EP4217649A1 - Projektionsmodul eines kraftfahrzeugscheinwerfers und kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen projektionsmodul - Google Patents

Projektionsmodul eines kraftfahrzeugscheinwerfers und kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen projektionsmodul

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Publication number
EP4217649A1
EP4217649A1 EP21769897.6A EP21769897A EP4217649A1 EP 4217649 A1 EP4217649 A1 EP 4217649A1 EP 21769897 A EP21769897 A EP 21769897A EP 4217649 A1 EP4217649 A1 EP 4217649A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
projection lens
projection
projection module
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21769897.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Kratschmann
Theodor Trif
Martina Sauer-Oberschelp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Original Assignee
Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH filed Critical Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Publication of EP4217649A1 publication Critical patent/EP4217649A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/28—Cover glass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/60—Heating of lighting devices, e.g. for demisting

Definitions

  • the present invention relates to a projection module of a headlight of a motor vehicle.
  • the projection module comprises a light source for emitting light, primary optics for bundling, shaping and/or deflecting the light emitted by the light source, and secondary optics in the form of a projection lens, which forms an intermediate image of an intermediate image plane in the beam path between the primary optics and the secondary optics is arranged, images in a light exit direction of the projection module in an apron in front of the motor vehicle as a resultant light distribution of the projection module.
  • the projection module has a heating element for heating the projection lens.
  • the invention also relates to a method for producing a projection lens, which can be heated by means of a heating element, of a projection module of a headlight of a motor vehicle.
  • the invention also relates to a headlight of a motor vehicle.
  • the headlight includes a housing with a light passage opening arranged in a light exit direction of the headlight.
  • a projection module and a motor vehicle headlight of the type mentioned is known, for example, from JP 2007-242 291 A.
  • a flat heating element for heating a cover of the headlight, which closes a light passage opening of the headlight housing, at any point in the headlight, except on the cover itself.
  • the flat heating element is applied to the outer surface of the projection lens by means of a coating process, for example vacuum vapor deposition or sputter deposition process using ITO (indium tin oxide; indium tin oxide).
  • ITO indium tin oxide
  • the flat heating element therefore has no discrete conductor tracks, but instead emits heat over the entire surface when current is applied. Contact points of the flat heating element are applied, for example, using a conductive paint.
  • the projection module described has the disadvantage that applying and contacting the heating element is very complex and expensive. For this reason, the method described has not and will not become established in large-scale production in the future.
  • the cited prior art is almost 15 years old, in practice, conventional heating of the inside of the cover pane of a motor vehicle headlight by means of a heated air flow is still used. Either waste heat from electrical or electronic components or heat generated by separate heating elements inside the headlight housing is used to heat the air flow.
  • the projection module is arranged in the light passage opening of the headlight housing and the projection lens forms the end of the headlight to the outside in the light emission direction. Since there is no cover pane, moisture (eg raindrops, fog, condensation, etc.) and ice (eg snow, icing, hail, hoarfrost, etc.) settle on the outside of the projection lens in such headlights. This effect is further intensified by the fact that the outer surface of the projection lens of such headlights is often arranged in a depression in which moisture and ice can settle particularly easily.
  • the object of the present invention is to propose a simple and inexpensive, but nevertheless efficient way of defrosting projection lenses of light modules of motor vehicle headlights, especially if the headlights do not have a cover plate to close the light passage opening of a headlight housing.
  • the heating element has a transparent film made of an electrically insulating material and conductor tracks applied to it or embedded therein, which are connected to an electrical energy source via a switching element, the heating element being at least on a partial area applied to a light entry and/or light exit surface of the projection lens of the projection module or is at least introduced into a part of the projection lens itself, so that the heating element heats up the projection lens when the current flow through the conductor tracks is switched on.
  • the present invention can be implemented in a particularly simple and cost-effective manner. Prefabrication and keeping a large number of heating elements in stock is easily possible. The finished heating element then only has to be applied to an outer surface of the projection lens or introduced into the lens and electrically contacted during the production of the projection lens or the projection module.
  • the transparent film is preferably flexible enough to accommodate a curvature or slight curvature of the outer surface of the Projection lens can adjust.
  • the projection lens is preferably designed as a cylindrical lens. This has a light exit surface with a greater curvature around a cylinder axis and a significantly smaller curvature around an axis running transversely to the cylinder axis.
  • the curvature around the axis running transversely to the cylinder axis is preferably very small, in particular almost zero. Consequently, the light exit surface of the lens is flat or almost flat in a cross-sectional plane which includes the cylinder axis.
  • the cylinder axis runs in a substantially vertical direction, that is to say approximately transversely to the roadway on which the vehicle is standing or driving.
  • Cylindrical lenses are generally referred to as lenses with two cylindrical surfaces. Within the meaning of the present invention, however, lenses with toric surfaces (ie lenses whose surface emerges from a torus) are also referred to as cylindrical lenses.
  • a further advantage of the invention consists in the small number of parts required for the production and contacting of the heating element and in the simple assembly of the heating element on or in the projection lens.
  • the transparent carrier film preferably consists of a plastic, for example a transparent polycarbonate (PC).
  • the plastic used should be UV and/or heat resistant and—at least when the heating element is applied to an outer surface of the projection lens—be weather and/or acid resistant.
  • the durability of the plastic ensures that the plastic does not become brittle or hard over its lifetime due to UV radiation and weather, does not crack and does not discolour. It is conceivable, for example, to use Makrofol® UV 244 from Covestro AG, Leverkusen, Germany as the material for the carrier film.
  • the film has a thickness in the range of 100-600 ⁇ m, preferably in the range of 200-500 ⁇ m, very particularly preferably in the range of about 350 ⁇ m.
  • the conductor tracks can be conductor tracks, for example made of copper, printed onto the transparent carrier film.
  • the conductor tracks are formed by heating wires, which heat up when current flows and heat to the Leave the projection lens and defrost it.
  • the heating wires are preferably made of a metal, for example copper. They preferably have a circular cross-sectional area. However, other cross-sectional areas (eg oval or rectangular) are also conceivable. Without electrical insulation, the heating wires have a diameter in the range of 10-100 ⁇ m, preferably in the range of 30-70 ⁇ m, very particularly preferably in the range of 40-55 ⁇ m.
  • Insulation can be applied at least in sections to the wires, for example in the form of an insulating lacquer or a plastic insulation.
  • the diameter of the heating wires increases by about 20-30% or by about 10-20 pm.
  • a heating wire with a diameter of 44 ⁇ m without insulation and 56 ⁇ m with insulation is very particularly preferred.
  • the small diameter of the heating wires leads to negligibly small light losses if the wires are evenly distributed on or in the projection lens. In particular, the loss of light is in a range of ⁇ 1%. There is also no risk of uncontrolled scattering, refraction or diffraction of the light passing through the lens due to the heating wires.
  • the conductor tracks can, for example, run parallel to one another or concentrically.
  • the ends of the individual conductor tracks can be routed together to a switching element or an electrical energy source.
  • a single conductor track is preferably applied to the carrier film or introduced into it in a meandering manner in a plurality of loops.
  • the loops of the conductor track can, for example, run parallel to one another or concentrically.
  • the ends of the conductor track can be led to a contacting element, which can be part of the heating element.
  • the contacting element can be connected to a switching element or to an electrical energy source.
  • the application and fastening of the heating element on an outer surface of the projection lens can be carried out, for example, by means of adhesion or by means of an adhesive.
  • the adhesive is preferably transparent and heat-resistant in the cured state. UV, weather and acid resistance of the adhesive would also be beneficial.
  • the carrier foil of the heating element preferably points on one side an adhesive layer by which the heating element can be attached to the outer surface of the projection lens.
  • the heating element is inserted into an injection molding tool as part of the production of the projection lens by means of an injection molding process (so-called molding) and then the material of the lens (e.g. glass or transparent plastic, e.g. PC, PMMA, etc.) in the tool is sprayed onto the heating element.
  • the injected hot material of the lens connects preferably with the material of the carrier film and, after hardening, ensures an inseparable connection between the heating element and the projection lens.
  • a materially bonded connection, in particular a melted connection is preferably produced between the transparent film and the projection lens.
  • the heating element can also be introduced between two parts of the projection lens during the production of the projection lens by means of a so-called co-molding process.
  • the introduction of the heating element into the projection lens can, for example, take place in several steps as part of the production of the projection lens, as is known, for example, from DE 10 2010 033 902 A1.
  • the content of this publication is hereby made the subject matter of the present application in its entirety.
  • a first part of the projection lens can be manufactured by means of an injection molding tool in a first process cycle.
  • the heating element is then placed in the injection molding tool on the first part and, in order to produce a further part of the projection lens, the material of the lens is overmolded again in a further process cycle.
  • the two parts of the lens and the transparent film also connect to each other and form an inseparable connection after curing.
  • the various parts or the transparent film of the inserted heating element can no longer be seen with the naked eye.
  • the headlight has a projection module according to the invention in the housing. It is particularly preferred if the light passage opening of the headlight housing is not closed by a cover pane and if the projection module, in particular the projection lens, is sealed off from the housing around the light exit direction of the headlight.
  • the advantages of the heatable projection lens of the light module according to the invention come into play particularly in headlights without a cover plate, where the outer surface of the projection lens forms the end of the projection module or headlight to the outside in the light exit direction of the headlight.
  • a direct and immediate heating of the projection lens ensures a particularly efficient defrosting of the projection lens and a particularly rapid response.
  • a waterproof, elastic material for example plastic or rubber, is preferably used to seal the projection module or the projection lens in relation to the headlight housing.
  • Sufficient flexibility of the material for sealing allows the projection module or the projection lens to be moved relative to the headlight housing, for example to implement a vertical basic setting, a headlight range adjustment and/or a dynamic cornering light.
  • a headlight range adjustment and/or a dynamic cornering light can also be implemented purely electrically, in that a semiconductor light source array, e.g. in the form of an LED array, is used as the light source of the light module and the semiconductor light sources are controlled in a targeted manner in order to switch them on. turn off or dim.
  • the light source comprises at least one semiconductor light source, in particular at least one LED, preferably a multi-chip LED.
  • a plurality of LED semiconductor light sources can be arranged next to and one above the other in the manner of a matrix, so that they form an LED array.
  • the light emitted by semiconductor light sources often does not contain enough thermal energy (IR radiation components) to ensure that the projection lens or the cover plate is heated up and the light module or the headlight is defrosted without additional heating.
  • IR radiation components thermal energy
  • the conductor tracks of the heating element are routed to the outside on a contacting side of the transparent carrier film.
  • the heating element can thus be connected to the switching element or the electrical energy source quickly and reliably in a particularly simple manner.
  • contacting areas can be formed, which further simplify the contacting.
  • an electrical printed circuit board be attached to the transparent film on the contacting side and contacting areas of the printed circuit board be contacted with the conductor tracks of the heating element.
  • the circuit board can be flexible or rigid.
  • the conductor track ends on the contacting side of the carrier foil are therefore in electrical contact with contacting areas of the printed circuit board.
  • the electrical contact can be implemented, for example, via conductor tracks that are formed on the printed circuit board in a manner known per se.
  • the printed circuit board can be attached to the transparent carrier film on the contacting side in any desired manner, in particular by gluing, laminating, welding, in particular laser welding, etc. Electrical contacting of the conductor tracks of the heating element and conductor tracks of the printed circuit board can also take place in any desired manner, e.g. by soldering, in particular ultrasonic soldering, welding, gluing, etc.
  • the contacting areas can, for example, have contacting surfaces applied to the printed circuit board, which further simplify the contacting.
  • the contacting surfaces can be glued to the printed circuit board, for example, by means of self-adhesive contact pads, for example made of copper, and contacted with the conductor track ends of the carrier foil.
  • the contact pads can be glued around the circuit board so that the beaded contact pads are glued to the top and bottom of the printed circuit board.
  • the heating element can be contacted from the top and bottom of the printed circuit board at the same time, which enables particularly reliable and secure contacting.
  • contacting surfaces are applied directly to the carrier film, which simplify the contacting.
