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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtleiteranordnung zur Ausleuchtung
eines an einem Kfz befestigten, ggf. retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds,
eine Montagevorrichtung zur Befestigung eines retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschilds an einem Kfz eine retroreflektierende Schildanordnung,
ein Fahrzeug mit einer Haltevorrichtung für ein retroreflektierendes
Kfz-Kennzeichenschilds sowie ein Verfahren zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung.
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Lichtleiteranordnungen
zur Ausleuchtung eines an einem Kfz befestigten retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So
offenbart beispielsweise die
DE 102 58 465 A1 eine Lichtleiteranordnung,
die dazu vorgesehen ist, vor einem nicht transparenten Kfz-Kennzeichenschild
angeordnet zu werden, um dieses auszuleuchten. Die Lichtleiteranordnung
weist einen flächenhaft ausgedehnten Lichtleiter auf, der
sich im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des auszuleuchtenden
Kfz-Kennzeichenschilds erstreckt, wobei das in den Lichtleiter eingekoppelte
Licht durch interne Totalreflektion im Lichtleiter geführt
wird. Um Licht aus dem Lichtleiter auszukoppeln, ist eine Streuschicht
auf der Oberfläche des Lichtleiters vorgesehen, welche
aus zwei Materialien mit deutlich verschiedenen Brechungsindices
besteht, beispielsweise aus hochbrechenden Kunststoffpartikeln in
einer niedrigbrechenden Kunststoffmatrix. Die hier offenbarte Lichtleiteranordnung
ist zwar grundsätzlich dazu geeignet, ein Kfz-Kennzeichenschild
mit nicht transparenter Platine so auszuleuchten, dass es auch unter
ungünstigen Lichtverhältnissen gut abgelesen werden
kann. Sie ist aber nicht dazu geeignet, ein retroreflektierendes
Kfz-Kennzeichenschilds unter Beibehaltung ausreichender Retroreflexionswerte
auszuleuchten. Die Transmission der Lichtleiteranordnung liegt konstruktionsbedingt
in einem relativ niedrigen Bereich, so dass ein hinter der Lichtleiteranordnung
angeordnetes retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild keine ausreichenden
Retroreflexionswerte mehr erzielt.
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Aus
der
EP 1 477 368 A1 ist
eine Lichtleiteranordnung zur Ausleuchtung eines an einem Kfz befestigten
Kfz-Kennzeichenschilds bekannt, die dazu vorgesehen ist, ein transparentes
retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschilds zu hinterleuchten. Im
Zusammenhang mit der hier offenbarten Lichtleiteranordnung wird
nicht darauf eingegangen, auf welche Weise ein Transmissionsgrad
der Lichtleiteranordnung erzielt werden kann, der eine Anordnung
der Lichtleiteranordnung vor dem retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild erlauben
würde. Dies ist aber unbedingt erforderlich, sofern es
sich um ein optisch nicht transparentes Kfz-Kennzeichenschild handelt,
z. B. ein Kfz-Kennzeichenschild mit einer metallischen Platine oder
mit einer Platine aus einem opaken Kunststoff.
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Schließlich
lehrt die
DE 10
2007 015 747 A1 eine Lichtleiteranordnung zur Ausleuchtung
eines an einem Kfz befestigten retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds.
Diese Lichtleiteranordnung weist solche Transmissionswerte auf,
dass sie auch vor einem retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild
angeordnet werden kann, ohne dessen Retroreflexionswerte in unzulässiger
Weise zu vermindern. Die in dieser Anmeldung offenbarten anisotropen
Auskoppelstrukturen weisen aufgrund ihrer Geometrie aber Nachteile
bei ihrer Herstellung auf.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lichtleiteranordnung
zur Ausleuchtung eines an einem Kfz befestigten retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschild anzugeben, wobei die Lichtleiteranordnung
eine solch hohe Transmission aufweist, dass sie ohne weiteres auch
vor einem retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild angeordnet
werden kann, ohne dessen Retroreflektivität in unzulässiger
Weise zu vermindern. Gleichzeitig soll eine ausreichende und insbesondere
auch homogene Ausleuchtung einer Legende des Kfz-Kennzeichenschilds
gewährleistet sein.
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Weiterhin
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Montagevorrichtung
zur Befestigung eines retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschilds
an einem Kfz anzugeben, welches eine homogene Ausleuchtung eines
Kfz-Kennzeichenschilds mit retroreflektierender, ggf. auch optisch
undurchsichtiger Platine ermöglicht, wobei gleichzeitig
die Retroreflexionswerte des gehaltenen Kfz-Kennzeichenschilds nicht
in unzulässiger Weise vermindert werden sollen. Weiterhin
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine beleuchte retroreflektierende
Kfz-Kennzeichenschildanordnung anzugeben, welche ein Kfz-Kennzeichenschild
mit einer ausreichend hellen und homogen ausgeleuchteten Schildplatine,
insbesondere Kennzeichenlegende, umfasst. Gleichzeitig soll die
Schildanordnung die gesetzlich vorgeschriebenen Retroreflexionswerte
erfüllen.
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Weiterhin
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kfz mit einer Haltevorrichtung
für ein retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild anzugeben,
wobei die Haltevorrichtung weiterhin eine Beleuchtungseinrichtung
umfassen soll, die das Ausleuchten eines retroreflektierenden, ggf.
optisch undurchsichtigen Kfz-Kennzeichenschilds ermöglichen
soll, ohne die Retroreflexionswerte des gehaltenen Kfz-Kennzeichenschilds
in unzulässiger Weise zu beeinflussen.
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Schließlich
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
einer Lichtleiteranordnung zur Ausleuchtung eines an einem Kfz befestigten
retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds, welches ggf. auch optisch
undurchsichtig sein kann, anzugeben.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Lichtleiteranordnung gemäß Anspruch
1, durch eine Montagevorrichtung gemäß Anspruch
26, durch eine beleuchtete retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschildanordnung gemäß Anspruch
27, durch ein Kfz gemäß Anspruch 28 sowie durch
ein Verfahren gemäß Anspruch 29.
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Eine
erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung ist dazu
vorgesehen, ein an einem Kfz befestigte retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild,
insbesondere ein Kfz-Kennzeichenschild mit optisch nicht transparenter,
beispielsweise metallischer, Platine auszuleuchten. Die Lichtleiteranordnung
weist einen flächenhaft ausgedehnten transparenten Lichtleiter
mit einer frontseitigen Lichtdurchtrittsfläche und einer
rückseitigen Durchtrittsfläche auf. Weiterhin
ist zumindest eine Lichtquelle vorgesehen, deren Licht in den Lichtleiter
eingekoppelt und in diesem ge führt wird. Das im Lichtleiter
geführte Licht wird zur Ausleuchtung des vor oder hinter
der Lichtleiteranordnung angeordneten retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
aus diesem ausgekoppelt. Hierzu weist der Lichtleiter im Bereich
einer Lichtdurchtrittsfläche angeordnete Lichtauskoppelstrukturen
auf.
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Erfindungsgemäß werden
nun diese Lichtauskoppelstrukturen in einer Mehrzahl erhabener oder
vertiefter Säulenstrukturen ausgebildet, die jeweils eine
Längsachse X aufweisen. Diese Längsachse ist jeweils im
Wesentlichen senkrecht zu der Lichtdurchtrittsfläche orientiert,
auf der die Säulenstruktur angeordnet ist. Schließlich
weisen die erfindungsgemäßen erhabenen oder vertieften
Säulenstrukturen zumindest eine oder mehrere Mantelflächen
auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Lichtdurchtrittsfläche
orientiert sind.
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Eine
solche Konfiguration der Säulenstrukturen hat sich als äußerst
vorteilhaft bezüglich der erzielbaren Transmissionswerte
durch den Lichtleiter erwiesen. Ein Lichtleiter, welcher mit den
erfindungsgemäßen Lichtauskoppelstrukturen ausgerüstet
ist, weist eine gegenüber einem Lichtleiter mit planen
Lichtdurchtrittsflächen nur unwesentlich verminderte Transmission
auf. Dies gilt insbesondere bei einer Einstrahlung der zu transmittierenden
Strahlung in einem Winkelbereich von weniger als 45° gegenüber
der Flächennormalen der Lichtdurchtrittsflächen.
