DE102020127952A1

DE102020127952A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102020127952A1
Application number: DE102020127952.3A
Authority: DE
Inventors: Herbert Cramer; Florian Herold; Christian Schimon; Alexander Schwan; Dirk Schwemin
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US11953173B2; WO2022084015A1; US20230258310A1; CN116348705A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (2), einer Trägerplatte (1) zur Aufnahme der Lichtquelle (2), einer in Hauptabstrahlrichtung (H) vor der Lichtquelle (2) angeordneten Optikeinheit (8) zur Umlenkung von durch die Lichtquelle (2) abgestrahltem Licht (7, 7', 7") entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung auf eine Fahrbahn vor dem Fahrzeug, wobei die Lichtquelle (2) eine lichtabstrahlende Fläche (21) und einen dieselbe umgebenden Lichtquellenrahmen (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) von einem Abschirmrahmen (10) umgeben ist mit einer sich in Hauptabstrahlrichtung (H) erhobenen Wandung (14, 16), die einen Zwischenraum (12) zwischen der Lichtquelle (2) und der Optikeinheit (8) einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle, einer Trägerplatte zur Aufnahme der Lichtquelle, einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordneten Optikeinheit zur Umlenkung von durch die Lichtquelle abgestrahltem Licht entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung auf eine Fahrbahn vor dem Fahrzeug, wobei die Lichtquelle eine lichtabstrahlende Fläche und einen dieselbe umgebenden Lichtquellenrahmen aufweist.
Aus der DE 10 2017 105 888 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle bekannt, die als ein LED-Chip ausgebildet ist. Dieser LED-Chip weist eine Vielzahl von miniaturisierten Leuchtelementen auf, die als Pixel bezeichnet werden können. Diese Pixel sind jeweils einzeln ansteuerbar, so dass in Verbindung mit einer der Lichtquelle zugeordneten Optikeinheit eine hochauflösende Lichtverteilung auf einer Fahrbahn erzeugbar ist. Da solche LED-Chips üblicherweise auf einer Trägerplatte angeordnet sind, die darüber hinaus weitere elektronische Bauteile enthält, ergibt sich das Problem, dass bei seitlicher Abstrahlung des Lichtes Reflexionen auftreten, was zu unerwünschtem Streulicht führt. Die bekannte Beleuchtungsvorrichtung löst dieses Problem dadurch, dass eine zusätzliche Linse vorgesehen ist, die das seitlich abgestrahlte Licht zur Seite hin umlenkt, so dass es nicht als Nutzlicht aus dem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung austreten kann. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass ein zusätzliches optisches Bauteil erforderlich ist, was die Kosten und den Bauraumbedarf in axialer Richtung erhöht.
Aus der US 2011/0222303 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle bekannt, die auf einer Trägerplatte angeordnet ist. In Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle ist eine Optikeinheit zur Umlenkung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung angeordnet. Die Lichtquelle weist auf einer der Optikeinheit zugewandten Seite eine lichtabstrahlende Fläche auf sowie einen dieselbe umgebenden Lichtquellenrahmen. Der Lichtquellenrahmen schließt in Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle bündig zu der lichtabstrahlenden Fläche ab und kann somit nicht verhindern, dass von der Lichtquelle seitlich abgestrahltes Licht austritt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise verhindert wird, dass unter einem relativ großen seitlichen Winkel von der Lichtquelle abgestrahltes Licht die Beleuchtungsvorrichtung als Streulicht in Richtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug verlässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle von einem Abschirmrahmen umgeben ist mit einer sich in Hauptabstrahlrichtung erhobenen Wandung, die einen Zwischenraum zwischen der Lichtquelle und der Optikeinheit einschließt.
