WO2012055950A1

WO2012055950A1 - Beleuchtungsvorrichtung für fahrzeuge

Info

Publication number: WO2012055950A1
Application number: PCT/EP2011/068831
Authority: WO
Inventors: Karsten Dieckmann; Christoph Wollenweber; Johannes Quiring
Original assignee: Hella Kgaa Hueck & Co.
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: DE102010060228A1; EP2633230A1; DE102010060228B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordnete Lichtumlenkungselement (3), wobei das Lichtumlenkungselement (3) eine von einer optischen Achse (A) der Lichtquelle unter einem spitzen Öffnungswinkel verlaufende Reflexionsfläche aufweist, an der zumindest ein Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes nach außen umlenkbar ist, wobei die Reflexionsfläche als eine an einer der Lichtquelle abgewandten Vorderseite (11) des Lichtumlenkungselementes angeordnete Totalreflexionsfläche ausgebildet ist, mittels derer das an einer der Lichtquelle zugewandten Einkoppelseite (12) angeordneten Einkoppelfläche des Lichtumlenkungselementes (3) eingekoppelte Licht zu einer seitlich verlaufenden Auskoppelfläche des Lichtumlenkungselementes umgelenkt wird.

Description

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordnete Lichtumlenkungselement, wobei das Lichtumlenkungselement eine von einer optischen Achse der Lichtquelle unter einem spitzen Öffnungswinkel verlaufende Reflexionsfläche aufweist, an der zumindest ein Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes nach außen umlenkbar ist.

Aus der US 6 543 911 B1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Lichtquelle und ein der Lichtquelle vorgelagertes tellerförmiges Lichtumlenkungselement umfasst. Das tellerförmige Lichtumlenkungselement weist auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine kegelförmig bzw. spitz zu einer optischen Achse der Lichtquelle verlaufende Reflexionsfläche auf, an der das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht nach außen hin umgelenkt und über eine Randfläche des tellerförmigen Lichtumlenkungselementes in die Umgebung abgestrahlt wird. Die bekannte Beleuchtungsvorrichtung ermöglicht die Abstrahlung eines im Wesentlichen quer zur optischen Achse der Lichtquelle austretenden ringförmigen Lichtbündels, das zur Beleuchtung von Kurven auf Straßen oder Flughafenwegen dienen kann. Für den Einsatz in Fahrzeugen zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung ist die bekannte Beleuchtungsvorrichtung nicht geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise eine vorgegebene Lichtverteilung mit handelsüblichen Lichtquellen, insbesondere mit LED-Lichtquellen Lam- bert'sche Lichtverteilung, gewährleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche als eine an einer der Lichtquelle abgewandten Vorderseite des Lichtumlenkungselementes angeordnete Totalreflexionsfläche ausgebildet ist, mittels derer das an einer der Lichtquelle zugewandten Einkoppelseite angeordneten Einkoppelfläche des Lichtumlenkungselementes eingekoppelte Licht zu einer seitlich verlaufenden Auskoppelfläche des Lichtumlenkungselementes umgelenkt wird.

