-
Die Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem zum Verringern der Kondensation in geschlossenen Lampengehäusen, insbesondere betrifft die Erfindung ein wasserdampfdurchlässiges Entlüftungsteil und ein Verfahren zum Platzieren des Entlüftungsteils in, an oder einstückig mit dem Gehäuse, um Kondensation innerhalb des Gehäuses zu verringern und den Eintritt von flüssigem Wasser oder anderem Fremdmaterial zu unterbinden oder zu minimieren.
-
Derzeitige Fahrzeugscheinwerfer, Bremsleuchten, Fahrtleuchten, Blinkerlampen, Zusatzlampen sowie Parkleuchten (die im Folgenden aus Zweckmäßigkeitsgründen gemeinsam als ”Lampen” oder ”Fahrzeugleuchten” bezeichnet werden) besitzen typischerweise in einem geschlossenen Gehäuse der Lampe eingeschlossen eine Glühbirne, oder ein anderes Leuchtmittel, nicht nur wegen des ästhetischen Erscheinungsbilds, sondern auch zu dem Zweck, Wasser, Schmutz, Öle und dergleichen von der Birne, den reflektierenden Flächen und den Licht durchlässigen Flächen der Lampe fernzuhalten.
-
Derartige Lampen sind z. B. aus der Patentanmeldung
DE-A-2126123 bekannt. Allerdings kommt es häufig vor, dass während des Einsatzes der Glühbirne oder des anderen Leuchtmittels nach wiederholter thermischer Belastung aufgrund von Änderungen in der Umgebung oder als Ergebnis des Fahrzeugbetriebs Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses kondensiert und die Lichtabgabe durch die Lampe verhindert.
-
Es wurden unterschiedliche Entlüftungskonzepte sowie Trocknungsmittel-Anordnungen im Stand der Technik dazu benutzt, die Auswirkungen des Kondensat-Aufbaus in geschlossenen Lampengehäusen zu minimieren.
-
Beispielsweise besitzen einige herkömmliche Fahrzeuglampen ein umschlossenes Gehäuse mit einem Trocknungsmittel zum Verhindern von Beschlag an den Innenwänden der Lampe oder dessen Reflektor. Das Trocknungsmittel absorbiert Wasserdampf, das bei ausgeschalteter Lampe in das Gehäuse eindringt. Wird die Lampe eingeschaltet, trocknet die durch die Glühbirne erzeugte Wärme die Luft und das Trocknungsmittel und regeneriert damit das Trocknungsmittel. Dies ist bei modernen LED-Leuchten weniger der Fall, da eine geringere Wärmeabgabe entsteht. Das Trocknungsmittel hat typischerweise die Form von gehäuftem oder verpacktem Kieselerdegel oder einem ähnlichen Werkstoff.
-
Obschon diese Art von verpacktem Trocknungsmittel unter einigen Bedingungen eine angemessene Adsorption von Feuchtigkeit ermöglicht und durch die von der Glühbirne erzeugte Hitze regeneriert werden kann, wurde bei diesen Arten von Systemen eine Reihe von Schwierigkeiten ausgemacht. Beispielsweise lässt sich die Trocknungsmittelpackung nicht so leicht innerhalb des Gehäuses unterbringen, häufig ist es erforderlich, dass ein spezielles Teilgehäuse innerhalb des Lampengehäuses geschaffen wird. Solche Teilgehäuse sind jedoch unerwünscht, da sie Platz benötigen und höhere Kosten verursachen. Darüber hinaus kann dieses Teilgehäuse für das verpackte Trocknungsmittel nicht den hohen Temperaturen widerstehen, die durch einige Glühbirnen entstehen, und dementsprechend muss das Trocknungsmittel in einer Mindestentfernung gegenüber der Hochtemperatur-Glühbirne angeordnet und/oder gegenüber der Glühbirne abgeschirmt werden.
