DE69521233T2

DE69521233T2 - Lichtverteilungssystem

Info

Publication number: DE69521233T2
Application number: DE69521233T
Authority: DE
Inventors: Mahendra Somassara Dassanayake
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: EP0675319A1; DE69521233D1; US5452186A; JPH07281034A; EP0675319B1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit einem Lichtverteilersystem für ein Kraftfahrzeug und insbesondere mit einem solchen Lichtverteilungssystem, das einen Lichtkollektor zur Verteilung von Licht von einer Lichtquelle aus über einen vorgegebenen Bereich aufweist.
Lichtverteilersysteme, in welchen Faseroptik zur Verteilung von Licht an verschiedene Stellen in einem Fahrzeug eingesetzt wird, sind allgemein bekannt. Die US-Patentschrift Nr. 3,278,739 z. B. verwandet optische Fasern zur Leitung von Licht durch Röhrchen bis zu verschiedenen Stellen. Derartiges Licht ist jedoch auf einen kleinen Bereich an den Stirnflächen der Lichtleiterröhrchen beschränkt. Wenn Licht auf solche kleinen Bereiche beschränkt ist, wird die Wärme nicht ausreichend abgeleitet und baut sich daher im Lichtsammelbereich auf. Diese örtlich begrenzte Aufheizung kann die Lebensdauer der Lichtleitfasern verkürzen, indem deren Farben verblassen oder die Fasern sich verformen.
Es wäre deshalb wünschenswert, ein Lichtverteilersystem zu stellen, bei dem Licht in einer Vielzahl von Lichtleitern gesammelt wird, während gleichzeitig die Konzentration von Wärme auf die Stirnfläche des Lichtleiters vermieden wird.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Lichtverteilersystem gestellt, welches in einem Kraftfahrzeug mit einem Fahrgastraum eingebaut ist, mit einem darin enthaltenen Deckenleuchtenreflektor und einem Kartenleselampenreflektor, einer Daclrplatte und wenigstens einer mit einem Schalter versehenen Tür, und mit einem Instrumentenblock, wobei besagtes Lichtverteilersystem aus einem Gehäuse besteht, welches an einer festen Stelle im Fahrzeug angebracht ist und einen ersten Teil mit einer reflektierenden Oberfläche aufweist, und einen zweiten Teil mit einer besagter reflektierender Oberfläche gegenüberliegend angeordneten Öffnung; aus
einer Lichtquelle mit einem Sockel;
einer Lichteinheit, welche abnehmbar in der Öffnung gehalten wird und mehrere Lichtleiter enthält, welche in einer festen Lage in bezug auf besagte Lichtquelle gehalten werden, wobei jeder Lichtleiter ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei besagtes erstes Ende eine Stirnfläche hat, und wobei besagte Stirnflächen in Kombination einen durchgehenden Ring mit einer vorgegebenen Breite bilden, wobei besagter Ring einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser hat; und aus
Mitteln zur gemeinsamen Halterung der Lichtleiter und des Sockels für die Lichtquelle in besagter Öffnung, wobei besagte Lichtleiter um den besagten Sockel für besagte Lichtquelle herum angeordnet sind, wobei besagter Sockel einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des besagten Ringes ist, wobei besagte reflektierende Oberfläche von besagter Lichtquelle ausgesandtes Licht in die besagten ersten Enden der Lichtleiter einleitet, indem sie besagtes Licht in einem ringförmigen Strahlenmuster mit einer vorgegebenen Fläche auf die besagten Stirnflächen der besagten ersten Enden der Lichtleiter reflektiert; und worin besagtes Verteilersystem an wenigstens einem der Elemente wie besagtem Instrumentenblock, besagtem Deckenlichtreflektor und besagtem Kartenleselampenreflektor angeschlossen ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß Licht von einem Kollektor großflächig reflektiert wird, so daß die Wärme über eine große Fläche verteilt und damit ein schädlicher Wärmestau im Bereich der Lichtverteilung vermieden wird.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
