DE102010008596A1

DE102010008596A1 - Anordnung eines Optikelements in einem Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102010008596A1
Application number: DE102010008596A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 59597 Kloos
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-20
Also published as: DE102010008596B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) eines Optikelements (10) in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, wobei das Optikelement (10) wenigstens eine Halterung (10a, 10b) aufweist, über die das Optikelement (10) in zumindest einer Haltevorrichtung (20a, 20b) aufnehmbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung (20a, 20b) ein Stützelement (21a, 21b) mit einem endseitig angeformten Rastmittel (22a, 22b) aufweist, wobei die Aufnahme des Optikelementes (10) am Stützelement (21a, 21b) durch ein formschlüssiges Verrasten der Halterung (10a, 10b) im Rastmittel (22a, 22b) herstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Optikelements, insbesondere einer Linse, in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, wobei das Optikelement wenigstens eine Halterung aufweist, über die das Optikelement in zumindest einer Haltevorrichtung aufnehmbar ist.
Aus der DE 10 2007 034 123 A1 ist eine Anordnung eines Optikelements bekannt, insbesondere für Xenonlicht- oder Halbleiterlichtquellenscheinwerfer, mit einem Kühlkörper, einer Lichtquelle und einem Optikelement, wobei an dem Optikelement Halterungen vorgesehen sind, die am Kühlkörper vorhandene Aussparungen durchgreifen und wobei die freien Enden der Halterungen zur unlösbaren Befestigung des Optikelements als den Kühlkörper hintergreifende, durch Warm- oder Kaltverstemmen hergestellte Nietköpfe ausgebildet sind.
Die Anordnung eines Optikelements ist allerdings nicht für jede Art von Kunststoffoptikelementen neuartigen Designs bzw. neuartiger Ausbildung geeignet, um diese in einem Scheinwerfer zu befestigen, wobei herkömmliche Optikelemente größtenteils halbsphärisch ausgeführt sind, sodass die Halterungen den Strahlengang stören können. Die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung erfordert außerdem eine zusätzliche Behandlung der Befestigungsmittel, wie die Behandlung der Halterungen des Optikelements mit Wärme zur Umformung. Die Befestigung des Optikelements ist daher aufwendig und kompliziert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung eines Optikelements in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch die Optikelemente verschiedener Formgebungen in einem Scheinwerfer aufnehmbar sind und die einen unbeeinflussten Strahlengang durch das Optikelement ermöglicht.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung eines Optikelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Haltevorrichtung ein Stützelement mit einem endseitig angeformten Rastmittel aufweist, wobei die Aufnahme des Optikelementes am Stützelement durch ein formschlüssiges Verrasten der Halterung im Rastmittel herstellbar ist. Damit wird der Vorteil erreicht, dass eine zusätzliche Wärmebehandlung der Halterungen des Optikelements vermieden wird. Das Einbringen der Halterungen in die Haltevorrichtungen erfolgt mechanisch und werkzeugfrei, wobei keine zusätzlichen Betriebsstoffe wie Kleber oder Bauteile benötigt werden, und wobei insbesondere kein metallischer Rahmen benötigt wird, über den das Optikelement im Scheinwerfer aufgenommen werden muss.
Vorzugsweise sind am Optikelement zwei gegenüberliegend angeformte Halterungen vorgesehen, die sich entlang einer gemeinsamen Halterachse erstrecken. Die Halterungen sind derart seitlich und flügelartig angeformt, dass diese den Strahlengang durch das Optikelement im Scheinwerfer nicht stören.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Optikelement und die Halterungen einstückig und materialeinheitlich ausgeführt sind. Beispielhaft können das Optikelement und die Halterungen in einem Spritzgussschritt aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können zwei Haltevorrichtungen jeweils mit einem Stützelement und einem Rastmittel vorgesehen sein und sich vorzugsweise in einer jeweils seitlichen, sich gegenüberliegenden Anordnung des Optikelements befinden. Die Haltevorrichtungen sind daher symmetrisch zur Hauptträgheitsachse des Optikelements angeordnet, wobei die Halterachse die Aufnahmepunkte der Haltevorrichtungen verbindet, die senkrecht zur Hauptträgheitsachse verläuft, die mit der Hauptachse der Lichtausbreitung im Optikelement zusammenfällt. Dabei können die Haltevorrichtungen mit den Stützelementen und den Rastmitteln vorteilhafterweise ebenfalls einstückig und materialeinheitlich ausgeführt sein, beispielhaft aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall und optional als ein Spritzgussteil.
