DE102017219761A1

DE102017219761A1 - Retrofit-lampe und fahrzeugscheinwerfer mit retrofit-lampe

Info

Publication number: DE102017219761A1
Application number: DE102017219761.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Boenigk
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2019-05-09
Also published as: WO2019091821A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Retrofit-Lampe (1) für Fahrzeugscheinwerfer mit mindestens zwei auf einem Träger (5) angeordneten Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) und einer gemeinsamen Optik (3) für die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) sowie einem Lichtleiter (2), wobei der Lichtleiter (2) ausgebildet ist, Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) zur gemeinsamen Optik (3) zu leiten, und der Lichtleiter (2) einen ersten Lichtleiterabschnitt (21) besitzt, der an die gemeinsame Optik (3) gekoppelt ist, und mindestens zwei zweite Lichtleiterabschnitte (22, 23) besitzt, die mit dem ersten Lichtleiterabschnitt (21) verbunden und jeweils optisch an mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (41, 42) der mindestens zwei Halbleiterlichtquellen-anordnungen(41, 42) gekoppelt sind, und wobei der Lichtleiter (2) derart ausgebildet ist, dass unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Optik (3) mit Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) ausleuchtbar sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Retrofit-Lampe für Fahrzeugscheinwerfer und einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Retrofit-Lampe.
Der Begriff Retrofit-Lampe bezeichnet eine Lampe, die als Lichtquelle eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen bzw. Halbleiterlichtquellenanordnungen besitzt und die einen Sockel aufweist, der kompatibel mit einem Sockel einer Glühlampe oder einer Entladungslampe ist, so dass die Retrofit-Lampe als Ersatz für eine Glühlampe oder Entladungslampe in eine dem Sockel entsprechende Fassung einer Leuchte eingesetzt und betrieben werden kann.
Insbesondere kann eine Retrofit-Lampe für Fahrzeugscheinwerfer in eine Fassung eines Fahrzeugscheinwerfers eingesetzt und als Fahrzeugscheinwerferlampe betrieben werden, weil sie einen Sockel besitzt, der kompatibel mit dem Sockel einer als Fahrzeugscheinwerferlampe ausgebildeten Glühlampe oder Entladungslampe ist.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Retrofit-Lampe bereitzustellen, die mit einer als Hochdruckentladungslampe ausgebildeten Fahrzeugscheinwerferlampe kompatibel ist und als Ersatz für eine derartige Lampe in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendbar ist sowie unterschiedliche Lichtverteilungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Lampe mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe ist als Lichtquelle für Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen und sie besitzt mindestens zwei, auf einem Träger angeordnete Halbleiterlichtquellenanordnungen und eine gemeinsame Optik für die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen sowie einen Lichtleiter, wobei der Lichtleiter ausgebildet ist, Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen zur gemeinsamen Optik zu leiten, und einen ersten Lichtleiterabschnitt besitzt, der an die gemeinsame Optik gekoppelt ist, sowie mindestens zwei zweite Lichtleiterabschnitte besitzt, die mit dem ersten Lichtleiterabschnitt verbunden und jeweils optisch an mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung der mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnung gekoppelt sind, und wobei der Lichtleiter derart ausgebildet ist, dass unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Optik mit Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen ausleuchtbar sind.
Aufgrund der vorgenannten Merkmale erzeugt die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe während ihres Betriebs eine Lichtverteilung mit hoher Leuchtdichte und variierbarer Lichtverteilung, weil von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen emittiertes Licht mittels des Lichtleiters und der gemeinsamen Optik zusammengeführt wird, so dass unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Optik vom Licht der mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen ausleuchtbar sind. Insbesondere kann dadurch beispielsweise an einem oder mehreren vorgegebenen Orten eine hohe Leuchtdichte erreicht werden und es können unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugt werden. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe eine geringere thermische Belastung ihrer Komponenten, da die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen mit größerem Abstand zueinander auf einem Träger angeordnet sein können, so dass eine geringere Erwärmung bzw. eine bessere Kühlung der Komponenten der Retrofit-Lampe gewährleistet ist. Ferner kann auf effiziente Weise Licht von den Halbleiterlichtquellen der mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen der gemeinsamen Optik zugeführt werden. Die zweiten Lichtleiterabschnitte gewährleisten jeweils eine Durchmischung und Homogenisierung von Licht, das von den zu derselben Halbleiterlichtquellenanordnung gehörenden Halbleiterlichtquellen emittiert und in den entsprechenden zweiten Lichtleiterabschnitt eingekoppelt wurde.
