DE212019000443U1 - Ein Federelement umfassende Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (18), umfassend:
ein lichtemittierendes Modul (2);
ein optisches System, das eine erste Bezugsfläche (16) umfasst, wobei die erste Bezugsfläche (16) so gestaltet ist, dass sie das lichtemittierende Modul (2) aufnimmt; und
mindestens ein Federelement (20) zum Fixieren des lichtemittierenden Moduls (2) an dem optischen System in einer Klemmposition,
wobei das mindestens eine Federelement (20) einen ersten Federabschnitt (26) umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine Federkraft in einer ersten Raumrichtung (f1) hin zu der ersten Bezugsfläche (16) ausübt,
wobei das mindestens eine Federelement (20) ferner einen zweiten Federabschnitt (28) umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft (f2) ausübt, und
wobei die zweite Raumrichtung (f2) von der ersten Raumrichtung (f1) verschieden ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die ein lichtemittierendes Modul umfasst, das in einem optischen System, wie etwa einem Reflektorsystem, montiert ist, insbesondere auf dem Gebiet der Automobilbeleuchtung.
  • ALLGEMEINER TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Beleuchtungsvorrichtungen für Automobilanwendungen, wie etwa Automobilscheinwerfer oder -rückleuchten, umfassen typischerweise ein optisches System, wie etwa ein Reflektorsystem und/oder ein Linsensystem. Das optische System produziert eine spezifische Strahlform und ein spezifisches Beleuchtungsmuster, z.B. durch Bündeln und/oder Kollimieren des Lichtes, das von einem lichtemittierenden Modul emittiert wird.
  • Das lichtemittierende Modul ist als austauschbares Element in dem optischen System gestaltet, wobei das lichtemittierende Modul in dem optischen System auf lösbare Weise montiert wird. Das lichtemittierende Modul kann mittels Schrauben an dem optischen System fixiert werden oder kann alternativ dazu mit dem optischen System vernietet werden.
  • Für viele Anwendungen erfordert das Montieren des lichtemittierenden Moduls eine präzise Positionierung in Bezug auf das optische System, um sicherzustellen, dass die gewünschte Strahlform zuverlässig erhalten wird. Jedoch ist eine zuverlässige Montage und reproduzierbare Positionierung des lichtemittierenden Moduls mittels einer Gewindeverbindung, z.B. mittels Schrauben oder Muttern, schwierig. Die exakte Positionierung des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf das optische System kann entscheidend von dem Drehmoment abhängen, das aufgebracht wird, wenn die Gewindeverbindung fixiert wird, was zu einer möglichen Fehlausrichtung des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf das optische System führt.
  • Eine andere Schwierigkeit bei der Positionierung des lichtemittierenden Moduls wird durch thermische Effekte bewirkt. Die thermische Ausdehnung eines lichtemittierenden Moduls, das mittels einer Gewindeverbindung an einem oder mehreren Punkten fixiert ist, kann zu einer thermischen Verlagerung und/oder Verziehung des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf diese fixierten Punkte führen. Thermische Belastungen können auch aufgrund von Unterschieden in der thermischen Ausdehnung zwischen dem lichtemittierenden Modul und dem optischen System auftreten. Somit kann die Ausrichtung des lichtemittierenden Moduls und des optischen Systems unter Temperatureffekten leiden, wie etwa einer Erhitzung während des Betriebs der Beleuchtungsvorrichtung.
  • Im Stand der Technik wurden Versuche unternommen, lichtemittierende Elemente mittels Federkraft zu montieren.
  • WO 2013/072812 A1 betrifft eine Zugspannung bereitstellende Klemmen, die verwendet werden, um eine lichtemittierende Baugruppe an einem Submount anzubringen.
  • US 2017/0138550 A1 betrifft ein Leuchtdioden(LED)-Gehäuse zur Verwendung in einer Lampe, das eine Abdeckung umfasst, um elektrische Komponenten, die mit der LED verbindbar sind, zumindest zum Teil abzudecken. Die Abdeckung umfasst Vorsprünge, die federbelastet sein können, um von einem Gehäuse aufgenommen werden zu können.