-
Darüber hinaus bedeuten Trocknungsmittelanordnungen häufig signifikante Zusatzkosten bei den Beleuchtungssystemen, die vermieden werden sollen. Neue Vorgehensweisen, die die Teilekosten und die Komplexität verringern, werden von den Herstellern von Fahrzeuglampen laufend gesucht.
-
Entlüftungssysteme, die Kondensation vermindern, machen gemäß dem Stand der Technik häufig Gebrauch von gewissen Mitteln zum Steigern des Luftstroms durch das Lampengehäuse. Im Allgemeinen liegt die atmosphärische Luft außerhalb eines Lampengehäuses unter dem Wasserdampf-Sättigungspunkt, und die durch das Gehäuse strömende Luft hat die Fähigkeit, Kondensation aus dem Lampengehäuse dadurch zu entfernen, das Wasserdampf aus dem Gehäuse ausgetrieben wird. Entlüftungssysteme mit derartigen Mitteln zur Kondensatreduzierung besitzen im Allgemeinen Entlüftungsöffnungen an mehr als einer Stelle, zum Beispiel an mindestens zwei Stellen.
-
Häufig befinden sich die Öffnungen an Stellen, an denen der Luftstrom an der Entlüftungsöffnung vorbei die Luftströmung durch die Öffnungen hindurch steigert. Die Stellen für diese Entlüftungssysteme können Gegenstand wichtiger Überlegungen sein. Allerdings haben diese Entlüftungssysteme, die ein Mittel zum Steigern des Luftstroms durch das Lampengehäuse darstellen, häufig einen negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Lampe. Insbesondere schaffen solche Lüftungssysteme häufig eine Möglichkeit für Fremdstoffe und flüssiges Wasser, in das Fahrzeug-Beleuchtungssystem einzudringen.
-
Es wurden außerdem Entlüftungen in geschlossenen Gehäusen verwendet, um einen Druckaufbau aufgrund von Änderungen in den Umgebungsbedingungen abzumildern (z. B. dann, wenn die Glühbirne oder die Glühbirnen eingeschaltet werden, bei Änderungen der Außentemperatur und dergleichen), während der Eintritt von Wasser und Schmutz in geschlossene Lampengehäuse minimiert wird. Beispielsweise werden üblicherweise Entlüftungen zum Druckabbau bei Lampen verwendet, die mikroporöse Werkstoffe enthalten wie z. B. Membranen aus expandiertem PTFE, die sich als sehr wirksames Mittel beim Verhindern des Eintritts von flüssigem Wasser und des Eintritts von Fremdmaterial in die Lampengehäuse erwiesen haben.
-
Für das Verhindern des Eintritts von flüssigem Wasser ist dabei die Qualität der Membran und deren exakte Verarbeitung von höchster Bedeutung. Zur Herstellung der Membran wird dabei zunächst ein Rohling, meist auf PTFE(Polytetrafluorethylen)-Basis bereitgestellt und mit einer zentralen Arretierungsbohrung versehen, die auch als Zentrum bezeichnet wird. Mit diesem Zentrum wird der Rohling in dem Werkzeug, der Prägeform, zentriert.
-
Problemtisch an dieser zentralen Arretierungsbohrung ist dabei, dass deren Lagen und Form sich nicht verändern darf, um eine exakte Formgebung der Membran und deren spätere exakte Arretierung sicherzustellen. Für ein Umformen des Rohlings wird dieser zunächst erhitzt und dann in einer Prägevorrichtung in die gewünschte Form gebracht. Dabei kann es passieren, dass das Zentrum seine äußere Form verliert, in dem es sich beispielsweise in einer Richtung vergrößert oder seine relative Position innerhalb des Rohlings ändert.
-
Gemäß dem Stand der Technik kann somit nicht sichergestellt werden, dass die zentrale Arretierungsbohrung vor dem Prägen der Arretierungsbohrung nach dem Prägen entspricht.