Nach der Erfindung ist ein linsenartiges Lichtumlenkungselement einer Lichtquelle vorgelagert, wobei das Lichtumlenkungselement zum einen auf einer der Lichtquelle zugewandten Einkoppelseite (Rückseite) eine Einkoppelfläche aufweist, an der das Licht gebrochen wird, und zum anderen auf einer der Einkoppelseite abgewandten Vorderseite eine Totalreflexionsfläche aufweist, an der das eingekoppelte Licht seitlich zu einer Auskoppelfläche umgelenkt und/oder nach vorne ausgekoppelt wird. Das erfindungsgemäße Lichtumlenkungselement ermöglicht eine gezielte Umlenkung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes in seitlicher Richtung, so dass es durch ein weiteres optisches Element entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung umgelenkt werden kann. Nach der Erfindung erfolgt eine Lichtumlenkung zumindest teilweise auf Basis einer Totalreflexion innerhalb des Lichtumlenkungselementes. Vorteilhaft ist das Lichtumlenkungselement universell einsetzbar für alle LED-Lichtquellen mit Lambert'scher Lichtverteilung, insbesondere für LED-Chips, die auf einer Leiterplatte als SMD-Bauteile angeordnet sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Totalreflexionsfläche des Lichtumlenkungselementes eben und/oder in einem Öffnungswinkel von 45° zu einer optischen Achse der Lichtquelle verlaufend angeordnet. Erstreckt sich die Totalreflexionsfläche in einem zur optischen Achse nahen Bereich, wird ein sehr konzentriertes Teillichtbündel in einem sehr engen Winkelbereich zur Seite hin umgelenkt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Totalreflexionsfläche des Lichtumlenkungselementes kegelförmig an einer Vorderseite desselben angeordnet, wobei die Kegelspitze die optische Achse der Lichtquelle schneidet. Die Totalreflexionsfläche ermöglicht somit eine konzentrierte Lichtumlenkung in einem vorgegebenen Winkelbereich in Umfangsrichtung des Lichtumlenkungselementes. Dieses ist vorzugsweise bei dieser Ausführungsform rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei das nachgelagerte optische Lichtführungselement, beispielsweise Reflektor ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Totalreflexionsfläche des Lichtumlenkungselementes im wesentlichen in einem mittleren Abschnitt desselben angeordnet, an dem sich ein äußerer Abschnitt mit mindestens einer flachen Totalreflexionsfläche und/oder flachen Auskoppelfläche anschließt. Durch die Totalreflexionsfläche bzw. Auskoppelfläche des äußeren Abschnitts kann eine gezielte Lichtum- lenkung eines unter einem größeren Winkel zur optischen Achse abgestrahlten Lichtbündels der Lichtquelle bewirkt werden. Vorteilhaft kann ein großer Bereich des durch die Lichtquelle abgestrahlten Lichtbündels erfasst und gezielt auf vorzugsweise vorgegebene Flächen eines Reflektors umgelenkt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine der Totalreflexionsfläche zugeordnete Auskoppelfläche des Lichtumlenkungselementes als eine im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufende Seitenwand ausgebildet, so dass das von der Totalreflexionsfläche seitlich umgelenkte Licht im Wesentlichen ohne Brechung in die Umgebung abgestrahlt werden kann. Vorteilhaft kann somit eine definierte seitliche Lichtab- strahlung gewährleistet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Lichtumlenkungselement ein Reflektor zugeordnet, der das von dem Lichtumlenkungselement ausgekoppelte Licht entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung in Hauptabstrahlrichtung reflektiert. Der Reflektor ist vorzugsweise mit dem Lichtumlenkungselement verbunden, so dass sie eine gemeinsame Baueinheit bilden. Die Montage der Beleuchtungsvorrichtung gestaltet sich insofern relativ einfach, da nur vorzugsweise die einzige Lichtquelle relativ zu dieser Baueinheit positioniert werden muss.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Reflektor einstückig mit dem Lichtumlenkungselement verbunden. Beispielsweise können der Reflektor und das Lichtumlenkungselement in einem Verfahrensschritt durch Spritzgießen einer Kunststoff masse hergestellt sein. Alternativ kann das Lichtumlenkungselement mit dem Reflektor auch durch Nieten oder Verkleben verbunden sein, wobei in diesem Fall das Lichtumlenkungselement seitlich abragende Stege aufweist, die mit entsprechenden Stegen des Reflektors verbunden werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach einer Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Lichtumlenkungselement der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Figur 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann beispielsweise im Bug- oder Heckbereich eines Kraftfahrzeuges für Signallichtfunktionen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Abblendlicht-, Fernlicht-, Schlusslicht-, Bremslicht- oder Blinklichtfunktion erzeugt werden.

Die Beleuchtungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den Figuren 1 und 2 weist im Wesentlichen ein topfförmiges Gehäuse 1 , eine LED-Lichtquelle 2, ein der LED-Lichtquelle 2 zugeordnetes Lichtumlenkungselement 3 und einen Reflektor 4 sowie eine die Beleuchtungsvorrichtung abdeckende transparente Abdeckscheibe 5 auf.

Die Abdeckscheibe 5 ist in einem Klebebett 6 eines umlaufenden Randes 7 des Gehäuses 1 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden. In einem Bodenbereich 8 des Gehäuses 1 sind drei LED-Lichtquellen 2 verteilt angeordnet, denen jeweils ein gesondertes Lichtumlenkungselement 3 bzw. gesonderter Reflektor 4 zugeordnet sind. Die Reflektoren 4 können einstückig miteinander verbunden sein. In einem Scheitelbereich 9 des Reflektors 4 ist das Lichtumlenkungselement 3 angeordnet, das vorzugsweise einstückig mit dem Reflektor 4 verbunden ist. Beispielsweise kann das Lichtumlenkungselement 3 zusammen mit dem Reflektor 4 durch Spritzgießen hergestellt sein, wobei später der Reflektor 4 mit einer spiegelnden Beschich- tung versehen wird. Das Lichtumlenkungselement 3 ist linsenartig frei von Verspiege- lungen ausgebildet.