Fig. 1: eine schematische Ansicht im Querschnitt eines Lichtkollektors nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Lichtleiterbündels nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3: eine Draufsicht auf die Ringfläche, welche durch die Kombination der Stirnflächen der Lichtleiter gebildet wird;
Fig. 4: eine Schnittansicht eines Teiles des Gehäuses und der Ellipse, welche die Konstruktion der reflektierenden Oberfläche veranschaulicht;
Fig. 5: eine Polarkurve bzw. Lichtverteilungskurve über zwei Querschnitte des Lichtringes;
Fig. 6: ein Lichtverteilersystem, das an Anzeigeinstrumenten in einem Instrumentenblock eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist;
Fig. 7: einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges mit einem Lichtverteilersystem nach der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 8: eine Tür eines Kraftfahrzeuges, mit einem Lichtverteilersystem nach der vorliegenden Erfindung.
Betrachtet man nun Fig. 1, so umschließt dort ein Gehäuse 10 allgemein einen Raum 12 mit einer Symmetrieachse 13. Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise in zwei Abschnitte aufgeteilt und aus Kunststoff hergestellt, so z. B. aus einem warm aushärtenden oder thermoplastischen Kunststoff zur Erleichterung der Harstellbarkeit. Der erste Teil ist ein Reflektorabschnitt 14 zur Abstrahlung von Lichtstrahlen 30, der eine reflektierende Oberfläche 16 aus Aluminium oder einem anderen geeigneten, in der Technik allgemein bekannten reflektierenden Material aufweist. Die Geometrie der reflektierenden Oberfläche 16 wird im Zusammenhang mit Fig. 4 nachstehend noch näher erläutert.
Der zweite Teil des Gehäuses 10 ist ein Befestigungsteil 18 mit einer der Reflektorfläche 16 gegenüberliegend angeordneten Öffnung 20. Der Befestigungsteil 18 ist mittels Klebstoff, Schrauben oder anderen (nicht dargestellten) Befestigungsmitteln fest mit dem Reflektorteil verbunden.
Eine Öffnung 20 ist in den Befestigungsteil 18 eingeformt und so bemessen, daß sie eine Lichtringeinheit 22 aufnimmt, die von einer Reihe von um ein Beleuchtungsbirnchen 24 angeordneten Lichtleitern 28 gebildet wird. Die Lichtleiter 28 sind aus herkömmlichem lichtleitendem Material wie Kunststoff oder Glas hergestellt.
Die Beleuchtungsbirne 24 steht von einem sich in Längsrichtung erstreckenden Sockel 25 ab, der vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweist und parallel sowie vorzugsweise kolinear zur Symmetrieachse 13 angeordnet ist, und mittig zur Beleuchtungsbirne 24 liegt. Ein Beispiel einer solchen Birne ist Typ GE-882x-GC von General Electric. Die Beleuchtungsbirne 24 ist vorzugsweise von der Fassung bzw. dem Sockel 25 abnehmbar. Die Beleuchtungsbirne 24 hat einen Glühdraht 26, der vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Symmetrieachse 13 ausgerichtet ist. Der Glühdraht 26 weist einen Bereich mit höherer Intensität bzw. Lichtstärke auf, der ein bekanntes Merkmal der Beleuchtungsbirne 24 darstellt. Bei der oben beschriebenen GE- Birne z. B. stellt der Mittelpunkt einer Hälfte des Glühdrahtes 26 diesen Bereich höherer Lichtausstrahlungsintensität. Dieser Bereich der oben beschriebenen Beleuchtungsbirne liegt 1 mm vom Mittelpunkt der Glühdrahtlänge 26 entfernt.
Bezieht man sich nun auf die Fig. 2 und 3, so besteht dort die Lichteinheit 22 aus einer Reihe von Lichtleitern 28, die in einem Ring 32 mit einem Innendurchmesser 34 und einem Außendurchmesser 36 angeordnet sind. Die Lichteinheit 22 ist lösbar in der Öffnung 20 gelagert, so daß die Beleuchtungsbirne 24 ausgewechselt werden kann. Der Innendurchmesser 34 des Ringes 32 ist um einen Sockel 25 herum gebildet. Ein Halter 38 bestimmt den Außendurchmesser 36 der Lichteinheit 22. Der Halter 38 ist vorzugsweise ein Kunststoffring, der die Lichtleiter 28 und den Sockel 25 zusammenhält. Halter 38 hat einen Zapfen 39, welcher in eine (nicht dargestellte) Nut in der Öffnung 20 eingreift, so daß eine korrekte Ausrichtung und Tiefanlage der Birne 24 in der Öffnung 20 gewährleistet wird.