Nach der Erfindung ist ein Abschirmrahmen vorgesehen, der mit einer Rahmenwandung die Lichtquelle so umgibt, dass ein zwischen der Lichtquelle und der Optikeinheit verlaufender Zwischenraum abgedeckt bzw. so abgeschirmt ist, dass nur das direkt auf die Optikeinheit von der Lichtquelle abgestrahlte Licht als Nutzlicht zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung ein Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung verlässt. Der Abschirmrahmen besteht aus einem lichtabsorbierenden Material, so dass das auf denselben treffende Licht der Lichtquelle absorbiert wird und nicht als Streulicht das Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung verlassen kann. Vorteilhaft können keine unerwünschten Reflexionen des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes an benachbarten elektrischen Bauteilen erfolgen, da die Rahmenwandung des Abschirmrahmens zwischen der Lichtquelle und den benachbarten auf der Trägerplatte angeordneten Bauteilen angeordnet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abschirmrahmen an der Trägerplatte und/oder an einem mit der Trägerplatte fest verbundenen Kühlkörper fixiert. Vorteilhaft wird hierdurch eine kompakte Baueinheit geschaffen, an der in Hauptabstrahlrichtung die Optikeinheit angesetzt werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Abschirmrahmen in einem Eckbereich der Trägerplatte über Befestigungsmittel mit demselben verbunden, so dass für die Befestigung des Abschirmrahmens kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Rahmenwandung des Abschirmrahmens einer Randkontur der Lichtquelle folgend ausgebildet. Auf diese Weise umgibt die Rahmenwandung die Lichtquelle vollständig und schirmt dieselbe nur so weit ab wie es notwendig ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung verbreitert sich der Abschirmrahmen in Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle, wobei eine Kopplungswandung gebildet wird, an der ein die Optikeinheit tragender Optikträger dichtend gelagert ist. Vorteilhaft erstreckt sich der Abschirmrahmen unter seitlicher Abdeckung bzw. Abschirmung der Lichtquelle zwischen der Trägerplatte und vorzugsweise einem rückseitigen Rand der Optikeinheit hinaus.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist ein freier Rand der Kopplungswandung des Abschirmrahmens einen größeren Abstand zu der Trägerplatte auf als eine der Trägerplatte zugewandte Rückseite der Optikeinheit. Vorteilhaft umgibt somit die Kopplungswandung umfangsseitig einen rückseitigen Randbereich der Optikeinheit, so dass ein Zwischenraum zwischen der Trägerplatte und der Rückseite der Optikeinheit unter Einschluss der Lichtquelle abgeschirmt ist. Durch die dichtende Halterung der Kopplungswandung an dem Optikträger wird ein quasi hermetisch bzw. staubdicht abgeschlossener Zwischenraum zwischen der Optikeinheit und der Trägerplatte geschaffen, in der die Lichtquelle angeordnet ist. Unerwünschte Staubablagerungen auf der Lichtquelle werden somit sicher vermieden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Abschirmrahmen zumindest auf einer Innenseite desselben eine lichtabsorbierende Oberfläche auf. Insbesondere kann der Abschirmrahmen aus einem schwarz gefärbten oder dunkel gefärbten Kunststoffmaterial bestehen, so dass ein relativ hoher Lichtabsorbtionsgrad gewährleistet ist. Das auf den Abschirmrahmen treffende Licht wird somit in der Regel absorbiert und kann nicht als unerwünschtes Streulicht aus dem Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung austreten. Der Abschirmrahmen ist vorzugsweise derart geformt, dass das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht entsprechend einem vorgegebenen Raumwinkelbereich auf die Rückseite der Optikeinheit trifft. Vorteilhaft kann der Abschirmrahmen somit einen vorgegebenen Raumwinkelbereich des von der Lichtquelle abgestrahlten und genutzten Lichtes festlegen, was die Lichtausbeute verbessert.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Vorderansicht einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei eine Optikeinheit derselben weggelassen worden ist,
2 eine Draufsicht auf die Lichtquelle und einer dieselbe umgebenden Rahmenwandung eines Abschirmrahmens,
3 einen teilweisen Vertikalschnitt durch die Beleuchtungsvorrichtung und
4 einen teilweisen Horizontalschnitt durch die Beleuchtungsvorrichtung.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge ist als ein hoch auflösender Scheinwerfer ausgebildet, der eine auf einer Trägerplatte 1 angeordnete Lichtquelle 2 umfasst.
Die Lichtquelle 2 ist als ein LED-Chip ausgebildet mit einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Leuchtelementen, die als Pixel angesehen werden können. Die Trägerplatte 1 ist als eine Leiterplatte, vorzugsweise als eine starre Leiterplatte, ausgebildet. Die Trägerplatte 1 ist neben der Lichtquelle 2 mit weiteren elektronischen Bauelementen 3 bestückt, die zur Ansteuerung der Lichtquelle 2 dienen.
Auf einer der Lichtquelle 2 abgewandten Rückseite 4 der Trägerplatte 1 ist ein Kühlkörper 5 angesetzt, der zur Kühlung der Beleuchtungsvorrichtung dient. Der Kühlkörper 5 erstreckt sich flächig unmittelbar anliegend an der Rückseite 4 der Trägerplatte 1.
Die Lichtquelle 2 und die elektronischen Bauelemente 3 sind auf einer Vorderseite 6 der Trägerplatte 1 angeordnet. Die Lichtquelle 2 strahlt Licht 7 in Hauptabstrahlrichtung H ab, das auf eine vorgelagerte, d. h. in Hauptabstrahlrichtung H vor der Lichtquelle 2 angeordnete Optikeinheit 8 trifft. Die Optikeinheit 8 besteht aus einer Anzahl von nicht dargestellten Linsen. Mittels der Optikeinheit 8 wird das von der Lichtquelle 2 abgestrahlte 7 entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung auf eine nicht dargestellte Fahrbahn vor dem Fahrzeug projiziert.