  • Jedoch kann die Einrichtung zur Fixierung eines lichtemittierenden Moduls an einem optischen System noch weiter verbessert werden, insbesondere in Beleuchtungsvorrichtungen mit hohen Wärmelasten, wie etwa Automobil-Beleuchtungsvorrichtungen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung, die eine einfache und zuverlässige Montage eines lichtemittierenden Moduls in einem optischen System ermöglicht, wobei die Positionierung des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf das optische System gut definiert ist. Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch eine hohe thermische Stabilität der Positionierung bereitstellen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Fixieren eines lichtemittierenden Moduls an einem optischen System.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben, die umfasst: ein lichtemittierendes Modul; ein optisches System, das eine erste Bezugsfläche umfasst, wobei die erste Bezugsfläche so gestaltet ist, dass sie einen Ort für das lichtemittierende Modul bereitstellt; und mindestens ein Federelement zum Fixieren des lichtemittierenden Moduls an dem optischen System in einer Klemmposition, wobei das mindestens eine Federelement einen ersten Federabschnitt umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf die erste Bezugsfläche gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung ausübt, wobei das mindestens eine Federelement ferner einen zweiten Federabschnitt umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft ausübt, und wobei die zweite Raumrichtung von der ersten Raumrichtung verschieden ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fixieren eines lichtemittierenden Moduls an einem optischen System angegeben, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen des lichtemittierenden Moduls auf einer ersten Bezugsfläche des optischen Systems; Fixieren des lichtemittierenden Moduls an dem optischen System durch Bringen mindestens eines Federelements in eine Klemmposition, wobei ein erster Federabschnitt des mindestens einen Federelements in der Klemmposition eine auf die erste Bezugsfläche gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung ausübt, wobei ein zweiter Federabschnitt des mindestens einen Federelements in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft ausübt, und wobei die zweite Raumrichtung von der ersten Raumrichtung verschieden ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung können eine oder mehrere von den nachstehend beschriebenen Eigenschaften aufweisen.
  • Das lichtemittierende Modul kann mindestens ein lichtemittierendes Element umfassen, das auf einem Halbleiter basiert. Das mindestens eine lichtemittierende Element kann auf einem Trägermaterial, z.B. einer Wärmesenke, montiert sein. Das Trägermaterial kann zumindest abschnittsweise plan sein, wobei die plane Form so gestaltet sein kann, dass sie an der ersten Bezugsfläche des optischen Systems anliegt. Die erste Bezugsfläche kann ebenfalls abschnittsweise plan sein. Eine Leiterplatte, wie etwa eine gedruckte Schaltung, kann in dem lichtemittierenden Modul für einen elektrischen Kontakt bereitgestellt sein. Das lichtemittierende Modul kann eine lichtemittierende Fläche umfassen, die auf einer der ersten Bezugsfläche zugewandten oder von der ersten Bezugsfläche abgewandten Seite des lichtemittierenden Moduls angeordnet ist.
  • Das optische System kann primäre und sekundäre optische Elemente umfassen, um das Licht, das von dem lichtemittierenden Modul emittiert wird, zu einem Strahl mit einer vorgegebenen Strahlform und Intensitätsverteilung zu formen. Das optische System kann reflektive und/oder refraktive Elemente umfassen. Zum Beispiel kann das optische System ein Reflektorsystem umfassen, wie etwa eine reflektierende Schüssel, mindestens einen (Prä- )Kollimator, mindestens eine Linse und/oder mindestens einen Diffusor. Das optische System kann spezifisch für das lichtemittierende Modul ausgelegt sein, insofern, als ein spezifisches Emissionsprofil und eine spezifische Position des lichtemittierenden Moduls erforderlich sind, um eine gewünschte Strahlform zu erhalten.
  • Gemäß der Erfindung ist mindestens ein Federelement zum Fixieren des lichtemittierenden Moduls an dem optischen System bereitgestellt. Das mindestens eine Federelement kann in eine Klemmposition gebracht werden, in der das lichtemittierende Modul an dem optischen System fixiert ist, insbesondere so, dass eine lösbare Verbindung des lichtemittierenden Moduls und des optischen Systems mittels des mindestens einen Federelements erhalten wird. Das Federelement kann aus einem elastischen Material, zum Beispiel aus einem metallischen Material, gebildet sein. In manchen Ausführungsformen kann das Federelement aus einem Drahtmaterial gefertigt sein.
  • Das Federelement umfasst einen ersten Federabschnitt, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf die erste Bezugsfläche gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung ausübt. Durch Ausüben der Federkraft entlang der ersten Raumrichtung wird das lichtemittierende Modul gegen die erste Bezugsfläche des optischen Systems gedrängt, so dass das lichtemittierende Modul in der ersten Raumrichtung in eine definierte Position gebracht wird. Genauer kann die erste Bezugsfläche des optischen Systems, wie oben beschrieben, zumindest abschnittsweise plan sein, wobei die erste Raumrichtung von der zu der Ebene der ersten Bezugsfläche normalen Richtung definiert werden kann. Zum Beispiel kann die erste Raumrichtung mit der Orientierung einer lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Moduls im Wesentlichen übereinstimmen.
  • Ferner umfasst das mindestens eine Federelement einen zweiten Federabschnitt, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft ausübt. Daher bringt die Ausübung der auf die zweite Raumrichtung gerichteten Federkraft das lichtemittierende Modul in eine definierte Position in Bezug auf die zweite Raumrichtung, wobei die zweite Raumrichtung von der ersten Raumrichtung verschieden ist. Das heißt, das mindestens eine Federelement ist so gestaltet, dass es die Position des lichtemittierenden Moduls zu dem optischen System in der ersten und der zweiten Raumrichtung definiert, wobei die erste und die zweite Raumrichtung voneinander verschieden sind. Die erste und die zweite Raumrichtung bilden einen Winkel zueinander, der von 0° und 180° verschieden ist.