Dies hat unmittelbar zur Folge, dass ein hinter einem erfindungsgemäßen
Lichtleiter angeordnetes retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild
trotz des zweifachen Lichtdurchtritts durch die Oberflächen
des Lichtleiters nur eine unwesentliche Schwächung seiner
Retroreflektivität erfährt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Höhe oder Tiefe
h der Säulenstrukturen relativ zu der Lichtdurchtrittsfläche,
auf der sie angeordnet sind, im Bereich zwischen 1 und 100 Mikrometern,
wobei sich ein Bereich zwischen 5 und 25 Mikrometern als besonders
geeignet erwiesen hat und die besten praktischen Ergebnisse mit
einer Höhe oder Tiefe h erzielt wurden, die bei etwa 10
Mikrometern lag.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die erhabenen oder
vertieften Säulenstrukturen eine Basisfläche A
an der Lichtdurchtrittsfläche, an der sie angeordnet sind,
auf, deren Größe im Bereich zwischen 50 und 50.000
Quadratmikrometern liegt. Besonders bevorzugt ist hier ein Bereich
zwischen 100 und 25.000 Quadratmikrometern, wobei sich eine Größe
von etwa 7.850 Quadratmikrometern besonders bewährt hat.
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Die
vorgenannten Lichtauskoppelstrukturen lassen sich in technisch gut
beherrschbaren Prozessen herstellen. So konnten besonders gute Ergebnisse
erzielt werden mit optisch hochtransparenten Lichtleitern mit einer
Stärke von etwa 2,5 mm aus Polymethylmethacrylat (PMMA),
in deren eine Oberfläche die erfindungsgemäßen
säulenartigen Strukturen beispielsweise mittels LIGA-Technik
(Lithographie, Galvanik & Abformung)
eingeformt wurden. Im Rahmen der aus dem Stand der Technik gut bekannten
LIGA-Technik wird mittels geeigneter lithografischer Techniken,
beispielsweise mittels Röntgen- oder UV-Lithografie, eine
strukturierte Maske mit einem ggf. extrem hohen Aspektverhältnis
hergestellt, welche nachfolgend mittels eines galvanischen Abscheideverfahrens
in eine Metallmatrize abgeformt wird. Diese Metallmatrize dient
dann als Vorlage zur Abformung der Struktur in eine finale Kunststoffstruktur.
Mittels der LIGA-Technik ist es also möglich, eine entsprechend
strukturierte Kunststoffspritzgussform bereitzustellen, in deren
eine Halbform entsprechende säulenartige erhabene oder
vertiefte Master-Strukturen eingebracht sind. In einem geeigneten
Kunststoffspritzgussverfahren können dann Lichtleiter beispielsweise
aus PMMA oder auch aus transparentem Polycarbonat oder Polyethylen
hergestellt werden, in deren eine Oberfläche dann die vorstehend
genannten erhabenen oder vertieften säulenartigen Strukturen
eingeformt sind. Die auf diese Weise hergestellten Lichtleiter weisen
eine extrem hohe Transparenz im optischen Wellenlängenbereich
auf, so dass sie ohne weiteres vor einem retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild
angeordnet werden können, ohne dessen Retroreflektivität unzulässig
stark abzusenken. Gleichzeitig stellen die in die Lichtleiteroberfläche
eingeformten säulenartigen Strukturen Streuzentren dar
für das im Lichtleiter durch interne Totalreflektion geführte
Licht, wobei der Lichtauskoppelgrad reproduzierbar eingestellt werden
kann durch die konkrete Formgebung der säulenartigen Strukturen,
durch deren Abmessungen sowie durch deren Dichte und Anordnung auf
der Lichtleiteroberfläche.
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Ein
Parameter, mit dem der erzielbare Lichtauskoppelgrad beeinflusst
werden kann, ist die Höhe oder Tiefe h der Lichtauskoppelstrukturen
relativ zu der Lichtdurchtrittsfläche, auf der sie angeordnet
sind. Auf besonders einfache Weise lassen sich Lichtauskoppelstrukturen
erzeugen, die praktisch über die gesamte Flä che
der Lichtdurchtrittsfläche des Lichtleiters im Wesentlichen
eine einheitliche Höhe/Tiefe h aufweisen. Dennoch kann
es unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein, wenn die
Höhe oder Tiefe h der Lichtauskoppelstrukturen lokal variiert,
beispielsweise um die Ausbildung von Lichthöfen in denjenigen
Bereichen des Lichtleiters, welche unmittelbar an die Lichtquellen
angrenzen sind, zu unterdrücken.
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Ein
weiterer Parameter, der den lokal erzielbaren Lichtauskoppelgrad
wesentlich beeinflusst, ist die Größe A der Basisfläche
der Lichtauskoppelstrukturen. Wiederum wird in vielen Fällen
die Größe A der Basisfläche der Auskoppelstrukturen
praktisch über die gesamte Lichtdurchtrittsfläche,
auf der die Lichtauskoppelstrukturen angeordnet sind, im Wesentlichen
konstant sein. Aber auch hier kann es unter Umständen vorteilhaft
sein, wenn die Größe A der Basisfläche
der Lichtauskoppelstrukturen auf der Lichtdurchtrittsfläche
lokal variiert, beispielsweise um die Entstehung von Lichthöfen
in der Nähe der Lichtquellen zu vermeiden. Neben der Höhe
oder der Tiefe h der Lichtauskoppelstrukturen bzw. der Größe
A der Basisfläche der Lichtauskoppelstrukturen wird der
lokal erzielbare Lichtauskoppelgrad darüber hinaus von
der lokalen Dichte der Lichtauskoppelstrukturen auf der Lichtdurchtrittsfläche
bestimmt. Auch hier ist es ohne weiteres möglich, die Dichte
der Lichtauskoppelstrukturen auf der Lichtdurchtrittsfläche
praktisch über die gesamte Fläche der Lichtdurchtrittsfläche
des Lichtleiters im Wesentlichen konstant zu halten. Doch wird hier
in den meisten Anwendungsfällen eine lokal variierende
Dichte vorgesehen werden, da sich mittels dieser Maßnahme
auf besonders einfache Weise beispielsweise die Ausbildung von Lichthöfen
in der Nähe von Lichtquellen minimieren lässt.
Andererseits lässt sich die entlang der Laufrichtung des
im Lichtleiter geführten Lichts stetig abnehmende Lichtintensität
durch eine lokale Anhebung des Lichtauskoppelgrads kompensieren,
so dass man insgesamt zu einer homogenen Ausleuchtung des ausgeleuchteten
Kfz-Kennzeichenschilds gelangt. Hierzu wird die Dichte der Lichtauskoppelstrukturen
auf der Lichtdurchtrittsfläche lokal dergestalt variiert,
dass sie in demjenigen Bereich der Lichtdurchtrittsfläche
am niedrigsten ist, der an die zumindest eine Lichtquelle angrenzt.
Aufgrund der Tatsache, dass die erfindungsgemäß vorzusehenden
Lichtauskoppelstrukturen auch nur einen praktisch vernachlässigbaren
Einfluss auf die Transmission der Lichtleiteranordnung haben, führt
eine solche lokal variierende Dichte der Säulenstrukturen
auch nicht zu Unregelmäßigkeiten im Retroreflexionsbild
des gehaltenen Kfz-Kennzeichenschilds.
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Ein
weiterer Parameter, der den erzielbaren lokalen Lichtauskoppelgrad
bestimmt, ist die konkrete Formgebung der erfindungsgemäß vorzusehenden
Lichtauskoppelstrukturen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
weisen diese einen entlang ihrer Längsachse X im Wesentlichen
konstanten Querschnitt, beispielsweise einen runden Querschnitt
oder einen Querschnitt in der Form eines Vielecks (3-Eck, 4-Eck,
5-Eck, 6-Eck, 7-Eck usw.) auf, so dass man im Wesentlichen säulenartige
Strukturen erhält. Jedoch ist es auch möglich,
Auskoppelstrukturen zu erzeugen, deren Querschnitt sich entlang
ihrer Längsachse verjüngt, d. h. die säulenartigen
Strukturen weisen die größte Querschnittsfläche
A im Bereich der Lichtdurchtrittsfläche auf, auf der sie
angeordnet sind.
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Eine
weitere Größe, die den lokalen Lichtauskoppelgrad
beeinflusst, ist die Anordnung der Auskoppelstrukturen auf der Lichtdurchtrittsfläche
relativ zueinander. Hier hat es sich bewährt, eine regelmäßige
Anordnung der Lichtauskoppelstrukturen beispielsweise in Form eines
hexagonalen oder quadratischen Gitters zu realisieren, da die hierzu
erforderlichen LIGA-Masken auf einfachste Weise herzustellen sind.
Etwas schwieriger in der Herstellung in der LIGA-Masken, aber flexibler
in der Einstellung des lokal erreichbaren Lichtauskoppelgrads ist
eine Anordnung der Lichtauskoppelstrukturen der Lichtdurchtrittsfläche,
die im Wesentlichen stochastisch ist. Auch hier können
lokale Inhomogenitäten in der Dichte der Lichtauskoppelstrukturen
auf der Lichtdurchtrittsfläche vorgesehen werden dergestalt
dass beispielsweise die Dichte der Lichtauskoppelstrukturen am kleinsten
im denjenigen Bereich ist, der an die zumindest eine, bevorzugt
aber Vielzahl von Lichtquellen angrenzt. Darüber hinaus
ist auch eine stochastische Verteilung der Säulenstrukturen
auf Gitterplätzen eines regelmäßigen
Gitters möglich.