Damit das Licht 7 in einem vorgesehenen Raumwinkelbereich φ₁ auf eine der Lichtquelle 2 zugewandte Rückseite 9 der Optikeinheit 8 trifft, ist ein Abschirmrahmen 10 vorgesehen. Der Abschirmrahmen 10 begrenzt bzw. legt den maximalen Raumwinkel φ₁ des Lichtes 7 fest, das auf die Rückseite 9 der Optikeinheit 8 trifft. Wie aus 3 ersichtlich ist, weist der Abschirmrahmen 10 einen Zwischenabschnitt 11 auf, an dem seitliche Grenzstrahlen 7' verlaufen. Der Abschirmrahmen 10 begrenzt einen Zwischenraum 12 zwischen der Trägerplatte 1 und der Optikeinheit 8 unter einschließender Anordnung der Lichtquelle 2, wobei dieser Zwischenraum 12 quasi hermetisch und luftdicht von einem Außenraum 13 abgeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist der Abschirmrahmen 10 topfförmig ausgebildet, wobei er in einem zentralen Bereich eine gekröpfte Öffnung aufweist. In dieser gekröpften Öffnung befindet sich die Lichtquelle 2. Die gekröpfte Öffnung wird durch eine Rahmenwandung 14 gebildet, die eine vorgegebene Höhe h_R aufweist. Die Rahmenwandung 14 geht im Bereich des Zwischenabschnitts 11 über in einen Bodenabschnitt 15, der im Wesentlichen parallel zu der Trägerplatte 1 verläuft. Der Bodenabschnitt 15 dient zur Verbreiterung des Abschirmrahmens 10. Von dem Bodenabschnitt 15 erstreckt sich auf einer der Rahmenwandung 14 abgewandten äußeren Seite eine Koppelwandung 16, die fest mit einem Rand 17 eines die Optikeinheit 8 tragenden Optikträgers 18 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein freier Rand 19 der Koppelwandung 16 in einem Klebebett des Randes 17 des Optikträgers 18 dichtend gehalten.
Ein freier Rand 20 der Rahmenwandung 14 liegt vorzugsweise unmittelbar in der Nähe der Trägerplatte 1, vorzugsweise unter Bildung eines Schlitzes in einem kleinen Abstand zu derselben von beispielsweise 0,05 mm, so dass der Eintritt von Staubteilchen in den Zwischenraum 12 verhindert wird. Aufgrund von Toleranzschwankungen kann der freie Rand 20 auch unmittelbar auf der Trägerplatte 1 anliegen bzw. dieselbe kontaktieren.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Lichtquelle 2 eine lichtabstrahlende Fläche 21 sowie einen die lichtabstrahlende Fläche 21 einfassenden Lichtquellenrahmen 22 auf. Der Lichtquellenrahmen 22 ist gegenüber der lichtabstrahlenden Fläche 21 erhaben ausgebildet, so dass der Raumwinkel φ₂ des von der lichtabstrahlenden Fläche 21 abgegebenen Lichtes 7" durch eine Randkante des Lichtquellenrahmens 22 begrenzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel begrenzt der Lichtquellenrahmen 22 und nicht eine Ausbuchtung des Zwischenabschnitts 11 des Abschirmrahmens 10 den maximalen Raumwinkel φ des abgestrahlten Lichtes 7.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft die Rahmenwandung 14 bis in die Nähe der Rückseite 9 der Optikeinheit 8.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Rahmenwandung 14 auch bis unmittelbar zu der Rückseite 9 der Optikeinheit 8 oder - insbesondere, wenn die Optikeinheit 8 eine vergleichsweise geringe Quererstreckung aufweist - bis unmittelbar an den seitlichen Rand der Optikeinheit 8 verlaufen unter Kontaktierung desselben. In diesem Fall würde der Abschirmrahmen 10 den maximalen Raumwinkel φ des Lichtbündels 7 beschränken.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Rahmenwandung 14 einen Abstand a zu der lichtabstrahlenden Fläche 21 auf bzw. zu dem Lichtquellenrahmen 12. In diesem Abschnitt sind keine elektrischen Bauelemente 3 auf der Trägerplatte 1 angeordnet. Die Rahmenwandung 14 folgt der Randkontur der Lichtquelle 2, wobei vorzugsweise der Abstand a konstant gehalten ist.
Eine Quererstreckung 23 der Rahmenwandung 14 ist größer als eine entsprechende Quererstreckung der Lichtquelle 2.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Höhe h_R der Rahmenwandung 14 größer als eine Dicke d der Lichtquelle 2. Eine Höhe h_A des Abschirmrahmens 10 ist größer als ein Abstand bo der Rückseite der Optikeinheit 8 zu der Trägerplatte 1.