Die Fläche des Ringes 32 wird durch ihren besonderen Einsatzzweck bestimmt. Wird Licht z. B. an acht verschiedenen Stellen benötigt, werden acht Lichtleiterbündel verwendet. Ein typisches Lichtleiterbündel hat ca. 8 bis 12 einzelne Lichtleiter. Die Enden der Lichtleiterbündel sind vereinzelt, und die einzelnen Lichtleiter 28 werden mit dem Halter 38 um den Lampensockel 25 herum befestigt. Jeder Lichtleiter 28 hat eine Stirnfläche 40, die vorzugsweise so ausgeschnitten ist, daß eine allgemein ebene Fläche entsteht, wenn sie in einem Bündel um die Fassung bzw. den Sockel 25 herum ringförmig zusammengefaßt werden.
Die Stirnflächen 40 können von einem Filter 42 abgedeckt werden, der die Farbe des in die Lichtleiter 28 einfallenden Lichtes und damit des aus diesen Lichtleitern 28 austretenden Lichtes verändert.
Bezieht man sich auf Fig. 4, so ist dort die reflektierende Oberfläche 16 ein allgemein konkaver Bereich im Reflektorteil 14 des Gehäuses 10. Allgemein gesagt wird die reflektierende Oberfläche durch Drehung eines (in zweidimensionaler Form durch die Ellipse 50 dargestellten) Ellipsoiden um die Symmetrieachse 13 herum geformt. Ellipse 50 hat eine Hauptachse 52, einen ersten Brennpunkt F1 und einen zweiten Brennpunkt F2. Der erste Brennpunkt F1 liegt vorzugsweise in einem vorgegebenen Abstand von der Symmetrieachse 13. Die Hauptachse 52 ist um einen Winkel 54 gegenüber einer parallelen Linie zur Symmetrieachse 13 so angehoben, daß der erste Brennpunkt F1 die Spitze des Winkels 54 bildet. Wenn die Hauptachse 52 der Ellipse 50 dann um die Symmetrieachse gedreht wird, beschreiben der erste Brennpunkt F1 und der zweite Brennpunkt F2 eine Kreisbahn um die Symmetrieachse 13. Der Winkel 54 wird so bestimmt, daß die Lage des zweiten Brennpunktes F2 allgemein zwischen dem Außendurchmesser 36 und dem Innendurchmesser 34 liegt. Winkel 54 ist konstant, wenn die Brennpunkte F1 und F2 einen Kreis um die Symmetrieachse 13 beschreiben. Die Kreisbahn der zweiten Brennpunkte F2 liegt vorzugsweise mittig zwischen dem Außendurchmesser 36 und dem Innendurchmesser 34. Als Alternative zu der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Hauptachse 52 ellipsenförmig um die Symmetrieachse gedreht werden, d. h. nicht in einem konstanten Winkel, so daß die Brennpunkte F1 und F2 eine Ellipse umfahren.
Die Lage des ersten Brennpunktes F1 in bezug zur Symmetrieachse 13 bestimmt dann die Breite des reflektierten Ringes. Je weiter Brennpunkt F1 von der Symmetrieachse entfernt ist, desto breiter ist das auf den Ring 32 auftreffende Strahlenmuster. Der Abstand, in welchem F1 der Drehachse gegenüber angelegt werden sollte, wird durch das direkte Winkelverhältnis bestimmt, welches der Breite von Ring 32 entspricht. Beträgt z. B. der Außendurchmesser 36 18 mm, und der Innendurchmesser 34 ist 10 mm groß, hat der Ring 32 eine Breite von 4 mm. Der Winkel 54 wäre dann konstant 0,29º, wenn der hellste Teil des Glühdrahtes 1 mm von der Symmetrieachse 13 entfernt liegt, und wenn der Abstand zwischen dem ersten Brennpunkt F1 und dem zweiten Brennpunkt F2 21,190 mm beträgt. Dementsprechend wird dann das von der Birne 24 abgegebene Licht über einen relativ weiten Bereich reflektiert, und daher wird auch die Wärme über einen relativ großen Bereich verteilt. Für Innenbeleuchtungseinsätze im Innern von Kraftfahrzeugen sollte die Flußdichte an den Stirnflächen der Lichtleiter 28 nicht weniger als etwa 0,5 - 0,6 Lumen/mm² betragen.
