-
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Der Einsatz von Leuchtdioden als Lichtquellen in Beleuchtungsvorrichtungen ermöglicht einen erheblich größeren Gestaltungsspielraum hinsichtlich des konstruktiven und lichttechnischen Aufbaus, da sie im Vergleich zu Glühlampen wesentlich kleinere Abmessungen aufweisen. Aus der
EP 1 684 003 B1 ist es beispielsweise bekannt, die Leuchtdioden auf einer flexiblen Leiterplatte zu positionieren, damit die Leuchtdioden frei im dreidimensionalen Raum angeordnet werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen starren Leiterplatten haben diese flexiblen Leiterplatten jedoch den Nachteil, dass die Entwicklung derselben relativ kostenintensiv und auch die spätere Montage relativ aufwendig ist. Bei der Montage müssen die einzelnen Leuchtdioden auf ein Optiksystem oder separaten Trägern aufgesetzt und befestigt werden. Wird das Optiksystem zudem durch einzelne kleine Linsen gebildet, die jeweils einer Leuchtdiode zugeordnet sind und die vor der Leuchtdiode auf der flexiblen Leiterplatte bzw. dem Träger montiert werden, so erhöht sich der Montageaufwand weiter.
-
Aus der
EP 1 110 817 B1 ist es bekannt, zum dreidimensionalen Aufbau einer Beleuchtungsvorrichtung eine starre Leiterplatteneinheit vorzusehen, wobei auf einer starren Leiterplatte mehrere Leuchtdioden zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion angeordnet sind. Die dreidimensionale Anordnung der Leuchtdioden wird dadurch realisiert, dass die starre Leiterplatte Einschnitte aufweist, so dass Falzen gebildet werden können, die das Verbiegen der starren Leiterplatte in eine stufenförmige Form ermöglichen. Die Leuchtdioden sind mit ihren optischen Achsen lotrecht zu dem Leiterplattenabschnitt angeordnet, an dem sie befestigt sind. Darüber hinaus sind die optischen Achsen der Leuchtdioden parallel zu einer Hauptabstrahlrichtung der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass die starre Leiterplatte biegbar ausgestaltet sein muss, was die Herstellungskosten erhöht.
-
Aus der
DE 10 2007 019 688 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Mehrzahl von auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordneten Lichtquellen bekannt, wobei den jeweiligen Lichtquellen mehrere Richtungskorrektur-Lichtleitelemente zugeordnet sind. Die Lichtleitelemente sind somit gruppiert angeordnet, wobei eine Gruppe von Lichtleitelementen einer einzigen Lichtquelle zugeordnet sind.
-
Aus der
DE 195 07 234 A ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer starren Leiterplatteneinheit und einer Mehrzahl von auf derselben aufgebrachten Lichtquellen bekannt. Den Lichtquellen ist eine Lichtscheibe mit einer Richtungskorrekturoptikstruktur vorgelagert, so dass das von den Lichtquellen emittierte Licht in eine vorgegebene Hauptabstrahlrichtung umgelenkt wird.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer starren Leiterplatteneinheit derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise eine Mehrzahl von Leuchtdioden in einem dreidimensionalen Raum frei positionierbar sind.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
-
Nach der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine starre Leiterplatteneinheit aus mehreren starren Leiterplatten gebildet ist, die sich jeweils in einer vorgegebenen Erstreckungsebene erstrecken. Die starren Leiterplatten sind somit eben ausgebildet und können auf einfache Weise mit den Leuchtdioden bestückt werden. Die starre Leiterplatte kann in einer beliebigen Orientierung zu einer Horizontalebene oder Vertikalebene im Raum angeordnet sein. Dies kann abhängen von Designvorgaben oder von Bauraumerfordernissen. Damit das von den Leuchtdioden emittierte Licht zur Bildung der vorgegebenen Lichtfunktion genutzt werden kann, ist jeder Leuchtdiode ein Richtungskorrektur-Lichtleitelement vorgelagert, das das von der Leuchtdiode emittierte Licht in Hauptabstrahlrichtung umlenkt, und zwar in der Weise, dass die vorgegebene Lichtfunktion (Lichtverteilung) erzeugt wird. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass unter Einsatz von herkömmlichen starren Leiterplatten, die sich jeweils eben erstrecken, und umlenkenden Richtungskorrektur-Lichtleitelementen eine dreidimensionale, räumliche Anordnung einer Signalfunktion ermöglicht wird. Ferner wird in Abhängigkeit von den Bauraumbedingungen eine platzsparende Anordnung bzw. eine unter dem Aspekt des Stylings optisch ansprechende Anordnung der Leuchtdioden gewährleistet. Vorteilhaft kann durch die Anordnung von Leuchtdioden auf der Leiterplatte vor einer relativ kleinen Fläche ein hoher lichttechnischer Wirkungsgrad erzielt werden. Nach der Erfindung weist die Leiterplatteneinheit eine Mehrzahl von leistenförmigen Leiterplatten auf, die in unterschiedlichen Kippwinkeln zu der Hauptabstrahlrichtung angeordnet sind. Vorteilhaft kann hierdurch eine dreidimensionale Anordnung von Leuchtdioden geschaffen werden, obwohl sich die Leiterplatten selbst nur in einer Ebene erstrecken. Die leistenförmigen Leiterplatten sind hierbei in üblicher Weise an einem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung befestigt.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Richtungskorrektur-Lichtleitelement fingerförmig ausgebildet mit einer der Leuchtdioden zugewandten Lichteinkoppelfläche und einer den Leuchtdioden abgewandten Lichtauskoppelfläche. Zwischen der Lichteinkoppelfläche und der Lichtauskoppelfläche erstreckt sich eine Mantelfläche, an der das eingekoppelte Licht in Richtung der Lichtauskoppelfläche totalreflektiert wird. Das Richtungskorrektur-Lichtleitelement ermöglicht somit eine „Umformung“ des von der Leuchtdiode emittierten Lichtbündels zur Bildung einer vorgegebenen Lichtverteilung.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die einer Leiterplatte zugeordneten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente einstückig miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente als ein einstückiges Spritzgießteil ausgebildet, so dass der Herstellungsaufwand reduziert ist.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Spritzgießteil in einem Bereich zwischen den Richtungskorrektur-Lichtleitelementen einen Durchbruch auf, so dass das Spritzgießteil einfacher von einem Werkzeug erfasst bzw. leichter entformt werden kann.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die zu dem Durchbruch angrenzende Mantelfläche des entsprechenden Richtungskorrektur-Lichtleitelementes so weit bis zu der Lichteinkoppelfläche, dass dieser Abschnitt der Mantelfläche als Totalreflexionsfläche des Richtungskorrektur-Lichtleitelementes dienen kann. Der Wirkungsgrad des Lichtleitelementes kann somit erhöht werden.
-
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Mantelfläche des Richtungskorrektur-Lichtleitelementes parabelförmig ausgebildet, so dass in dem Lichtleitelement ein paralleles Lichtbündel erzeugt wird, welches dann an der als vorzugsweise Linse ausgebildeten Lichtaustrittsfläche gestreut wird. Alternativ kann die Mantelfläche ellipsoidförmig ausgebildet sein, so dass das eingekoppelte Lichtbündel auf einem zweiten Brennpunkt fokussiert ist, der als Berechnungsgrundlage für die Lichtaustrittslinse genommen werden kann. Alternativ kann die Mantelfläche auch aus ebenen Umlenkflächen gebildet sein, wobei eine Einkoppeloptik an der Lichteintrittsfläche ein paralleles Lichtbündel erzeugt, welches dann mittels der Mantelfläche umgelenkt wird.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Vorderansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer starren Leiterplatteneinheit, die ein nicht dargestelltes Lichtmodul teilweise rahmenförmig umgibt,
- 2 eine vergrößerte Vorderansicht eines Teilbereichs der Leiterplatteneinheit,
- 3 einen Vertikalschnitt durch einen Teilbereich der Leiterplatteneinheit und
- 4 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen Richtungskorrektur-Lichtleitelementes.