Der Abschirmrahmen 10 weist eckseitige Ausbuchtungen 24 auf, an denen über Befestigungsmittel der Abschirmrahmen 10 mit der Trägerplatte 1 und dem Kühlkörper 5 fest verbunden ist, vorzugsweise durch Verschraubung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Abschirmrahmen 10 vier Ausbuchtungen 24 auf, so dass er über vier Lagerpunkte arretiert ist. Die Trägerplatte 1 ist somit zwischen dem Abschirmrahmen 10 und den Kühlkörper 5 eingespannt.
Der Abschirmrahmen 10 weist zumindest auf einer Innenseite 25 eine lichtabsorbierende Oberfläche auf, die vorzugsweise dunkel oder schwarz eingefärbt ist. Beispielsweise kann der Abschirmrahmen 10 aus einem dunkel oder schwarz eingefärbten Kunststoffmaterial bestehen.
Der Rand 19 der Kopplungswandung 16 weist einen größeren Abstand b_K zu der Trägerplatte 1 auf als die Rückseite 9 der Optikeinheit 8, die einen Abstand bo zu der Trägerplatte 1 aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Trägerplatte
2: Lichtquelle
3: elektrische Bauelemente
4: Rückseite
5: Kühlkörper
6: Vorderseite
7,7',7'': Licht/Grenzstrahlen
8: Optikeinheit
9: Rückseite
10: Abschirmrahmen
11: Zwischenabschnitt
12: Zwischenraum
13: Außenraum
14: Rahmenwandung
15: Bodenabschnitt
16: Kopplungswandung
17: Rand
18: Optikträger
19: Rand
20: Rand
21: lichtabstrahlende Fläche
22: Lichtquellenrahmen
23: Quererstreckung
24: Ausbuchtung
25: Innenseite
H: Hauptabstrahlrichtung
a,aO,aK: Abstand
φ,φ1φ2: Raumwinkel
h,hR,hA: Höhe
d: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017105888 A1 [0002]
US 2011/0222303 A1 [0003]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (2), einer Trägerplatte (1) zur Aufnahme der Lichtquelle (2), einer in Hauptabstrahlrichtung (H) vor der Lichtquelle (2) angeordneten Optikeinheit (8) zur Umlenkung von durch die Lichtquelle (2) abgestrahltem Licht (7, 7', 7") entsprechend einer vorgegebenen Lichtverteilung auf eine Fahrbahn vor dem Fahrzeug, wobei die Lichtquelle (2) eine lichtabstrahlende Fläche (21) und einen dieselbe umgebenden Lichtquellenrahmen (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) von einem Abschirmrahmen (10) umgeben ist mit einer sich in Hauptabstrahlrichtung (H) erhobenen Wandung (14, 16), die einen Zwischenraum (12) zwischen der Lichtquelle (2) und der Optikeinheit (8) einschließt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung als eine Rahmenwandung (14) ausgebildet ist, die in einem Abstand (a) zu der Lichtquelle (2) angeordnet ist und die bis in einen Bereich nah oder unmittelbar zu der Optikeinheit (8) verläuft.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandung (14, 16) des Abschirmrahmens (10) in Hauptabstrahlrichtung (H) zumindest teilweise verbreitert unter Bildung einer Kopplungswandung (16), die dichtend mit einer die Optikeinheit (8) tragenden Optikträger (18) verbunden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Randkontur der Rahmenwandung (14) der Lichtquelle (2) folgende ausgebildet ist, wobei der Abstand (a) zu der Lichtquelle (2) konstant ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmrahmen (10) mit der Trägerplatte (1) und/oder mit einer auf der Lichtquelle (2) abgewandten Rückseite (9) der Trägerplatte (1) angeordneten Kühlkörper (5) fixiert ist, wobei die Rahmenwandung (14) eine die Lichtquelle (2) zugeordnete Vorderseite (6) der Trägerplatte (1) kontaktiert und/oder unter Bildung eines Schlitzes beabstandet zu der Vorderseite (6) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmrahmen (10) über in einem Eckbereich der Trägerplatte (1) angeordneten Befestigungsmittel an demselben fixiert ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit (8) eine Linseneinrichtung aufweist, die von dem Optikträger (18) gehalten ist, und dass ein Rand (17, 19) des Optikträgers (18) und der Kopplungswandung (16) derart ausgebildet ist, dass der Abschirmrahmen (10) mit dem Optikträger (18) unter Bildung eines Klebebettes klebend verbunden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungswandung (16) eine größere Quererstreckung aufweist als die Rahmenwandung (14).
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmrahmen (10) zumindest auf einer Innenseite (25) desselben eine lichtabsorbierende Oberfläche aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmrahmen (10) aus einem dunkel gefärbten Kunststoffmaterial besteht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rand der Kopplungswandung (16) einen größeren Abstand (b_K) zur Trägerplatte (1) aufweist als eine Rückseite (9) der Optikeinheit (8).