Der erste Lichtleiterabschnitt dient vorzugsweise als Träger für die gemeinsame Optik und ermöglicht eine Durchmischung des Lichts aus den zweiten Lichtleiterabschnitten. Der Grad der Durchmischung des Lichts aus den zweiten Lichtleiterabschnitten im ersten Lichtleiterabschnitt hängt von der Länge des ersten Lichtleiterabschnitts ab. Insbesondere kann der Durchmischungsgrad des Lichts aus den zweiten Lichtleiterabschnitten im ersten Lichtleiterabschnitt über die Länge des ersten Lichtleiterabschnitts gesteuert werden. Beispielsweise erlaubt eine vergleichsweise große Länge des ersten Lichtleiterabschnitts aufgrund der häufigen Totalreflexion des Lichts eine gute Durchmischung des Lichts aus den zweiten Lichtleiterabschnitten, während eine vergleichsweise geringe Länge des ersten Lichtleiterabschnitts zu einer geringen Durchmischung des Lichts aus den zweiten Lichtleiterabschnitten im ersten Lichtleiterabschnitt führt. Der erste Lichtleiterabschnitt des Lichtleiters der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe besitzt vorzugsweise eine möglichst geringe Länge, um eine Durchmischung des Lichts aus unterschiedlichen zweiten Lichtleiterabschnitten weitgehend zu vermeiden. Die Konstruktion von Lichtleiteranordnung und gemeinsamer Optik der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe ermöglicht eine einfache Halterung der gemeinsamen Optik und geringe Verluste bei der Führung des von Halbleiterlichtquellen emittierten Lichts zur gemeinsamen Optik.
Vorzugsweise ist die gemeinsame Optik in den ersten Lichtleiterabschnitt integriert, um geringe Verluste des Lichts beim Übertritt von der Lichtleiteranordnung in die Optik und eine sichere Halterung der Optik zu gewährleisten.
Die gemeinsame Optik weist vorzugsweise eine Lichtauskoppelfläche mindestens einem kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Lichtauskoppelflächenabschnitt auf, um eine Lichtverteilung zu ermöglichen, die der Lichtverteilung einer Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer entspricht, so dass die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe als Ersatz für eine Hochdruckentladungslampe verwendet werden kann, die beispielsweise der ECE-Kategorie D1R, D1S, D2R, D2S, D3R, D3S, D4R, D4S, D5S, D6S, D8R, D8S oder D9S entspricht.
Vorzugsweise ist der mindestens einen kegelförmige oder kegelstumpfförmige Lichtauskoppelflächenabschnitt als Reflexionsfläche ausgebildet, um eine Lichtverteilung zu erzeugen, die der Lichtverteilung einer Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer möglichst ähnlich ist. Besonders bevorzugt besitzen für den oben genannten Zweck der erste Lichtleiterabschnitt und der mindestens eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Lichtauskoppelflächenabschnitt der gemeinsamen Optik eine gemeinsame Rotationssymmetrieachse.
Vorzugsweise weist entlang einer Längserstreckungsrichtung des ersten Lichtleiterabschnitts die Längsabmessung der gemeinsamen Optik einen Wert im Bereich von 60 Prozent bis 99 Prozent der Längsabmessung des ersten Lichtleiterabschnitts auf, um eine Durchmischung des Lichts aus unterschiedlichen zweiten Lichtleiterabschnitten im ersten Lichtleiterabschnitt weitgehend zu vermeiden.
Vorteilhafterweise ist eine Lichtauskoppelfläche der gemeinsamen Optik kleiner als ein Oberflächenbereich des Trägers, der von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen, inklusive eines etwaigen Abstands zwischen ihnen, belegt ist. Vorzugsweise ist die Lichtauskoppelfläche der gemeinsamen Optik kleiner als die Fläche eines konvexen Polygons mit kleinstmöglichem Umfang, das die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen umschließt. Ein konvexes Polygon ist ein Vieleck, dessen Diagonalen alle in der vom Vieleck umschlossenen Fläche verlaufen.
Vorteilhafterweise besitzt die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe einen Sockel, der eine Referenzebene zur Ausrichtung der gemeinsamen Optik definiert. Dadurch wird beim Einsatz der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe im Fahrzeugscheinwerfer eine Ausrichtung der Lichtauskoppelfläche der gemeinsamen Optik der Retrofit-Lampe bezüglich einer optischen Achse eines Reflektors des Fahrzeugscheinwerfers ermöglicht.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe separat voneinander steuerbar. Das heißt, die Halbleiterlichtquellen einer Halbleiterlichtquellenanordnung sind unabhängig von den Halbleiterlichtquellen einer anderen Halbleiterlichtquellenanordnung einschaltbar und ausschaltbar sowie gegebenenfalls auch dimmbar. Dadurch können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Retrofit-Lampe auf einfache Weise unterschiedliche Lichtverteilungen für verschiedene Beleuchtungsfunktionen realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Retrofit-Lampe ist vorzugsweise als Fahrzeugscheinwerferlampe ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugscheinwerfer weist mindestens eine erfindungsgemäße Retrofit-Lampe und einen Reflektor mit einer optischen Achse auf, wobei die mindestens eine Retrofit-Lampe derart in dem Fahrzeugscheinwerfer angeordnet ist, dass die Rotationssymmetrieachse von erstem Lichtleiterabschnitt und gemeinsamer Optik der Retrofit-Lampe in der optischen Achse des Reflektors liegt oder parallel versetzt zur optischen Achse des Reflektors angeordnet ist.