-
Dies ist deshalb problematisch, da der geprägte Rohling abschließend zurechtgeschnitten werden muss. Da die zentrale Arretierungsbohrung jedoch nach dem Prägen in ihren Maßen und ihrer Lage immer nicht immer an derselben Stelle liegt, sind enge Form- und Lagetoleranzen nicht garantiert einhaltbar, was die Qualität der Membran stark negativ beeinträchtigen kann oder einen hohen manuellen Nachbearbeitungsaufwand bedarf. Zudem kann die zentrale Arretierungsbohrung, wenn sie denn nicht mehr zentral ist oder nicht mehr ihrer gewünschten Formgebung entspricht, keiner exakten Zentrierung der Membran dienen.
-
Es ist daher ein Verfahren zum Herstellen einer Membran umfassend die folgenden Schritte bekannt, wobei zunächst ein Bereitstellen eines Rohlings auf Polytetrafluorethylen-(PTFE-)Basis erfolgt, dieser anschließend in einer Prägeform zum Erzeugen der Membran geprägt wird und abschließend eine zentrale Aussparung in der Membran nach dem Prägen erzeugt wird.
-
Unter dem Begriff ”PTFE-Basis” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung PTFE (Polytetrafluorethylen), modifiziertes Tetrafluorethylen (TFM), Fluorethylen-Polymer (FEP), Perfluoralkylvinylether-Tetraethylen-Copolymer (PFA), oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) verstanden.
-
Membranen aus PTFE-Basismaterial sind handelsüblich. Sie werden aus einer Folie gefertigt, die bei Temperaturen bis00°C in die gewünschte Form gepresst werden.
-
Unter dem Begriff ”Membran” soll erfindungsgemäß des weiteren auch immer eine einzelne Membranlage einer Mehrschichtmembran verstanden werden können, so dass die Begriffe ”Membran” und ”Membranlage” synonym verstanden werden sollen. Jedoch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bevorzugt eine Membran als solche hergestellt werden.
-
Erfindungsgemäß können dabei wir ausgeführt mit dem vorliegenden Verfahren besonders die PTFE-Lagen einer Mehrschichtmembran hergestellt werden, die im Form einer Sandwichbauart eine dazwischen angeordnete Membranlage umschließen, wobei die drei Lagen mittels einer Membranhalteschraube und einer Klemmschraube miteinander verbunden sind.
-
Dem Verfahren liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die zentrale Aussparung bzw. das Zentrum erst nach dem Umformen der Membran erzeugt wird. Dies führt dazu, dass sich die Position und die Ausformung des Zentrums nicht mehr verändert, sondern exakt festgelegt werden kann. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein nachfolgendes Freischneiden präzise erfolgen kann, da das Zentrum zum exakten Fixieren der erzeugten Membran verwendet werden kann.
-
Das erfindungsgemäße exakte Festlegen der Position einer zentralen Aussparung innerhalb einer Membran ermöglich die weitere mechanische Bearbeitung der Membran bei sehr engen Toleranzen. Dies kann auch teilautomatisiert oder vollautomatisiert erfolgen, da die äußeren Maße der Membran vorab festgelegt sind und deren Position relativ zu den nachfolgenden Freilegevorrichtung eindeutig mittels der zentralen Aussparung feststeht. Somit wird sowohl die Qualität der erzeugten Membrane verbessert als auch die Kosten der Herstellung reduziert.
-
Zudem entsteht weniger Ausschuss, was zur weiteren Kostensenkung beiträgt.
-
Es kann dabei besonders vorteilhaft sein, dass der letzte erst nach einem Abkühlen des zur Membran geformten Rohlings erfolgt, so dass sich die Membran zum Zeitpunkt des Erzeugens der Aussparung in einem festen Zustand befindet.
-
Für ein Umformen des Rohlings wird dieser zumeist erhitzt, im Falle von PTFE beispielsweise auf eine Temperatur von über 230°, um die Umformung optimal vornehmen zu können. Wird die zentrale Aussparung erzeugt, während die Membran noch oberhalb der Umformtemperatur ist, so kann dies die äußere Ausformung der Aussparung negativ beeinflussen. Nur in der wieder erstarten Form der erzeugten Membran bei niedrigeren Temperaturen lässt sich die Aussparung präzise herstellen.