  • the contacting surfaces can be glued to the carrier foil, for example, by means of self-adhesive contact pads, for example made of copper, and contacted with the conductor tracks.
  • the contact pads can be glued around the carrier film so that the beaded contact pads are glued to the top and bottom of the carrier film.
  • the heating element can be contacted simultaneously from the top and bottom of the carrier film, which enables particularly reliable and secure contacting.
  • the heating element has a contacting element which is in contact with the conductor tracks of the heating element and via which the conductor tracks are connected to the switching element or the electrical energy source.
  • the contacting element can be designed as a plug element.
  • the connector element can be attached directly to the film on a contacting side of the transparent carrier film or to a printed circuit board which is attached to the transparent carrier film on a contacting side.
  • the plug element can be designed as a plug or as a socket. It can mechanically engage a mating connector element (socket or plug), automatically establishing an electrical connection between the connector elements.
  • the connector element can be attached directly to the carrier foil or the printed circuit board.
  • the connector element can also be attached indirectly via wires to the carrier film or the printed circuit board.
  • the connector element is movable relative to the carrier foil and/or the printed circuit board and can be positioned and aligned as desired for contacting the switching element or the electrical energy source.
  • the contacting element can have contacting surfaces that are in contact with the conductor tracks of the heating element. The contacting areas are applied to a contacting side of the transparent carrier film or to an electrical circuit board which is attached to the carrier film on a contacting side of the latter.
  • the contacting surfaces can be glued to the carrier foil, for example, by means of self-adhesive contact pads, for example made of copper, and contacted with the conductor track ends.
  • the contact pads can be glued around the carrier film so that the beaded contact pads are glued to the top and bottom of the carrier film.
  • the heating element can be contacted simultaneously from the top and bottom of the carrier film, which enables particularly reliable and secure contacting.
  • the electrical contacting of the contacting surfaces to the switching element or the electrical energy source can take place, for example, via spring contact pins.
  • spring contact pins By applying a force to the contact head of the pin, it is compressed to the installation dimension.
  • a spring installed inside the pin ensures that the electrical contact between the pin head and the contact surface is maintained.
  • the spring contact pins can be installed or inserted in suitable grooves in a lens carrier, which positions and holds the projection lens in the light module.
  • a peripheral pin collar can be provided as a stop for the end position, which has a slightly larger diameter than the pin body. This stop ensures that there is counter support when the pin is pressed together and that the pin cannot move backwards.
  • an opaque screen element be arranged on the outside of the projection lens, which covers areas of the heating element outside the conductor tracks, in particular contacting areas via which the conductor tracks are connected to the switching element or to the electrical energy source. From the outside, the screen element has, for example, a reflective or dark appearance.
  • the aperture element can be a separate element, which of attached to the outside of the light exit surface of the projection lens, e.g. by means of gluing, welding, clamps, latches, clips, etc. It would also be conceivable for the screen element to be designed as an opaque layer that is applied to the light exit surface of the projection lens from the outside. It would also be conceivable for the separate screen element to be incorporated into the projection lens itself.
  • a first part of the projection lens can be injected in a first process step.
  • the diaphragm element is applied to the first part and, in at least one further process step, overmolded with material for at least one further part of the projection lens.
  • the heating element can also be incorporated into the projection lens or applied to the light entry surface of the lens. It is crucial that the screen element is arranged outside the heating element in order to shield the covered part of the heating element from being viewed from the outside. Instead of being an opaque element, it would also be conceivable for the screen element to be partially transparent, for example in the manner of a frosted glass pane or the like.
  • FIG. 1 shows a light module according to the invention of a motor vehicle headlight
  • FIG. 2 shows a heating element for use in a light module of a motor vehicle headlight
  • FIG. 3 shows the heating element from FIG. 2 in a plan view, in a cross section AA and in a detailed view X;
  • FIG. 4 shows a circuit board as part of a heating element
  • FIG. 5 shows a heating element from FIGS. 2 and 3 with the circuit board attached
  • FIG. 6 shows the heating element with the printed circuit board attached thereto from FIG. 5 in a view from above;
  • FIG. 7 shows the heating element with the printed circuit board attached to it from FIG. 5 applied to an inner surface of a projection lens of a light module of a motor vehicle headlight in a sectional view;
  • FIG. 8 shows the heating element with a printed circuit board applied to a projection lens in a view from the inside
  • FIG. 9 shows a heating element for use in a light module of a motor vehicle headlight
  • FIG. 10 shows the heating element from FIG. 9 in detail with contacting surfaces for electrically contacting conductor tracks of the heating element
  • FIG. 11 shows a heating element for use in a light module of a motor vehicle headlight with a plug element in a contacting area
  • FIG. 12 shows the heating element from FIG. 11 in detail with a plug element for making electrical contact with conductor tracks of the heating element
  • FIG. 13 shows a heating element from FIG. 9 with a printed circuit board attached thereto;
  • FIG. 14 shows a section of the heating element from FIG. 13;
  • FIG. 15 shows the heating element from FIG. 13 with the plug element fastened to the printed circuit board
  • Figure 16 shows a heating element in a plan view, in a cross-section A-A and in a detailed view X;
  • FIG. 17 shows the heating element from FIG. 16 with a printed circuit board attached thereto with a plug element in a contacting area;
  • FIG. 18 shows the heating element from FIG. 16 with the plug element attached directly to a carrier film in a contacting area
  • FIG. 19 shows a projection lens of a projection module of a motor vehicle headlight with a heating element integrated into the lens, in a horizontal section;
  • FIG. 20 shows the projection lens from FIG. 19 in a vertical section
  • FIG. 21 shows an injection mold for producing a projection lens according to FIG. 19 in a first process step
  • FIG. 22 shows an injection mold for producing a projection lens according to FIG. 19 in a subsequent process step
  • FIG. 23 shows a finished projection lens in a transparent view from the outside
  • FIG. 24 shows a finished projection lens in a view from the outside with a screen element applied to the outer surface
  • FIG. 25 shows another example of a heating element for use in a light module of a motor vehicle headlight
  • FIG. 26 shows a section of the heating element from FIG. 25 with the contacting area in a view from above;
  • FIG. 27 shows the detail from FIG. 26 in a perspective view obliquely from above
  • FIG. 28 shows the detail from FIG. 26 in a perspective view obliquely from below
  • FIG. 29 shows a comparison of the contact areas of the heating elements from FIGS. 11 and 12 and Figs. 25 to 28;
  • FIG. 30 shows an example of a spring contact pin in an unloaded length for contacting the contacting area of the heating element from FIGS. 25 to 28;
  • FIG. 31 shows the spring contact pin from FIG. 30 in a compressed length
  • FIG. 32 shows an example for contacting the heating element from FIGS. 25 to
  • FIG. 33 shows a lens carrier with integrated spring contact pins and plug element according to FIG. 32 in a view from the outside;
  • FIG. 34 shows the lens carrier from FIG. 33 in detail in a view from the inside
  • FIG. 35 shows the lens carrier from FIG. 33 in a view from the outside with a projection lens to be inserted
  • FIG. 36 shows the lens carrier from FIG. 33 in detail in a view from the inside with a projection lens to be inserted;
  • FIG. 37 shows the lens carrier from FIG. 33 in detail in a view from the inside with the projection lens inserted.
  • FIG. 38 shows the lens carrier from FIG. 37 in cross section with the projection lens inserted.
  • the projection module 2 comprises a light source for emitting light, which is arranged inside the projection module 2 in FIG. 1 and is therefore not visible.
  • the light source preferably comprises at least one semiconductor light source, for example an LED or a laser diode, particularly preferably a semiconductor light source array.
  • the projection optics 2 includes primary optics for bundling, shaping and/or deflecting the light emitted by the light source. The primary optics cannot be seen in FIG. 1 either. It can include one or more reflectors or lenses.
  • the projection module 2 can also include one or more attachment optics, which bundle the light emitted by the light source by means of refraction on the light entry and/or light exit surface of the attachment optics and/or by means of total reflection at interfaces of the attachment optics.
  • the projection module 2 includes secondary optics 4 in the form of a projection lens, which produces an intermediate image of an intermediate image plane, which is arranged in the beam path between the primary optics and the secondary optics 4, in a light exit direction 6 of the projection module 2 in a front area in front of the motor vehicle as the resulting light distribution of the Projection module 2 depicts.
  • the projection lens is preferably designed as a cylindrical lens, with a light exit surface of the lens 4 having a greater curvature around a cylinder axis 60 and a smaller curvature around an axis running transversely to the cylinder axis 60 .
  • the cylinder axis 60 runs in a substantially vertical direction.
  • the projection module 2 is preferably arranged in a headlight housing, which has a light passage opening in the light exit direction 6, through which the light that has passed through the projection lens 4 is projected onto the roadway in front of the motor vehicle.
  • the headlight housing preferably has no transparent cover plate which closes the light passage opening.
  • the projection lens 4 forms the end of the headlight to the outside in the light exit direction 6 .
  • the projection lens 4 has a heating element for heating the projection lens 4 .
  • the configuration of the heating element for use in the projection module 2 according to the invention and the production of the projection lens 4 with such a heating element are explained in more detail below.
  • the heating element 8 have a transparent carrier film 10 made of an electrically insulating material and conductor tracks 12 applied thereto or embedded therein, which are connected to an electrical energy source 16 via a switching element 14 .
  • the energy source 16 can, for example, be a vehicle battery of the motor vehicle.
  • a current flow through the conductor tracks 12 can be enabled or interrupted via the switching element 14 .
  • the switching element 14 can be controlled manually, for example by the driver of the motor vehicle, or automatically, for example depending on the outside temperature or a temperature of the light module 2 or the projection lens 4 .
  • the heating element 8 is applied at least to a partial area of a light entry and/or light exit surface of the projection lens 4 of the projection module 2 or at least introduced into a part of the projection lens 4 itself.
  • the heating element 8 heats up the projection lens 4 and ensures that the same is efficiently defrosted.
  • the projection lens 4 will be at least partially covered by snowfall and ice formation in wintry weather and that the light will be completely or partially blocked or that the course of the roadway will no longer be fully illuminated even fails completely.
  • Washing systems are known for some headlights that spray the cover pane or the lens 4 of a light module 2 with antifreeze and in this way completely or partially prevent them from becoming clogged with snow and/or ice.
  • the use of car washes is complex and expensive, and their efficiency is not always guaranteed, particularly at very low outside temperatures.
  • the temperatures on the outer lenses 4 in the case of a headlight without a cover plate are usually not high enough to prevent ice and snow from settling on the lens 4.
  • specific means that are arranged directly on or in the projection lens 4 it is possible to increase the temperature on the lenses 4 to such an extent that the accumulation of snow and ice is avoided.
  • the warming up of the lens 4 ensures that little or no precipitation such as snow and ice settles on the outer surface of the lens and prevents too little light from being projected onto the road.
  • a heatable projection lens 4 can essentially be obtained by inserting a carrier film 10 with an integrated or attached heating wire 12 into an injection molding tool and overmolding it with transparent material (e.g. plastic, in particular PC) from which the lens 4 is made.
  • FIG 3 shows a heating element 8 in which the heating wire 12 is applied to the carrier film 10 .
  • the heating wire 12 can also be integrated into the film 10 without any problems.
  • the heating wire 12 can be welded into the carrier film 10 by means of ultrasonic welding. By applying a voltage to the exposed ends 18 of the heating wire 12, it heats up. The resulting heat 20 radiates to all sides and will also heat up the material surrounding the lens 4 and ultimately lead to the outer surface of the lens heating up. Sufficient heating prevents ice and snow from sticking to the heated surface.
  • the carrier film 10 is preferably made of transparent plastic, for example PC, into which a thin heating wire 12 of the order of 50 ⁇ m is introduced.
  • This wire 12 has a plastic coating or some other type of electrical insulation.
  • the individual tracks or loops of the welded-in wire 12 should, if possible, cover a sufficiently large area on the film 10 in order to be able to heat the optically effective surface of the lens 4 as evenly as possible and over the largest possible area. With an even distribution of the paths or loops of the wire 12 on or in the projection lens 4 and the small diameter of the wire 12, there is a very small loss of light ⁇ 1%, which is negligible in terms of lighting technology.