Bezieht man sich nun auf Fig. 5, so zeigt dort ein Polardiagramm die Lichtverteilung an zwei Stellen auf dem Ring 32. Wenn Licht auf die Ringform verteilt wird, wird es über einen weiten Bereich verteilt, woraus sich weniger Licht und damit auch weniger Wärmekonzentration in jedem beliebigen Punkt ergibt, verglichen mit dem bisherigen Stand der Technik. Die höchste hier dargestellte Lichtstärke z. B. beträgt 307 cd., was um ein Mehrfaches weniger ist, als wenn das Licht auf einen oder zwei Punkte konzentriert wäre. Dies entspricht einer Flußdichte 1 von 0,5 oder 0,6 Lumen pro Quadratmillimeter. Der Mittelpunkt der Lichtverteilungskurve stellt die Mitte der Breite des Ringes 32 dar, wo der Brennpunkt der Reflektorfläche 16 liegt. Mit zunehmendem Radialwinkel vom Mittelpunkt der Breite des Ringes 32 weg nimmt das auf die Stirnflächen der Lichtleiter 28 einfallende Licht ab. Diese Lichtstreuung entspricht dem Abstand, in dem der erste Brennpunkt F1 von der Symmetrieachse 13 liegt. Würde der Brennpunkt der Ellipse 50 weiter von der Symmetrieachse 13 wegbewegt, würde auch die Lichtstreuung um den Brennpunkt F2 größer werden. Würde der Brennpunkt der Ellipse 50 näher an die Symmetrieachse 13 heranbewegt, wäre das Licht enger auf einen Kreis konzentriert, der alle zweiten Brennpunkte F2 enthält. Wie in dieser Ausführungsform dargestellt, wird das Licht über einen weiten Bereich verteilt, und eine örtliche Aufheizung einzelner Lichtleiter wird vermieden.
Betrachtet man nun Fig. 6, so beinhaltet dort ein Gesamtlichtverteilersystem ein Gehäuse 10, Lichtleiter 28 und das gewünschte zu erleuchtende Objekt. Das Gehäuse 10 enthält einen Lichtkollektor, der das Licht von einer Lichtquelle in einem (wie oben beschriebenen) ringförmigen Muster bündelt. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 10 innerhalb eines Armaturenbrettes 60 eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Die Lichtleiter 28 sind mit Teilen des Instrumentenbrettes verbunden, wo eine Beleuchtung gewünscht ist. Z. B. können die Lichtleiter 28 mit Anzeigeinstrumenten 62 eines Instrumentenblockes 64 verbunden sein, um eine Rückbeleuchtung der Anzeigeinstrumente 62 zu gewährleisten. Die Lichtleiter 28 können auch dazu eingesetzt werden, einen Teil des Radios 66 zu beleuchten.
Mit Bezug auf Fig. 7 besteht nun eine andere Anwendung für den Ringkollektor darin, das Gehäuse 10 am Dach 70 eines Kraftfahrzeuges 72 anzubringen. Ein in Reihe mit einem beliebigen der Lichtleiter 28 angebrachter Abblendschalter 74 wird dazu eingesetzt, die Lichtverteilung durch die unterschiedlichen Lichtleiter 28 innerhalb des Fahrgastraumes 73 zu steuern. Der Abblendschalter 72 blockiert ganz einfach das Licht, das durch den Lichtleiter 28 fließt, an dem er angebracht ist. Verschiedene Ausführungen solcher Schalter sind dem Fachmann allgemein bekannt.
Ein Lichtleiter 28 wird zu einem Deckenbeleuchtungsreflektor 76 geführt, der die Allgemeinbeleuchtung des Fahrgastraumes steuert. Der Deckenleuchtenreflektor 76 ist so geformt, daß er das aus dem Lichtleiter 28 austretende Licht streut. Ein anderer Ort im Fahrzeug, an dem die Lichtleiter angeschlossen werden können, sind die an jeder Sonnenblende 78 angebrachten Schminkspiegel 80. Noch ein anderer Ort, an welchem Lichtleiter 28 angeschlossen werden können, ist ein Kartenleselampenreflektor 77.
Bezugnehmend auf Fig. 8 kann das Gehäuse 10 auch in einer Tür 82 eingebaut werden, wenn eine Beleuchtung an verschiedenen Stellen innerhalb der Tür 82 gewünscht wird. Leichtleitungen 28 können so z. B. zu einem Schalterblock 84 geführt werden, der Schalter für die elektrischen Fensterheber, Zentralverriegelungsschalter oder Aschenbecherbeleuchtungen beinhalten kann.