-
Auch kann es vorgesehen sein, dass die Rückseite der Membran durch die Prägung abschnittsweise nach außen gezogen ist.
-
Membrane können mit dem erfindungsgemäßem Verfahren in unterschiedlichen Ausgestaltungen erzeugt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Membrane mit einem um das Zentrum herum kreisförmig ausgebildeten Bereich, der räumlich in der vertikalen versetzt zu den äußeren Bereichen vorliegt, eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung darstellt.
-
Es hat sich gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Aussparung in der Membran durch Bohren und/oder Stanzen erzeugt wird.
-
Selbstverständlich sind auch weitere technische Möglichkeiten denkbar und dem Fachmann geläufig, wie eine Aussparung in der Membran erzeugt werden, wie z. B. Fräsen. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Prägeform einen Stempel umfasst, um nach dem Prägen im letzten Schritt die Aussparung in einem nachfolgenden Schritt zu Stanzen.
-
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Vorgang des Erzeugens der Aussparung mit dem Prägewerkzeug kombiniert vorgenommen werden kann. Dabei ist es natürlich weiterhin bevorzugt, dass zunächst die Umformung vorgenommen wird und erst anschließend die Aussparung erzeugt wird. Jedoch liegt einer der Vorteile in dem gemeinsamen Bereitstellen der Präge- und Stanzfunktion in einem Werkzeug darin, dass, neben der Zeitersparnis, die umgeformte Membran von dem Prägewerkzeug in Position gehalten werden kann, bis die Aussparung erzeugt ist. Somit ist die Position der Aussparung exakt an der dafür vorgesehenen Stelle platzierbar, ohne dass es eines Ausrichtungsschrittes bedarf, der ggf. für sich wiederum fehleranfällig ist.
-
Auch kann es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorteilhaft sein, vor dem zweiten Schritt ein Erwärmen des Rohlings auf eine Prägetemperatur, insbesondere auf einer Temperatur größer gleich 230°C.
-
Wie bereits ausgeführt, ist es für ein langzeitstabiles Umformen von PTFE-Rohlingen sinnvoll, diese auf eine Temperatur größer oder gleich 230°C, bevorzugt von größer oder gleich 260°C, und insbesondere nicht höher als 330°C bzw. bevorzugt 300°C zu erhitzen.
-
Dabei kann es zudem vorgesehen sein, dass in in dem Verfahren abschließend ein Zuschneiden der geprägten Membran in die gewünschte Endform.
-
Während dem Prägen des Rohlings zur Membran entsteht an den äußeren Rändern in der Regel ein Überstand, der abschließend entfernt und die Membran in die gewünschte Form gebracht werden muss. Durch die erfindungsgemäße exakte Anordnung der Aussparung in der Membran kann diese äußere Formgebung präzise und insbesondere auch automatisiert erfolgen, in dem die Aussparung beispielsweise verwendet wird, die Membran auf einem Zentrierelement wie einem Zentrierstift anzuordnen. Es ist somit besonders vorteilhaft, wenn die Membran in Schritt f) mittels der erzeugten Aussparung zentriert und fixiert wird.
-
Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Rohling keine zentrale Aussparung in seiner Mitte aufweist, insbesondere keine zentrale Aussparung, die für eine Zentrierung oder Fixierung des Rohlings geeignet ist.
-
Der Verzicht auf vorherige Aussparungen ermöglicht das präzise setzen derselben nach der Umformung.
-
Mikroporöse Materialen werden in zahlreichen Konfigurationen vertrieben. Beispielsweise sind mikroporöse Materialien mit Kunststoffgehäusen verfügbar, die das Material vor Beschädigung und Verunreinigung und gleichzeitig die Anbringung vereinfachen. Einige mikroporöse Materialien werden mit gewebten Stoffen und/oder Fliesstoffen geliefert, die einen Schutz für das mikroporöse Material darstellen. Mikroporöse Materialien mit oder ohne Stoffträger sind zu Produkten verarbeitet worden, die Klebstoffe beinhalten, deren Zweck es ist, das Produkt an einem Gerät zu befestigen, welches entlüftet wird.