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Werden
Auskoppelstrukturen verwendet, die eine im Wesentlichen isotrope
Formgebung aufweisen, d. h. als Säulenstrukturen mit konstantem
oder sich verjüngendem Querschnitt ausgebildet sind, so
ergibt sich in der Regel ein von der Laufrichtung L des im Lichtleiter
geführten Lichts unabhängiger Lichtauskoppelgrad, was
in der Praxis vorteilhaft sein kann. Wird aber ein von der Laufrichtung
L abhängiger Lichtauskoppelgrad gewünscht, was
unter bestimmten Umständen ebenfalls von Vorteil sein kann,
so kann dieser eingestellt werden, indem die Lichtauskoppelstrukturen
anisotrop ausgebildet werden. Hierzu können die Lichtauskoppelstrukturen
beispielsweise quer zur Laufrichtung L des Lichts im Lichtleiter
eine größere Ausdehnung aufweisen als in der Laufrichtung
L.
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Werden
isotrope Auskoppelstrukturen benötigt, so weisen diese
bevorzugt eine runde Basisfläche auf oder eine Basisfläche
in Form eines regelmäßigen Vielecks. Werden hingegen
anisotrop Lichtauskoppelstrukturen benötigt, so können
diese beispielsweise eine elliptische Basisfläche aufweisen.
Im letztgenannten Fall der anisotrope Lichtauskoppelstrukturen hat
es sich als günstig erwiesen, wenn die Ausdehnung der Lichtauskoppelstrukturen
quer zur Laufrichtung L des im Lichtleiter geführten Lichts
zumindest um den Lichtfaktor 1,5, bevorzugt aber um den Faktor 3
und insbesondere um den Faktor 10 größer sind
als die Abmessungen der Lichtauskoppelstrukturen in der Laufrichtung
L. Weiterhin hat es sich bei anisotropen Lichtauskoppelstrukturen als
vorteilhaft erwiesen, wenn die Laufrichtung L des im Lichtleiter
geführten Lichts bei bestimmungsgemäßer Montage
der Lichtleiteranordnung am Kraftfahrzeug im Wesentlichen senkrecht
zur Horizontalen orientiert ist.
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Vorstehend
wurde bereits erwähnt, dass der Lichtleiter vorteilhaft
aus einem transparenten Kunststoff hergestellt sein kann, wobei
bereits auf die besondere Eignung von Polymethylmethacrylat (PMMA)
hingewiesen wurde. Flächenhaft ausgedehnte Lichtleiter
aus PMMA lassen sich hervorragend im Spritzgussverfahren herstellen.
Sie weisen darüber hinaus eine sehr hohe optische Transparenz
im sichtbaren Bereich und auf hervorragende Alterungseigenschaften
unter Umwelteinflüssen auf. Weiterhin ist auch Polycarbonat
grundsätzlich als Material für einen erfindungsgemäßen
Lichtleiter geeignet, wobei hier beachtet werden muss, dass einerseits
die erreichbare Transparenz im sichtbaren Spektralbereich geringer
ist und andererseits Polycarbonat in der Regel eine weniger hohe
UV-Beständigkeit aufweist. Diese kann kompensiert werden
entweder durch Einbetten UV-stabilisierender Komponenten in die
Polycarbonatkunststoffmatrix oder durch Aufbringen eines zusätzlichen
UV-Filters, beispielsweise in Form einer separat ausgebildeten UV-Schutzscheibe
oder eines UV-Schutzlacks auf die Oberfläche des Polycarbonat-Lichtleiters.
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Werden
Kunststoffe für die Lichtleiteranordnung verwendet, so
können die Auskoppelstrukturen vorteilhaft integral mit
dem Lichtleiter ausgebildet werden, beispielsweise mittels Abformen
der Strukturen in den Lichtleiter bei der Herstellung des Lichtleiters
im Spritzgussverfahren. Aber auch ein Einbringen der entsprechenden
Lichtauskoppelstrukturen in die zumindest eine Lichtdurchtrittsfläche
des Lichtleiters mittels eines Prägeverfahrens ist ohne
weiteres möglich.
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Wird
auf die LIGA-Technik für die Herstellung der Spritzgussform
für den Lichtleiter zurückgegriffen, so weisen
die erzeugten Lichtauskoppelstrukturen in der Regel plane Oberflächen
auf. Unter Umständen kann es aber vorteilhaft sein, die
Form der planen Oberflächen zu verändern. Hierzu
kann beispielsweise ein thermisch aktivierter, lokal auf die Oberflächen
der Lichtauskoppelstrukturen einwirkender Umformprozess verwendet
werden, der an den bereits abgeformten säulenartigen erhabenen
Strukturen ausgeführt wird. Hierzu werden die höchstliegenden
Bereiche der säulenartigen Strukturen kurzfristig erwärmt,
wodurch die Viskosität des Kunststoffmaterials stark abnimmt,
so dass ein Fließprozess in Gang kommt. Aufgrund der auf
die Oberfläche des verflüssigten Kunststoffs einwirkenden
Oberflächenspannung bilden die Säulenoberflächen
dann kugelförmige Strukturen aus, die die optischen Eigenschaften
der säulenartigen Strukturen deutlich verändern. Weitere
Information zu diesem Umformverfahren können beispielsweise
der
DE 10 2007
015 747 A1 entnommen werden, deren Offenbarung durch diese
Bezugnahme vollumfänglich zum Offenbarungsumfang der vorliegenden
Anmeldung hinzugefügt wird.
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Werden
Lichtauskoppelstrukturen verwendet wie sie vorstehend umfänglich
beschrieben wurden, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn
diese Lichtauskoppelstrukturen insgesamt einen Anteil von nicht mehr
25% der Oberfläche derjenigen Lichtdurchtrittsfläche überdecken,
in deren Bereich sie angeordnet sind. Höhere Transmissionswerte
lassen sich erzielen, wenn der Anteil nicht über 10% beträgt.
In praktischen Erprobungen hat sich insbesondere ein Anteil von
maximal 5% als vorteilhaft herausgestellt. Sofern nicht anders angegeben
bezieht sich die in Prozent angegebene Dichte der Lichtauskoppelstrukturen
auf das Verhältnis der Fläche, die von der Gesamtheit
der Lichtauskoppelnden Strukturen bedeckt ist, zur Gesamtgröße
der Lichtdurchtrittsfläche des Lichtleiters, auf der die
Lichtauskoppelnden Strukturen angeordnet sind.
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Die
weiterhin von der vorliegenden Anmeldung beanspruchte beleuchtete
retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschildanordnung umfasst ein retroreflektierendes
Kfz-Kennzeichenschild mit einer flächenhaft ausgedehnten
Schildplatine, insbesondere einer optisch nicht transparenten Schildplatine.
Insbesondere kann es sich um ein Kfz-Kennzeichenschild mit metallischer
Platine handeln, welche vorderseitig mit einer retroreflektierenden
Folie kaschiert ist und in die die Kennzeichenlegende in Form erhabener
oder vertiefter alphanumerischer Zeichen me chanisch eingeprägt
ist. Weiterhin umfasst die beleuchte retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschildsanordnung
eine erfindungsgemäße Lichtleiteranordnung gemäß des
vorstehend bereits erläuterten Anspruchs 1, wobei der Lichtleiter
dieser Lichtleiteranordnung bevorzugt vorderseitig der flächenhaft
ausgedehnten Schildplatine angeordnet ist, um die Legende des retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschilds auszuleuchten.
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Die
weiterhin beanspruchte Montagevorrichtung ist zur Befestigung eines
retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds an einem Kfz vorgesehen,
wobei es sich bei einem solchen retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild
beispielsweise um ein heute bereits gebräuchliches Kfz-Kennzeichenschild
mit metallischer Platine handeln kann, welche vorderflächig
mit einer retroreflektierenden Folie kaschiert ist, wobei die Kennzeichenlegende
beispielsweise in Form erhabener oder vertiefter alphanumerischer
Zeichen in die metallische Platine geprägt sein kann. Die
erfindungsgemäße Montagevorrichtung umfasst einen
Halter, der dazu vorgesehen ist, das retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschild
mit seiner flächenhaft ausgedehnten Schildplatine zu halten,
wobei der Halter weiterhin dazu vorgesehen ist, an einem Kraftfahrzeug
befestigt zu werden. Dabei soll das im Halter gehaltene retroreflektierende
Kfz-Kennzeichenschilds mechanisch am Kraftfahrzeug festgelegt werden.