Figurenliste
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Halbleiterlichtquellenanordnung, Lichtleiteranordnung und gemeinsamer Optik der Retrofit-Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
2 eine Draufsicht auf die Halbleiterlichtquellenanordnungen und dem Träger der Retrofit-Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung
3 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Retrofit-Lampe mit der in 1 abgebildeten Lichtleiteranordnung und gemeinsamen Optik gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
4 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers mit der in 3 abgebildeten Retrofit-Lampe
5 eine schematische Darstellung eines ersten Betriebszustands des in 4 abgebildeten Fahrzeugscheinwerfers mit Projektionslinse und Abblendvorrichtung
6 eine schematische Darstellung eines zweiten Betriebszustands des in 4 abgebildeten Fahrzeugscheinwerfers mit Projektionslinse und Abblendvorrichtung
7 eine schematische Darstellung eines dritten Betriebszustands des in 4 abgebildeten Fahrzeugscheinwerfers mit Projektionslinse und Abblendvorrichtung
8 eine schematische Darstellung der Halbleiterlichtquellenanordnung, Lichtleiteranordnung und gemeinsamer Optik der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
9 eine Draufsicht auf die Halbleiterlichtquellenanordnungen und dem Träger der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In den 1 bis 3 sind Einzelheiten einer Retrofit-Lampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Retrofit-Lampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer und wird beispielsweise zum Erzeugen von Fernlicht oder Abblendlicht oder für beide vorgenannten Lichtverteilungen verwendet. Insbesondere ist die Retrofit-Lampe 1 kompatibel mit einer Hochdruckentladungslampe der ECE-Kategorie D1s, D2s, D3s und D4s und kann daher als Ersatz für eine derartige Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendet werden.
Die Retrofit-Lampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42 mit jeweils drei Halbleiterlichtquellen 410, 420, einen Lichtleiter 2, eine Lichtauskoppeloptik 3, einen als Montageplatine ausgebildeten Träger 5 für die Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42 und für Komponenten 50 einer Schaltungsanordnung zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen 410, 420, einen Sockel 6, einen Kühlkörper 7 und ein Lampengefäß 8.
Die Halbleiterlichtquellenanordnungen der Retrofit-Lampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind als zwei LED-Chips 41, 42 ausgebildet, die jeweils drei in einer Reihe angeordnete Leuchtdioden 410 bzw. 420 aufweisen. Die beiden LED-Chips 41, 42 sind nebeneinander mit einem Abstand von 2 mm auf der Montageplatine 5 fixiert, so dass die Halbleiterlichtquellen 410, 420 der beiden LED-Chips 41, 42 in zwei Reihen und drei Zeilen auf der Oberfläche der Montageplatine 5 angeordnet sind. Jeder LED-Chip 41, 42 hat eine Länge von 4,2 mm und eine Breite von 3,75 mm. Die insgesamt sechs Halbleiterlichtquellen 410, 420 sind jeweils als Leuchtdioden ausgebildet, die während des Betriebs weißes Licht emittieren. Die LED-Chips 41, 42 sind beispielsweise in Chip-on-Board-Konfiguration ausgeführt, um eine kompakte Bauweise zu gewährleisten. Die LED-Chips 41, 42 werden vorzugsweise mit Gleichstrom, insbesondere mit pulsweitenmoduliertem Gleichstrom betrieben werden. Dadurch kann die Lichtleistung dem Bedarf angepasst werden. Insbesondere wird dadurch beispielsweise eine Erhöhung der Lichtleistung bei Regenwetter ermöglicht. Die Leuchtdioden 410, 420 können dabei einzeln oder in Gruppen angesteuert werden.
Die Montageplatine 5 ist als IMS-Leiterplatine ausgebildet. Die Abkürzung IMS steht für „Insulated Metal Substrate“. Auf der Montageplatine 5 sind zusätzlich Komponenten 50 einer Schaltungsanordnung zum Betreiben der LED-Chips 41, 42 angeordnet und durch ebenfalls auf der Montageplatine 5 vorhandenen Leiterbahnen elektrisch kontaktiert.