-
Herkömmliche mikroporöse Entlüftungsprodukte, die für Anwendungen bei Kraftfahrzeugbeleuchtungen entwickelt wurden, haben sich auf Druckentlastung, einfache Anbringung, Haltbarkeit, Ausschluss von flüssigen Wasser und Fremdmaterialien und dergleichen konzentriert. Die herkömmlichen Entwurfsanforderungen für den mikroporösen Entlüftungsbereich basierend auf dem Erhalt von niedrigen Drücken innerhalb des Lampengehäuses bei der normalen Wärmebelastung der Lampe. Die Entlüftungsfläche von mikroporösen Entlüftungen wurde basierend auf dem Luftstrom des mikroporösen Entlüftungsmaterials und der Volumenänderung der Luft in der Lampe aufgrund der thermischen Belastung entwickelt.
-
Ein bedeutendes Problem bei dem Einsatz von mikroporösen Entlüftungen besteht darin, dass die verfügbaren Entlüftungskonfigurationen die Kondensation nicht wirksam beseitigen. Es ist üblich, im Stand der Technik Verweise zu finden, die kleine Entlüftungslöcher für poröse Entlüftungsmaterialien empfehlen. Die Öffnung sollte allerdings nicht zu groß sein, oder die Durchlässigkeit verrate der Feuchtigkeit durch die Dichtung wird in nicht akzeptierbarer Weise groß. Die Produktentwürfe aus mikroporösen Material werden bezüglich Kondensationsleistung dadurch getestet, dass die Lampen- und Entlüftungsanordnungen unterschiedlichen Kombinationen von Temperatur und Feuchtigkeit ausgesetzt werden. Diese Tests dienen dazu, festzustellen, wie gut die mikroporösen Entlüftungsprodukte bezüglich der Kondensationsbildung und -beseitigung arbeiten.
-
Allerdings wurde noch nicht die Lehre vermittelt, dass Kondensation innerhalb oder im Verein mit dem Gehäuse verringert werden und vorzugsweise eliminiert werden kann, indem man eine Kondensationsentlüftung schafft, die aus einem wasserdampfdurchlässigen Material mit einer diesbezüglich spezifischen Oberfläche und spezifischen Abmessungen sowie Zusammensetzungen besteht. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet ”wasserdampfdurchlässig” ein Material oder ein System, das den Durchgang von Wasserdampf durch das Materialsystem ermöglicht.
-
Bislang gibt es also kein zufriedenstellendes System zur Verringerung von Kondensation in geschlossenen Fahrzeuglampengehäusen, welches die Vorteile nicht nur des Beseitigens oder des Reduzierens von Flüssigwasser-Eintritt und des Eintritts anderer Fremdstoffe vereint, sondern außerdem die Ausbildung von Kondensation innerhalb eines Lampengehäuses minimiert oder ausschaltet.
-
Das
US-Patent 4 194 041 beschreibt ein wasserdampfdurchlässiges Material für den Einsatz in Bekleidungsstücken, umfassend ein hydrophobes Material mit einer darauf befindlichen hydrophilen Schicht, wobei beide Schichten mikroporös sind. Es gibt keinen Vorschlag, das Material in anderen Produkten als in Kleidungsstücken einzusetzen.