Erfindungsgemäß weist das Rastmittel einen Aufnahmeraum auf, der wenigstens durch einen unteren Bodenteil und sich gegenüberliegende Seitenwände gebildet ist, um die am Optikelement angeformte Halterung aufzunehmen. Dabei erstrecken sich die Seitenwände seitlich um das äußere Ende der Halterung, das am Bodenteil des Rastmittels anliegt, nachdem die Halterung im Aufnahmeraum des Rastmittels eingebracht ist.
Vorteilhafterweise weisen die Seitenwände des Rastmittels zwei gegenüberliegende Rasthaken zur formschlüssigen Aufnahme der Halterungen auf. Insbesondere stehen die Rasthaken von den Seitenwänden in Richtung nach innen in den Aufnahmeraum etwas ab. Beim Einbringen der Halterung von oben in den Aufnahmeraum des Rastmittels werden die Rasthaken mechanisch nach außen in Richtung zu den Seitenwänden gedrückt, sodass die Halterung nach unten auf den Bodenteil des Rastmittels angelegt wird. In der Endposition der Halterungen schnappen die Rasthaken in ihre Rastposition zurück, sodass sie die Halterung beiderseitig von oben auf den Bodenteil drücken und somit die Halterung im Aufnahmeraum formschlüssig fixieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Optikelement eine Planseite und eine gebogene schalenförmige Bodenseite auf. Im Unterschied zu vielen herkömmlichen Optikelementen zeichnet sich das erfindungsgemäße Optikelement durch eine langgezogene Gestalt aus, die der Form eines längs halbierten Ovoides ähnelt bzw. diesem entspricht. Die vorgeschlagene Ausführung des Optikelements bietet eine neue Möglichkeit zur Realisierung einer symmetrischen Lichtverteilung und somit einer neuen Formgebung des Optikelements. Auf die Lichtausbreitung in einem derartigen Optikelement wird untenstehend in Detail eingegangen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Optikelement eine plane Rückseite aufweist, wobei die halbovoidförmige Gestalt des Optikelements von der Seite senkrecht zur Planseite abgeschnitten ist. Erfindungsgemäß verläuft die Rückseite senkrecht zur Oberfläche der Planseite und das Optikelement weist eine Hauptträgheitsachse auf, die sich orthogonal von der Rückseite heraus erstreckt und der Hauptlichtausbreitungsrichtung entspricht. Die plane Rückseite des Optikelements dient erfindungsgemäß zur Einkopplung des auf das Optikelement einfallenden Lichtes.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ergibt sich dann, wenn ein Kühlkörper hinter der Rückseite des Optikelements angebracht ist. Der Kühlkörper dient zur Temperatursteuerung, vorzugsweise zur Erhaltung einer betriebsgeeigneten Temperatur in der erfindungsgemäßen Anordnung, um eine Überhitzung einer Lichtquelle zu vermeiden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Lichtquelle, insbesondere eine LED-Lichtquelle vorgesehen ist, die zwischen der Rückseite des Optikelements und dem Kühlkörper angebracht ist. Das Optikelement ist derart im Strahlgang des durch die LED-Lichtquelle emittierten Lichtes angeordnet, dass der von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahl durch die Rückseite in das Optikelement eindringt, wobei er teilweise von innen an der Planseite des Optikelements reflektiert wird. An der Bodenseite wird der Lichtstahl derart gebrochen, dass eine symmetrische Lichtstrahlverteilung des austretenden Lichtes realisiert wird. Dabei fällt der Ausgangslichtstrahl senkrecht zu der Rückseite des Optikelements durch die Bodenseite nach außen. Das Optikelement koppelt einen wesentlichen Teil des Lichtes über seinen Randbereich aus, sodass keine metallischen Halterrahmen zur Befestigung derartiger Optikelemente verwendet werden können, die das Optikelement umfassen, ohne den Strahlengang zu stören. Daher ergibt sich ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung mit seitlich zum Strahlengang angeordneten Halterungen.