Der Sockel 6 weist ein Sockelgehäuse 60 auf, in dessen Innenraum die Montageplatine 5 mit den darauf montierten LED-Chips 41, 42 und Komponenten 50 der Betriebsschaltung untergebracht ist. Ein Boden des Sockelgehäuses 60 ist als metallischer Kühlkörper 7 ausgebildet, der thermisch an die LED-Chips 41, 42 und die Komponenten 50 der Betriebsschaltung gekoppelt ist. Die Montageplatine 5 ist am Boden des Sockelgehäuses 60 und damit am Kühlkörper 7 fixiert. Der Kühlkörper 7 besitzt Kühlrippen 70, die außerhalb des Innenraums des Sockelgehäuses 60, am Boden des Sockelgehäuses 60 angeordnet sind. Das Sockelgehäuse 60 besitzt an einer dem Boden gegenüberliegenden Deckelseite einen ringförmigen Sockelflansch 61, der zur Montage der Retrofit-Lampe 1 in der Fassung eines Fahrzeugscheinwerfers dient. Im Bereich des Sockelflansches 61 weist die Deckelseite des Sockelgehäuses 60 einen Durchbruch 63 auf. Der Sockel 6 besitzt eine Referenzebene 62, der durch eine ringscheibenförmige Oberfläche des Sockelflansches 61 an der Außenseite des Sockelgehäuses 60 definiert ist.
Der Lichtleiter 2 ragt durch den Durchbruch 63 aus dem Sockelgehäuse 60 heraus und besitzt einen ersten Lichtleiterabschnitt 21 sowie zwei zweite Lichtleiterabschnitte 22, 23. Die Lichtleiterabschnitte 21, 22, 23 sind jeweils analog zu einem Lichtwellenleiter aufgebaut und bestehen aus transparentem Material, beispielsweise aus Quarzglas oder transparentem Kunststoff. Sie besitzen jeweils einen Kern und einen Mantel, wobei der Kern beispielsweise aus reinem Quarzglas besteht und der Mantel beispielsweise aus dotiertem Quarzglas besteht, so dass der Mantel der Lichtleiterabschnitte 21, 22 ,23 einen geringeren optischen Brechungsindex als ihr Kern aufweist. Alternativ kann der Lichtleiter 2 auch aus transparentem Silikon bestehen. Die Lichtleiterabschnitte 21, 22, 23 sind starr und stabartig ausgebildet.
Der erste Lichtleiterabschnitt 21 ist außerhalb des Sockelgehäuses 60 angeordnet und kreiszylindrisch mit einem Außendurchmesser von 2 mm ausgebildet und besitzt ein erstes Ende 211, das mit den zweiten Lichtleiterabschnitten 22, 23 verbunden ist, sowie ein zweites Ende 212, an dem die Lichtauskoppeloptik 3 angeordnet ist. Der Abstand zwischen dem ersten Ende 211 und dem zweiten Ende 212 des ersten Lichtleiterabschnitts 21 und damit die Länge des ersten Lichtleiterabschnitts bzw. seine Abmessung in seiner Längserstreckungsrichtung beträgt 6,0 mm.
Die beiden zweiten Lichtleiterabschnitte 22, 23 besitzen jeweils ein erstes Ende 221, 231, das jeweils als Lichteintrittsende 221 bzw. 231 für Licht von den Leuchtdioden 410, 420 der ersten Halbleiterlichtquellenanordnung 41 bzw. zweiten Halbleiterlichtquellenanordnung 42 dient und daher den Leuchtdioden 410 bzw. 420 der entsprechenden Halbleiterlichtquellenanordnung 41 bzw. 42 zugewandt ist, und ein jeweils ein zweites Ende 222, 232, das jeweils mit dem ersten Ende 211 des ersten Lichtleiterabschnitts 21 verbunden ist.
Die Lichtauskoppeloptik 3 bildet eine gemeinsame Optik für die Leuchtdioden 410, 420 der beiden Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42. Die Lichtauskoppeloptik 3 wird von einem trichterartigen, kegelförmigen Hohlraum 30 im ersten Lichtleiterabschnitt 21 gebildet, der sich ausgehend vom zweiten Ende 212 des ersten Lichtleiterabschnitts 21 in Richtung seines ersten Endes 211 erstreckt und der von einer lichtreflektierenden Oberfläche 301 begrenzt wird. Die Oberfläche 301 ist metallisch beschichtet, um einen hohen Lichtreflexionsgrad zu gewährleisten. Die Lichtauskoppeloptik 3 ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Rotationssymmetrieachse 300 und konisch ausgebildet. Sie besitzt ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32, wobei das erste Ende 31 der Lichtauskoppeloptik 3 näher an den Leuchtdioden 410, 420 angeordnet ist als ihr zweites Ende 32, und wobei das erste Ende 31 gegenüber dem zweiten Ende 32 der Lichtauskoppeloptik 3 verjüngt ausgebildet ist. Der Abstand zwischen den beiden Enden 31 und 32 der Lichtauskoppeloptik 3 bzw. die Abmessung der Lichtauskoppeloptik 3 in Längserstreckungsrichtung des ersten Lichtleiterabschnitts 21 beträgt 2,2 mm. Die metallisch beschichtete, lichtreflektierende Oberfläche 301 bildet eine Kegelmantelfläche und besitzt eine Größe von 24,0 mm². Sie ist damit kleiner als die Fläche 400, die von den beiden Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42 auf der Oberfläche de Montageplatine 5, unter Berücksichtigung ihres Abstands, belegt ist. Die von den beiden Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42 belegte Fläche 400 entspricht der Fläche eines konvexen Polygons 401, insbesondere in Form eines Rechtecks, mit kleinstmöglichem Umfang, das beide Halbleiterlichtquellenanordnungen 41, 42 umschließt. Die Größe der Fläche 400 beträgt 39,9 mm².