  • the film 10 is attached to a printed circuit board 22, for example glued on.
  • the adhesive connection is denoted by reference number 26 in FIG.
  • the circuit board 22 can be flexible or rigid.
  • the printed circuit board 22 can be provided with a plug element 24, via which contacting with the switching element 14 and/or the energy source 16 is facilitated.
  • the insulation-free wire ends 18 are bonded/soldered to the printed circuit board 22 .
  • Conductor tracks 28 are applied to the printed circuit board 22 and form an electrical connection from the wire ends 18 to contacts 30 of the plug element 24 .
  • This build consisting of the carrier film 10, the heating wire 12, the attached printed circuit board 22 with the connector element 24 forms the heating element 8 (see. Fig. 6).
  • This heating element 8 can be placed in a plastic injection molding tool and overmolded or encapsulated with the material for manufacturing the projection lens 4 .
  • the finished lens 4 with the heating element 8 attached thereto is shown in Figs. 7 and 8 shown.
  • the projection lens 4 and the carrier film 10 are preferably made of the same material, for example PC.
  • the overmolding or encapsulation creates an inseparable material connection between the heating element 8 and the lens 4 .
  • Both the production of the heatable projection lens 4 and the assembly and electrical contacting of the lens 4 and the heating element 8 in the light module 2 can be carried out particularly quickly and easily. With active heating, the lens surface oriented in the direction of travel can be warmed up, and ice and snow are prevented from clogging this light exit surface.
  • the material of the heating wire 12, the geometric dimensions of the wire 12 such as diameter and length, the specific electrical resistance of the wire 12 and the applied voltage and the current flowing through have an influence on the achievable heating power of the heating element 8. These parameters of the heating wire 12 can be chosen individually on a case-by-case basis.
  • the heating element 8 can be heated by means of voltage or current control or regulation in order to avoid overheating, which could lead to impairment of the optical properties of the lens 4 or damage to the lens material.
  • Electrical and/or electronic components required for the control and/or regulation can be provided on the printed circuit board 22 . These components include, for example, a temperature sensor and/or a microprocessor.
  • a plug-in element 24 can also be attached directly to the carrier film 10 (cf. FIGS. 11 and 12).
  • the heating wires 12 at their Ends 18 are provided with 32 copper pads.
  • the copper pads 32 can, for example, adhere to the film 10 in a self-adhesive manner and be connected to the wire ends 18 that are not insulated, for example by means of a low-temperature soldering process.
  • the contacts 30 of the connector element 24 are connected to the copper pads 32, for example by means of soldering (cf. FIG. 12).
  • the overmolding or overmolding of the heating element 8 then takes place as part of the production of the projection lens 4 in an injection molding process (molding or co-molding) as described above.
  • the advantage of this design is that since there is no separate circuit board 22, less installation space is required.
  • a further alternative for applying an electrical voltage to the wires 12 of the heating element 8 can be done by means of a flexible printed circuit board 22 (cf. FIGS. 13 to 15).
  • a flexible printed circuit board 22 is attached to a contact side of the transparent film 10 with the integrated heating wires 12, for example by laminating or gluing 26.
  • the insulation-free wire ends 18 are then soldered onto the printed circuit board 22 on contact surfaces 32 provided for this purpose.
  • the printed circuit board 22 has conductor tracks 28 which connect the contact areas 32 to the contacts 30 of the plug element 24 .
  • the flexible printed circuit board 22 can be folded, and as a result the heating element 8 only requires a reduced length. This enables a compact construction of the overmolded or encapsulated lens 4 with the integrated heating element 8.
  • the current-carrying conductor tracks 12 of the heating element 8 are designed as heating wires that are applied to the carrier film 10 or introduced into it.
  • printed strands 12a can alternatively also serve as current-carrying paths (cf. FIGS. 16 to 18). These can be printed onto the transparent film 10, for example, in a screen printing process or by means of pad printing or inkjet printing.
  • the applied printed strands 12a are used as current-carrying paths and are used similarly to the heating wires 12 when voltage is applied to heat up the projection lens 4.
  • the design of the dimensions of the printed conductor strands 12a is particularly important. On the one hand, these must be able to offer a correspondingly low resistance (depending on the material used and on a cross-sectional area of the strands 12a) in order to be able to be applied easily and inexpensively to the film 10 on the one hand and on the other hand to be able to provide the desired heat output.
  • the conductor strands 12a should be designed as narrow as possible. A width of the strands 12a on the order of about 0.5 mm would still be acceptable. The loss of light would then be in the range of about 5%.
  • the thickness should be greater than that of usual screen printing, i.e. a thickness of >50 pm should be achieved .
  • the electrical contacting possibilities of the carrier film 10 with printed strands 12a as conductor tracks essentially correspond to those of the initially described embodiments with carrier film 10 and heating wires 12 (cf. FIGS. 17 and 18).
  • the flat heating elements 8 described above have been attached to one side (inside or outside) of a projection lens 4 in an injection molding process (cf. FIG. 7).
  • a further possible embodiment would be to introduce the heating element 8 into the projection lens 4 itself by being overmoulded with the material of the lens 4 on the inside and outside (cf. FIGS. 19 to 22).
  • the method is designed in two stages.
  • a first stage as described above, the carrier film 10 is overmolded with integrated Conductor tracks 12 with a layer of the material 4.1, for example plastic, in particular PC, from which the projection lens 4 consists (cf. FIG. 21).
  • lens material 4.2 is injected onto the side of the carrier film 10 that is still free (cf. FIG. 22).
  • the coating of the heating element 8 with the lens material takes place in an injection molding tool, as shown in FIGS. 21 and 22 is shown.
  • a first tool side is denoted by W1
  • a second tool side by W2.
  • the heating element 8 in the form of the transparent film 10 made of an electrically insulating material and conductor tracks 12, 12a applied thereto or embedded therein at least on a partial area of a light entry and/or or applied to the light exit surface of the projection lens 4 of the projection module 2 or at least introduced into a part of the projection lens 4 itself.
  • a first part 4.1 of the projection lens 4 is first manufactured using an injection molding tool W, the heating element 8 is placed in the injection molding tool W, if available on the first part 4.1 of the projection lens 4, and another part 4.2 of the projection lens 4 is produced on the heating element 8 by means of the injection molding tool W.
  • a first tool insert WE1 is preferably exchanged for a second tool insert WE2 between the first stage (FIG. 21) and the second stage (FIG. 22).
  • the second tool insert WE2 offers a depression 34 for injection molding the second part 4.2 of the lens 4.
  • the finished projection lens 4 encloses the heating element 8 and only keeps the plug element 24 free in order to supply the heating element 8 or the conductor tracks 12, 12a with voltage.
  • FIG. 23 shows a view of the finished projection lens 4 provided with the integrated heating element 8 against the light exit direction 6, ie from the outside.
  • the outer transparent first part 4.1 of the lens 4 and behind it the heating element 8 with all its components 10, 12, 18, 22 can be seen very clearly.
  • the contacting area of the heating element 8 (with the printed circuit board 22, the conductor tracks 28, the contact surfaces 32 and the plug element 24) as well as a production-related edge of the projection lens 4 can be covered by means of a screen element 36 (a cover, a frame or design part) (cf. 24).
  • the screen element 36 can be opaque or partially transparent.
  • An opaque screen element 36 has, for example, a silver or black color.
  • the diaphragm element 36 can be a separate element which is attached to the outer surface of the lens 4, for example by means of gluing or welding. It would also be conceivable for the diaphragm element 36 to be applied to the outer surface of the lens 4 as a layer of paint, for example by means of spraying or dipping. Finally, it would also be conceivable for the diaphragm element 36 to be applied as one of several components of the lens 4 as part of the multi-stage production process by means of the injection molding process. For this purpose, the screen element 36 can first be inserted into the injection molding tool and sprayed over with a first layer 4.1 of the material of the lens 4. The heating element 8 is then placed on the first layer 4.1 and sprayed over with a second layer 4.2.
  • a connector element 24 directly on the carrier film 10 is dispensed with. While in the previously described embodiments a plug-in connection was made directly on the film 10 by means of a plug element 24 (socket housing and pin housing), in this embodiment the electrical contact to the switching element 14 and/or the energy source 16 is made by contact pins (cf 30 to 32) on contact pads (cf. FIGS. 26 to 28) which are applied directly to the film 10.
  • the advantages lie in a simple and inexpensive production of the heating element 8 and in a simple but reliable integration (mechanical fastening and electrical contacting) of the projection lens 4 in the projection module 2.
  • this design requires particularly few parts and less space in the light module 2. This enables weight reduction and opens up new styling options for the light module 2.
  • 25 shows the above-described carrier film 10 made of plastic with the applied or integrated conductor tracks 12 (eg heating wires or strands printed on). The ends 18 of the conductor tracks 12 are guided to the lateral edge on a contacting side of the film 10 .
  • 26 shows contact pads 38, which can consist of a copper foil, for example.
  • the contact pads 38 can be self-adhesive, so that simple attachment to the carrier film 10 and contacting with the conductor tracks 12 or their ends 18 in the contacting area of the film 10 is possible.
  • the wire ends 18 can be soldered to the contact pads 38 .
  • Laterally protruding sections 38a of the contact pads 38 can be folded backwards and attached to the back of the carrier film 10 (cf. FIGS. 26 to 28).
  • the folded contact pads 38 with their contact surfaces on the front and the back of the foil 10 offer a suitable surface for an electrical contact connection.
  • this results in a significantly narrower contacting area 40 since the plug element 24 takes up a relatively large amount of space in the previous embodiments (cf. FIG. 29).
  • the contact area 40 is reduced to approximately 35% of the previous value (eg only 7 mm instead of the previous 20 mm).
  • the contact pads 38 can be electrically contacted by means of spring contact pins 42 .
  • a force F compressive force
  • Figure 30 shows the unloaded (original) length of the pin 42
  • Figure 31 shows the compressed length (final assembled length).
  • Establishing and maintaining the contact between the pin head 44 and the contact pad 38 is ensured by a spring element built into the interior of the pin 42 .
  • the diameter of the contact surface on the pin head 44 or of the entire pin 42 and the pin lengths can be designed as desired or selected from existing standard dimensions from suitable suppliers.
  • the contact forces or the spring forces F can also be designed specifically for the application or selected from standard versions.
  • a diameter D of the pin 42 of 1.5 mm and a contact area of 1.767 mm 2 (U ⁇ (d/2) 2 ) is proposed.
  • contact pins 42 with attached cable 46 could be used, which are already brought together in a connector housing 24a (cf. FIG. 32).
  • the pins 42 are placed in suitable grooves 48 in a lens carrier 50 and fastened therein (cf. FIG. 33).
  • the lens carrier 50 serves to fasten the projection lens 4 in the projection module 2.
  • a pin collar 52 with a slightly larger diameter than the pin body serves as a stop for the end position. This stop 52 ensures that when the pin 42 is pressed together, there is counter support and the pin 42 cannot move backwards.
  • the plug 24a can be attached to the lens carrier 50 in an area as far away from the lens 4 as desired, for example by means of a clip connection (cf. FIG. 34).
  • a cover 54 could be clipped on to laterally secure the position of the contact pins 42 in the grooves 48 (cf. FIGS. 34 and 36).
  • Other fastening options with or without an additional fastening or securing part are also conceivable.
  • the projection lens 4 with the integrated heating element 8 can be applied to the lens carrier 50 (cf. FIG. 35).
  • the projection lens can have a sealing foot 56 which, when placed on the lens carrier 50, enters a sealing channel 58 which is formed on the lens carrier 50.
  • the sealing channel 58 can be filled with an adhesive or a sealing compound (e.g. butyl) beforehand.
  • the sealing foot 56 can run over the entire circumference of the lens 4 . At least in this case the sealing channel 58 would then also run over the entire circumference of the lens 4 .
  • the projection lens 4 is fastened to the lens carrier 50 almost inseparably.
  • the lens 4 can also be attached to the lens carrier 50 in some other way, for example by means of a retaining spring, laser welding or the like.