Beispielhaft hierfür wird auf die
DE 20 201 853 U1 verwiesen,
welche einen geeigneten Halter basierend auf einen Kunststoffmaterial
offenbart. Aber auch aus der
DE 10 2005 035 232 A1 ist ein Halter für
ein Kfz-Kennzeichenschild bekannt, welcher insbesondere geeignet
ist, neben einem retroreflektierenden Kfz-Kennzeichen-Schild mit
beispielsweise metallischer Platine auch noch einen Lichtleiter
in sich aufzunehmen, der vorderseitig der Kennzeichenplatine angeordnet
ist. Die Montagevorrichtung umfasst weiterhin eine Lichtleiteranordnung
gemäß des vorstehend bereits ausführlich
diskutierten Anspruchs 1. Auch der Offenbarungsgehalt der
DE 10 2005 035 232
A1 wird durch diese Bezugnahme vollumfänglich
zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt.
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Weiterhin
wird Schutz beansprucht für ein Kraftfahrzeug mit einer
beleuchteten Haltevorrichtung für ein retroreflektierendes
Kfz-Kennzeichenschild, wobei die Haltevorrichtung eine Kennzeichenschildaufnahme umfasst,
die dazu ausgebildet ist, ein retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild
mit einer flächenhaft ausgedehnten, beispielsweise metallischen,
Schildplatine zu halten. Dabei legt die Kennzeichenschildaufnahme
das retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschild me chanisch am Kraftfahrzeug
fest. Weiterhin umfasst die am Kraftfahrzeug vorgesehene Haltevorrichtung
eine Lichtleiteranordnung gemäß des vorstehend
bereits ausführlich diskutierten Anspruchs 1, wobei der
Lichtleiter der Lichtleiteranordnung bei in der Kennzeichenschildaufnahme gehaltenem
retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild vorderseitig der flächenhaft
ausgedehnten Schildplatine des retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
angeordnet ist.
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Das
Verfahren, welches weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, dient zur Herstellung einer Lichtleiteranordnung zur Ausleuchtung
eines an einem Kfz befestigten, ggf. retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds.
Es weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:
- 1. Bereitstellen zumindest einer Lichtquelle
- 2. Bereitstellen eines flächenhaft ausgedehnten transparenten
Lichtleiters mit einer frontseitigen Lichtdurchtrittsfläche
und einer rückseitigen Durchtrittsfläche, wobei
der Lichtleiter im Bereich einer Lichtdurchtrittsfläche
angeordnete Lichtauskoppelstrukturen aufweist, die aus einer Mehrzahl
erhabener oder vertiefter Säulenstrukturen bestehen, die
folgende Merkmale aufweisen:
a. eine Längsachse X,
die im Wesentlichen senkrecht zur Lichtdurchtrittsfläche
orientiert ist, und
b. eine oder mehrere Mantelflächen,
die ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zur Lichtdurchtrittsfläche
orientiert sind.
- 3. Herstellen einer optischen Verbindung zwischen der Lichtquelle
und dem flächenhaft ausgedehnten Lichtleiter, dergestalt,
dass das von der Lichtquelle ausgesandte Licht in den Lichtleiter
eingekoppelt und in diesem über interne Totalreflexion
geführt wird.
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Bezüglich
weiterer vorteilhafter Merkmale der auf der Lichtdurchtrittsfläche
angeordneten Lichtauskoppelstrukturen wird auf die Ausführungen
im Zusammenhang mit dem Anspruch 1 verwiesen. Besondere Vorteile
ergeben sich, wenn zum Bereitstellen eines Lichtleiters mit den
geforderten Merkmalen ein solcher Lichtleiter in einem Spritzgussverfahren
hergestellt wird, wobei vorteilhaft die erfindungsgemäß vorzusehenden
Lichtauskoppelstrukturen im Rahmen dieses Spritzgussverfahrens direkt
in eine Lichtdurchtrittsfläche des hergestellten Lichtleiters
eingeformt werden.
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Im
Rahmen einer alternativen Verfahrensführung wird bei dem
Bereitstellen des flächenhaft ausgedehnten transparenten
Lichtleiters mit den geforderten Merkmalen in einem ersten Verfahrensschritt
ein Lichtleiterrohling beispielsweise mittels Strangextrusion oder
Spritzguss hergestellt. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt
wird dann in zumindest eine Lichtdurchtrittsfläche des
Lichtleiterrohlings die erfindungsgemäß vorzusehenden
Lichtauskoppelstrukturen eingebracht durch mechanisches Prägen
des Lichtleiterrohlings, z. B. durch Abwalzen der Lichtdurchtrittsfläche
des Lichtleiterrohlings mit einer geeignet strukturierten Walze.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung,
der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung, der
erfindungsgemäßen beleuchten retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschildanordnung, des Kfz mit einer beleuchteten Haltevorrichtung
für ein retroreflektierendes Kfz-Kennzeichenschild sowie des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer
Lichtleiteranordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie den nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen,
die anhand der Zeichnung näher erläutert werden:
In dieser zeigen:
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1:
eine perspektivische Teilschnittansicht einer Montagevorrichtung
zur Befestigung eines retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
an einem Kfz gemäß dem Stand der Technik,
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2:
eine vergrößerte Ansicht eines Schnitts durch
die Montagevorrichtung gemäß dem Stand der Technik
aus 1,
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3:
eine vergrößerte Teilschnittansicht des Lichtleiters
der Montagevorrichtung gemäß dem Stand der Technik
aus 1,
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4:
eine Aufsicht auf den Lichtleiter eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung,
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5:
eine vergrößerte Darstellung eines Dämpfungsbereichs
des Lichtleiters aus 4,
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6:
eine schematische Darstellung der Anordnung der erfindungsgemäßen
Lichtleiterauskoppelstrukturen auf einer Lichtdurchtrittsfläche
des Lichtleiters gemäß 4,
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7:
eine elektronenmikroskopische Darstellung einer Lichtdurchtrittsfläche
des Lichtleiters gemäß 4, und
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8:
eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Lichtdurchtrittsfläche
eines Lichtleiters einer weiteren erfindungsgemäßen
Lichtleiteranordnung.
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Die
1 bis
3 beziehen
sich auf eine Montagevorrichtung, die aus dem Stand der Technik
vorbekannt sind. Sie sind der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 015 747.0 derselben
Anmelderin entnommen, wobei durch diese Bezugnahme der gesamte Offenbarungsumfang
der in Bezug genommenen älteren Patentanmeldung zum Offenbarungsumfang
der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt wird.
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Die
aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannte Montagevorrichtung 1 umfasst
einen Halter 10, der dazu ausgebildet ist das Kfz-Kennzeichenschild 2 zu
halten. Der Halter 10 ist weiterhin dazu ausgebildet, an
einem Kfz (nicht gezeigt) befestigt zu werden, dergestalt dass das
vom Halter 10 gehaltene retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschild 2 mechanisch
am Kfz festgelegt wird.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Halter 10 eine
unterseitige Montageplatte 30, die beispielsweise im Spritzgussverfahren
aus einem schlagzähen Thermoplast wie ABS hergestellt werden
kann. Mit der rückwärtigen Montageplatte 30,
die zur Montage an einem Kfz vorgesehen ist, ist oberseitig eine
Kennzeichenschildeinheit 40 verbunden, die unverlierbar
mit der Montageplatte 30 verbunden ist, wobei die Verbindung
zwischen der Montageplatte 30 und der Kennzeichenschildeinheit 40 mittels
eines geeigneten Werkzeugs beschädigungsfrei gelöst
werden kann.
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Der
Halter 10 der Montagevorrichtung 1 besteht also
aus der Montageplatte 30 und der Kennzeichenschildeinheit 40.
Innerhalb der Kennzeichenschildeinheit 40, welche ein geschlossenes
Gehäuse ausbildet, ist ein Kennzeichenschild 2 gehaltert.
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Weiterhin
umfasst die. Montagevorrichtung 1 eine erfindungsgemäße
Lichtleiteranordnung 5, auf die im Folgenden noch genauer
eingegangen wird. Der Lichtleiter 80 der Lichtleiteranordnung 5 ist
bei gehaltenem retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild 2 vorderseitig
der flächenhaft ausgedehnten Schildplatine des retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschilds 2 angeordnet ist. Dabei ist die
Lichtleiteranordnung 5 vollständig innerhalb des
geschlossenen Gehäuses der Kennzeichenschildeinheit 40 angeordnet.