Ferner ist vorteilhaft, dass die Lichtquelle eine Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers, insbesondere eine Abblendlichtfunktion und/oder Fernlichtfunktion erfüllt. Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Anordnung eines Optikelements in einem Scheinwerfer neue Möglichkeiten für eine Kurvenlichtfunktion in einem Scheinwerfer mit LED-Lichtquelle. Für die Lichtfunktionen des Scheinwerfers können in der erfindungsgemäßen Anordnung LED-Baugruppen eingesetzt werden, die einzeln in Abhängigkeit von Fahrparametern eingeschaltet werden oder gegebenenfalls auch einzeln verschwenkbar sind, und die eine Fahrsituation kennzeichnen, wie beispielhaft eine Kurvenfahrt. Vorteilhafterweise können mehrere Optikelemente, insbesondere Kunststofflinsen in einem Scheinwerfer angeordnet werden, um weitere Gestaltungsmöglichkeiten und lichttechnische Möglichkeiten zu realisieren, wobei eine Vielzahl von Stützelementen paarweise zur Aufnahme mehrerer Optikelemente auf einem Grundkörper angeordnet sein können.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
1 eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung, umfassend ein Optikelement und zwei Haltevorrichtungen,
2 eine Detailansicht einer Haltevorrichtung,
3 die isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 1 mit einem Kühlkörper und einem Grundkörper,
4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Anordnung, umfassend ein Optikelement, Haltevorrichtungen, einen Kühlkörper, einen Grundkörper und eine Lichtquelle,
5 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Optikelements und
6 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Optikelements.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Die 1 und 3 zeigen eine isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung 1 umfassend ein Optikelement 10 und zwei Haltevorrichtungen 20a, 20b. Das Optikelement 10 weist zwei flügelartig fortgesetzte Halterungen 10a, 10b auf, die seitlich am Optikelement 10 angeordnet sind. Das Optikelement 10 umfasst eine obere Planseite 10.3, eine Rückseite 10.5 und eine bogenförmige Bodenseite 10.4, wobei die Rückseite 10.5 senkrecht zur Planseite 10.5 verläuft. Das Optikelement 10 ist in Form eines Halbovoides ausgebildet, das zwei Achsen A und B aufweist, wobei die Halterungen 10a, 10b sich seitlich des Optikelements 10 und sich gegenüberliegend entlang der Halterachse A erstrecken. Entlang der Achse B ist das Optikelement 10 durch die Rückseite 10.5 abgeschnitten. Ferner ist gezeigt, dass sich zwei Haltevorrichtungen 20a und 20b ebenfalls wie die Halterungen 10a, 10b in einer seitlichen, sich gegenüberliegenden Anordnung bezüglich des Optikelements 10 befinden. Die Anordnung 1 ist in einem Zustand gezeigt, in dem die Halterungen 10a, 10b in den Haltevorrichtungen 20a, 20b in einer Befestigungsposition aufgenommen und verrastet sind. Die Haltevorrichtungen 20a, 20b weisen jeweils ein Stützelement 21a, 21b auf, die in Form gebogener Säulen ausgeführt sind, und auf den Stützelementen 21a, 21b sind endseitig Rastmittel 22a, 22b angeformt, die jeweils mit Seitenwänden 26a, 27a, 26b, 27b die äußeren Enden der Halterungen 10a, 10b seitlich begrenzen. Außerdem weisen die Rastmittel 22a, 22b jeweils einen Bodenteil 25a, 25b und an den Seitenwänden 26a, 27a; 26b, 27b Rasthaken 23a, 24a; 23b, 24b auf, die zur formschlüssigen Befestigung der Halterungen 10a, 10b dienen. Darüber hinaus zeigt die 3 einen Kühlkörper 30, der an der Rückseite 10.5 des Optikelements 10 angeordnet ist, und einen Grundkörper 50, an dem die Stützelemente 21a, 21b der Haltevorrichtungen 20a, 20b angeordnet sind.
2 zeigt eine Detailansicht eines Rastmittels 22a, das einen Aufnahmeraum aufweist, der durch einen unteren Bodenteil 25a und sich gegenüberliegende Seitenwände 26a, 27a gebildet ist. An den gegenüberliegenden Seitenwänden 26a, 27a sind Rasthaken 23a, 24a vorgesehen, die in den Aufnahmeraum vorstehen, der durch die Seitenwände 26a, 27a gebildet ist, sodass diese auf der Halterung 10a anliegen und diese ein Herausgelangen aus dem Aufnahmeraum verhindern.
4 ist eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung 1. Das Optikelement 10 weist in der seitlichen Ansicht eine halbovoidische Form auf, die an einem Ende senkrecht zu der Planseite 10.3 durch die Rückseite 10.5 abgeschnitten ist. Es ist eine vorderseitige Haltevorrichtung 20a gezeigt, die ein Stützelement 21a und ein Rastmittel 22a umfasst, wobei die Rasthaken 23a, 24a durch gestrichelte Linien am Rastmittel 22a angedeutet sind. Es ist außerdem ein Grundkörper 50 gezeigt, an dem die Haltevorrichtung 20a und der Kühlkörper 30 angeordnet sind, wobei zwischen dem Kühlkörper 30 und der Rückseite 10.5 eine Lichtquelle 40 angeordnet ist.