  • Im Vergleich zu Federelementen, die das lichtemittierende Element lediglich entlang einer einzigen Raumrichtung fixieren und die in anderen Raumrichtungen beispielsweise auf einen Kraftschluss angewiesen sind, nutzt somit das mindestens eine Federelement der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung vorteilhafterweise Federkräfte entlang von zwei Raumrichtungen, um das lichtemittierende Modul zuverlässig zu positionieren. Daher kann auf herkömmliche Fixiermittel, wie etwa Schrauben oder Nieten, in der Beleuchtungsvorrichtung verzichtet werden. Ferner wird die Position des lichtemittierenden Moduls entlang von mindestens zwei Raumrichtungen gesteuert, und daher können thermische Belastungen in der Beleuchtungsvorrichtung durch das Federelement kompensiert werden, wodurch es möglich ist, eine unerwünschte Verlagerung und/oder Verziehung des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf das optische System aufgrund von Temperaturänderungen zu minimieren oder sogar zu verhindern.
  • In einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung sind die erste Raumrichtung und die zweite Raumrichtung im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert. Dadurch ist die Positionierung des lichtemittierenden Moduls besonders zuverlässig.
  • In manchen Ausführungsformen kann das mindestens eine Federelement eine Federkraft auch entlang weiterer Raumrichtungen, beispielsweise einer dritten Raumrichtung, ausüben. Die erste, die zweite und die dritte Raumrichtung können eine zueinander orthogonale Anordnung bilden, so dass das lichtemittierende Modul durch Federkräfte entlang aller drei Raumrichtungen positioniert wird.
  • In anderen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist die erste Bezugsfläche im Wesentlichen parallel zu einer lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Moduls orientiert. Wie oben beschrieben, kann das lichtemittierende Modul mit der ersten Bezugsfläche in Kontakt stehen, wobei zum Beispiel ein Trägermaterial an der ersten Bezugsfläche anliegt. Wenn das Federelement in der Klemmposition das lichtemittierende Modul mittels des ersten Federabschnitts an der ersten Bezugsfläche ausrichtet, wird dadurch die Höhe der lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Moduls in Bezug auf das optische System ausgerichtet.
  • In anderen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist eine zweite Bezugsfläche bereitgestellt, wobei insbesondere der zweite Federabschnitt und/oder das lichtemittierende Modul mit der zweiten Bezugsfläche in Kontakt steht, wenn das lichtemittierende Modul an dem optischen System fixiert ist. Die zweite Bezugsfläche weist eine räumliche Orientierung auf, die von der Orientierung der ersten Bezugsfläche verschieden ist, wobei beispielsweise die Oberflächennormalen der ersten und der zweiten Bezugsfläche senkrecht zueinander angeordnet sind. Ähnlich wie bei der ersten Bezugsfläche kann die zweite Bezugsfläche verwendet werden, um das lichtemittierende Modul in Bezug auf das optische System entlang der zweiten Raumrichtung zuverlässig auszurichten.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst das optische System mindestens ein erstes Durchgangsloch und umfasst das lichtemittierende Modul mindestens ein Montageelement; und/oder umfasst das lichtemittierende Modul mindestens ein Durchgangsloch und umfasst das optische System mindestens ein Montageelement. Das mindestens eine Montageelement ist so gestaltet, dass es in das mindestens eine Durchgangsloch eingreift, wenn das lichtemittierende Modul an dem optischen System fixiert wird. Das heißt, das lichtemittierende Modul und das optische System können einander entsprechende, optional formschlüssige Eingriffselemente aufweisen, wobei die Elemente die Montage des lichtemittierenden Moduls erleichtern.