-
Es gibt also einen lange anhaltenden Bedarf im Stand der Technik an einem System zum raschen Beseitigen und Reduzieren des Kondensationsaufbaus in Fahrzeuglampen. Offenbarung der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Verringern oder Beseitigen der Kondensation innerhalb geschlossener Gehäuse von Fahrzeuglampen, beispielsweise Lampen von Kraftfahrzeugen, Lastfahrzeugen, Motorrädern und Boten. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung für andere Beleuchtungsanwendungen, bei denen die Kondensation im Inneren eines Lampengehäuses möglicherweise abträglichen Einfluss auf nicht nur die Lichtabgabe hat, sondern auch auf andere Eigenschaften, beispielsweise das ansprechende Erscheinungsbild der Lampe, die Lebensdauer der Glühbirne, der Funktionstüchtigkeit der reflektierenden Flächen und dergleichen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Entlüftungssystem zum Verringern der Kondensation in einem Fahrzeug-Frontscheinwerfer geschaffen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung schafft ein Entlüftungssystem für eine Fahrzeug-Rückleuchte. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Im Allgemeinen liegt der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre unterhalb des Wasserdampf-Sättigungspunkts. Die ungesättigte atmosphärische Gegebenheit ermöglicht dem Wasserdampf, aus dem Inneren der Lampe zu deren Außenbereich hin zu diffundieren, wenn sich innerhalb der Lampe flüssiges
-
Wasser oder Kondensat befindet. Der Mechanismus bei dem Wasserdampfstrom ist die Fusion durch ein wasserdampfdurchlässiges Material, umfassend eine Membran aus expandiertem PTFE mit einer darauf befindlichen Urethanbeschichtung. Wasserdampf kann sich frei in das und aus dem Lampengehäuse mittels eines Diffusionsmechanismus bewegen. Es wurde erkannt, dass Kondensation sich ausbilden kann, wenn ein Lampengehäuse abkühlt. Die Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsbeseitigung aus dem Lampengehäuse hängt ab von den atmosphärischen Bedingungen außerhalb der Lampe und auch von dem Entwurf und den Werkstoffen, die für die Ausgestaltung der Kondensationsentlüftung maßgeblich sind. Aus dieser Kombination von Parametern lässt sich ein Kondensations-Entlüftungssystem zur Beseitigung von Wasserdampf aus einer Fahrzeuglampe innerhalb einer spezifizierten Zeitspanne für eine spezifizierte Umgebungsbedingung gestalten, während der Eintritt von Wasser und anderer Verunreinigungen in das Gehäuse gebremst wird (d. h. ein Schutz hiergegen erreicht wird).
-
Die Größe der wasserdampfdurchlässigen Fläche der Kondensations-Entlüftung, die man benötigt, um Wasserdampf rasch aus einem Lampengehäuse bei normalen Umgebungsbedingungen zu beseitigen, ist größer als die, die bei herkömmlichen Druckentlüftungssystemen vorgegeben wurde. Im Stand der Technik ist die Beziehung zwischen der Oberfläche der wasserdampfdurchlässigen Materialien, die eine Entlüftungsöffnung abdecken, und dem Wasserdampftransfer nicht erforscht als Mittel zum Reduzieren und Beseitigen von Kondensation aus Fahrzeuglampen. Hier bedeutet der Begriff ”Entlüftungsöffnung” die gesamte Querschnittsfläche von einer oder mehreren Öffnungen, die von dem wasserdampfdurchlässigen Material der Kondensationsentlüftung abgedeckt sind. Die Querschnittsfläche errechnet sich anhand der Fläche der Öffnung unmittelbar benachbart zu dem wasserdampfdurchlässigen Material. Die eine oder die mehreren, insbesondere mindestens zwei, Öffnungen können in jedem Teil des Lampengehäuses ausgebildet sein.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung, vorgesehen für den Einsatz bei Frontscheinwerfern, enthalten die neuen Kondensations-Entlüftungssysteme wasserdampfdurchlässige Materialien, die Entlüfungsöffnungs-Flächen von mehr als 132 mm2 abdecken, was die Beseitigung von Kondensation aus Fahrzeuglampen beschleunigt und gleichzeitig einen Schutz bietet gegenüber dem Eintritt von Fremdstoffen und flüssigem Wasser.
-
Die neuen optimierten Flächengrößen der wasserdampfdurchlässigen Materialien sowie der neuen Membranen ermöglichen somit ein rasches Beseitigen von Kondensation aus den Fahrzeuglampen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2126123 A [0003]
- US 4194041 [0041]