-
Eine Beleuchtungsvorrichtung 1 für Fahrzeuge kann beispielsweise als ein Scheinwerfer oder als eine Heckleuchte ausgebildet sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein leistenförmiges Lichtmodul 2 zur Erzeugung einer Tagfahrlichtfunktion sowie ein nicht dargestelltes Lichtmodul zur Erzeugung einer Abblendlicht- und Fernlichtfunktion auf. Das leistenförmige Lichtmodul 2 bildet einen Rahmen für das Abblendlichtmodul, wobei es das Abblendlichtmodul teilweise umfasst.
-
Alternativ kann das leistenförmige Lichtmodul 2 auch zur Erzeugung einer Signalfunktion dienen.
-
Das leistenförmige Lichtmodul 2 sowie das zentrale Abblendlicht-/Fernlichtmodul sind an einem gemeinsamen topfförmigen Gehäuse befestigt, dessen vordere Öffnung durch eine glasklare Abdeckscheibe abgedeckt ist.
-
Das leistenförmige Lichtmodul 2 weist eine starre Leiterplatteneinheit 3 auf, die sich aus einer Anzahl von zueinander unterschiedlich orientierten starren Leiterplatten 4', 4'', 4''' zusammensetzt. Die erste starre Leiterplatte 4' erstreckt sich in einer Erstreckungsebene E1, die sich zu einer Hauptabstrahlrichtung H des Lichtmoduls 2 unter einem Kippwinkel α erstreckt. Die zweite starre Leiterplatte 4'' erstreckt sich entlang einer Erstreckungsebene E2, die sich zu der Hauptabstrahlrichtung H unter einem Kippwinkel β erstreckt. Die dritte starre Leiterplatte 4''' erstreckt sich in einer Erstreckungsebene E3, die mit der Hauptabstrahlrichtung H des Lichtmoduls 2 einen Kippwinkel γ bildet.
-
Die Leiterplatten 4', 4'', 4''' sind jeweils leistenförmig angeordnet und weisen jeweils eine Reihe von Leuchtdioden 5 (Leuchtelemente, LED-Chips) auf, die auf einer in Hauptabstrahlrichtung H vorderen Flachseite der Leiterplatten 4', 4'', 4''' angeordnet sind. Die Leuchtdioden 5 weisen jeweils eine optische Achse 6 auf, die senkrecht bzw. lotrecht zu der entsprechenden Erstreckungsebene E1 der ersten Leiterplatte 4' bzw. E2 der zweiten Leitplatte 4" bzw. E3 der dritten Leiterplatte 4''' verläuft.
-
Den Leuchtdioden 5 ist jeweils ein Richtungskorrektur- Lichtleitelement 7', 7", 7'" zugeordnet, wobei die Form der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7"' abhängig ist von dem Kippwinkel α, β, γ der starren Leiterplatten 4', 4'', 4'''. Der ersten Leiterplatte 4' sind gleich ausgebildete Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', der zweiten Leiterplatte 4" gleich ausgebildete Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7" und der dritten Leiterplatte 4"' gleiche Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7''' zugeordnet. Diese Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7'" sind derart ausgebildet, dass das von den Leuchtdioden 5 der Leiterplatten 4', 4'', 4''' emittierte Licht so in Hauptabstrahlrichtung H umgelenkt wird, dass die vorgegebene Tagfahrlichtfunktion erzeugt werden kann.