  • Ferner kann das mindestens eine Montageelement eine Aufnahme für das mindestens eine Federelement umfassen. Die Aufnahme kann zum Beispiel einen Formschluss für das mindestens eine Federelement bereitstellen, so dass ein Abschnitt des mindestens einen Federelements eine in Bezug auf das Montageelement fixierte Position einnehmen kann.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist das mindestens eine Federelement so gestaltet, dass es an dem lichtemittierenden Modul und/oder dem optischen System zu verrasten ist. Genauer kann das mindestens eine Federelement in einer Aufnahme des mindestens einen Montageelement verrastet werden. Das heißt, das Federelement kann zum Beispiel elastisch und optional plastisch verformt werden, um das Federelement in die Klemmposition zu bringen, wobei das Federelement in der Aufnahme verrastet wird, beispielsweise durch einen Formschluss und/oder durch eine Federkraft. Somit wird das Federelement fest in der Klemmposition gehalten.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist das mindestens eine Federelement so gestaltet, dass es in einer Einführposition in einen Schwenkpunkt an dem optischen System und/oder dem lichtemittierenden Modul einzuführen ist, und das mindestens eine Federelement ist so gestaltet, dass es aus der Einführposition um den Schwenkpunkt in die Klemmposition zu drehen ist. Durch Bereitstellen einer Einführposition wird die Montage des lichtemittierenden Moduls weiter erleichtert. Mit der Drehung um den Schwenkpunkt kann eine Zugspannung an dem Federelement auf besonders einfache Weise erhalten werden. Optional kann das Federelement nach der Drehung in der Klemmposition verrastet werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst das mindestens eine Federelement ferner einen dritten Federabschnitt, der so gestaltet ist, dass er eine Federkraft im Wesentlichen antiparallel zu der zweiten Raumrichtung ausübt. Das heißt, während das lichtemittierende Modul mittels der ersten Bezugsfläche entlang der ersten Raumrichtung und der Federkraft entlang der ersten Raumrichtung ausgerichtet werden kann, kann das lichtemittierende Modul mittels einer Kombination aus den Federkräften des zweiten und des dritten Federabschnitts entlang der zweiten Raumrichtung ausgerichtet werden, wobei diese Federkräfte im Wesentlichen antiparallel zueinander gerichtet sind. Das lichtemittierende Modul wird dann mittels entgegengesetzter Federkräfte entlang der zweiten Raumrichtung gehalten, was besonders vorteilhaft sein kann, um thermische Spannungen zu kompensieren. Optional kann das lichtemittierende Modul auf ähnliche Weise durch entgegengesetzte Kräfte entlang einer dritten Raumrichtung, die von der ersten und der zweiten Raumrichtung verschieden ist, positioniert werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst das lichtemittierende Modul mindestens eine LED, genauer mindestens eine LED, die auf einem Trägermaterial angeordnet ist. Die LED kann mindestens ein Halbleiterelement, wie etwa einen p-n-Übergang, eine Diode und/oder einen Transistor umfassen. Die LED kann als LED-Einheit bzw. -Package, beispielsweise in Verbindung mit einem Substrat, Lead-Frames und/oder Draht-Bonds, bereitgestellt werden. Das Trägermaterial kann einen Wärmesenke bilden. Neben dem Ableiten von Wärme von der LED kann das Trägermaterial auch Kontaktflächen für die erste Bezugsfläche und/oder das mindestens eine Federelement bereitstellen.
  • Mittels des mindestens einen Federelements kann das lichtemittierende Modul ohne weitere Verbindungsmittel zuverlässig an dem optischen System positioniert und fixiert werden. Demgemäß wird das lichtemittierende Modul in einer Ausführungsform der Erfindung lediglich mittels des mindestens einen Federelements an dem optischen System fixiert. Die Beleuchtungsvorrichtung muss keine weiteren Verbindungsmittel oder Fixiermittel, wie etwa Gewindeverbindungen, z.B. Schrauben, Bolzen, Muttern oder Nieten, aufweisen. Die Montage des lichtemittierenden Moduls ist daher deutlich vereinfacht, während die oben genannten Nachteile einer Gewindeverbindung vermieden werden können.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst das Federelement ein Sicherungselement, das so gestaltet ist, dass es in der Klemmposition einen Steckverbinder für das lichtemittierende Modul sichert. Zum Beispiel kann ein Steckverbinder verwendet werden, um das lichtemittierende Modul mit einer Stromquelle zu verbinden. Das Sicherungselement des Federelements kann so gestaltet sein, dass es eine unerwünschte Trennung des Steckverbinders von dem lichtemittierenden Modul während des Gebrauchs verhindert, beispielsweise mittels eines Formschlusses und/oder Kraftschlusses zwischen Federelement und Steckverbinder. Wenn das Federelement verwendet wird, um eine Verbindung zwischen lichtemittierendem Modul und optischem System einzurichten, kann der Steckverbinder somit gleichzeitig an dem lichtemittierenden Modul gesichert werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist an dem Federelement und/oder dem lichtemittierenden Modul ein Fixiermittel enthalten, um das Federelement vorab an dem lichtemittierenden Modul anbauen zu können. Zum Beispiel können das Federelement und das lichtemittierende Modul Elemente umfassen, die miteinander in Eingriff kommen, wie etwa (mindestens einen) Federabschnitt und (mindestens eine) Aussparung. Die Fixiermittel sind insbesondere so gestaltet, dass sie eine lösbare Verbindung des Federelements und des lichtemittierenden Moduls bereitstellen, um einen Vorab-Anbau des Federelements an dem lichtemittierenden Modul vor der Installation an dem optischen System zu erleichtern. Optional können die Fixiermittel auch dazu beitragen, das Federelement in der Klemmposition zu halten, wenn das lichtemittierende Modul in dem optischen System installiert ist, und können zum Beispiel eine Drehung des Federelements aus der Klemmposition aufgrund von Torsionskräften verhindern.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann insbesondere für Automobilbeleuchtungszwecke gestaltet sein, z.B. als Automobilscheinwerfer oder Automobilrückleuchte.