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Dieses
Gehäuse wird dabei oberhalb des gehalterten Kfz-Kennzeichenschilds 2 von
dem oberseitig angeordneten flächenhaft ausgedehnten Lichtleiter 80 der
Lichtleitereinheit 5 abgedeckt, welcher mittels Verkleben
oder Verschweißen mit der vorderseitigen Blende 56,
die Teil eines Rahmens 50 der Kennzeichenschildeinheit 40 ist,
verbunden ist. Die vorderseitige Blende 56 besteht ebenfalls
aus einem schlagzähen thermoplastischen Kunststoff wie
ABS und kann beispielsweise mittels Spritzguss gefertigt werden.
Der Lichtleiter 80 besteht aus einem transparenten schlagzähen
Kunststoff. Bevorzugt kommt hier aufgrund der hohen Transparenz
und der hohen mechanischen Belastbarkeit PMMA zum Einsatz. Denkbar
ist jedoch auch die Verwendung von anderen transparenten Kunststoffen
wie beispielsweise Polycarbonat oder Polyethylen.
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Zusätzlich
kann die frontseitige Lichtdurchtrittsfläche 81 des
Lichtleiters 80 durch Aufbringung einer harten und ggf.
auch entspiegelnd wirkenden dünnen Schicht hartvergütet
sein, wodurch die Kratzfestigkeit des Lichtleiters 80 erhöht
und gleichzeitig seine Reflektivität herabgesetzt werden
kann, was die Lesbarkeit der Kennzeichenlegende des darunter liegenden
Kfz-Kennzeichenschild deutlich erhöht.
-
Weiterhin
sind in der vorderseitigen Blende 56 des Rahmens 50 Montageöffnungen 44 vorgesehen, die
eine Einführung von Werkzeug erlauben und auf diese Weise
eine Trennung von rückseitiger Montageplatte 30 und
vorderseitiger Kennzeichenschildeinheit 40 erlauben.
-
Die
Verwendung einer Montagevorrichtung 1, deren Halter 10 als
Kennzeichenschildeinheit 40 mit einem geschlossenen Gehäuse
ausgebildet ist, welche mit einer für eine Montage am Kfz
vorgesehenen Montageplatte 30 verbindbar ist, ist optional
und für die Realisierung der erfindungsgemäßen
Vorteile nicht zwingend erforderlich. Auch die Verwendung einer
Vergütung der frontseitigen Lichtdurchtrittsfläche 81 des
Lichtleiters 80 ist optional.
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Die
Lichtleiteranordnung 5 der dargestellten Montagevorrichtung 1 bildet
gemeinsam mit dem in der Kennzeichenschildeinheit 40 angeordneten
retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschild 2 eine erfindungsgemäße
beleuchtbare Kfz-Kennzeichenschildanordnung 100 aus.
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2 zeigt
nun vergrößert einen Schnitt durch die aus 1 ersichtliche
erfindungsgemäße Montagevorrichtung 1,
aus dem deren Aufbau genauer ersichtlich wird. Der Halter 10 umfasst
die rückwärtige Montageplatte 30, welche
unverlierbar, aber lösbar, mit der oberseitig angeordneten
Kennzeichenschildeinheit 40 verbunden ist.
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Die
Kennzeichenschildeinheit 40 bildet ein geschlossenes Gehäuse
aus, in welchem eine Beleuchtungseinrichtung 20 sowie das
zu haltende bzw. zu beleuchtende Kfz-Kennzeichenschild 2 angeordnet
ist. Bei dem zu haltenden Kfz-Kennzeichenschild 2 handelt
es sich vorzugsweise um ein Kfz-Kennzeichenschild mit metallischer
Platine, insbesondere mit geprägter metallischer Platine,
bei welchem die Legende in Form erhaben geprägter Ziffern
eingebracht ist. Die Beleuchtungseinrichtung 20 umfasst
eine Mehrzahl von Lichtquellen 22, welche von einem gemeinsamen
Lichtquellenträger 26 getragen werden und gleichmäßig
beabstandet angeordnet sind. Bei den Lichtquellen 22 handelt
es sich bevorzugt um Weißlicht-Leuchtdioden (LED) der SMD-Bauform
(surface mounted device), welche mit einer niedrigen Betriebsspannung
arbeiten und eine hohe optische Ausgangsleistung aufweisen. Diese
sind gegenwärtig von einer Mehrzahl von Anbietern erhältlich und
weisen den Vorteil einer homogenen Strahlungscharakteristik bei
einer hohen Lebensdauer auf. Der hohe Wirkungsgrad von LED führt
darüber hinaus zu einer nur geringen Wärmeentwicklung.
-
Beispielhaft
werden hier weiße Hochleistungs-LED genannt, die eine Lichtleistung
von 1000 mcd und darüber aufweisen. Die Fa. Oshino Lamps
GmbH, Nürnberg, Deutschland, bietet unter der Produktbezeichnung
SUW 30030 weiße Hochleistungs-LED an, die eine Lichtleistung
von typ. 4000 mcd bei einem Abstrahlwinkel von 30° aufweisen.
Die Verwendung von bis zu 20 LED des genannten Typs führt
im Zusammenhang mit dem Halter 10 bzw. der Montagevorrichtung 100 des
dargestellten Ausführungsbeispiels zu guten Ergebnissen.
Werden LEDs vom SMD-Typ verwendet, so hat sich die Verwendung von
LEDs bewährt, die von der Fa. Alder Deutschland GmbH, Talstr.
55, 71522 Backnang unter der Produktbezeichnung AS-1311 WCA2-C2Z vertrieben
werden.
-
Die
Mehrzahl der Lichtquellen 22 der Beleuchtungseinrichtung 20 ist
dabei in einer Längsseite der Kennzeichenschildeinheit 40 angeordnet,
wobei die Strahlrichtung der einzelnen Lichtquellen 22 mit
der Ebene des Kfz-Kennzeichenschilds 2 zusammenfällt.
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Die
Lichtquellen 22 werden über eine gemeinsame Versorgungsleitung
mit elektrischer Energie versorgt, wobei die hier nicht dargestellte
Versorgungsleitung über eine abgedichtete Bohrung aus der
Kennzeichenschildeinheit 40 herausgeführt wird.
-
Zur
gleichmäßigen Ausleuchtung des gehaltenen Kfz-Kennzeichenschilds 2 ist
oberseitig des Kfz-Kennzeichenschilds 2 ein flächenhaft
ausgedehnter Lichtleiter 80 angeordnet, welcher Teil einer
erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung 5 ist.
Dabei ist der Lichtleiter 80 durch den geprägten
erhabenen Rand des Kfz-Kennzeichenschilds 2 beabstandet
von der Platine des Kfz-Kennzeichenschilds 2 angeordnet.
In diesen Lichtleiter 80, welcher vorzugsweise aus einem
transparenten Kunststoff wie beispielsweise Polycarbonat oder PMMA
besteht, wird das von den Lichtquellen 22 ausgesandte Licht
auf geeignete Weise eingekoppelt. Auch hierauf wird im Folgenden
noch genauer eingegangen. Im Lichtleiter 80 wird das eingekoppelte
Licht der Lichtquellen 22 durch innere Totalreflexion geführt.
-
Dabei
ist die (Oberflächen-)Beschaffenheit des Lichtleiters 80 im
Bereich seiner rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 so
beschaffen, dass bei jeder internen Totalreflexion durch gezielt
in den Lichtleiter 80 eingebrachte Lichtauskoppelstrukturen 90 ein
geringer Prozentsatz der einfallenden Strahlung ausgekoppelt und auf
das darunter liegende Kfz-Kennzeichenschild 2 gelenkt wird,
so dass dieses ausgeleuchtet wird. Auf diese Lichtauskoppelstrukturen 90 wird
im Folgenden ebenfalls noch genauer eingegangen werden. Vorab sei
erwähnt, dass durch gezielte Strukturierung der Oberfläche 83 des
Lichtleiters 80 in den an die Lichtquellen 22 angrenzenden
Bereichen die im Bereich der Lichtquellen 22 stark erhöhte
Intensität im Lichtleiter 80 ausgeglichen werden
kann, indem dort der Auskoppelgrad lokal deutlich abgesenkt wird.
Grundsätzlich ist aber auch möglich, auf eine
inhomogene Ausgestaltung des Auskoppelgrads zu verzichten und den
Auskoppelgrad über die gesamte Fläche des Lichtleiters
im Wesentlichen homogen einzustellen, solange die geltenden Vorschriften
der ECE-4 TA 22 sowie TA 22a bezüglich
der Homogenität der Ausleuchtung des Kennzeichens erfüllt
werden.