-
Die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7''' sind jeweils fingerförmig ausgebildet und weisen auf einer der Leuchtdiode 5 zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche 8, eine auf einer der Leuchtdiode 5 abgewandten Seite eine Lichtauskoppelfläche 9 sowie eine die Lichteinkoppelfläche 8 mit der Lichtauskoppelfläche 9 verbindende Mantelfläche 10 auf. Die Mantelfläche 10 der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7''' dient als Totalreflexionsfläche für das in das Richtungskorrektur-Lichtleitelement 7', 7'', 7''' eingekoppelte Licht. Beispielsweise kann die Mantelfläche 10 parabelförmig oder ellipsoidförmig ausgebildet sein. Alternativ kann die Mantelfläche 10 auch eben oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Besteht die Mantelfläche 10 aus mehreren ebenen Umlenkflächen, kann die Lichteinkoppelfläche 8 beispielsweise mit einer Einkoppeloptik versehen sein, so dass ein paralleles Lichtbündel erzeugt wird, welches mittels der ebenen Umlenkflächen der Mantelfläche 10 in vorgegebener Weise umgelenkt werden zur Bildung der vorgegebenen Signallichtfunktion. Die Lichtauskoppelfläche 9 der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7"' kann beispielsweise eben oder kugel- oder torus- oder konkav- oder konvexförmig ausgebildet sein. Alternativ kann die Lichtauskoppelfläche 9 auch optikfrei oder mit einer optischen Struktur ausgeführt sein. Vorzugsweise weist die Lichtauskoppelfläche 9 die Funktion einer Linse auf, die das eingekoppelte Licht entsprechend der vorgegebenen Lichtfunktion (Lichtverteilung) streut bzw. verteilt.
-
Wie aus 1 deutlich wird, weisen die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7''', die der dritten Leiterplatte 4'' zugeordnet sind, einen längeren in Hauptabstrahlrichtung H vorne verlaufenden Abschnitt auf als die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', die der ersten Leiterplatte 4' zugeordnet sind. Andererseits weisen die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', die der ersten Leiterplatte 4' zugeordnet sind, einen in Hauptabstrahlrichtung H hinten angeordneten und der Leuchtdiode 5 zugewandten längeren Bogenabschnitt auf als die dritten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7''', die der dritten Leiterplatte 4''' zugeordnet sind.
-
Es versteht sich, dass eine Normale der Lichtauskoppelfläche 9 bzw. die Lichtauskoppelfläche 9 selbst um den Kippwinkel α bzw. β, γ zu einer Normalen der Lichteinkoppelfläche 8 bzw. der Lichteinkoppelfläche 8 selbst der entsprechend zugeordneten Leiterplatten 4', 4'', 4''' verlaufen. Die Normale der Lichteinkoppelfläche 8 ist parallel zur optischen Achse 6 der entsprechend vorgelagerten Leuchtdioden 5.
-
Es ist ersichtlich, dass die Lichtauskoppelflächen 9 der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7", 7"' gleich orientiert angeordnet sind, das heißt eine Normale der Lichtauskoppelfläche 9 der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7''' verläuft in Hauptabstrahlrichtung H.
-
Die jeweils den Leiterplatten 4', 4'', 4''' zugeordneten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'' bzw. 7''' sind jeweils einstückig miteinander verbunden, wobei die ersten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7' Bestandteil eines ersten Spritzgießteils 11', die zweiten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7'' Bestandteil eines zweiten Spritzgießteils 11'' und die dritten Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7''' Bestandteil eines dritten Spritzgießteils 11''' sind. Die Spritzgießteile 11', 11'', 11''' bestehen aus einem transparenten Kunststoffmaterial und weisen eine Grundplatte 13 auf, von der die Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7"' abragen. In einem Bereich zwischen den Richtungskorrektur-Lichtleitelementen 7', 7" bzw. 7''' der jeweiligen Grundplatte 13 ist mindestens ein Durchbruch 12 bzw. Ausnehmung vorgesehen, so dass die Spritzgießteile 11', 11'', 11''' jeweils auf einfache Weise nach dem zweifachen Spritzgießvorgang (Skin-Moulding-Spritzen) entformt werden können. Ferner kann hierdurch eine Werkzeuganlage gewährleistet sein.