  • Die Merkmale und Ausführungsbeispiele der oben beschriebenen Erfindung können die verschiedenen Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung gleichermaßen betreffen. Genauer werden mit der Offenbarung von Merkmalen, die auf die Beleuchtungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt bezogen sind, auch entsprechende Merkmale offenbart, die das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt betreffen.
  • Man beachte, dass die Darlegung von Ausführungsformen der Erfindung lediglich Beispiele liefert, aber keine Beschränkung darstellt.
  • Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich werden. Man beachte jedoch, dass die Zeichnungen nur erläuternd sein sollen, aber nicht die Grenzen der Erfindung definieren sollen, für die auf die beigefügten Ansprüche verwiesen wird. Man beachte ferner, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind und dass sie lediglich konzeptionell die hierin beschriebenen Strukturen und Abläufe erläutern sollen.
  • Figurenliste
  • Beispiele für die Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Moduls für eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Rahmens eines optischen Systems für die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 4a, b eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung in einer Schnittansicht zeigen, wobei ein Federelement die Einführposition bzw. die Klemmposition einnimmt;
    • 5 eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Moduls für eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 6 eine schematische Darstellung eines Rahmens eines optischen Systems für die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 7 eine schematische Darstellung des lichtemittierenden Moduls von 5, das auf einem Rahmen eines optischen Systems von 6 angeordnet ist, in einer perspektivischen Ansicht zeigt;
    • 8a, b eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht zeigen, wobei ein Federelement die Einführposition bzw. die Klemmposition einnimmt;
    • 9 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht darstellt; und 10 eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung in einer Schnittansicht darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Moduls 2 für die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Das lichtemittierende Modul 2 umfasst ein lichtemittierendes Element 4, das an einem Trägermaterial 6 montiert ist, wobei dieses Trägermaterial 6 als Wärmesenke für das lichtemittierende Element 4 gestaltet ist. Das lichtemittierende Element 4 umfasst eine LED. Es ist eine Leiterplatte 8 bereitgestellt, die mittels Leitern 12 eine elektrische Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Element 4 und Kontaktflecken 10 bereitstellt. Die Kontaktflächen 10 können mit einem elektrischen Steckverbinder oder einer elektrischen Buchse (nicht gezeigt) in Kontakt gebracht werden, um externe Leistung an dem lichtemittierenden Modul 2 bereitzustellen.
  • Lichtemittierende Module 2, wie in 1 gezeigt, können austauschbare Module sein, die an einem optischen System einer Beleuchtungsvorrichtung, wie etwa einem Reflektorsystem und/oder Linsensystem eines Scheinwerfers oder einer Rückleuchte eines Automobils, montiert und fixiert werden.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Rahmens 14 eines solchen optischen Systems für die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Weitere Details des optischen Systems wurden aus der Zeichnung weggelassen. Das optische System kann jedoch primäre und sekundäre optische Elemente umfassen, um das Licht, das von dem lichtemittierenden Modul 2 emittiert wird, zu einem Strahl mit einer vorgegebenen Strahlform und Intensitätsverteilung zu formen. Der Rahmen 14 dient als fester Bezugspunkt für das lichtemittierende Modul 2 in dem optischen System.
  • Der Rahmen 14 weist eine erste Bezugsfläche 16 auf, die so gestaltet ist, dass sie einen Ort für das lichtemittierende Modul 2 bereitstellt, insofern als die erste Bezugsfläche 16 mit der Oberfläche der Leiterplatte 8 und/oder Abschnitten des Trägermaterials 6 in Kontakt gebracht werden kann.
  • Demgemäß zeigt 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 18 in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Beleuchtungsvorrichtung 18 das lichtemittierende Modul 2 von 1 und das optische System mit dem Rahmen 14 von 2 umfasst. Hierbei nimmt die erste Bezugsfläche 16 das lichtemittierende Modul 2 auf.
  • Ferner ist ein Federelement 20 zum Fixieren des lichtemittierenden Moduls 2 an dem Rahmen 14 des optischen Systems bereitgestellt. Das Federelement 20 reicht teilweise durch Durchgangslöcher 22 in dem Trägermaterial 6 des lichtemittierenden Moduls 2 hindurch.