Eine der LED-Lichtquelle 2 zugewandte Rückseite 10 sowie eine der LED-Lichtquelle 2 abgewandte Vorderseite 11 des Lichtumlenkungselementes 3 sind transparent bzw. glasklar ausgebildet. Die Vorderseite 11 des Lichtumlenkungselementes 3 bildet eine Einkoppelseite mit einer Anzahl von Einkoppelflächen 12 zur Einkopplung eines von der LED-Lichtquelle 2 abgestrahlten Lichtes L. An der Rückseite 10 des Lichtumlenkungselementes 3 ist eine Anzahl von Totalreflexionsflächen 13 angeordnet, mittels derer das eingekoppelte Licht L innerhalb des Lichtumlenkungselementes 3 totalreflektiert wird.

Die Einkoppelflächen 12 und die Totalreflexionsflächen 13 des Lichtumlenkungselementes 3 sind derart ausgebildet, dass das Licht weg von einer optischen Achse A des Lichtumlenkungselementes 3 unter einem spitzen Winkel nach außen hin gebrochen bzw. totalreflektiert wird, so dass das Licht über eine Auskoppelfläche 14 im Wesentlichen quer zur optischen Achse A in Richtung von Reflexionsflächen 15 des Reflektors 4 ausgekoppelt wird.

Beispielsweise wird ein eingekoppeltes Lichtbündel L1 in einem mittleren Abschnitt 16 des Lichtumlenkungselementes 3 eingekoppeltes Lichtbündel L1 an einer kegelförmigen Totalreflexionsfläche 13' quer zu der optischen Achse A nach außen hin umgelenkt und über die ringförmige Auskoppelfläche 14' der Reflexionsflächen 15 ausgekoppelt. Die aufrechte Auskoppelfläche 14' ist vorzugsweise eben und in einem spitzen Winkel zu der optischen Achse A angeordnet. Sie kann beispielsweise auch parallel zur optischen Achse A angeordnet sein. Die mittlere Totalreflexionsfläche 13' ist vorzugsweise eben ausgebildet und erstreckt sich in einem Öffnungswinkel von 45° zu der optischen Achse A, wobei eine Kugelspitze der kegelförmigen Totalreflexionsfläche 13' die optische Achse A schneidet bzw. berührt.

In einem äußeren Abschnitt 17 des Lichtumlenkungselementes 3 sind relativ flache Auskoppelfläche 14" angeordnet, das heißt sie weisen einen relativ steilen spitzen Winkel zu der optischen Achse A auf, so dass das eingekoppelte Licht L zur Seite hin in Richtung der Reflexionsflächen 15 des Reflektors 4 ausgekoppelt wird, siehe exemplarisches Lichtbündel L2 in Figur 2.

Das Lichtumlenkungselement 3 ist rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zu der optischen Achse A der LED-Lichtquelle 2 angeordnet. In dem mittleren Abschnitt 16 des Lichtumlenkungselementes 3 erfolgt vorzugsweise eine Totalreflexion des eingekoppelten Lichtes L, wonach es dann vorzugsweise über die aufrechte Auskoppelfläche 14' ausgekoppelt wird. In dem äußeren Abschnitt 17 des Lichtumlenkungselementes 3, der sich in radialer Richtung nach außen an den mittleren Abschnitt 16 anschließt, erfolgt im Wesentlichen keine Totalreflexion, sondern das eingekoppelte Licht wird an der Auskoppelfläche 14, 14" des Lichtumlenkungselementes 3 in Richtung der Reflexionsflächen 15 ausgekoppelt.

Die Einkoppelflächen 12 des Lichtumlenkungselementes 3 können eine fresnelartige Struktur aufweisen.