  • the lens 4 compresses the spring contact pins 42 to a predetermined final dimension.
  • the contact pads 38 which are located on the inside of the lens 4, and the contact surfaces 44 of the pin heads permanent spring-loaded contact that enables the electrical contacting of the heating element 8 integrated in the lens 4.
  • Contact is made automatically when the lens 4 is mounted on the lens carrier 50. This allows the contacts 38 to be placed in areas that are difficult or inaccessible.

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Abstract

Die Erfindung betriff ein Projektionsmodul (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul (2) umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik (4) in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik (4) angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Projektionsmoduls (2) in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls (2) abbildet. Das Projektionsmodul (2) weist ein Heizelement (8) zum Beheizen der Projektionslinse (4) auf. Es wird vorgeschlagen, dass das Heizelement (8) eine transparente Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen (12) aufweist, die über ein Schaltelement (14) an eine elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind, wobei das Heizelement (8) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement (8) bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen (12) die Projektionslinse (4) aufheizt.

Description

Projektionsmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem solchen Projektionsmodul
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionsmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Projektionsmodul umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung des Projektionsmoduls in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls abbildet. Das Projektionsmodul weist ein Heizelement zum Beheizen der Projektionslinse auf.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Heizelements beheizbaren Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Der Scheinwerfer umfasst ein Gehäuse mit einer in einer Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers angeordneten Lichtdurchtrittsöffnung.
Ein Projektionsmodul sowie ein Kraftfahrzeugscheinwerfer der genannten Art ist bspw. aus der JP 2007-242 291 A bekannt. Dort wird vorgeschlagen, ein flächiges Heizelement zum Erwärmen einer Abdeckscheibe des Scheinwerfers, welche eine Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses verschließt, an einer beliebigen Stelle in dem Scheinwerfer anzuordnen, außer an der Abdeckscheibe selbst. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist das Heizelement auf einer Außenfläche einer Projektionslinse angeordnet, so dass die von dem Heizelement erzeugte Wärme in Richtung der Abdeckscheibe abstrahlt und diese erwärmt. Dabei ist das flächige Heizelement mittels eines Beschichtungsverfahrens, bspw. Vakuumbedampfung oder Sputter-Depositionsverfahren mittels ITO (indium-tin-oxide; Indium-Zinn-Oxid), auf die Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht. Das flächige Heizelement hat also keine diskreten Leiterbahnen, sondern gibt bei einer Beaufschlagung mit Strom als Ganzes vollflächig Wärme ab. Kontaktierungsstellen des flächigen Heizelements werden bspw. mittels einer leitfähigen Farbe aufgebracht.
Das beschriebene Projektionsmodul hat den Nachteil, dass das Aufbringen und Kontaktieren des Heizelements sehr aufwendig und teuer ist. Deshalb hat sich und wird sich das beschriebene Verfahren auch nicht in Zukunft nicht im Großserieneinsatz durchsetzen. Obwohl der zitierte Stand der Technik bereits fast 15 Jahre alt ist, wird in der Praxis immer noch auf eine konventionelle Beheizung der Innenseite der Abdeckscheibe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mittels erwärmter Luftströmung zurückgegriffen. Zum Erwärmen der Luftströmung wird dabei entweder Abwärme von elektrischen oder elektronischen Bauteilen oder von separaten Heizelementen im Inneren des Scheinwerfergehäuses erzeugte Wärme verwendet.
Diese gängigen und in der Praxis eingesetzten Verfahren zum Enttauen von Scheinwerfern stoßen jedoch in Scheinwerfern an ihre Grenzen, die keine Abdeckscheibe aufweisen. Bei diesen Scheinwerfern neuerer Bauart ist das Projektionsmodul in der Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses angeordnet und die Projektions- linse bildet in Lichtaustrittsrichtung den Abschluss des Scheinwerfers nach außen. Da die Abdeckscheibe fehlt, setzten sich bei solchen Scheinwerfern auf der Außenseite der Projektionslinse Feuchtigkeit (z.B. Regentropfen, Nebel, Beschlag, etc.) und Eis (z.B. Schnee, Vereisung, Hagel, Raureif, etc.) ab. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, dass die Außenfläche der Projektionslinse solcher Scheinwerfer häufig in einer Vertiefung angeordnet ist, in der sich Feuchtigkeit und Eis besonders leicht absetzen können.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige, aber dennoch effiziente Möglichkeit zum Enttauen von Projektionslinsen von Lichtmodulen von Kraftfahrzeugscheinwerfern vorzuschlagen, insbesondere wenn die Scheinwerfer keine Abdeckscheibe zum Verschließen der Lichtdurchtrittsöffnung eines Scheinwerfergehäuses aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Projektionsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Projektionsmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Heizelement eine transparente Folie aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen aufweist, die über ein Schaltelement an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sind, wobei das Heizelement zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse des Projektionsmoduls aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen die Projektionslinse aufheizt.
Die vorliegende Erfindung lässt sich besonders einfach und kostengünstig realisieren. Eine Vorabfertigung und ein Vorhalten einer großen Anzahl an Heizelementen ist ohne weiteres möglich. Das fertige Heizelement muss dann nur noch im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse oder des Projektionsmoduls auf einer Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht oder in die Linse eingebracht und elektrisch kontaktiert werden. Die transparente Folie ist vorzugsweise flexibel genug, dass sie sich einer Krümmung oder geringen Wölbung der Außenfläche der Projektionslinse anpassen kann. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Projektionslinse vorzugsweise als eine Zylinderlinse ausgebildet ist. Diese hat eine Lichtaustrittsfläche mit einer stärkeren Wölbung um eine Zylinderachse und einer deutlich geringeren Wölbung um eine quer zu der Zylinderachse verlaufende Achse. Die Wölbung um die quer zur Zylinderachse verlaufende Achse ist vorzugsweise sehr kleine, insbesondere nahezu Null. Mithin ist die Lichtaustrittsfläche der Linse in einer Querschnittsebene, welche die Zylinderachse umfasst, eben oder nahezu eben. Bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul verläuft die Zylinderachse in im Wesentlichen vertikaler Richtung, also in etwa quer zur Fahrbahn, auf der das Fahrzeug steht oder fährt. Als Zylinderlinse bezeichnet man im Allgemeinen Linsen mit zwei zylindrischen Flächen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden jedoch auch Linsen mit torischen Flächen (d.h. Linsen deren Oberfläche aus einem Torus hervorgeht) als Zylinderlinsen bezeichnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der geringen Anzahl an Teilen, die für die Fertigung und Kontaktierung des Heizelements erforderlich sind, sowie in der einfachen Montage des Heizelements auf oder in der Projektionslinse.
Die transparente Trägerfolie besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, bspw. einem transparenten Polycarbonat (PC). Der verwendete Kunststoff sollte UV- und/ oder hitzebeständig sein und - zumindest wenn das Heizelement auf einer Außenfläche der Projektionslinse aufgebracht ist - Witterungs- und/oder säurebeständig sein. Die Beständigkeit des Kunststoffs sorgt dafür, dass der Kunststoff über seine Lebensdauer durch UV-Strahlung und Witterung nicht spröde oder hart wird, keine Risse bekommt und sich nicht verfärbt. Denkbar ist bspw. die Verwendung von Makrofol® UV 244 der Covestro AG, Leverkusen, Deutschland als Material für die Trägerfolie. Die Folie hat eine Stärke im Bereich von 100-600 pm, vorzugsweise im Bereich von 200-500 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von etwa 350 pm.
Die Leiterbahnen können auf die transparente Trägerfolie aufgedruckte Leiterbahnen, bspw. aus Kupfer, sein. Vorzugsweise sind die Leiterbahnen jedoch durch Heizdrähte gebildet, welche sich bei Stromfluss erwärmen und Wärme an die Projektionslinse abgeben und diese so enttauen. Die Heizdrähte bestehen vorzugsweise aus einem Metall, bspw. Kupfer. Bevorzugt haben sie eine kreisförmige Querschnittsfläche. Aber auch andere Querschnittsflächen (z.B. oval oder rechteckig) sind denkbar. Die Heizdrähte haben ohne elektrische Isolation einen Durchmesser im Bereich von 10-100 pm, vorzugsweise im Bereich von 30-70 pm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 40-55 pm. Auf die Drähte kann zumindest abschnittsweise eine Isolation aufgebracht sein, bspw. in der Form eines Isolationslacks oder einer Kunststoffisolation. Mit der Isolation erhöht sich der Durchmesser der Heizdrähte um etwa 20-30% oder um etwa 10-20 pm. Ganz besonders bevorzugt wird ein Heizdraht mit einem Durchmesser von 44 pm ohne Isolation und von 56 pm mit einer Isolation. Der geringe Durchmesser der Heizdrähte führt bei gleichmäßiger Verteilung der Drähte auf bzw. in der Projektionslinse zu vernachlässigbar kleinen Lichteinbußen. Insbesondere liegen die Lichteinbußen in einem Bereich von <1%. Auch eine unkontrollierte Streuung, Brechung oder Beugung des durch die Linse hindurchtretenden Lichts ist durch die Heizdrähte nicht zu befürchten.
Es ist denkbar, mehrere separate Leiterbahnen auf der Trägerfolie aufzubringen oder in die Folie einzubringen. Die Leiterbahnen können bspw. parallel zueinander oder konzentrisch verlaufen. Die Enden der einzelnen Leiterbahnen können gemeinsam zu einem Schaltelement bzw. einer elektrischen Energiequelle geführt sein. Bevorzugt ist jedoch eine einzige Leiterbahn in mehreren Schleifen mäanderförmig auf die Trägerfolie aufgebracht oder in diese eingebracht. Die Schleifen der Leiterbahn können bspw. parallel zueinander oder konzentrisch verlaufen. Die Enden der Leiterbahn können an ein Kontaktierungselement geführt sein, das Teil des Heizelements sein kann. Das Kontaktierungselement kann an ein Schaltelement bzw. an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sein.
Das Aufbringen und Befestigen des Heizelements auf einer Außenfläche der Projektionslinse kann bspw. mittels Adhäsion oder mittels eines Klebstoffs erfolgen. Der Klebestoff ist im ausgehärteten Zustand vorzugsweise transparent und hitzebeständig. Auch eine UV-, Witterungs- und Säurebeständigkeit des Klebstoffs wären vorteilhaft. Bevorzugt weist die Trägerfolie des Heizelements auf einer Seite eine Klebeschicht auf, über die das Heizelement an der Außenfläche der Projektionslinse befestigt werden kann.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Heizelement im Rahmen einer Herstellung der Projektionslinse mittels eines Spritzgießverfahrens (sog. molding) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und dann das Material der Linse (z.B. Glas oder transparenter Kunststoff, bspw. PC, PMMA, etc.) in das Werkzeug auf das Heizelement gespritzt wird. Das eingespritzte heiße Material der Linse verbindet sich vorzugsweise mit dem Material der Trägerfolie und sorgt nach dem Aushärten für eine unlösbare Verbindung zwischen dem Heizelement und der Projektionslinse. Bevorzugt wird zwischen der transparenten Folie und der Projektionslinse eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Schmelzverbindung hergestellt.
Alternativ kann das Heizelement auch im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse mittels eines sog. co-molding-Verfahrens zwischen zwei Teile der Projektionslinse eingebracht werden. Das Einbringen des Heizelements in die Projektionslinse kann bspw. im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse in mehreren Schritten, wie es bspw. aus der DE 10 2010 033 902 A1 bekannt ist, erfolgen. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Insbesondere kann in einem ersten Prozesstakt ein erstes Teil der Projektionslinse mittels eines Spritzgusswerkzeugs gefertigt werden. Dann wird das Heizelement in das Spritzgusswerkzeug auf das erste Teil gelegt und zur Fertigung eines weiteren Teils der Projektionslinse in einem weiteren Prozesstakt nochmals mit dem Material der Linse überspritzt. Die beiden Teile der Linse und die transparente Folie verbinden sich auch miteinander und bilden nach dem Aushärten eine unlösbare Verbindung. An der fertigen Projektionslinse sind die verschiedenen Teile bzw. die transparente Folie des eingebrachten Heizelements mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen.