Die 5 und 6 zeigen eine Draufsicht und eine Seitensicht auf das Optikelement 10 und die schematische Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls L, der durch die Lichtquelle 40 emittiert wird. Der Lichtstrahl L dringt über Rückseite 10.5 des Optikelements 10 in das Optikelement 10 ein. Der Lichtstrahl L breitet sich im Optikelement 10 aus, bis er auf die Bodenseite 10.4 des Optikelements 10 fällt und gebrochen wird, wobei auch eine Reflexion an der Planseite 10.3 des Optikelements 10 stattfinden kann.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung eines Optikelements in einem Scheinwerfer
10: Optikelement
10.3: Planseite des Optikelements
10.4: Bodenseite des Optikelements
10.5: Rückseite des Optikelements
10a, 10b: Halterung des Optikelements
20a, 20b: Haltevorrichtung
21a, 21b: Stützelement
22a, 22b: Rastmittel
23a, 23b; 24a, 24b: Rasthaken
25a, 25b: Bodenteil des Rastmittels
26a, 26b: Seitenwand des Rastmittels
30: Kühlkörper
40: Lichtquelle
50: Grundkörper
A: Halterachse
B: Hauptträgheitsachse des Optikelements
L: Lichtstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007034123 A1 [0002]

Claims

Anordnung (1) eines Optikelements (10) in einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, wobei das Optikelement (10) wenigstens eine Halterung (10a, 10b) aufweist, über die das Optikelement (10) in zumindest einer Haltevorrichtung (20a, 20b) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (20a, 20b) ein Stützelement (21a, 21b) mit einem endseitig angeformten Rastmittel (22a, 22b) aufweist, wobei die Aufnahme des Optikelementes (10) am Stützelement (21a, 21b) durch ein formschlüssiges Verrasten der Halterung (10a, 10b) im Rastmittel (22a, 22b) herstellbar ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Optikelement (10) zwei gegenüberliegend angeformte Halterungen (10a, 10b) vorgesehen sind, die sich entlang einer gemeinsamen Halterachse (A) erstrecken.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) und die wenigstens eine Halterung (10a, 10b) einstückig und materialeinheitlich ausgeführt sind.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Haltevorrichtungen (20a, 20b) jeweils mit einem Stützelement (21a, 21b) und einem Rastmittel (22a, 22b) vorgesehen sind und sich vorzugsweise in einer jeweils seitlichen, sich gegenüberliegenden Anordnung des Optikelements (10) befinden und jeweils eine Halterung (10a, 10b) aufnehmen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastmittel (22a, 22b) einen Aufnahmeraum aufweist, der wenigstens durch einen unteren Bodenteil (25a, 25b) und sich gegenüberliegende Seitenwände (26a, 27a; 26b, 27b) gebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Seitenwänden (26a, 27a; 26b, 27b) des Rastmittels (22a, 22b) Rasthaken (23a, 24a; 23b, 24b) zur formschlüssigen Aufnahme der Halterungen (10a, 10b) vorgesehen sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) eine Planseite (10.3) und eine gebogene, schalenförmige Bodenseite (10.4) aufweist, wobei das Optikelement (10) eine plane Rückseite (10.5) aufweist, die senkrecht zur Oberfläche der Planseite (10.3) verläuft, und wobei das Optikelement (10) eine Hauptträgheitsachse (B) aufweist, die sich orthogonal durch die Rückseite (10.5) erstreckt und der Hauptlichtausbreitungsrichtung entspricht.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper (30) vorgesehen ist, der an der Rückseite (10.5) des Optikelements (10) angebracht ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (40), insbesondere eine LED-Lichtquelle (40) vorgesehen ist, die zwischen der Rückseite (10.5) des Optikelements (10) und dem Kühlkörper (30) angeordnet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (10) im Strahlengang des durch die Lichtquelle (40) emittierten Lichtes angeordnet ist, wobei der Strahlengang vorzugsweise etwa entlang der Hauptträgheitsachse (B) verläuft.
Anordnung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (40) eine Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers, insbesondere eine Abblendlichtfunktion und/oder Fernlichtfunktion erfüllt.
Optikelement (10) mit wenigstens einer Halterung (10a, 10b) zur Bildung einer Anordnung (1) in einen Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11.