Das ausgekoppelte Licht wird dann mittels der Reflexionsflächen 15 entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilungscharakteristik in die Umgebung in Hauptabstrahlrichtung H abgestrahlt.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung gemäß Figur 3 ist ein Lichtumlenkungselement 23 vorgesehen, das im Vergleich zu dem Lichtumlenkungselement 3 der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Totalreflexionsfläche 24 aufweist, die sich flügeiförmig in radialer Richtung so weit erstreckt, dass annähernd das gesamte in das Lichtumlenkungselement 23 eingekoppelte Licht von der Totalreflexionsfläche 24 erfasst wird. Die Totalreflexionsfläche 24 weist im Unterschied zu der Totalreflexionsfläche 13 nach der ersten Ausführungsform eine längere Schrägfläche auf, deren freies Ende 25 bzw. eine steile Auskoppelfläche 26 in axialer Projektion einen äußeren Rand der LED-Lichtquelle 2 erfasst bzw. überstreicht. Die kegelförmig, spitz zulaufende Totalreflexionsfläche 24, die nach vorne hin geöffnet ausgebildet ist, erfasst somit fast das gesamte von der LED-Lichtquelle 2 in das Lichtumlenkungselement 23 eingekoppelte Lichtbündel, wobei beispielhaft in Figur 3 das Lichtbündel L1 ' dargestellt ist.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Das Lichtumlenkungselement 23 ist durch Nieten oder Kleben mit einem Reflektor 28 verbunden. Auf der Einkoppelseite 10 weist das Lichtumlenkungselement 23 Einbuchtungen 30 auf, die sich ringförmig um die optische Achse A erstrecken.

Auf einer der LED-Lichtquelle 2 abgewandten Seite des Bodenbereiches 8 des Gehäuses 1 schließen sich Kühlrippen 29 an.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 LED-Lichtquelle

3 Lichtumlenkungselement

Reflektor

5 Abdeckscheibe

Klebebett

Rand

8 Bodenbereich

9 Scheitelbereich

10 Rückseite

11 Vorderseite

12 Einkoppelfläche

13, 13', 13" Totalreflexionsflächen

14, 14', 14" Auskoppelfläche

15 Reflexionsflächen

16 mittlerer Abschnitt

17 äußerer Abschnitt

23 Lichtumlenkungselement

24 Totalreflexionsflächen

25 freies Ende

26 Auskoppelfläche

27 Rand

28 Reflektor

29 Kühlrippe

30 Einbuchtung

A optische Achse

L Licht

L1 , L1\ L2 Lichtbündel

H Hauptabstrahlrichtung

Claims

- 1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge Patentansprüche

1. Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordnete Lichtumlenkungselement, wobei das Lichtumlenkungselement eine von einer optischen Achse der Lichtquelle unter einem spitzen Öffnungswinkel verlaufende Reflexionsfläche aufweist, an der zumindest ein Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes nach außen umlenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche als eine an einer der Lichtquelle (2) abgewandten Vorderseite (11) des Lichtumlenkungselementes (3) angeordnete Totalreflexionsfläche (13, 13', 13", 24) ausgebildet ist, mittels derer das an einer der Lichtquelle (2) zugewandten Einkoppelseite (11) angeordneten Einkoppelfläche (12) des Lichtumlenkungselementes (13, 13', 13", 24) eingekoppelte Licht zu einer seitlich verlaufenden Auskoppelfläche (14, 14', 26) des Lichtumlenkungselementes (13, 13', 13", 24) umgelenkt wird.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Totalreflexionsfläche (13, 13', 13", 24) eben und/oder in einem Öffnungswinkel von 45° zu der optischen Achse (A) verläuft.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Totalreflexionsfläche (13, 13', 13", 24) kegelförmig an der Vorderseite (11) des Lichtumlenkungselementes (3) erstreckt, wobei eine Kegelspitze der Totalreflexionsfläche (13, 13', 13", 24) die optische Achse (A) berührt.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Totalreflexionsfläche (13, 13', 13", 24) in einem mittleren Abschnitt (16) des Lichtumlenkungselementes (3) erstreckt und dass sich mindestens eine flache Auskoppelfläche (14, 14') in einem sich radial nach außen an dem mittleren Abschnitt (16) anschließenden äußeren - 2 -

Abschnitt (17) erstreckt.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine aufrechte Auskoppelfläche (14') den mittleren Abschnitt (16) des Lichtumlenkungselementes (3) in radialer Richtung begrenzt.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufrechte Auskoppelfläche (14') parallel oder in einem kleinen spitzen Winkel zu der optischen Achse (A) verläuft.

7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtumlenkungselement (3) fresnelartige Einkoppelflächen (12) und/oder Einbuchtungen (30) aufweist.

8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich an einem Außenrand des Lichtumlenkungselementes (3, 23) ein Reflektor (4, 28) anschließt, der das von dem Lichtumlenkungselement (3, 23) ausgekoppelte Licht (L) entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilungscharakteristik in Hauptabstrahlrichtung (H) reflektiert.

9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (4) einstückig mit dem Lichtumlenkungselement (3) verbunden ist.