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Das
Gehäuse der Kennzeichenschildeinheit 40 wird im
gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Komponenten
gebildet. Ein Rahmen 50, welcher eine vorderseitige Blende 56 sowie
einen rückseitigen Halter 58 umfasst, die als
separate Teile gefertigt werden und im Rahmen der Erstellung des
erfindungsgemäßen Halters 1 unlösbar
miteinander verbunden werden, beispielsweise mittels Verschweißung,
weisen eine vorderseitige Öffnung aus, in die der flächenhaft
ausgedehnte Lichtleiter 80 eingesetzt ist. Der Lichtleiter 80 ist
dabei wie bereits erwähnt, unlösbar mit der vorderseitigen
Blende 56 des Rahmens 50 verbunden, beispielsweise mittels
Verklebung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vorderseitige
Blende 56 sowie der rückseitige Halter 58 jeweils
mittels Tiefziehverfahren oder Spritzgussverfahren hergestellt und
bestehen jeweils aus einem schlagzähen thermoplastischen
Kunststoff wie beispielsweise ABS.
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Der
Rahmen 50 der Kennzeichenschildeinheit 40 weist
rückseitig eine Zutrittsöffnung 52 auf,
die sich über die gesamte rückwärtige
Fläche des Rahmens 50 erstreckt und deren Abmessungen
so bemessen sind, dass durch die Zutrittsöffnung 52 das
zu haltende retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschild 2 in
den Rahmen 50 eingelegt werden kann. Wird das Kfz-Kennzeichenschild
eingelegt, so gelangt es in Kontakt mit Andruckflächen 59,
welche im rückseitigen Halter 58 ausgebildet sind,
sowie mit der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 des
Lichtleiters 80, wodurch sich eine mechanische Abstützung
ausbildet.
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Nachdem
das Kfz-Kennzeichenschild 2 in den Rahmen 50 eingelegt
wurde, wird die Kennzeichenschildeinheit 40 mittels eines
Deckels 60 hermetisch verschlos sen. Hierzu weist der Rahmen 50 rückseitig
eine umlaufende Dichtleiste 54 auf. Gleichzeitig bildet
der Deckel 60 eine umlaufende Aufnahmenut 62 aus,
welche in ihrer Formgebung komplementär zur umlaufenden
Dichtleiste 54 ausgebildet ist. Das Material des Deckels 60 weist
nun eine gegenüber dem Material des Rahmens 50 erhöhte
Elastizität auf, wobei die Abmessungen des Deckels 60,
hier insbesondere der umlaufenden Aufnahmenut 62, so bemessen
sind, dass der Deckel 60 mit seiner umlaufenden Aufnahmenut 62 auf
die Dichtleiste 54 des rückseitigen Halters 58 aufgezogen
werden kann. Hierbei erfährt der Deckel 60 eine
gewisse elastische Dehnung, wodurch der Deckel 60 auf der
umlaufenden Dichtleiste 54 festgelegt wird. Als Material
für den Deckel 60 haben sich thermoplastische
Polyurethane, beispielsweise das von der Firma Bayer Materialscience
AG unter der Marke Desmopan® vertriebene
thermoplastische aliphatische Polyurethan bewährt. Dieses
weist gegenüber ABS eine erhöhte Elastizität
auf, so dass der Deckel 60 in der von Kunststoffboxen aus
dem Lebensmittelbereich bekannten Art und Weise auf die Dichtleiste 54 des
Rahmens 50 aufgezogen werden kann, wobei sich ein abdichtender
Sitz der Dichtleiste 54 in der Aufnahmenut 62 ergibt.
Hierdurch wird das von der Kennzeichenschildeinheit 40 ausgebildete
Gehäuse 10 durch den Deckel 60 abgedichtet
verschlossen.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist bildet der Lichtleiter 80 an
seinen Längsseiten zapfenförmige Befestigungsarme 86 aus.
Diese Befestigungsarme 86 sind durch Durchgangslöcher
im Lichtquellenträger 26 hindurchgeführt
und mit diesem durch thermisches Verstemmen unlösbar verbunden.
Zum Zusammenfügen des Rahmens 50 wird der Lichtleiter 80 daher
in einem ersten Schritt unverlierbar mit dem Lichtquellenträger 26 der
Beleuchtungseinrichtung 20 verbunden, auf der die Mehrzahl
von Lichtquellen 22 angeordnet ist. Danach wird diese fertig
konfektionierte Lichtleiteranordnung 5 dann in die vorderseitige
Blende 56 eingesetzt. Nachfolgend wird auf die Rückseite
der vorderseitigen Blende 56 der rückseitige Halter 58 aufgesetzt
und mit der vorderseitigen Blende 56 verschweißt.
Hierdurch wird die Lichtleiteranordnung 5 nochmals im Rahmen 50 festgelegt,
insbesondere unverlierbar mit diesem verbunden.
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Wie
weiterhin aus 3 ersichtlich ist bildet der
Lichtleiter 80 randseitig eine plane Einkoppelfläche 84 aus,
in die das von den im gezeigten Ausführungsbeispiel als
SMD-LEDs ausgebildeten Lichtquellen 22 emittierte Licht
eingekoppelt wird. Hierzu werden die planen Lichtemissionsflächen
der SMD-LEDs bei der Montage des Lichtleiters 80 an der
Beleuchtungseinrichtung in mechanischen Kontakt mit der Einkoppelfläche 84 gebracht.
Eine optische Ankopplung der LEDs an den Lichtleiter z. B. durch
Ausfüllen des verbleibenden Luftspalts zwischen den Lichtemissionsflächen
der SMD-LEDs und der Lichteinkoppelfläche 84 mit
einem Klebstoff, dessen Brechungsindex auf den Brechungsindex des
Lichtleiters 80 sowie der SMD-LEDs abgestimmt ist, kann
vorteilhaft sein, ist aber nicht zwingend erforderlich.
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Weiterhin
ist die Geometrie des Rahmens 50, insbesondere des Lichtleiters 80,
so bemessen, dass bei zusammengefügtem Rahmen 50 ein
Luftspalt zwischen der vorderseitigen Schutzscheibe 70 und
dem Lichtleiter 80 verbleibt, so dass eine Auskopplung
des im Lichtleiter 80 geführten Lichts durch eine
Einkopplung in die Schutzscheibe 70 möglichst
vermieden wird (vgl. 2). Indem eine separate Schutzscheibe 70 vorgesehen
wird, welche selbst nicht als Lichtleiter der Beleuchtungseinrichtung 20 fungiert,
kann eine unerwünschte verstärkte Auskopplung
von Licht aus dem Lichtleiter 80 aufgrund von mechanischen
Beschädigungen der vorderseitigen Lichtaustrittsfläche
des erfindungsgemäßen Halters 1 weitgehend
vermieden werden. Die Anordnung einer Schutzscheibe 70 vor
dem Lichtleiter 80 ist als optional anzusehen. Aus Kostengründen
und wegen einer höheren Retroreflexion der gesamten Kennzeichenschildeinheit 40 ist
eine zumindest frontseitige Vergütung des Lichtleiters 80 mit
einer Kratzfestigkeitserhöhenden Schicht vorzuziehen.
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Ist
das zu haltende Kennzeichenschild 2 rückseitig
in die Kennzeichenschildeinheit 40 durch die in der Kennzeichenschildeinheit 40 ausgebildete
Zutrittsöffnung 52 eingelegt, die sich im gezeigten
Ausführungsbeispiel praktisch über die gesamte
rückwärtige Fläche des rückseitigen
Halters 58 erstreckt, so wird die Zutrittsöffnung 52 des
Rahmens 50 mittels eines Deckels 60 hermetisch
verschlossen. Hierzu bildet der rückseitige Halter 58,
wie bereits erwähnt, eine umlaufende Dichtleiste 54 aus.
Weiterhin bildet der Deckel 60 eine umlaufende Aufnahmenut 62 aus.
Die Formgebung der Dichtleiste 54 und der Aufnahmenut 62 sind
dabei so aneinander angepasst, dass sich ein Formschluss zwischen
Dichtleiste 54 und Aufnahmenut 62 ergibt, wenn
der Deckel 60 rückseitig auf den Rahmen 50 aufgesetzt
wird.
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Nach
Zusammenfügen der vorstehend beschriebenen Komponenten
ist die Kenn zeichenschildeinheit 40 der erfindungsgemäßen
Montagevorrichtung 1 betriebsbereit. Die fertig gestellte
Kennzeichenschildeinheit 40 mit eingesetztem Kfz-Kennzeichen 2 kann
nunmehr mit der (beispielsweise mittels Verschraubung fest mit einem
Kfz verbundenen) Montageplatte 30 verbunden werden, die
mechanisch an einem Kfz festgelegt ist, z. B. durch Verschrauben.