Die Aufgabe wird auch durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Insbesondere wird ausgehend von dem Scheinwerfer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer in dem Gehäuse ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Lichtdurchtrittsöffnung des Scheinwerfergehäuses nicht durch eine Abdeckscheibe verschlossen ist und wenn das Projektionsmodul, insbesondere die Projektionslinse, rings um die Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers herum gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist. Die Vorteile der beheizbaren Projektionslinse des erfindungsgemäßen Lichtmoduls kommen insbesondere bei Scheinwerfern ohne Abdeckscheibe zum Tragen, wo die Außenfläche der Projektionslinse in Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers den Abschluss des Projektionsmoduls bzw. Scheinwerfers nach außen bildet. Eine direkte und unmittelbare Heizung der Projektionslinse sorgt für ein besonders effizientes Enttauen der Projektionslinse und ein besonders rasches Ansprechverhalten.
Zum Abdichten des Projektionsmoduls bzw. der Projektionslinse gegenüber dem Scheinwerfergehäuse wird vorzugsweise ein wasserdichtes, elastisches Material verwendet, bspw. Kunststoff oder Gummi. Eine ausreichende Flexibilität des Materials zum Abdichten ermöglicht eine Bewegung des Projektionsmoduls bzw. der Projektionslinse relativ zu dem Scheinwerfergehäuse, bspw. zur Realisierung einer vertikalen Grundeinstellung, einer Leuchtweitenverstellung und/oder eines dynamischen Kurvenlichts. Alternativ können eine Leuchtweitenverstellung und/oder ein dynamisches Kurvenlicht auch auf rein elektrischem Wege realisiert werden, indem als Lichtquelle des Lichtmoduls ein Halbleiterlichtquellen-Array, bspw. in Form eines LED-Arrays, verwendet wird und die Halbleiterlichtquellen gezielt angesteuert werden, um sie einzuschalten, abzuschalten oder zu dimmen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere mindestens eine LED, vorzugsweise eine Multi-Chip-LED, umfasst. Mehrere LED-Halbleiterlichtquellen können matrixartig neben- und übereinander angeordnet sein, so dass sie ein LED-Array bilden. Das von Halbleiterlichtquellen ausgesandte Licht enthält häufig nicht genug Wärmeenergie (IR-Strahlungsanteile), um ohne zusätzliche Heizung für ein Aufwärmen der Projektionslinse bzw. der Abdeckscheibe und ein Enttauen des Lichtmoduls bzw. des Scheinwerfers zu sorgen. Mit der vorliegenden Erfindung ist nun ein besonders effizientes und einfaches Enttauen einer Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers möglich, selbst wenn das Lichtmodul eine Halbleiterlichtquelle aufweist, deren Strahlung nur einen sehr geringen IR-Anteil aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Leiterbahnen des Heizelements auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie nach außen geführt sind. Somit kann das Heizelement auf besonders einfache Weise schnell und sicher an das Schaltelement bzw. die elektrische Energiequelle angeschlossen werden. An den Leiterbahnenenden auf der Kontaktierungsseite können Kontaktierungsflächen ausgebildet sein, welche die Kontaktierung weiter vereinfachen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass auf der Kontaktierungsseite eine elektrische Leiterplatte an der transparenten Folie befestigt ist und Kontaktierungsbereiche der Leiterplatte mit den Leiterbahnen des Heizelements kontaktiert sind. Die Leiterplatte kann flexibel oder starr ausgebildet sein. Die Leiterbahnenenden auf der Kontaktierungsseite der Trägerfolie stehen somit in elektrischem Kontakt mit Kontaktierungsbereichen der Leiterplatte. Der elektrische kontakt kann bspw. über Leiterbahnen realisiert sein, die in an sich bekannter Weise auf der Leiterplatte ausgebildet sind.
Die Leiterplatte kann auf beliebige Weise auf der Kontaktierungsseite an der transparenten Trägerfolie befestigt sein, insbesondere durch Kleben, Laminieren, Schweißen, insbesondere Laserschweißen, etc. Eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen des Heizelements und von Leiterbahnen der Leiterplatte kann ebenfalls auf beliebige Art und Weise erfolgen, bspw. durch Löten, insbesondere Ultraschall- Löten, Schweißen, Kleben, etc.
Die Kontaktierungsbereiche können bspw. auf die Leiterplatte aufgebrachte Kontaktierungsflächen aufweisen, welche die Kontaktierung weiter vereinfachen. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Leiterplatte aufgeklebt und mit den Leiterbahnenenden der Trägerfolie kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Leiterplatte geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf Ober- und Unterseite der Leiterplatte aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Leiterplatte gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Ferner ist es denkbar, dass bspw. direkt auf die Trägerfolie Kontaktierungsflächen aufgebracht werden, welche die Kontaktierung vereinfachen. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Trägerfolie aufgeklebt und mit den Leiterbahnen kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Trägerfolie geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf der Ober- und Unterseite der Trägerfolie aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Trägerfolie gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Heizelement ein Kontaktierungselement aufweist, das mit den Leiterbahnen des Heizelements in Kontakt steht und über das die Leiterbahnen an das Schaltelement bzw. die elektrische Energiequelle angeschlossen sind. Das Kontaktierungselement kann als ein Steckerelement ausgebildet sein. Das Steckerelement kann auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie direkt auf der Folie oder auf einer Leiterplatte befestigt sein, die auf einer Kontaktierungsseite an der transparenten Trägerfolie befestigt ist. Das Steckerelement kann als Stecker oder als Buchse ausgebildet sein. Es kann mit einem entsprechenden Steckerelement (Buchse oder Stecker) mechanisch in Eingriff treten, wobei automatisch eine elektrische Verbindung zwischen den Steckerelementen hergestellt wird. Das Steckerelement kann unmittelbar auf der Trägerfolie oder der Leiterplatte befestigt sein. Alternativ kann das Steckerelement aber auch mittelbar über Drähte an der Trägerfolie oder der Leiterplatte befestigt sein. Im letzteren Fall ist das Steckerelement beweglich relativ zu der Trägerfolie und/oder der Leiterplatte und kann zur Kontaktierung mit dem Schaltelement bzw. der elektrischen Energiequelle beliebig positioniert und ausgerichtet werden. Alternativ kann das Kontaktierungselement Kontaktierungsflächen aufweisen, die mit den Leiterbahnen des Heizelements kontaktiert sind. Die Kontaktierungsflächen sind auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Trägerfolie oder auf einer elektrischen Leiterplatte aufgebracht, die auf einer Kontaktierungsseite der Trägerfolie an dieser befestigt ist. Die Kontaktierungsflächen können bspw. durch selbstklebende Kontaktpads, bspw. aus Kupfer, auf die Trägerfolie aufgeklebt und mit den Leiterbahnenenden kontaktiert werden. Die Kontaktpads können um die Trägerfolie geklebt werden, so dass die umbördelten Kontaktpads auf Ober- und Unterseite der Trägerfolie aufgeklebt sind. Dadurch kann die Kontaktierung des Heizelements von Ober- und Unterseite der Trägerfolie gleichzeitig erfolgen, was eine besonders zuverlässige und sichere Kontaktierung ermöglicht.
Die elektrische Kontaktierung der Kontaktierungsflächen zu dem Schaltelement bzw. der elektrischen Energiequelle kann bspw. über Federkontaktstifte erfolgen. Durch Aufbringen einer Kraft auf den Kontaktkopf des Stiftes wird dieser auf das Einbaumaß zusammengedrückt. Der Erhalt des elektrischen Kontakts zwischen dem Stiftkopf und der Kontaktierungsfläche wird durch eine im Inneren des Stifts verbaute Feder sichergestellt. Die Federkontaktstifte können in einem Linsenträger, welcher die Projektionslinse in dem Lichtmodul positioniert und hält, bspw. in geeigneten Nuten verbaut bzw. eingelegt sein. Als Anschlag zur Endposition kann ein umlaufender Stiftbund vorgesehen sein, der einen geringfügig größeren Durchmesser als der Stiftkörper aufweist. Mittels dieses Anschlags wird sichergestellt, dass beim Zusammendrücken des Stiftes ein Gegenhalt vorhanden ist und der Stift nicht nach hinten ausweichen kann. Bei Montage der Projektionslinse mit dem Heizelement in dem Linsenträger des erfindungsgemäßen Projektionsmoduls kann das Heizelement automatisch über die Federkontaktstifte kontaktiert werden.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass auf einer Außenseite der Projektionslinse ein opakes Blendenelement angeordnet ist, welches Bereiche des Heizelements außerhalb der Leiterbahnen verdeckt, insbesondere Kontaktierungsbereiche, über welche die Leiterbahnen an das Schaltelement bzw. an die elektrische Energiequelle angeschlossen sind. Das Blendenelement hat von außen bspw. eine spiegelnde oder dunkle Erscheinung. Das Blendenelement kann ein separates Element sein, das von außen auf der Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse befestigt ist, bspw. mittels Kleben, Schweißen, Klemmen, Rasten, Klipsen, etc. Ebenso wäre es denkbar, dass das Blendenelement als eine opake Schicht ausgebildet ist, die von außen auf die Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse aufgetragen wird. Es wäre auch denkbar, dass das separate Blendenelement in die Projektionslinse selbst eingebracht ist. Dies kann bspw. im Rahmen eines Herstellungsverfahrens der Projektionslinse in mehreren Schritten, wie es bspw. aus der DE 10 2010 033 902 A1 bekannt ist, erfolgen. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit in seiner Gesamtheit zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht. Insbesondere kann in einem ersten Prozessschritt ein erstes Teil der Projektionslinse gespritzt werden. Auf das erste Teil wird das Blendenelement aufgebracht und in mindestens einem weiteren Prozessschritt mit Material für mindestens ein weiteres Teil der Projektionslinse überspritzt. Zusätzlich zu dem Blendenelement kann das Heizelement ebenfalls in die Projektionslinse eingebracht oder auf die Lichteintrittsfläche der Linse aufgebracht sein. Entscheidend ist, dass das Blendenelement außerhalb des Heizelements angeordnet ist, um einen Blick von außen auf den abgedeckten Teil des Heizelements abzuschirmen. Statt als opakes Element wäre es auch denkbar, dass das Blendenelement teiltransparent ist, bspw. nach Art einer Milchglasscheibe o.ä.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass einzelnen Merkmale der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele jeweils auch für sich alleine erfindungswesentlich sein können, selbst wenn dies nicht ausdrücklich in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt ist. Ferner können auch beliebige Kombinationen von Merkmalen der verschiedenen Ausführungsbeispiele erfindungswesentlich sein, selbst wenn diese Kombination in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Es zeigen:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
Figur 2 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers; Figur 3 das Heizelement aus Fig. 2 in einer Draufsicht, in einem Querschnitt A- A und in einer Detailansicht X;
Figur 4 eine Leiterplatte als Teil eines Heizelements;
Figur 5 ein Heizelement aus Fign. 2 und 3 mit daran befestigter Leiterplatte aus
Fig. 4 in einer Ansicht von unten;
Figur 6 das Heizelement mit daran befestigter Leiterplatte aus Fig. 5 in einer Ansicht von oben;
Figur 7 das Heizelement mit daran befestigter Leiterplatte aus Fig. 5 aufgebracht auf eine Innenfläche einer Projektionslinse eines Lichtmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers in einer Schnittansicht;
Figur 8 das Heizelement mit Leiterplatte aufgebracht auf eine Projektionslinse in einer Ansicht von innen;
Figur 9 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
Figur 10 das Heizelement aus Fig. 9 im Ausschnitt mit Kontaktierungsflächen zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbahnen des Heizelements;
Figur 11 ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit einem Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
Figur 12 das Heizelement aus Fig. 11 im Ausschnitt mit einem Steckerelement zur elektrischen Kontaktierung von Leiterbahnen des Heizelements;
Figur 13 ein Heizelement aus Fig. 9 mit daran befestigter Leiterplatte; Figur 14 einen Ausschnitt des Heizelements aus Fig. 13;
Figur 15 das Heizelement aus Fig. 13 mit an der Leiterplatte befestigtem Steckerelement;
Figur 16 ein Heizelement in einer Draufsicht, in einem Querschnitt A-A und in einer Detailansicht X;
Figur 17 das Heizelement aus Fig. 16 mit daran befestigter Leiterplatte mit Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
Figur 18 das Heizelement aus Fig. 16 mit direkt auf einer Trägerfolie befestigtem Steckerelement in einem Kontaktierungsbereich;
Figur 19 eine Projektionslinse eines Projektionsmoduls eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit in die Linse integriertem Heizelement in einem Horizontalschnitt;
Figur 20 die Projektionslinse aus Fig. 19 in einem Vertikalschnitt;
Figur 21 eine Spritzgussform zur Herstellung einer Projektionslinse nach Fig. 19 in einem ersten Prozessschritt;
Figur 22 eine Spritzgussform zur Herstellung einer Projektionslinse nach Fig. 19 in einem nachfolgenden Prozessschritt;
Figur 23 eine fertige Projektionslinse in einer transparenten Ansicht von außen;
Figur 24 eine fertige Projektionslinse in einer Ansicht von außen mit auf der Außenfläche aufgebrachtem Blendenelement; Figur 25 ein weiteres Beispiel für ein Heizelement zur Verwendung in einem Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers;
Figur 26 einen Ausschnitt des Heizelements aus Fig. 25 mit Kontaktierungsbereich in einer Ansicht von oben;
Figur 27 den Ausschnitt aus Fig. 26 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben;
Figur 28 den Ausschnitt aus Fig. 26 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten;
Figur 29 einen Vergleich der Kontaktierungsbereiche der Heizelemente aus den Fign. 11 und 12 sowie der Fign. 25 bis 28;
Figur 30 ein Beispiel für einen Federkontaktstift in unbelasteter Länge zur Kontaktierung des Kontaktierungsbereichs des Heizelements aus den Fign. 25 bis 28;
Figur 31 den Federkontaktstift aus Fig. 30 in komprimierter Länge;
Figur 32 ein Beispiel zur Kontaktierung des Heizelements aus den Fign. 25 bis
28 mit zwei Federkontaktstiften und einem Steckerelement;
Figur 33 einen Linsenträger mit integrierten Federkontaktstiften und Steckerelement gemäß Fig. 32 in einer Ansicht von außen;
Figur 34 den Linsenträger aus Fig. 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen;
Figur 35 den Linsenträger aus Fig. 33 in einer Ansicht von außen mit einzusetzender Projektionslinse; Figur 36 den Linsenträger aus Fig. 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen mit einzusetzender Projektionslinse;
Figur 37 den Linsenträger aus Fig. 33 im Ausschnitt in einer Ansicht von innen mit eingesetzter Projektionslinse; und
Figur 38 den Linsenträger aus Fig. 37 im Querschnitt mit eingesetzter Projektionslinse.
Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs ist in Fig. 1 gezeigt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Das Projektionsmodul 2 umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, die in Fig. 1 im Inneren des Projektionsmoduls 2 angeordnet und deshalb nicht zu sehen ist. Die Lichtquelle umfasst vorzugsweise mindestens eine Halbleiterlichtquelle, bspw. eine LED oder eine Laser-Diode, besonders bevorzugt ein Halbleiterlichtquellen-Array. Ferner umfasst die Projektionsoptik 2 eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts. Die Primäroptik ist in Fig. 1 ebenfalls nicht zu sehen. Sie kann einen oder mehrere Reflektoren oder Linsen umfassen. Sie kann aber auch eine oder mehrere Vorsatzoptiken umfassen, welche das von der Lichtquelle ausgesandte Licht mittels Brechung an der Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik und/oder mittels Totalreflexion an Grenzflächen der Vorsatzoptik bündeln. Darüber hinaus umfasst das Projektionsmodul 2 eine Sekundäroptik 4 in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik 4 angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung 6 des Projektionsmoduls 2 in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls 2 abbildet. Die Projektionslinse ist vorzugsweise als eine Zylinderlinse ausgebildet, wobei eine Lichtaustrittsfläche der Linse 4 um eine Zylinderachse 60 eine stärkere Wölbung und um eine quer zu der Zylinderachse 60 verlaufende Achse eine geringeren Wölbung aufweist. Bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul 2 verläuft die Zylinderachse 60 in im Wesentlichen vertikaler Richtung. Das Projektionsmodul 2 ist vorzugsweise in einem Scheinwerfergehäuse angeordnet, das in der Lichtaustrittsrichtung 6 eine Lichtdurchtrittsöffnung aufweist, durch die das durch die Projektionslinse 4 gelangte Licht auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug projiziert wird. Bevorzugt weist das Scheinwerfergehäuse keine transparente Abdeckscheibe auf, welche die Lichtdurchtrittsöffnung verschließt. Vielmehr bildet die Projektionslinse 4 in Lichtaustrittsrichtung 6 den Abschluss des Scheinwerfers nach außen. Die Projektionslinse 4 weist ein Heizelement zum Beheizen der Projektionslinse 4 auf. Die Ausgestaltung des Heizelements zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Projektionsmodul 2 sowie die Herstellung der Projektionslinse 4 mit einem solchen Heizelement werden nachfolgend näher erläutert.
Um eine einfache und kostengünstige, aber dennoch effiziente Möglichkeit zum Enttauen der Projektionslinse 4 eines Projektionsmoduls 2 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers vorzuschlagen, insbesondere wenn der Scheinwerfer keine Abdeckscheibe zum Verschließen der Lichtdurchtrittsöffnung aufweist, wird vorgeschlagen, dass das Heizelement 8 eine transparente Trägerfolie 10 aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen 12 aufweist, die über ein Schaltelement 14 an eine elektrische Energiequelle 16 angeschlossen sind. Die Energiequelle 16 kann bspw. eine Fahrzeug batte rie des Kraftfahrzeugs sein. Über das Schaltelement 14 kann ein Stromfluss durch die Leiterbahnen 12 ermöglicht oder unterbrochen werden. Das Schaltelement 14 kann manuell, bspw. durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs, oder aber automatisch, bspw. abhängig von der Außentemperatur oder einer Temperatur des Lichtmoduls 2 oder der Projektionslinse 4, gesteuert werden.
Das Heizelement 8 wird zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse 4 des Projektionsmoduls 2 aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse 4 selbst eingebracht. Bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen 12 heizt das Heizelement 8 die Projektionslinse 4 auf und sorgt für ein effizientes Enttauen derselben. Bei Scheinwerfern und Lichtmodulen 2 von Scheinwerfern ohne Abdeckscheibe besteht die Gefahr, dass die Projektionslinse 4 bei winterlicher Witterung durch Schneefall und Eisbildung zumindest teilweise abgedeckt werden und dadurch das Licht ganz oder teilweise abgeschottet wird bzw. dass die Ausleuchtung des Fahrbahnverlaufes nicht mehr komplett erfolgen kann oder sogar ganz ausfällt. Bei manchen Scheinwerfern sind Waschanlagen bekannt, die mit Frostschutzmittel die Abdeckscheibe oder die Linse 4 eines Lichtmoduls 2 besprühen und auf diese Weise ganz oder teilweise verhindern, dass sich diese mit Schnee und/oder Eis zusetzen. Der Einsatz von Waschanlagen ist jedoch aufwendig und teuer und deren Effizienz ist insbesondere bei sehr niedrigen Außentemperaturen nicht immer gewährleistet.
Um bei einem Scheinwerfer ohne Abdeckscheibe das auf die Fahrbahn projizierte Licht auch bei winterlicher Witterung weitgehend ohne größere Lichtverluste zu ermöglichen, gilt es die exponierte Projektionslinse 4 schnee- und eisfrei zu halten. Eine Möglichkeit dies zu erreichen, ist es die Linse 4 aufzuheizen und auf entsprechend hohen Temperaturen zu halten, damit Eis und Schnee schmelzen und/oder sich nicht festsetzen können.
Bei Lichtmodulen 2 mit Halbleiterlichtquellen, die Licht mit einem niedrigen IR-Anteil aussenden, sind üblicherweise die Temperaturen an den außenliegenden Linsen 4 im Falle eines Scheinwerfers ohne Abdeckscheibe nicht ausreichend hoch, um zu vermeiden, dass sich Eis und Schnee auf der Linse 4 festsetzen. Mit gezielten Mitteln, die direkt auf oder in der Projektionslinse 4 angeordnet sind, ist es jedoch möglich, die Temperatur an den Linsen 4 so weit zu erhöhen, dass das Festsetzen von Schnee und Eis vermieden wird. Durch das Aufwärmen der Linse 4 wird erreicht, dass sich kein oder nur eine geringe Menge an Niederschlägen wie Schnee und Eis auf der Linsenaußenfläche festsetzt, und verhindert, dass zu wenig Licht auf die Fahrbahn projiziert wird.
Im Wesentlichen kann man eine beheizbare Projektionslinse 4 dadurch erhalten, dass eine Trägerfolie 10 mit einem integriertem oder aufgebrachtem Heizdraht 12 in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und von transparentem Material (z.B. Kunststoff, insbesondere PC), aus dem die Linse 4 gefertigt wird, überspritzt wird. In Fig. 3 ist ein Heizelement 8 gezeigt, bei dem der Heizdraht 12 auf die Trägerfolie 10 aufgebracht ist. Da die Trägerfolie 10 jedoch eine größere Stärke als der Durchmesser des Heizdrahts 12 aufweist, kann der Heizdraht 12 auch problemlos in die Folie 10 integriert sein. Insbesondere kann der Heizdraht 12 mittels Ultraschallschweißen in die Trägerfolie 10 eingeschweißt werden. Durch Anlegen einer Spannung an die freiliegenden Enden 18 des Heizdrahts 12 erhitzt sich dieser. Die entstehende Wärme 20 strahlt zu allen Seiten ab und wird auch das umgebende Material der Linse 4 aufwärmen und schließlich zu einer Erwärmung der Linsenaußenfläche führen. Bei ausreichender Erwärmung wird verhindert, dass sich Eis und Schnee an der erwärmten Oberfläche festsetzen können.
Die Trägerfolie 10 besteht vorzugsweise aus transparentem Kunststoff, bspw. PC, in die ein dünner Heizdraht 12 der Größenordnung 50 pm eingebracht ist. Dieser Draht 12 besitzt eine Kunststoffummantelung oder eine andere Art von elektrischer Isolation. Die einzelnen Bahnen oder Schleifen des eingeschweißten Drahtes 12 sollen auf der Folien 10 nach Möglichkeit einen ausreichend großen Bereich abdecken, um die optisch wirksame Fläche der Linse 4 möglichst gleichmäßig und auf einer größtmöglichen Fläche beheizen zu können. Bei gleichmäßiger Verteilung der Bahnen bzw. Schleifen des Drahtes 12 auf bzw. in der Projektionslinse 4 und dem geringen Durchmesser des Drahtes 12 kommt es zu sehr geringen Lichteinbußen <1%, was lichttechnisch vernachlässigbar ist.
Zur Kontaktierung des Heizelements 8 mit dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. In dem Beispiel der Fig. 5 wird die Folie 10 auf einer Leiterplatte 22 befestigt, bspw. aufgeklebt. Die Klebeverbindung ist in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 26 bezeichnet. Die Leiterplatte 22 kann flexibel oder starr ausgebildet sein. Die Leiterplatte 22 kann mit einem Steckerelement 24 versehen sein, über das die Kontaktierung mit dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 erleichtert wird. Die isolationsfreien Drahtenden 18 sind auf die Leiterplatte 22 gebondet/ gelötet. Auf der Leiterplatte 22 sind Leiterbahnen 28 aufgebracht, welche eine elektrische Verbindung von den Drahtenden 18 zu Kontakten 30 des Steckerelements 24 bilden. Dieser Aufbau bestehend aus der Trägerfolie 10, dem Heizdraht 12, der befestigten Leiterplatte 22 mit dem Steckerelement 24 bildet das Heizelement 8 (vgl. Fig. 6).