Die Rotationssymmetrieachse 300 der Lichtauskoppeloptik 3 ist identisch zur Längs- bzw. Zylinderachse des ersten Lichtleiterabschnitts 21. Die Lage und Orientierung der Lichtauskoppeloptik 3 sind bezüglich der Referenzebene 62 des Sockels 6 ausgerichtet. Insbesondere ist die Rotationssymmetrieachse 300 der Lichtauskoppeloptik 3 senkrecht zur Referenzebene 62 des Sockels 6 ausgerichtet. Der Abstand des ersten Endes 31 der Lichtauskoppeloptik 3 zur Referenzebene 62 beträgt 25,1 mm und der Abstand des zweiten Endes 32 der Lichtauskoppeloptik 3 zur Referenzebene 62 beträgt 27,3 mm. Die Rotationssymmetrieachse 300 der Lichtauskoppeloptik 3 ist derart bezüglich der Referenzebene 62 des Sockels 6 ausgerichtet, dass sie nach dem Einbau der Retrofit-Lampe im Fahrzeugscheinwerfer mit der optischen Achse 900 des Fahrzeugscheinwerferreflektors 9 identisch ist. Alternativ kann die Rotationssymmetrieachse 300 der Lichtauskoppeloptik 3 derart bezüglich der Referenzebene 62 des Sockels 6 ausgerichtet sein, dass sie nach dem Einbau der Retrofit-Lampe im Fahrzeugscheinwerfer um maximal 1 mm parallel versetzt zur optischen Achse 900 des Fahrzeugscheinwerferreflektors 9, oberhalb der optischen Achse 900 des Fahrzeugscheinwerferreflektors 9 angeordnet ist, um eine konvektionsbedingte Aufwärtskrümmung des Entladungsbogens einer Hochdruckentladungslampe zu simulieren.
Das Lampengefäß 8 ist rohrförmig, insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet, besteht aus Glas oder transparentem Kunststoff und ist koaxial zum ersten Lichtleiterabschnitt 21 und zur Lichtauskoppeloptik 3 angeordnet. Das Lampengefäß 8 ist mit Klemmsitz am Rand des Durchbruchs 63 am Sockelgehäuse befestigt und umschließt den Lichtleiter 2 sowie die Lichtauskoppeloptik 3. Das Lampengefäß 8 dient zum Schutz des Lichtleiters 2 und der Lichtauskoppeloptik 3 vor Berührung und Beschädigung. Das aus dem Durchbruch 63 des Sockelgehäuses 60 herausragende und die Lichtauskoppeloptik 3 überragende Ende 81 des Lampengefäßes 8 ist verschlossen, um das Eindringen von Schmutz in das Lampengefäß 8 zu verhindern. Der Innenraum des Lampengefäßes 8 ist beispielsweise evakuiert oder mit Gas bzw. einem Gasgemisch gefüllt. Das Füllgas bzw. Füllgasgemisch enthält beispielsweise Luft oder Inertgas oder eine Mischung aus Luft und Inertgas, wobei als Inertgas Stickstoff, SF₆ und Edelgase sowie Mischungen davon bevorzugt sind.
Das Lampengefäß 8 kann eine Halterung (nicht abgebildet) für den ersten Lichtleiterabschnitt 21 der Lichtleiteranordnung 2 bilden. Alternativ kann eine separate Halterung (nicht abgebildet) zur Fixierung des Lichtleiters 2 auf der Montageplatine 5 vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Metallrings, der den ersten Lichtleiterabschnitt 21 mit Klemmsitz umgibt, und mindestens zwei Befestigungslaschen, die an einem Ende jeweils mit dem Befestigungsring verschweißt sind und mit ihrem anderen Ende auf der Montageplatine 5 befestigt sind.