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4 zeigt
nun in Aufsicht den Lichtleiter
80 einer erfindungsgemäßen
Lichtleiteranordnung, wobei an der Einkoppelfläche
84 des
Lichtleiters
80 eine Mehrzahl von Lichtquellen
22 angeordnet
ist, die von einem gemeinschaftlichen Lichtquellenträger
26 getragen
werden. Das von den Lichtquellen
22 ausgesandte Licht wird
dabei so in die Einkoppelfläche
84 des Lichtleiters
80 eingekoppelt,
dass ein hoher Prozentsatz der von den Lichtquellen
22 ausgesandten
Lichts tatsächlich innerhalb des Lichtleiters
80 propagiert
und dort durch interne Totalreflektion geführt wird. Details
hierzu lassen sich nochmals der in Bezug genommenen
DE 10 2007 015 747 entnehmen.
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Von
zentraler Bedeutung für die vorteilhaften Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung sind
nun die säulenartigen Lichtauskoppelstrukturen 90,
die in der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 des
Lichtleiters 80 angeordnet sind, d. h. in derjenigen Lichtdurchtrittsfläche,
welche bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung
der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung 5 angrenzend
an das auszuleuchtende Kfz-Kennzeichenschild 2 angeordnet.
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In
der 4 ist langgestrichelt angedeutet derjenige Bereich
des Lichtleiters 80, welcher bei einer Anordnung des Lichtleiters 80 in
der erfindungsgemäßen Montagevorrichtung 1 nicht
vom Rahmen 50 des Halters 10 überdeckt
ist. Kurzgestrichelt ist derjenige Bereich des Lichtleiters 80,
der vom Licht erfasst wird, welches von den Lichtquellen 22 ausgesandt
wird.
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Weiterhin
ist aus 4 ersichtlich, dass auf der
rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 den
Lichtquellen 22 unmittelbar gegenüberliegend Dämpfungsbereiche 92 ausgebildet
sind, in denen die Dichte der erfindungsgemäßen
säulenartigen Lichtauskoppelstrukturen 90 lokal
abgesenkt ist, wie in 5 genauer dargestellt ist. Grundsätzlich
ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Dichte der lichtauskoppelnden
Strukturen 90 in der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 so
gewählt, dass 10% der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 von
den erfindungs gemäßen säulenartigen Lichtauskoppelstrukturen 90 bedeckt
sind. Dabei handelt es sich praktisch über die gesamte
Fläche des Lichtleiters hinweg um eine regelmäßige
Anordnung der Lichtauskoppelstrukturen 90. In den Dämpfungsbereichen 22 hingegen
ist lokal die Dichte der Lichtaustrittskoppelstrukturen 90 gegenüber
den umliegenden Bereichen der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 von
10% auf maximal 5% abgesenkt. Das heißt, in den Dämpfungsbereichen 92 sind
lokal nur 5% der Lichtleiteroberfläche mit den erfindungsgemäßen
Lichtauskoppelstrukturen bedeckt. Dabei erhöht sich die
lokale Dichte der Lichtauskoppelstrukturen 90 ausgehend
von der Symmetrielinie M kontinuierlich von 5% auf der Linie M bis
zu 10% am Rand des Dämpfungsbereichs 92 sowohl
in der mit X gekennzeichneten Richtung als auch in der mit X' gekennzeichneten
Gegenrichtung. In der mit Y gekennzeichneten Laufrichtung L des
in den Lichtleiter 80 eingekoppelten Lichts erhöht
sich lokal die Dichte der Lichtauskoppelstrukturen 90 ausgehend
von derjenigen Kante des Dämpfungsbereichs 92,
welcher angrenzend an die nächstliegende Lichtquelle 22 orientiert
ist, von dort 5% auf 10% am gegenüber liegenden Ende des
Dämpfungsbereichs 92. Die Dichteangaben beziehen
sich hier auf eine kubische Gitterstruktur mit kreisförmigen
Strukturen 90, wobei sich randseitig berührende
Strukturen 90 einer Dichte von 100% entsprechen. Durch
Einführung dieser Dämpfungsbereiche 92 in
der unmittelbaren Umgebung der Lichtquellen 22 bzw. deren
Einkoppelpunkten in den Lichtleiter 80 kann die Ausbildung
von die Lesbarkeit des Kennzeichenschilds negativ beeinflussenden
Lichthöfen im Bereich der Lichtquellen 22 unterdrückt
werden.
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6 zeigt
exemplarisch eine Aufsicht auf die rückseitige Lichtdurchtrittsfläche 83 des
Lichtleiters 80 aus 4 in einer
alternativen Ausgestaltung. Wie aus 6d ersichtlich
ist, handelt es sich hier um eine regelmäßige
Anordnung der Lichtauskoppelstrukturen 90 auf der rückseitigen
Lichtdurchtrittsfläche 83 in Form eines quadratischen
Gitters. Die Figuren a bis d zeigen nun verschiedene Dichten lichtauskoppelnder
Strukturen 90 auf der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83,
wobei die Lichtauskoppelstrukturen 90 stets auf Gitterpunkten
des aus 6d ersichtlichen quadratischen
Gitters angeordnet sind. Dabei sind die lichtauskoppelnden Strukturen 90 jedoch
stochastisch auf den Gitterpunkten verteilt, wobei sich gleichzeitig
lokal eine voreingestellte Dichte ergibt. So liegt in 6a eine Dichte von ca. 5% vor, d. h. 5%
der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 sind
von Lichtauskoppelstrukturen 90 bedeckt. In 6b beträgt die Dichte ca. 35%,
in 6c ca. 60% und in 6d liegt
sie beim theoretischen Maximum von etwa 78,5% für ein kubisches
2d-Gitter, auf dem Strukturen 90 mit rundem Querschnitt
angeordnet sind.
-
7 schließlich
zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer rückseitigen
Lichtdurchtrittsfläche 83 eines erfindungsgemäßen
Lichtleiters 80, in der erfindungsgemäße
Lichtauskoppelstrukturen 90 stochastisch auf Gitterpunkten
eines quadratischen Gitters verteilt sind, wobei eine Dichte von
5% eingestellt wurde. Wie aus 7 ersichtlich
ist handelt es sich bei den Lichtauskoppelstrukturen 90 um
säulenartige Vertiefungen in der rückseitigen
Lichtdurchtrittsfläche 83, die einen runden Querschnitt
aufweisen und deren Mantelflächen im Wesentlichen senkrecht
zur rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 orientiert
sind. Der Durchmesser der säulenartigen Lichtauskoppelstrukturen 90 liegt
im Bereich von 100 Mikrometern, ihre Tiefe h gemessen von der rückseitigen
Lichtdurchtrittsfläche 83 an beträgt
etwa 10 Mikrometer. Damit beträgt die Basisfläche A
einer gezeigten säulenartigen Lichtauskoppelstruktur 90 etwa
7.850 Quadratmikrometer.
-
8 zeigt
schließlich die Anordnung äquivalenter Lichtauskoppelstrukturen 90 in
der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 eines
erfindungsgemäßen Lichtleiters 80, wobei
hier die maximale praktisch erzielbare Packungsdichte der als zylindrische
Vertiefung ausgebildeten Lichtauskoppelstrukturen 90 bei
einer Anordnung auf den Gitterpunkten eines quadratischen Gitters
eingestellt wurde. Wie vorstehend bereits erwähnt beträgt
die maximal erzielbare theoretische Dichte der Lichtauskoppelstruktur 90 auf
der rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 etwa
78,5%. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weisen die Lichtauskoppelstrukturen 90 einen runden
Querschnitt bei einer Tiefe h von etwa 10 Mikrometern auf, der Durchmesser
der Strukturen liegt im Bereich von 100 Mikrometern. Die typische
minimale Wandstärke zwischen zwei benachbarten Lichtauskoppelstrukturen
liegt hier im Bereich von 10 Mikrometern, so dass die Gitterkonstante
des quadratischen Gitters bei etwa 110 Mikrometern liegt. Grundsätzlich
kann die Wandstärke auch weiter erniedrigt werden, dies
ist jedoch mit fertigungstechnischen Schwierigkeiten verbunden.
Damit ergibt sich eine Dichte von ca. 55% der Lichtauskoppelstrukturen 90.
-
Die
Transmission des erfindungsgemäßen Lichtleiters
80 kann
noch erhöht werden, wenn beispielsweise auf der frontseitigen
Lichtdurchtrittsfläche
81 eine re flexionsmindernde
Antireflexbeschichtung aufgebracht wird (nicht dargestellt), die
beispielsweise aus einem oder mehrlagigen Schichtsystem eines Materials oder
mehrerer Materialien mit abweichender Brechungsindices gebildet
sein kann. Darüber hinaus ist es auch möglich,
eine Antireflexbeschichtung in Form von Mottenaugenstrukturen auf
der frontseitigen Lichtdurchtrittsfläche
81 auszubilden,
wie beispielsweise in der
DE
103 185 66 A1 offenbart. Ein Herstellungsverfahren ergibt sich
z. B. aus der
DE 100
20 877 A1 . Auch hier wird der gesamte Offenbarungsgehalt
der in Bezug genommenen Offenlegungsschriften durch diese Bezugnahme
zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt.