  • 4a zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 18 in einer Schnittansicht entlang der Linien IV-IV von 3. Das Federelement 20 ist in einer Einführposition gezeigt, wobei ein Abschnitt des Federelements 20 durch das Durchgangsloch 22 reicht und an einem Schwenkpunkt 24 des Rahmens 14 des optischen Systems angeordnet ist. In der Einführposition weist das Federelement 20 eine Konfiguration ohne Zugspannung auf.
  • Aus der Einführposition, die in 4a gezeigt ist, wird das Federelement 20 um den Schwenkpunkt 24 in eine Klemmposition gedreht, wie in 4b abgebildet. In der Klemmposition üben erste Federabschnitte 26 des Federelements 20 eine auf die erste Bezugsfläche 16 gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung f1 aus. Insgesamt sind vier erste Federabschnitte 26 bereitgestellt, wobei in 4b zwei erste Federabschnitte 26 sichtbar sind.
  • Das Federelement 20 umfasst einen zweiten Federabschnitt 28, der in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung f2 gerichtete Federkraft ausübt. Ferner umfasst das Federelement 20 dritte Federabschnitte, die in der Klemmposition eine auf eine dritte Raumrichtung f3 gerichtete Federkraft ausüben. Die dritte Raumrichtung f3 ist im Wesentlichen antiparallel zu der zweiten Raumrichtung f2 ausgerichtet.
  • Die erste Bezugsfläche 16 ist im Wesentlichen parallel in Bezug auf eine lichtemittierende Fläche des lichtemittierenden Moduls 2 orientiert, und wenn die auf die erste Raumrichtung f1 gerichtete Federkraft das lichtemittierende Modul 2 in Kontakt mit der lichtemittierenden Fläche 16 drückt, werden die Höhe des lichtemittierenden Moduls 2 und die Position des lichtemittierenden Elements 4 in Bezug auf den Rahmen 14 ausgerichtet. Die zweite Raumrichtung f2 unterscheidet sich von der ersten Raumrichtung f1 insofern, als die erste Raumrichtung f1 und die zweite Raumrichtung f2 im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert sind. Somit fixiert das Federelement 20 das lichtemittierende Modul 2 entlang von zwei unterschiedlichen Raumrichtungen f1 und f2 . Mittels der entgegengesetzten Federkräfte entlang der zweiten Raumrichtung f2 und der dritten Raumrichtung f3 fixiert das Federelement 20 das lichtemittierende Modul auch in einer lateralen Richtung.
  • Da das lichtemittierende Modul 2 mittels des Federelements 20 in zwei Raumrichtungen f1 und f2 an dem Rahmen 14 des optischen Systems fixiert wird, kann eine zuverlässige Positionierung des lichtemittierenden Moduls 2 erhalten werden, und auf herkömmliche Fixiermittel, wie Schrauben oder Nieten, kann verzichtet werden. Da die Position des lichtemittierenden Moduls 2 durch Federkräfte entlang von mindestens zwei Raumrichtungen f1 und f2 geregelt wird, ist die Positionierung des lichtemittierenden Moduls 2 auch weniger anfällig für Verlagerungen und/oder Verziehungen aufgrund thermischer Effekte.
  • Nun wird eine zweite Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung 18 in Verbindung mit 5 bis 8 beschrieben. Für entsprechende Elemente wurden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bis 4 verwendet.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines lichtemittierenden Moduls 2 für die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Das lichtemittierende Modul 2 umfasst ein lichtemittierendes Element 4, das an einem Trägermaterial 6 montiert ist, das als Wärmesenke und Leiterplatte 8 für eine elektrische Verbindung gestaltet ist. Die Leiterplatte 8 wird mittels einer Schraube 32 an dem Trägermaterial 6 fixiert. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines entsprechenden Rahmens 14 eines optischen Systems mit einer ersten Bezugsfläche 16, die einen Ort für das lichtemittierende Modul 2 bereitstellt.
  • Wie in 7 dargestellt ist, kann das lichtemittierende Modul 2 von 5 an dem Rahmen 14 von 6 angeordnet werden, wobei eine Oberfläche der Leiterplatte 8 und/oder andere als Bezug dienende Merkmale des Trägermaterials 6 mit der ersten Bezugsfläche 16 in Kontakt stehen. Das Trägermaterial 6 des lichtemittierenden Moduls 2 umfasst Durchgangslöcher 34, und der Rahmen 14 umfasst Montageelemente 36, 38 an der ersten Bezugsfläche 16. Die Montageelemente 36, 38 sind als Vorsprünge ausgebildet und greifen in die Durchgangslöcher 34 ein, wenn das lichtemittierende Modul 2 an dem optischen System montiert wird.
  • Jedes von den Montageelementen 36, 38 umfasst eine Aufnahme für das Federelement 20. Wie aus 8a ersichtlich ist, wo eine Einführposition des Federelements 20 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist, kann das Federelement 20 in die Aufnahmen der Montageelemente 36 eingeführt werden, wobei diese Aufnahmen auch als Schwenkpunkte 24 des Rahmens 14 des optischen Systems dienen.
