenkfläche 17,
einem sich an derselben anschließenden zweiten Lichtaustrittsabschnitt 25,
an demselben sich nach vorne anschließenden weiteren Umlenkfläche 27 und
einer sich an derselben nach vorne anschließenden dritten Lichtaustrittsabschnitt 20 gebildet,
wobei der erste Lichtaustrittsabschnitt 22 und die Umlenkfläche 17 einen
relativ steilen Parabelabschnitt und die weiteren Lichtaustrittsabschnitte 25 und 20 einen
relativ flachen Parabelabschnitt bilden.
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Nach einer zweiten Ausführungsform
einer Leuchte 32 gemäß 4 und 5 ist einem parabelförmigen Reflektor 33 eine
relativ kurzes, aber hohes Lichtleitelement 34 zugeordnet.
Diese Leuchte 32 ist insbesondere für kleinere Bautiefen vorgesehen.
Die Funktionsweise und der Aufbau des Lichtleitelementes 34 entsprechen
im wesentlichen dem des Lichtleitelementes 2 der ersten
Ausführungsform.
Gleiche Bau- oder Funktionsteile sind daher mit den gleichen Bezugsziffern
versehen. Der Unterschied des Lichtleitelementes 34 im
Vergleich zu dem Lichtleitelement 2 besteht insbesondere
darin, dass eine Reflexionsfläche 35 der
zweiten Längsseite 11 relativ
kurz und steil und glatt ausgebildet ist. Hierdurch kann das Lichtleitelement 34 einfacher
hergestellt werden. Insbesondere bei einstückiger Herstellung durch Spritzgießen von
mehreren nebeneinander angeordneten Lichtleitelementen 34 kann
der fertigungstechnische Aufwand reduziert werden.
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Im Unterschied zu der ersten Längsseite 5 des
Lichtleitelementes 2 ist eine erste Längsseite 36 des Lichtleitelementes 34 mit
einem Knick 37 versehen.
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Ein hinterer Abschnitt 38 der
ersten Längsseite 36 ist
parabelförmig
ausgebildet, während
ein vorderer Abschnitt 39 derselben eben mit quer verlaufenden
Optikelementen 40 ausgebildet. Die Optikelemente 40 können als
teilzylinderförmige
Flächen ausgebildet
sein, die sich in Querrichtung des Lichtleitelementes 34 erstrecken.
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Wie aus 6 und 7 zu
ersehen ist, kann die schräge
Reflexionsfläche 19 oder 35 als
geteilte Prismenfläche
mit einer ersten Prismenfläche 29 und
einer zweiten Prismenfläche 30 ausgebildet
sein. Die untere erste Prismenfläche 29 ist
auf einen Bereich 16' des
ersten Teillichtbündels 16 ausgerichtet,
der steiler auf die Reflexionsfläche 19 trifft
und diesen Teilbereich in vertikaler Richtung nach oben reflektiert.
Die obere zweite Prismenfläche 30 reflektiert
einen Bereich 16" des
ersten Teillichtbündels 16,
der unter einem flachen Winkel vorzugsweise horizontal auf die Prismenfläche 30 trifft,
vertikal nach oben, so dass das durch die erste Prismenfläche 29 und
die zweite Prismenfläche 30 reflektierte
erste Teillichtbündel 16 quasi
parallel in vertikaler Richtung nach oben reflektiert wird. Zwischen
den paarweise angeordneten ersten und zweiten Prismenflächen 29, 30 sind
Absätze 31 angeordnet,
die keine optische Wirkung haben. Die Absätze 31 verlaufen etwa
parallel zu dem Teillichtbündel 16', dass auf die
untere zweite Prismenfläche 30 trifft.
Der Winkelversatz zwischen der ersten Prismenfläche 29 und der zweiten
Prismenfläche 30 kann
in einem Bereich von 1 bis 5°, vorzugsweise
2°, liegen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform
gemäß 8 kann das Lichtleitelement
34 um eine vertikale Achse um 180° versetzt
angeordnet sein, so dass die Lichtquelle 14 und der Fortsatz 12 des
Lichtleitelementes 34 in einem vorderen Bereich 41 der Leuchte 42 angeordnet
ist. Bei einer solchen Ausführungsform
wird ein hinterer Bereich 43 eines Reflektors 44 von
dem ersten Teillichtbündel
16 erfasst, während ein
vorderer Bereich 45 des Reflektors 44 von dem
zweiten Teillichtbündel 21 bzw.
dritten Teillichtbündel 23 erfasst
wird. Das zweite Teillichtbündel 21 wird
jedoch im wesentlichen direkt von dem Lichtleitelement 34 abgestrahlt,
ohne dass es von der Reflektorfläche 45 erfasst
werden kann.
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Die Lichtleitelemente 2 und 34 weisen
jeweils an der zweiten Längsseite 11 Stützfüße 50 auf, mittels
derer sie auf einer nicht dargestellten Trägerplatte festgelegt werden.
Die Lichtleitelemente 2 und 34 können auch
gestuft in vertikaler Richtung angeordnet sein. Der Reflektor erstreckt
sich dann im wesentlichen in vertikaler Richtung unter Bildung von teilkreisförmigen Reflektorflächen.
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Die Leuchtdiode 14 kann
als Chip ausgebildet sein in Chip on Board- bzw. Chip on Frame-Technik.
Nach einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Lichtquelle (LED-Chip) an das Lichtleitelement 2 angespritzt
sein, insbesondere von der Lichteinkoppelfläche 13 umspritzt sein.