-
Auch
die rückseitige Lichtdurchtrittsfläche 83,
in der die Lichtauskoppelstrukturen 90 ausgebildet sind, lässt
sich durch Prägung der vorgenannten Mottenaugenstruktur
reflexionsmindernd ausgestalten. Hier muss durch geeignete Verfahrensführung
bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Lichtleiters 80 sichergestellt werden,
dass in dieser rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 neben
den erfindungsgemäß vorzusehenden Lichtauskoppelstrukturen 90 auch
die reflexionsmindernden Mottenaugenstrukturen in die Lichtleiteroberfläche
eingeprägt werden. Dies kann beispielsweise geschehen,
indem die reflexionsmindernden Mottenaugenstrukturen bereits bei
der Herstellung eines Lichtleiterrohlings eingeformt werden. In
einem nachfolgenden Herstellungsschritt werden dann in die mit Mottenaugenstrukturen
versehene rückseitige Lichtdurchtrittsfläche 83 die
erfindungsgemäß vorzusehenden Lichtauskoppelstrukturen 90 eingebracht,
beispielsweise mittels eines mechanischen Prägevorgangs,
der ggf. mit einer lokalen Erwärmung des Lichtleiters 80 im
Bereich seiner rückseitigen Lichtdurchtrittsfläche 83 verbunden
sein kann.
-
Zusätzlich
zu einer reflexionsmindernden Beschichtung kann insbesondere die
frontseitige Lichtdurchtrittsfläche 81 des erfindungsgemäßen
Lichtleiters zusätzlich mit einer die Kratzfestigkeit erhöhenden
Beschichtung bzw. mit einer Beschlag vermindernden „Antifog"-Beschichtung
versehen werden. Beide sind grundsätzlich aus dem Stand
der Technik bekannt, insbesondere für die Oberfläche
eines PMMA Lichtleiters bzw. eines Lichtleiters, der aus transparentem
Polycarbonat oder transparentem Polyethylen besteht.
-
Bei
Probemessungen mit einer erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung 5,
bei der die rückseitige Lichtdurchtrittsfläche 83 des
Lichtleiters mit den aus den
-
7 und
8 ersichtlichen
Lichtauskoppelstrukturen
90 versehen war, die eine Tiefe
h von 10 Mikrometern aufwiesen bei einem Durchmesser von 100 Mikrometern,
konnten mit einem weiß beschichteten Kennzeichenrohling
bzw. einem schwarz beschichten Kennzeichenrohling und einer Dichte
von 20 der vorstehend beschriebenen weißen Hochleistungs-LEDs
auf einer Länge von 500 mm folgende Leuchtdichten des ausgeleuchteten
Kennzeichenrohlings bzw. folgende Kontrastverhältnisse
erzielt werden:
Strukturdichte | Leuchtdichte
mit weißem Kennzeichenrohling [cd/m2] | Leuchtdichte
mit schwarzem Kennzeichenrohling [cd/m2] | Kontrastverhältnis (Lmax – Lmin)/(Lmax
+ Lmin) | Kontrastverhältnis Lmin/Lmax |
10% | 42 | 9 | 0,65 | 0,21 |
30% | 76 | 17 | 0,63 | 0,22 |
60% | 83 | 23 | 0,57 | 0,28 |
100% | 83 | 26 | 0,52 | 0,31 |
-
Der
angegebene Prozentwert der Strukturdichte bezieht sich auf eine
quadratische dichteste Kreispackung, d. h. Mantelflächen
der Säulen berühren sich entspricht einer Dichte
von 100%.
-
Hieraus
ergibt sich, dass mit den Lichtauskoppelstrukturen 90 der
vorbeschriebenen Art bereits bei einer Dichte von nur 10% hervorragende
Ergebnisse bezüglich der erzielbaren Leuchtstärke
der mit der erfindungsgemäßen Lichtleiteranordnung 5 ausgeleuchteten
Kennzeichenlegende erzielt werden können, wobei gleichzeitig
die Retroreflexion des retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
nur unwesentlich herabgesetzt wurde. Mit einer solchen Lichtleiteranordnung 5 lassen
sich somit sowohl die gesetzlichen Vorgaben bezüglich der
Ausleuchtung des gehaltenen Kfz-Kennzeichenschilds als auch bezüglich
der Retroreflexion des gehaltenen retroreflektierenden Kfz-Kennzeichenschilds
sicher erfüllen.
-
Bei
einer Herstellung eines erfindungsgemäß individualisierten
Lichtleiters 80 im Spritzgussverfahren können
die erfindungsgemäß vorzusehenden Lichtauskoppelstrukturen 90 vorteilhaft
bereits beim Spritzgießen des Lichtleiters 80 in
die sen eingeformt werden. Hierzu verwendet man vorteilhaft eine
Stahlblecheinlage zur Herstellung des Lichtleiters, welche in das
verwendete Spritzgusswerkzeug eingefügt wird, und welches eine
Matrize für die Einbringung der Lichtauskoppelstrukturen 90 in
die rückseitige Lichtdurchtrittsfläche 83 des Lichtleiters 80 darstellt.
Hierzu wird das Stahlblech auf der zu strukturierenden Seite hochglanzpoliert
und vernickelt. Auf dieses vernickelte Stahlblech werden nachfolgend über
ein lithografisches Verfahren säulenartige Strukturen abgeschieden,
die komplementär ausgebildet sind zu den Lichtauskoppelstrukturen 90,
welche in dem erfindungsgemäß individualisierten
Lichtleiter 80 ausgebildet werden sollen. Diese lithografischen
Strukturen werden hierbei vorteilhaft im LIGA-Verfahren hergestellt
(LIGA: Lithografie, Galvanik und Abformung), welches aus dem Stand
der Technik wohl bekannt ist. Das fertig strukturierte vernickelte
Stahlblech wird dann vorzugsweise mittels geeigneter Befestigungsschrauben
in einer Formhälfte des Spritzgusswerkzeugs als Prägematerial
festgelegt. Als Träger für die Prägematrize
bietet sich Stahlblech insbesondere deswegen an, da es denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkzeugstahl der
Spritzgussform besitzt. Dies ist relevant, da die Temperaturschwankungen
der Werkzeugoberfläche und der Stahlblechmatrize während
des Spritzgussprozesses etwa 200°C pro Spritzgusszyklus
betragen können.
-
Abschließend
wird allgemein darauf hingewiesen, dass die Lichtleiteranordnung
gemäß der vorliegenden Erfindung zwar insbesondere
für die Ausleuchtung der Legende eines retroreflektierenden
Kfz-Kennzeichenschilds geeignet ist, ihre Verwendung im Rahmen der
vorliegenden Erfindung aber nicht auf retroreflektierende Kfz-Kennzeichenschilder
beschränkt ist. Vielmehr soll eine Verwendung im Zusammenhang
mit beliebig ausgestalteten Kfz-Kennzeichenschildern mit umfasst
sein, insbesondere optisch transparenten oder auch nicht transparenten
Schildern sowie retroreflektierenden als auch nicht retroreflektierenden
Schildern. Weiterhin ist sie insbesondere zu einer Anordnung vor
einem auszuleuchtenden Kfz-Kennzeichenschild geeignet, grundsätzlich
liegt aber auch eine Anordnung hinter einem transparenten Kfz-Kennzeichenschild
im Umfang der Erfindung.
-
- 1
- Montagevorrichtung
für Kfz-Kennzeichenschild
- 2
- Kfz-Kennzeichenschild
- 5
- Lichtleiteranordnung
- 10
- Halter
(bildet Gehäuse aus)
- 20
- Beleuchtungseinrichtung
- 22
- Lichtquelle
- 26
- Lichtquellenträger
- 30
- Montageplatte
- 40
- Kennzeichenschildeinheit
- 44
- Demontageöffnung
- 50
- Rahmen
- 52
- Zutrittsöffnung
- 54
- Dichtleiste
- 56
- vorderseitige
Blende
- 59
- Andruckfläche
- 60
- Deckel
- 62
- Aufnahmenut
- 80
- Lichtleiter
- 81
- frontseitige
Lichtdurchtrittsfläche
- 83
- rückseitige
Lichtdurchtrittsfläche
- 84
- Einkoppelfläche
- 86
- Befestigungsarm
- 87
- Reflexionsfläche
- 90
- Lichtauskoppelstrukturen
- 92
- Dämpfungsbereich
- 100
- Schildanordnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10258465
A1 [0002]
- - EP 1477368 A1 [0003]
- - DE 102007015747 A1 [0004, 0024]
- - DE 20201853 U1 [0027]
- - DE 102005035232 A1 [0027, 0027]
- - DE 102007015747 [0041, 0066]
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- - DE 10020877 A1 [0073]