Während des Betriebs der Retrofit-Lampe 1 erzeugen die Leuchtdioden 410, 420 weißes Licht, das in das Lichteintrittsende 221 bzw. 231 des jeweiligen zweiten Lichtleiterabschnitts 22 bzw. 23 eingekoppelt wird. Im Inneren des jeweiligen zweiten Lichtleiterabschnitts 22 bzw. 23 wird das eingekoppelte Licht von dem ersten LED-Chip 41 bzw. zweiten LED-Chip 42 durch innere Totalreflexion am Mantel des entsprechenden zweiten Lichtleiterabschnitts 22 bzw. 23 zum ersten Lichtleiterabschnitt 21 und zur gemeinsamen Lichtauskoppeloptik 3 geleitet. Dabei wird das von den Leuchtdioden 410 bzw. 420 des jeweiligen LED-Chips 41 bzw. 42 emittierte Licht in dem entsprechenden zweiten Lichtleiterabschnitt 22 bzw. 23 durch die innere Totalreflexion weitgehend homogenisiert bevor es in den ersten Lichtleiterabschnitt 21 übertritt und auf die gemeinsame Lichtauskoppeloptik 3 trifft.
Im Bereich der Lichtauskoppeloptik 3 wird das im Inneren der Lichtleiteranordnung 2 geführte Licht beim Auftreffen auf die metallisierte Oberfläche 301 in den ersten Lichtleiterabschnitt 21 zurück reflektiert, so dass ein Teil dieses Lichts unter einem Winkel, der kleiner als der Winkel der Totalreflexion ist, auf die Zylindermantelfläche des ersten Lichtleiterabschnitts 21 auftrifft und damit den ersten Lichtleiterabschnitt 21 über seine Zylindermantelfläche verlässt.
Der erste Lichtleiterabschnitt 21 weist eine vergleichsweise geringe Länge auf, so dass das von den beiden LED-Chips 41 und 42 emittierte Licht im Bereich des ersten Lichtleiterabschnitts 21 nicht weiter homogenisiert wird. Dadurch werden zwei unterschiedliche, symmetrisch zur Symmetrieachse 300 gelegene Bereiche bzw. Kegelhälften der Lichtauskoppeloptik 3 von den Leuchtdioden 410 bzw. 420 der beiden LED-Chips 41, 42 genutzt. Das heißt, die Leuchtdioden 410 des ersten LED-Chips 41 leuchten eine erste Kegelhälfte der Lichtauskoppeloptik 3 aus und die Leuchtdioden 420 des zweiten LED-Chips 42 leuchten die zweite Kegelhälfte der Lichtauskoppeloptik 3 aus.
In 4 ist schematisch und teilweise geschnitten ein Fahrzeugscheinwerfer mit einer Retrofit-Lampe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Fahrzeugscheinwerfer besitzt einen Reflektor 9 mit lichtreflektierender Reflexionsfläche 90 und optischer Achse 900. Die Reflexionsfläche 90 ist beispielsweise parabolisch oder ellipsoidförmig oder als Freiformfläche ausgebildet. Die Retrofit-Lampe 1 ist mittels ihres Sockelflansches 61 in einer Montageöffnung 91 des Reflektors 9 befestigt. Der Sockel 6 bzw. der Sockelflansch 61 der Retrofit-Lampe 1 und die Montageöffnung 91 des Reflektors 9 bzw. des Fahrzeugscheinwerfers weisen aufeinander abgestimmte Befestigungsmittel (nicht abgebildet) auf, die eine Fixierung der Retrofit-Lampe 1 im Reflektor 9 gewährleisten, so dass die Längsachse bzw. Rotationssymmetrieachse 300 der Lichtauskoppeloptik 3 der Retrofit-Lampe 1 in der optischen Achse 900 des Reflektors 9 liegt. Die Referenzebene 62 liegt an der Außenseite des Reflektors 9 an.
In den 5 bis 7 sind drei unterschiedliche Betriebsarten des in 4 abgebildeten Fahrzeugscheinwerfers schematisch dargestellt.
Bei der Betriebsart gemäß der 5 sind alle Leuchtdioden 410, 420 beider LED-Chips eingeschaltet, so dass das von beiden LED-Chips 41, 42 emittierte Licht über den Lichtleiter 2 und die Lichtauskoppeloptik 3 auf den Reflektor 9 gelenkt wird. Die Abblendvorrichtung 901 des Fahrzeugscheinwerfers ist deaktiviert, so dass das vom Reflektor 9 reflektierte Licht eine Projektionslinse 902 des Fahrzeugscheinwerfers vollständig ausleuchtet. Diese Betriebsart entspricht beispielsweise einem Fernlicht.
Bei der Betriebsart gemäß der 6 sind ebenfalls alle Leuchtdioden 410, 420 beider LED-Chips 41, 42 eingeschaltet, so dass das von beiden LED-Chips 41, 42 emittierte Licht über den Lichtleiter 2 und die Lichtauskoppeloptik 3 auf den Reflektor 9 gelenkt wird. Die Abblendvorrichtung 901 des Fahrzeugscheinwerfers ist aktiviert, so dass das von den Leuchtdioden 420 des zweiten LED-Chips 42 emittierte und am Reflektor 9 reflektierte Licht die nachgeordnete Projektionslinse 902 des Fahrzeugscheinwerfers nicht vollständig ausleuchtet. Mit Hilfe der Abblendvorrichtung wird eine scharf definierte Hell-Dunkelgrenze erzeugt. Diese Betriebsart entspricht beispielsweise einem Abblendlicht.