  • Das Federelement 20 wird aus der Einführposition um die Schwenkpunkte 24, d.h. die Aufnahmen der Montageelemente 36, in die Klemmposition gedreht, die in 8b gezeigt ist. Das Federelement 20 wird durch eine Federkraft an dem Rahmen 14 des optischen Systems in Aufnahmen der Montageelemente 38 verrastet.
  • Das Federelement 20 umfasst erste Federabschnitte 26, die eine auf die Bezugsfläche 16 gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung f1 ausüben, so dass das lichtemittierende Modul 2 in Kontakt mit der ersten Bezugsfläche 16 gedrückt wird, wobei die Höhe des lichtemittierenden Moduls 2 und die Position des lichtemittierenden Elements 4 ausgerichtet werden. Ferner umfasst das Federelement 20 einen zweiten Federabschnitt 28, der eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft f2 ausübt. Eine zweite Bezugsfläche 40 ist an einer Umfangsfläche eines Vorsprungs 42 des Trägermaterials 6 bereitgestellt, wobei der zweite Federabschnitt 28 mit der zweiten Bezugsfläche 40 in Kontakt steht.
  • Die erste Raumrichtung f1 und die zweite Raumrichtung f2 sind im Wesentlichen senkrecht zueinander orientiert, so dass zusätzlich zu der oben genannten Definition der Höhe des lichtemittierenden Moduls mittels des ersten Federabschnitts 26 das lichtemittierende Modul von dem zweiten Federabschnitt 28 auch lateral positioniert wird.
  • Nun wird eine dritte Ausführungsform einer Beleuchtungsvorrichtung 18 in Verbindung mit 9 und 10 beschrieben, wobei wiederum die gleichen Bezugszeichen für entsprechende Elemente wie in den vorangehenden Figuren verwendet wurden.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 18 in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Beleuchtungsvorrichtung 18 ein lichtemittierendes Modul 2, das dem in 1 gezeigten ähnlich ist, und einen Rahmen 14 eines optischen Systems, der dem in 2 gezeigten ähnlich ist, umfasst. Während die Federelemente der ersten und der zweiten Ausführungsform zum Beispiel aus Metall und insbesondere aus metallischem Drahtmaterial gebildet sein können, kann das Federelement 20 der dritten Ausführungsform aus einem Vollmaterial und insbesondere aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein.
  • Das Federelement umfasst einen Schenkelabschnitt 44, der den ersten Federabschnitt 26 bildet, um eine auf die erste Bezugsfläche 16 gerichtete Federkraft in einer ersten Raumrichtung f1 auszuüben. Ein zweiter Federabschnitt 28 ist so gestaltet, dass er eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft f2 ausübt.
  • Ferner umfasst das Federelement 20 ein Sicherungselement 46, das so angeordnet ist, dass es einen Steckverbinder 48, der in die Leiterplatte 8 des lichtemittierenden Moduls 2 eingesteckt ist, sichert, wobei der Steckverbinder einen Stromanschluss an dem lichtemittierenden Modul 2 bereitstellt. Das Federelement 20 mit dem Sicherungselement 46 für den Steckverbinder 48 verhindert somit auch eine unerwünschte Trennung des Steckverbinders 48 von dem lichtemittierenden Modul 2 im Gebrauch.
  • Das Federelement 20 umfasst ein Fixiermittel 50 zum Fixieren des Federelements 20 an dem lichtemittierenden Modul 2 mittels einer lösbaren mechanischen Verbindung an dem Trägermaterial 6. Das Fixiermittel 50 kann verwendet werden, um das Federelement 20 vorab an dem lichtemittierenden Modul 2 anzubauen, bevor das lichtemittierende Modul 2 an dem Rahmen 14 angeordnet wird. Ferner kann das Fixiermittel 50 zur Stabilisierung der Anordnung des Federelements 20 an dem lichtemittierenden Modul 2 beitragen und kann insbesondere so gestaltet sein, dass es eine Freigabe des Federelements 20 aufgrund von Torsionskräften, die aus dem ersten Federabschnitt 26 und dem zweiten Federabschnitt 28 entstehen, verhindert. Als Beispiel kann das Fixiermittel, wie in 9 gezeigt, als Federabschnitt gestaltet sein, der zusätzlich in eine Aussparung an dem Trägermaterial 6 eingreifen kann.
  • Wie insbesondere aus der Schnittansicht von 10 ersichtlich ist, reicht das Federelement 20 mit dem zweiten Federabschnitt 28 in eine Aussparung 52 des Rahmens 14. Eine zweite Bezugsfläche 40 ist an einem Vorsprung 42 bereitgestellt, der an dem Trägermaterial 6 ausgebildet ist. In diesem Fall übt der zweite Federabschnitt eine Federkraft in der zweiten Raumrichtung f2 aus, um die zweite Bezugsfläche 40 in Kontakt mit dem Rahmen 14 zu drücken.