Dieses Heizelement 8 kann in ein Kunststoff-Spritzguss-Werkzeug eingelegt werden und mit dem Material zur Fertigung der Projektionslinse 4 überspritzt oder umspritzt werden. Die fertige Linse 4 mit dem daran befestigten Heizelement 8 ist in den Fign. 7 und 8 gezeigt. Die Projektionslinse 4 und die Trägerfolie 10 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material, bspw. PC. Durch das Über- oder Umspritzen entsteht nach dem Aushärten eine unlösbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement 8 und der Linse 4. Dadurch erhält man eine optische Linse 4 mit integriertem Heizelement 8, die an ein Lichtmodul 2 angebracht werden kann. Dabei kann sowohl die Fertigung der heizbaren Projektionslinse 4 als auch die Montage und elektrische Kontaktierung der Linse 4 bzw. des Heizelements 8 in dem Lichtmodul 2 besonders schnell und einfach erfolgen. Mit aktiver Beheizung kann die in Fahrtrichtung orientierte Linsenfläche aufgewärmt werden, und es wird verhindert, dass Eis und Schnee diese Lichtaustrittsfläche zusetzen.
Der Werkstoff des Heizdrahtes 12, die geometrischen Maße des Drahtes 12 wie bspw. Durchmesser und Länge, der spezifische elektrische Widerstand des Drahtes 12 sowie die angelegte Spannung und der hindurchfließende Strom haben Einfluss auf die erzielbare Heizleistung des Heizelements 8. Diese Parameter des Heizdrahtes 12 können von Fall zu Fall individuell gewählt werden.
Die Aufheizung des Heizelements 8 kann mittels Spannungs- oder Stromsteuerung oder -regelung erfolgen, um eine Überhitzung zu vermeiden, die zur Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der Linse 4 bzw. zur Beschädigung des Linsenwerkstoffes führen könnte. Für die Steuerung und/oder Regelung erforderliche elektrische und/oder elektronische Bauteile können auf der Leiterplatte 22 vorgesehen sein. Diese Bauteile umfassen bspw. einen Temperatursensor und/oder einen Mikroprozessor.
Alternativ kann ein Steckelement 24 auch direkt auf der Trägerfolie 10 angebracht werden (vgl. Fign. 11 und 12). Für diesen Fall können die Heizdrähte 12 an ihren Enden 18 mit Kupferpads 32 versehen werden. Die Kupferpads 32 können bspw. selbstklebend auf der Folie 10 haften und mit den isolationsfreien Drahtenden 18 verbunden werden, bspw. mittels eines niedrig Temperatur Lötverfahrens. Die Kontakte 30 des Steckerelements 24 werden mit den Kupferpads 32 verbunden, bspw. mittels Löten (vgl. Fig. 12). Anschließend erfolgt das Überspritzen oder Umspritzen des Heizelements 8 im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse 4 in einem Spritzgussverfahren (molding oder co-molding) wie oben beschrieben. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass durch den Verzicht auf eine separate Leiterplatte 22 ein kleinerer Bauraum benötigt wird.
Eine weitere Alternative, eine elektrische Spannung an die Drähte 12 des Heizelements 8 anzulegen, kann mittels einer flexiblen Leiterplatte 22 erfolgen (vgl. Fign.13 bis 15). Dazu wird eine flexible Leiterplatte 22 auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie 10 mit den integrierten Heizdrähten 12 befestigt, bspw. durch Laminieren oder Verkleben 26. Die isolationsfreien Drahtenden 18 werden anschließend auf die Leiterplatte 22 auf dafür vorgesehenen Kontaktflächen 32 aufgelötet. Die Leiterplatte 22 weist Leiterbahnen 28 auf, welche die Kontaktflächen 32 mit den Kontakten 30 des Steckerelements 24 verbinden. Statt des in Fig. 15 gezeigten einen Steckerelements 24 können auch mehrere Steckerelemente an der Leiterplatte 22 befestigt und mit den Drahtenden 18 kontaktiert werden. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass die flexible Leiterplatte 22 gefaltet werden kann und dadurch das Heizelement 8 nur eine reduzierte Länge benötigt. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der über- oder umspritzten Linse 4 mit dem integrierten Heizelement 8.
In den bisherigen Ausführungsformen sind die stromführenden Leiterbahnen 12 des Heizelements 8 als Heizdrähte ausgebildet, die auf die Trägerfolie 10 aufgebracht oder in diese eingebracht sind. Anstelle dieser Heizdrähte 12 können alternativ jedoch auch aufgedruckte Stränge 12a als stromführende Bahnen dienen (vgl. Fign. 16 bis 18). Diese können z.B. in einem Siebdruckverfahren oder mittels Tampondruck oder Tintenstrahldruck auf die transparente Folie 10 aufgedruckt werden. Bei Verwendung einer elektrisch leitenden Drucktinte oder Paste können die aufge- druckten Stränge 12a als stromführende Bahnen verwendet werden und ähnlich wie die Heizungsdrähte 12 bei angelegter Spannung zum Aufheizen der Projektionslinse 4 genutzt werden.
Bei dieser Ausführung kommt es ganz besonders auf die Auslegung der Maße der aufgedruckten Leiterstränge 12a an. Diese müssen zum einen in der Lage sein, einen entsprechend niedrigen Widerstand zu bieten (abhängig vom verwendeten Material und von einer Querschnittsfläche der Stränge 12a), um einerseits einfach und kostengünstig auf der Folie 10 aufgebracht zu werden und anderseits die gewünschte Wärmeleistung erbringen zu können. Um die Lichtverluste möglichst gering zu halten, sollten die Leiterstränge 12a möglichst schmal ausgebildet sein. Eine Breite der Stränge 12a in der Größenordnung von etwa 0,5 mm wäre noch akzeptabel. Die Lichteinbußen würden dann in einem Bereich von etwa 5% liegen. Diese Lichteinbußen können durch die höhere Bestromung der Lichtquelle des Lichtmoduls 2 kompensiert werden. Um eine Dicke (oder Höhe) der Tinte/ Paste aufzubringen, sodass sich eine Querschnittsfläche ergibt, die ausreichend für den berechneten Widerstand ist, sollte die Dicke größer als die des üblichen Siebdrucks sein, das heißt es sollte eine Dicke von >50 pm erzielt werden.
Die elektrischen Kontaktierungsmöglichkeiten der Trägerfolie 10 mit aufgedruckten Strängen 12a als Leiterbahnen entsprechen im Wesentlichen denen der eingangs beschriebenen Ausführungen mit Trägerfolie 10 und Heizdrähten 12 (vgl. Fign. 17 und 18).
Die oben beschriebenen flächigen Heizelemente 8 sind in einem Spritzgussverfahren auf einer Seite (innen oder außen) einer Projektionslinse 4 angebracht worden (vgl. Fig. 7). Eine weitere mögliche Ausführung wäre es, das Heizelement 8 in die Projektionslinse 4 selbst einzubringen, indem es an Innen- und Außenseite mit dem Material der Linse 4 umspritzt wird (vgl. Fign. 19 bis 22).
Dies kann in einem mehrstufigen Spritzguss-Verfahren erreicht werden. In einem einfachen Fall ist das Verfahren zweistufig ausgestaltet. In einer ersten Stufe erfolgt wie bei oben beschrieben die Überspritzung der Trägerfolie 10 mit integrierten Leiterbahnen 12 mit einer Schicht des Materials 4.1 , bspw. Kunststoff, insbesondere PC, aus dem die Projektionslinse 4 besteht (vgl. Fig. 21 ). Anschließend wird in einer zweiten Stufe Linsenmaterial 4.2 auf die noch freie Seite der Trägerfolie 10 gespritzt (vgl. Fig. 22). Das Umspritzen des Heizelements 8 mit dem Linsenmaterial erfolgt in einem Spritzgusswerkzeug, wie es in den Fign. 21 und 22 gezeigt ist. Eine erste Werkzeugseite ist mit W1 bezeichnet, eine zweite Werkzeugseite mit W2.
Ganz besonders bevorzugt wird zur Herstellung der mittels des Heizelements 8 beheizbaren Projektionslinse 4 vorgeschlagen, dass das Heizelement 8 in Form der transparenten Folie 10 aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachten oder darin eingelassenen Leiterbahnen 12, 12a zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse 4 des Projektionsmoduls 2 aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse 4 selbst eingebracht wird. Zum Einbringen de Heizelements 8 in die Linse 4 wird vorgeschlagen, dass zunächst ein erstes Teil 4.1 der Projektionslinse 4 mittels eines Spritzgusswerkzeugs W gefertigt wird, das Heizelement 8 in das Spritzgusswerkzeug W, sofern vorhanden auf das erste Teil 4.1 der Projektionslinse 4, gelegt wird, und auf dem Heizelement 8 ein weiteres Teil 4.2 der Projektionslinse 4 mittels des Spritzgusswerkzeugs W gefertigt wird.
Zwischen der ersten Stufe (Fig. 21 ) und der zweiten Stufe (Fig. 22) wird vorzugsweise ein erster Werkzeugeinsatz WE1 gegen einen zweiten Werkzeugeinsatz WE2 ausgetauscht. Der zweite Werkzeugeinsatz WE2 bietet eine Vertiefung 34 zum Spritzen des zweiten Teils 4.2 der Linse 4. Die fertige Projektionslinse 4 umschließt das Heizelement 8 und hält nur das Steckerelement 24 frei, um das Heizelement 8 bzw. die Leiterbahnen 12, 12a mit Spannung zu versorgen.
Fig. 23 zeigt eine Ansicht der fertigen, mit dem integrierten Heizelement 8 versehene Projektionslinse 4 entgegen der Lichtaustrittsrichtung 6, d.h. von außen. Sehr gut zu erkennen ist das äußere transparente erste Teil 4.1 der Linse 4 und dahinter das Heizelement 8 mit all seinen Komponenten 10, 12, 18, 22. Der Kontaktierungsbereich des Heizelements 8 (mit der Leiterplatte 22, den Leiterbahnen 28, den Kontaktflächen 32 und dem Steckerelement 24) wie auch ein herstellungsbedingter Rand der Projektionslinse 4 können mittels eines Blendenelements 36 (einer Abdeckung, eines Rahmens oder Designteils) abgedeckt werden (vgl. Fig. 24). Das Blendenelemente 36 kann opak oder teiltransparent sein. Ein opakes Blendenelement 36 hat bspw. eine silberne oder schwarze Farbe. Das Blendenelement 36 kann ein separates Element sein, das auf der Außenfläche der Linse 4 befestigt wird, bspw. mittels Kleben oder Schweißen. Es wäre auch denkbar, dass das Blendenelement 36 als eine Farbschicht auf die Außenfläche der Linse 4 aufgebracht wird, bspw. mittels Sprühen oder Tauchen. Schließlich wäre es auch denkbar, dass das Blendenelement 36 im Rahmen des mehrstufigen Herstellungsprozesses mittels des Spritzgussverfahrens als eine von mehreren Komponenten der Linse 4 aufgebracht wird. Dazu kann zunächst das Blendenelement 36 in das Spritzgusswerkzeug eingelegt werden und mit einer ersten Schicht 4.1 des Materials der Linse 4 überspritzt werden. Anschließend wird das Heizelement 8 auf die erste Schicht 4.1 gelegt und mit einer zweiten Schicht 4.2 überspritzt.