Bei der Betriebsart gemäß der 7 sind nur die Leuchtdioden 410 des ersten LED-Chips 41 eingeschaltet, so dass das von den Leuchtdioden 410 emittierte Licht über den Lichtleiter 2 und die Lichtauskoppeloptik 3 auf den Reflektor 9 gelenkt wird. Das von den Leuchtdioden 410 des ersten LED-Chips 41 emittierte Licht nutzt im Wesentlichen nur eine Hälfte der Lichtauskoppeloptik 3. Die nachgeordnete Projektionslinse 902 wird nur unvollständig ausgeleuchtet. Zusätzlich ist die Abblendvorrichtung 903 aktiviert, um beispielsweise eine scharf definierte Hell-Dunkelgrenze zu erzeugen oder ein Teil des von den Leuchtdioden 410 des ersten LED-Chips 41 emittierten Lichts auszublenden. Diese Betriebsart entspricht beispielsweise einem Tagfahrlicht.
In den 9 und 10 ist schematisch die Anordnung der Halbleiterlichtquellenanordnungen 41", 42", 43", des Lichtleiters 2' und der Lichtauskoppeloptik 3 einer Retrofit-Lampe 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Retrofit-Lampe 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der Retrofit-Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nur durch eine unterschiedliche Gestaltung der Halbleiterlichtquellenanordnungen 41", 42", 43" und die daraus resultierende Änderung des Lichtleiters 2". Daher werden nachstehend nur die Halbleiterlichtquellenanordnungen 41", 42", 43" und der Lichtleiter 2" der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel näher erläutert und für die Beschreibung der anderen Komponenten der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Beschreibung der entsprechenden Komponenten der Retrofit-Lampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwiesen.
Die Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt drei Halbleiterlichtquellenanordnungen 41", 42", 43", die auf der Oberfläche der Montageplatine 5 mit einem Abstand von jeweils 2 mm nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Die erste Halbleiterlichtquellenanordnung 41" ist als LED-Chip 41" mit zwei Leuchtdioden 410" ausgebildet. Die zweite Halbleiterlichtquellenanordnung 42" ist als LED-Chip 42" mit drei Leuchtdioden 420" ausgebildet und die dritte Halbleiterlichtquellenanordnung 43" ist als LED-Chip 43" mit zwei Leuchtdioden 430" ausgebildet. Die Leuchtdioden 410", 420", 430" der drei LED-Chips 41", 42", 43" sind in drei Reihen senkrecht zur Aneinanderreihungsrichtung der LED-Chips 41", 42", 43" angeordnet. Die Fläche 400" eines die drei LED-Chips 41", 42", 43" umschließenden konvexen Polygons bzw. Rechtecks 401" mit minimalem Umfang misst 48, 3 mm².
Der Lichtleiter 2" der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt daher drei zweite Lichtleiterabschnitte 22", 23", 24", die jeweils ein an einen der LED-Chips 41", 42", 43" optisch gekoppeltes erstes Ende und ein mit dem ersten Lichtleiterabschnitt 21" verbundenes zweites Ende besitzen. Der erste Lichtleiterabschnitt 21" des Lichtleiters 2" gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist identisch zum ersten Lichtleiterabschnitt 21 des Lichtleiters 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Beispielsweise können die drei LED-Chips der Retrofit-Lampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung an den Ecken eines Dreiecks auf dem Träger angeordnet sein und der Lichtleiter drei darauf abgestimmte zweite Lichtleiterabschnitte aufweisen. Außerdem kann die Anzahl der Halbleiterlichtquellenanordnungen oder die Anzahl der Halbleiterlichtquellen in den Halbleiterlichtquellenanordnungen von den oben näher beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen. Ferner kann die Reflexionsfläche 301 der Lichtauskoppeloptik 3 statt kegelförmig auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein oder mehrere Flächenabschnitte mit kegelstumpfförmiger oder bzw. und kegelförmiger Geometrie besitzen. Insbesondere kann die Lichtauskoppeloptik 3 einen kegelstumpfförmigen lichtreflektierenden Oberflächenabschnitt und einen damit verbundenen kegelförmigen lichtreflektierenden Oberflächenabschnitt mit identischer Rotationssymmetrieachse besitzen.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Retrofitlampe nicht nur als Ersatz für Hochdruckentladungslampen sondern beispielsweise auch als Ersatz für Halogenglühlampen, insbesondere für Ein-Faden-Halogenglühlampen wie beispielsweise Halogenglühlampen der ECE-Kategorien H1-, H7-, H8-, H9- oder H11-Lampen verwendet werden. In diesem Fall ist die Auskoppeloptik am Ende des Lichtleiters derart angepasst, dass sei die Lichtverteilung einer Glühwendel imitiert.