Claims

1. Lichtverteilersystem, welches in einem Kraftfahrzeug mit einem Fahrgastraum eingebaut ist, mit einem darin enthaltenen Deckenleuchtenreflektor (76) und einem Kartenleselampenreflektor (77), einer Dachplatte (70) und wenigstens einer mit einem Schalter (84) versehenen Tür (82), und mit einem Instrumentenblock, wobei besagtes Lichtverteilersystem aus einem Gehäuse (10) besteht, welches an einer festen Stelle im Fahrzeug angebracht ist und einen ersten Teil (14) mit einer reflektierenden Oberfläche (16) aufweist, und einen zweiten Teil (18) mit einer besagter reflektierender Oberfläche (16) gegenüberliegend angeordneten Öffnung (20); aus

einer Lichtquelle (24) mit einem Sockel (25);

einer Lichteinheit (22), welche abnehmbar in der Öffnung (20) gehalten wird und mehrere Lichtleiter (28) enthält, welche in einer festen Lage in bezug auf besagte Lichtquelle (24) gehalten werden, wobei jeder Lichtleiter (28) ein erstes und ein zweites Ende aufweist, wobei besagtes erstes Ende eine Stirnfläche (40) hat, und wobei besagte Stirnflächen (40) in Kombination einen durchgehenden Ring (32) mit einer vorgegebenen Breite bilden, wobei besagter Ring einen Außendurchmesser (36) und einen Innendurchmesser (34) hat; und aus

Mitteln (38, 39) zur gemeinsamen Halterung der Lichtleiter (28) und des Sockels (25) für die Lichtquelle in besagter Öffnung (20), wobei besagte Lichtleiter (28) um den besagten Sockel (25) für besagte Lichtquelle (24) herum angeordnet sind, wobei besagter Sockel (25) einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des besagten Ringes (16) ist, wobei besagte reflektierende Oberfläche (16) von besagter Lichtquelle (24) ausgesandtes Licht in die besagten ersten Enden der Lichtleiter (28) einleitet, indem sie besagtes Licht in einem ringförmigen Strahlenmuster mit einer vorgegebenen Fläche auf die besagten Stirnflächen (40) der besagten ersten Enden der Lichtleiter (28) reflektiert; und worin besagtes Verteilersystem an wenigstens einem der Elemente wie besagtem Instrumentenblock, besagtem Deckenlichtreflektor und hesagtem Kartenleselampenreflektor angeschlossen ist.

2. Lichtverteilersystem nach Anspruch 1, worin besagte reflektierende Oberfläche (14, 16) von einer konkaven Reflektoroberfläche (16) gebildet wird, welche fest in bezug auf besagte Lichtquelle (24) und besagte mehrere Lichtleiter (28) angebracht ist und eine Symmetrieachse (13) aufweist, wobei besagte konkave Reflektoroberfläche (16) in einer rotationselliptischen Form verläuft, die von der äußersten Fläche eines Ellipsoiden mit einer Hauptachse (52) definiert wird, welche mit besagter Symmetrieachse (13) einen Winkel (54) bildet, mit einem ersten Brennpunkt (F1), der in einem vorgegebenen Abstand von besagter Symmetrieachse (13) angeordnet ist, und mit einem zweiten Brennpunkt (F2), welcher im wesentlichen zwischen dem Außendurchmesser (36) und dem Innendurchmesser (34) des besagten Ringes (32) angeordnet ist, und worin sich besagter Winkel (54) so ändert, daß, wenn der Ellipsoid (50) um besagte Symmetrieachse (13) gedreht wird, besagte erste und zweite Brennpunkte jeweils eine Ellipse um besagte Symmetrieachse (13) beschreiben, wobei besagte Lichtquelle (24) im wesentlichen am Ort des besagten ersten Brennpunktes angeordnet ist, so daß von besagter konkaver Reflektoroberfläche (16) reflektiertes Licht einen elliptischen Ring auf den besagten Stirnflächen (40) der besagten Lichtleiter (28) bildet.

3. Lichtverteilersystem nach Anspruch 1 oder 2, in welchem besagtes Gehäuse (10) an besagter Dachplatte (70) oder in besagter Tür (82) befestigt ist.