Nachfolgend wird anhand der Fign. 25 bis 29 eine weitere Möglichkeit zur Kontaktierung des Heizelements 8 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird auf ein Steckerelement 24 unmittelbar auf der Trägerfolie 10 verzichtet. Während bei den bisher beschriebenen Ausführungen eine Steckverbindung mittels Steckerelement 24 (Buchsen-Gehäuse und Pin-Gehäuse) direkt auf der Folie 10 erfolgte, wird in dieser Ausführung der elektrische Kontakt zu dem Schaltelement 14 und/oder der Energiequelle 16 durch Auflage von Kontaktpins (vgl. Fign. 30 bis 32) auf Kontaktpads (vgl. Fign. 26 bis 28) hergestellt, die direkt auf die Folie 10 aufgebracht sind. Die Vorteile liegen in einer einfachen und kostengünstigen Fertigung des Heizelements 8 sowie in einer einfachen aber zuverlässigen Integration (mechanische Befestigung und elektrische Kontaktierung) der Projektionslinse 4 in das Projektionsmodul 2. Zudem benötigt diese Ausführung besonders wenige Teile und weniger Platz in dem Lichtmodul 2. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduzierung und eröffnet neue Stylingmöglichkeiten für das Lichtmodul 2. Fig. 25 zeigt die oben beschriebene Trägerfolie 10 aus Kunststoff mit den aufgebrachten oder integrierten Leiterbahnen 12 (z.B. Heizdrähte oder aufgedruckte Stränge). Die Enden 18 der Leiterbahnen 12 sind auf einer Kontaktierungsseite der Folie 10 an den seitlichen Rand geführt. Fig. 26 zeigt Kontaktpads 38, die bspw. aus eine Kupferfolie bestehen können. Die Kontaktpads 38 können selbstklebend sein, so dass eine einfache Befestigung auf der Trägerfolie 10 und Kontaktierung mit den Leiterbahnen 12 bzw. deren Enden 18 in dem Kontaktierungsbereich der Folie 10 möglich ist. Die Drahtenden 18 können mit den Kontaktpads 38 verlötet werden. Seitlich überstehende Abschnitte 38a der Kontaktpads 38 können nach hinten gefaltet und auf der Rückseite der Trägerfolie 10 befestigt werden (vgl. Fign. 26 bis 28). Die gefalteten Kontaktpads 38 mit ihren Kontaktflächen auf der Vorder- sowie der Rückseite der Folie 10 bieten eine geeignete Fläche für eine elektrische Kontaktverbindung. Im Vergleich zu den bisher beschriebenen Ausführungsformen ergibt sich dadurch ein deutlich schmalerer Kontaktierungsbereich 40, da bei den bisherigen Ausführungen das Steckerelement 24 relativ viel Platz beansprucht (vgl. Fig. 29). Insbesondere verringert sich der Kontaktierungsbereich 40 auf etwa 35% des bisherigen Wertes (z.B. statt bisher 20 mm nur noch 7 mm).
Die elektrische Kontaktierung der Kontaktpads 38 kann mittels Federkontaktstiften 42 erfolgen. Durch Aufbringen einer Kraft F (Druckkraft) auf einen Kontaktkopf 44 des Stiftes 42 wird dieser um (Länge 11 - Länge I2) auf ein Einbaumaß zusammengedrückt. In Fig. 30 ist die unbelastete (ursprüngliche) Länge des Stiftes 42 und in Fig. 31 die komprimierte Länge (Endlänge im Zusammenbau) dargestellt. Die Herstellung und Beibehaltung des Kontakts zwischen dem Stiftkopf 44 und dem Kontaktpad 38 wird durch ein im Inneren des Stiftes 42 verbautes Federelement sichergestellt. Der Durchmesser der Kontaktfläche am Stiftkopf 44 bzw. des gesamten Stiftes 42 sowie die Stiftlängen können beliebig gestaltet werden oder aus vorhandenen Standardmaßen bei geeigneten Lieferanten ausgewählt werden. Die Kontaktkräfte bzw. die Federkräfte F können auch anwendungsspezifisch ausgelegt werden bzw. aus Standardausführungen gewählt werden. Hier wird bspw. ein Durchmesser D des Stifts 42 von 1 ,5 mm und eine Kontaktfläche von 1 ,767 mm2 (U ■ (d/2)2) vorgeschlagen. Für die vorliegende Anwendung könnten Kontaktstifte 42 mit angeschlagenem Kabel 46 verwendet werden, die bereits in einem Stecker-Gehäuse 24a zusammengeführt sind (vgl. Fig. 32). Bei der weiteren Montage werden die Stifte 42 in geeignete Nuten 48 in einem Linsenträger 50 eingelegt und darin befestigt (vgl. Fig. 33). Der Linsenträger 50 dient zur Befestigung der Projektionslinse 4 in dem Projektionsmodul 2. Als Anschlag für die Endposition dient ein Stiftbund 52 mit geringfügig größerem Durchmesser als der Stiftkörper. Mittels dieses Anschlags 52 wird sichergestellt, dass beim Zusammendrücken des Stifts 42 ein Gegenhalt vorhanden ist, und der Stift 42 nicht nach hinten ausweichen kann. Durch Anbindung mit Kabeln 46 kann der Stecker 24a in einem von der Linse 4 beliebig weit entfernten Bereich, z.B. mittels Klips-Verbindung, an dem Linsenträger 50 befestigt werden (vgl. Fig. 34). Für eine seitliche Positionssicherung der Kontaktstifte 42 in den Nuten 48 könnte eine Abdeckung 54 aufgeklipst sein (vgl. Fign. 34 und 36). Auch andere Befestigungsmöglichkeiten mit oder ohne zusätzlichem Befestigungs- oder Sicherungsteil sind denkbar.
In einem nachfolgenden Schritt kann die Projektionslinse 4 mit dem integrierten Heizelement 8 auf den Linsenträger 50 aufgebracht werden (vgl. Fig. 35). Die Projektionslinse kann einen Dichtfuß 56 aufweisen, der beim Aufsetzen auf den Linsenträgern 50 in einen Dichtkanal 58 eintritt, der an dem Linsenträger 50 ausgebildet ist. Vorab kann der Dichtkanal 58 mit einem Kleber oder einer Dichtmasse (z.B. Butyl) aufgefüllt werden. Der Dichtfuß 56 kann über den gesamten Umfang der Linse 4 verlaufen. Zumindest in diesem Fall würde dann auch der Dichtkanal 58 über den gesamten Umfang der Linse 4 verlaufen. Durch Einpressen des Dichtfußes 56 in den Dichtkanal 58 und nach Aushärten des Klebers bzw. der Dichtmasse ist die Projektionslinse 4 nahezu unlösbar an dem Linsenträger 50 befestigt. Alternativ kann die Linse 4 auch auf andere Weise an dem Linsenträger 50 befestigt werden, bspw. mittels einer Haltefeder, Laser-Schweißen o.ä.
In dieser eingebauten Position komprimiert die Linse 4 die Federkontaktstifte 42 auf ein vorgegebenes Endmaß. Dadurch besteht zwischen den Kontaktpads 38, die sich auf der Innenseite der Linse 4 befinden, und den Kontaktflächen 44 der Stiftköpfe ein dauerhafter federbelasteter Kontakt, der die elektrische Kontaktierung des in die Linse 4 integrierten Heizelements 8 ermöglicht. Die Kontaktierung erfolgt automatisch beim Montieren der Linse 4 an dem Linsenträger 50. Dies erlaubt es, die Kontakte 38 auch in schwer oder nicht zugänglichen Bereichen zu platzieren.

Claims

27 Ansprüche
1. Projektionsmodul (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lichtquelle zum Abstrahlen von Licht, eine Primäroptik zum Bündeln, Formen und/oder Umlenken des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts, und eine Sekundäroptik (4) in Form einer Projektionslinse, welche ein Zwischenbild einer Zwischenbildebene, die im Strahlengang zwischen der Primäroptik und der Sekundäroptik (4) angeordnet ist, in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Projektionsmoduls (2) in einem Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug als resultierende Lichtverteilung des Projektionsmoduls (2) abbildet, wobei das Projektionsmodul (2) ein Heizelement (8) zum Beheizen der Projektionslinse (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) eine transparente Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachte oder darin eingelassene Leiterbahnen (12) aufweist, die über ein Schaltelement (14) an eine elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind, wobei das Heizelement (8) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist, sodass das Heizelement (8) bei eingeschaltetem Stromfluss durch die Leiterbahnen (12) die Projektionslinse (4) aufheizt.
2. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) in der Lichtaustrittsrichtung (6) den Abschluss des Projektionsmoduls (2) nach außen bildet.
3. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) im Rahmen eines Spritzguss-Prozesses oder eines Co-Molding- Prozesses im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse (4) auf die Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) aufgebracht oder in die Projektionslinse (4) selbst eingebracht ist.
4. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere mindestens eine LED, vorzugsweise eine Multi-Chip-LED, umfasst.
5. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) aus einem Kunststoff gefertigt ist, insbesondere aus Polycarbonat.
6. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Folie (10) aus einem Kunststoff gefertigt ist, insbesondere aus Polycarbonat.
7. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) die Form einer Zylinderlinse aufweist, mit einer stärkeren Wölbung einer Lichtaustrittsfläche der Linse (4) um eine Zylinderachse (60) und einer geringeren Wölbung der Lichtaustrittsfläche um eine quer zu der Zylinderachse (60) verlaufende Achse.
8. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei in das Kraftfahrzeug in betriebsbereitem Zustand eingebautem Projektionsmodul (2) die Zylinderachse (60) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verläuft.
9. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) nach außen geführt sind.
10. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktierungsseite eine elektrische Leiterplatte (22) an der transparenten Folie (10) befestigt ist und Kontaktierungsbereiche (28; 40) der Leiterplatte (22) mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) kontaktiert sind.
11 . Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) ein Kontaktierungselement aufweist, das mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) in Kontakt steht und über das die Leiterbahnen (12) an das Schaltelement (14) bzw. an die elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind.
12. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement als ein Steckerelement (24) ausgebildet ist, das auf der Leiterplatte (22) befestigt ist.
13. Projektionsmodul (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungselement Kontaktierungsflächen (38; 32) aufweist, die mit den Leiterbahnen (12) des Heizelements (8) kontaktiert sind, wobei die Kontaktierungsflächen (38) auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) auf die transparente Folie (10) aufgebracht sind oder die Kontaktierungsflächen (32) auf eine elektrische Leiterplatte (22) aufgebracht sind, die auf einer Kontaktierungsseite der transparenten Folie (10) an der transparenten Folie (10) befestigt ist.
14. Projektionsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Außenseite der Projektionslinse (4) ein Blendenelement (36) angeordnet ist, welches Bereiche des Heizelements (8) außerhalb der Leiterbahnen (12) verdeckt, insbesondere einen Kontaktierungsbereich (40), über welche die Leiterbahnen (12) an das Schaltelement (14) bzw. an die elektrische Energiequelle (16) angeschlossen sind.
15. Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Heizelements (8) beheizbaren Projektionslinse (4) eines Projektionsmoduls (2) eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (8) in Form einer transparenten Folie (10) aus einem elektrisch isolierenden Material und darauf aufgebrachten oder darin eingelassenen Leiterbahnen (12) zumindest auf einen Teilbereich einer Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse (4) des Projektionsmoduls (2) aufgebracht oder zumindest in einen Teil der Projektionslinse (4) selbst eingebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise zunächst ein erstes Teil (4.1 ) der Projektionslinse (4) mittels eines Spritzgusswerkzeugs (W) gefertigt wird, das Heizelement (8) in das Spritzgusswerkzeug (W), sofern vorhanden auf das erste Teil (4.1 ) der Projektionslinse (4), gelegt wird, und auf dem Heizelement (8) entweder ein weiteres Teil (4.2) der Projektionslinse (4) oder die gesamte Projektionslinse (4) mittels des Spritzgusswerkzeugs (4) gefertigt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinse (4) aus einem Material gefertigt wird, das im Rahmen der Fertigung der Projektionslinse (4) mit dem Material der transparenten Folie (10) des Heizelements (8) eine Schmelzverbindung herstellen kann, insbesondere aus dem gleichen Material wie die transparente Folie (10) des Heizelements (8).
18. Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse mit einer in einer Lichtaustrittsrichtung (6) des Scheinwerfers angeordneten Lichtdurchtrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer in dem Gehäuse ein Projektionsmodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
19. Scheinwerfer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtdurchtrittsöffnung des Gehäuses nicht durch eine Abdeckscheibe verschlossen ist und dass das Projektionsmodul (2), insbesondere die Projektionslinse (4), rings um die Lichtaustrittsrichtung (6) des Scheinwerfers gegenüber dem Gehäuse abgedichtet ist.
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