  • In der ersten und der zweiten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung wird das lichtemittierende Modul 2 lediglich mittels des mindestens einen Federelements 20 an dem optischen System fixiert. Auf zusätzliche Verbindungsmittel zwischen dem lichtemittierenden Modul 2 und dem Rahmen 14 kann verzichtet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Lichtemittierendes Modul
    4
    Lichtemittierendes Element
    6
    Trägermaterial
    8
    Leiterplatte
    10
    Kontaktflecken
    12
    Leiter
    14
    Rahmen
    16
    erste Bezugsfläche
    18
    Beleuchtungsvorrichtung
    20
    Federelement
    22
    Durchgangsloch
    24
    Schwenkpunkt
    26
    erster Federabschnitt
    28
    zweiter Federabschnitt
    30
    dritter Federabschnitt
    32
    Schraube
    34
    Durchgangslöcher
    36, 38
    Montageelemente
    40
    zweite Bezugsfläche
    42
    Vorsprung
    44
    Schenkel ab schnitt
    46
    Sicherungselement
    48
    Steckverbinder
    50
    Fixiermittel
    52
    Aussparung
    f1
    erste Raumrichtung
    f2
    zweite Raumrichtung
    f3
    dritte Raumrichtung
  • 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
    • WO 2013/072812 A1 [0007]
    • US 2017/0138550 A1 [0008]

Claims (13)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (18), umfassend: ein lichtemittierendes Modul (2); ein optisches System, das eine erste Bezugsfläche (16) umfasst, wobei die erste Bezugsfläche (16) so gestaltet ist, dass sie das lichtemittierende Modul (2) aufnimmt; und mindestens ein Federelement (20) zum Fixieren des lichtemittierenden Moduls (2) an dem optischen System in einer Klemmposition, wobei das mindestens eine Federelement (20) einen ersten Federabschnitt (26) umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine Federkraft in einer ersten Raumrichtung (f1) hin zu der ersten Bezugsfläche (16) ausübt, wobei das mindestens eine Federelement (20) ferner einen zweiten Federabschnitt (28) umfasst, der so gestaltet ist, dass er in der Klemmposition eine auf eine zweite Raumrichtung gerichtete Federkraft (f2) ausübt, und wobei die zweite Raumrichtung (f2) von der ersten Raumrichtung (f1) verschieden ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Raumrichtung (f1) und die zweite Raumrichtung (f2) senkrecht zueinander orientiert sind.
  3. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Bezugsfläche (16) parallel zu einer lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Moduls (2) orientiert ist.
  4. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine zweite Bezugsfläche (40) bereitgestellt ist, und wobei der zweite Federabschnitt (28) mit der zweiten Bezugsfläche (40) in Kontakt steht, wenn das lichtemittierende Modul (2) an dem optischen System fixiert ist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das lichtemittierende Modul (2) mindestens ein Durchgangsloch (34) umfasst und das optische System mindestens ein Montageelement (36, 38) umfasst; wobei das mindestens eine Montageelement (36, 38) so gestaltet ist, dass es in das mindestens eine Durchgangsloch (34) eingreift, wenn das lichtemittierende Modul (2) an dem optischen System fixiert wird.
  6. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Montageelement (36, 38) eine Aufnahme für das mindestens eine Federelement (20) umfasst.
  7. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Federelement (20) so gestaltet ist, dass es an dem lichtemittierenden Modul (2) oder an dem optischen System zu verrasten ist.
  8. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Federelement (20) so gestaltet ist, dass es in einer Einführposition in einen Schwenkpunkt (24) an dem optischen System einzuführen ist, und wobei das mindestens eine Federelement (20) so gestaltet ist, dass es aus der Einführposition um den Schwenkpunkt (24) in die Klemmposition zu drehen ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Federelement (20) ferner einen dritten Federabschnitt (30) umfasst, der so gestaltet, dass er eine Federkraft ausübt, die antiparallel ist zu der zweiten Raumrichtung (f2).
  10. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das lichtemittierende Modul (2) mindestens eine lichtemittierende Diode und eine Wärmesenke umfasst.
  11. Beleuchtungsvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das lichtemittierende Modul (2) lediglich mittels des mindestens einen Federelements (20) an dem optischen System fixiert wird.
  12. Leuchtvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Federelement (20) ein Sicherungselement (46) umfasst, das so gestaltet ist, dass es einen Steckverbinder (48) für das lichtemittierende Modul (2) in der Klemmposition sichert.
  13. Leuchtvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines von dem Federelement (20) und dem lichtemittierenden Modul (2) ein Fixiermittel (50) für einen Vorab-Anbau des Federelements (20) an dem lichtemittierenden Modul(2) umfasst.
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