-
Wie aus den 2 und 3 deutlich wird, reicht die zu dem Durchbruch 12 angrenzende Mantelfläche 10 der Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7" so weit bis zur Lichteinkoppelfläche 8, so dass an einer Oberseite 10' der Mantelfläche 10 eine durchgehende Totalreflexionsfläche bis hin zu der Ebene der Lichteinkoppelfläche 8 gebildet werden kann. Die Oberseite 10' der Mantelfläche 10 bildet somit mit der Lichteinkoppelfläche 8 einen gemeinsamen Rand.
-
Die Mantelfläche 10 weist neben der sich bogenförmig von einem Bereich der Lichteinkoppelfläche 8 erstreckenden Abschnitt einen im Wesentlichen weiteren in Hauptabstrahlrichtung H anschließenden ebenen Abschnitt auf. An die Oberseite 10' der Mantelfläche 10 schließen sich vertikal verlaufende Längsseiten 10" an. Gegenüberliegend zu der Oberseite 10' erstreckt sich eine bogenförmig verlaufende Unterseite 10''', die kontinuierlich ohne Bildung einer Knickstelle und stetig von der Lichtauskoppelfläche 9 bis zu der Grundplatte 13 des Spritzgießteils 11', 11'', 11''' verläuft.
-
Von Grundplatte 13 ragen die fingerförmigen Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 7', 7'', 7''' ab. Die Grundplatte 13 der Spritzgießteile 11', 11'', 11''' dient darüber hinaus zur Befestigung derselben an der entsprechenden Leiterplatte 4', 4'', 4'''.
-
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das leistenförmige Lichtmodul 2 im Unterschied zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel auch Leiterplatten 4', 4'', 4''' aufweisen, denen jeweils eine Mehrzahl von einzelnen Richtungskorrektur-Lichtleitelementen 17 zugeordnet sind. Vorteilhaft können hierdurch unterschiedlich lange Leiterplatten mit denselben Richtungskorrektur-Lichtleitelementen 17 bestückt werden. eine Anpassung der Länge von Spritzgießteilen 11', 11'', 11''' mit den entsprechenden Richtungskorrektur-Lichtleitelementen 7', 7'', 7''' an die Länge der Leiterplatten 4', 4'', 4''' ist damit nicht mehr erforderlich. Es versteht sich, dass den Leiterplatten 4', 4'', 4''' jeweils die gleichen einzelnen Richtungskorrektur-Lichtleitelemente 17 zugeordnet werden. Diese werden jeweils einzeln an der Leiterplatte 4', 4'', 4''' befestigt. Aus 4 ist ersichtlich, dass das einzelne Richtungskorrektur-Lichtleitelement 17 eine Mantelfläche 18 mit ebenen Abschnitten aufweist. Eine Lichteinkoppelfläche 19 des Richtungskorrektur-Lichtleitelementes 17 weist eine Einkoppeloptik (konzentrische Einkoppeloptik) auf. Das Richtungskorrektur-Lichtleitelement 17 ragt von einer Grundplatte 20 ab, die im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist, so dass Grundplatten 20 von benachbarten einzelnen Richtungskorrektur-Lichtleitelementen 17 reihenförmig oder matrixförmig unmittelbar ansetzbar sind. An einer Seite weist die Grundplatte 20 einen Durchbruch 21 bzw. Ausnehmung auf, der dem gleichen Zweck dient, wie die Durchbrüche 12 der Spritzgießteile 11', 11'', 11'''. Das einzelne Richtungskorrektur-Lichtleitelement 17 ist einstückig mit der Grundplatte 20 verbunden und wird ebenfalls als - wie oben dargestellt - durch Spritzgießen hergestellt.
-
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Leiterplatten auch mehrere Reihen von Leuchtdioden 5 aufnehmen bzw. die Spritzgießteile weisen dann entsprechend mehrere Reihen von Richtungskorrektur-Lichtleitelementen auf.