Bezugszeichenliste

1: Retrofit-Lampe
2, 2": Lichtleiteranordnung
21, 21'': erster Lichtleiterabschnitt
211: erstes Ende des ersten Lichtleiterabschnitts
212: zweites Ende des ersten Lichtleiterabschnitts
22, 23: zweite Lichtleiterabschnitte
22'', 23'': zweite Lichtleiterabschnitte
221, 231: erste Enden der zweiten Lichtleiterabschnitte
222, 232: zweite Enden der zweiten Lichtleiterabschnitte
3: Lichtauskoppeloptik
30: kegelförmiger Hohlraum
300: Rotationssymmetrieachse
301: lichtreflektierende Oberfläche der Lichtauskoppeloptik
31: erstes Ende der Lichtauskoppeloptik
32: zweites Ende der Lichtauskoppeloptik
400, 400'': Fläche des konvexen Polygons
401, 401'': konvexes Polygon
41, 42: LED-Chip
410, 420: Leuchtdioden
410'', 420'', 430'': Leuchtdioden
5: Montageplatine
6: Sockel
61: Sockelflansch
62: Referenzebene
7: Kühlkörper
70: Kühlrippen
8: Lampengefäß
81: Lampengefäßende
9: Reflektor
90: Reflexionsfläche des Reflektors
900: optische Achse
901: Abblendvorrichtung
902: Projektionslinse
91: Montageöffnung des Reflektors

Claims

Retrofit-Lampe (1) für Fahrzeugscheinwerfer mit mindestens zwei auf einem Träger (5) angeordneten Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) und einer gemeinsamen Optik (3) für die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) sowie einem Lichtleiter (2), wobei der Lichtleiter (2) ausgebildet ist, Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) zur gemeinsamen Optik (3) zu leiten, und der Lichtleiter (2) einen ersten Lichtleiterabschnitt (21) besitzt, der an die gemeinsame Optik (3) gekoppelt ist, und mindestens zwei zweite Lichtleiterabschnitte (22, 23) besitzt, die mit dem ersten Lichtleiterabschnitt (21) verbunden und jeweils optisch an mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (41, 42) der mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen(41, 42) gekoppelt sind, und wobei der Lichtleiter (2) derart ausgebildet ist, dass unterschiedliche Bereiche der gemeinsamen Optik (3) mit Licht von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) ausleuchtbar sind.
Retrofit-Lampe nach Anspruch 1, wobei die gemeinsame Optik (3) in den ersten Lichtleiterabschnitt (21) integriert ist.
Retrofit-Lampe nach Anspruch 2, wobei die gemeinsame Optik (3) eine Lichtauskoppelfläche (301) mit mindestens einen kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Lichtauskoppelflächenabschnitt besitzt.
Retrofit-Lampe nach Anspruch 3, wobei die Lichtauskoppelfläche (301) als Reflexionsfläche ausgebildet ist.
Retrofit-Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Lichtauskoppelfläche (301) der gemeinsamen Optik (3) und der erste Lichtleiterabschnitt (21) eine gemeinsame Rotationssymmetrieachse (300) besitzen.
Retrofit-Lampe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei entlang einer Längserstreckungsrichtung des ersten Lichtleiterabschnitts (21) die Längsabmessung der gemeinsamen Optik (3) einen Wert im Bereich von 60 bis 99 Prozent der Längsabmessung des ersten Lichtleiterabschnitts (21) aufweist.
Retrofit-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) separat voneinander steuerbar sind.
Retrofit-Lampe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Lichtauskoppelfläche (301) der gemeinsamen Optik (3) kleiner ist als ein Oberflächenbereich (400) des Trägers (5), der von den mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) belegt ist.
Retrofit-Lampe nach Anspruch 8, wobei der Oberflächenbereich (400) des Trägers (5) durch die Fläche eines konvexen Polygons (401) mit kleinstmöglichem Umfang definiert ist, das die mindestens zwei Halbleiterlichtquellenanordnungen (41, 42) umschließt.
Retrofit-Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Retrofit-Lampe (1) einen Sockel (6) aufweist, der eine Referenzebene (62) zur Ausrichtung der gemeinsamen Optik (3) definiert.
Fahrzeugscheinwerfer mit mindestens einer Retrofit-Lampe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 11, wobei der Fahrzeugscheinwerfer einen Reflektor (9) mit einer optischen Achse (900) besitzt und die mindestens eine Retrofit-Lampe (1) derart in dem Fahrzeugscheinwerfer angeordnet ist, dass die Rotationssymmetrieachse (300) von erstem Lichtleiterabschnitt (21) und gemeinsamer Optik (3) der Retrofit-Lampe (1) in der optischen Achse (900) des Reflektors (9) liegt oder parallel versetzt zur optischen Achse (900) des Reflektors (9) angeordnet ist.