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Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Projektionslinse bzw. einem Projektionslinsenkörper.
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Projektionslinsen für Scheinwerfer sind allgemein bekannt. Auch ist bekannt, dass in den Scheinwerfer eintretendes Sonnenlicht zu ungewollten Beschädigungen des Scheinwerfers aufgrund von erhöhter thermischer Last kommen kann.
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Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch einen Scheinwerfer gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der Beschreibung entnehmbar.
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Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit wenigstens einem Projektionslinsenkörper wobei von wenigstens einer Lichtquelle erzeugtes Licht gemäß einer inneren Lichtverteilung über eine Einkoppelfläche in den Projektionslinsenkörper eingekoppelt wird, wobei das Licht der Lichtquelle an einer Auskoppelfläche aus dem Projektionslinsenkörper in Form einer äußeren Lichtverteilung ausgekoppelt wird, wobei zwischen der Einkoppelfläche und der Auskoppelfläche eine Verbindungsfläche des Projektionslinsenkörpers angeordnet ist, wobei zwischen einem zu dem Projektionslinsenkörper benachbarten Bauteil und dem wenigstens einen Projektionslinsenkörper ein Luftspalt vorhanden ist, und wobei ein optisch diffus wirkender Transmissionsabschnitt des Projektionslinsenkörpers den Luftspalt begrenzt und an der die Einkoppelfläche und die Auskoppelfläche verbindenden Verbindungsfläche des Projektionslinsenkörpers angeordnet ist.
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Vorteilhaft wird durch die diffuse Ausprägung des Transmissionsabschnitts erreicht, dass von außen in den Projektionslinsenkörper einfallendes Sonnenlicht gestreut aus der Projektionslinse in den Luftspalt ausgekoppelt wird. Durch den als Diffusor ausgebildeten Transmissionsabschnitt der Projektionslinse wird also verhindert, dass eine starke Lichtbündelung des Sonnenlichts im Bereich des weiteren Bauteils entsteht und das weitere Bauteil durch erhöhte Einbringung thermischer Energie zerstört oder beschädigt wird. Vielmehr wird das in den Projektionslinsenkörper eingekoppelte Sonnenlicht diffus, also in gestreuter Form, aus dem Projektionslinsenkörper ausgekoppelt und wird weder reflektiert, noch führt es zu unbeabsichtigter Zerstörung oder Beschädigung des weiteren Bauteils.
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Durch den reduzierten Brennglaseffekt entstehen Konstruktions- und Designfreiheitsgrade, da keine diesbezüglichen Abstände eingehalten oder zusätzliche Metallisierungen von Oberflächen vorgesehen werden müssen. Es entstehen also keine hohen Temperaturen im Bereich des weiteren Bauteils und der Einsatz teurer Werkstoffe, Geometrieänderungen oder eine Metallisierung etc. kann vermieden werden.
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Die Verbindungsfläche des optisch diffus wirkenden Transmissionsabschnitts wird also dort angeordnet, wo das Sonnenlicht durch die Verbindungsfläche derart durchtritt, dass auf dem angrenzenden Bauteil ein Hotspot entsteht. Diese relevanten Bereiche des Projektionslinsenkörpers zur konkreten Anordnung des optisch diffus wirkenden Transmissionsabschnitts lassen sich beispielsweise mit einer optischen Simulation bestimmen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der optisch diffus wirkende Transmissionsabschnitt in Einbaulage des Kraftfahrzeugscheinwerfers zumindest über einen unteren Bereich der Verbindungsfläche erstreckt, welcher horizontal unterhalb einer gedachten, durch den Projektionslinsenkörper verlaufenden Transversalebene liegt.
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So wird beispielsweise an der Einkoppelfläche reflektiertes Sonnenlicht in dem unteren Bereich des Projektionslinsenkörpers diffus ausgekoppelt.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der optisch diffus wirkende Transmissionsabschnitt sich zumindest über 10%, insbesondere über zumindest 25%, und insbesondere über zumindest 45% der Hochausdehnung des Projektionslinsenkörpers erstreckt.
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Vorteilhaft kann diese Ausdehnung des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts ausreichen, um das von oben einfallende Sonnenlicht vorteilhaft ohne für andere Bauteile zerstörend gebündelt wieder aus dem Projektionslinsenkörper auszukoppeln.
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Vorangehendes Beispiel lässt sich auf im Querschnitt runde Linsenkörper anwenden. Wie weiter unten beschrieben ist, kann der Projektionslinsenkörper auch andere Konturen besitzen. Beispielsweise gibt es Projektionslinsenkörper, bei denen die Verbindungsfläche oben und unten von einer Ebene gebildet wird, bzw. die lokale Krümmung der Verbindungsfläche größer ist als der größte Durchmesser der Auskoppelfläche des Projektionslinsenkörpers. Bei diesen Linsen ist nur die Fläche an der Unterseite der Linse in Einbaulage mattiert.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein oberer Bereich der Verbindungsfläche, welcher oberhalb der Transversalebene liegt, eine gegenüber dem diffus wirkenden Transmissionsabschnitt geringere optische Diffusionswirkung aufweist.
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Vorteilhaft muss so nur der untere Bereich mit einer verstärkten Diffusionswirkung ausgestattet werden, um die nachteiligen Auswirkungen von aus dem Projektionslinsenkörper ausgekoppelter Sonnenstrahlung zu verringern.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der diffus wirkende Transmissionsabschnitt die gesamte Verbindungsfläche des Projektionslinsenkörpers überdeckt.
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Vorteilhaft kann so die Herstellung vereinfacht werden und die Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Umgebung des Projektionslinsenkörpers steigen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbindungsfläche zumindest im Bereich des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts aufgeraut ist.
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Diese Aufrauung entspricht einer Mattierung der Oberfläche, sodass an einem Punkt der Oberfläche des Transmissionsabschnitts austretendes Licht in idealisierter Form als Lambertstrahler gesehen werden kann.
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Vorteilhaft ergibt sich durch die Aufrauung eine im Vergleich zu den Einkoppel- und Auskoppelflächen matt erscheinender Transmissionsabschnitt, der durch einen einfachen zusätzlichen Bearbeitungsschritt kostengünstig herstellbar ist. Die Vielzahl kleiner Aufrauungen lenken das Licht in unterschiedliche Richtungen um.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbindungsfläche zumindest im Bereich des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts Mikroprismen aufweist.
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Vorteilhaft können die Mikroprismen aufgrund ihrer paarweise unterschiedlichen Orientierung der Lichtauskopplungsflächen eine punktbezogene Strahlungsleistung außerhalb des Projektionslinsenkörpers reduzieren.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der diffus wirkende Transmissionsabschnitt eine Schicht mit darin eingelassenen Streukörpern umfasst.
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So ergibt sich ein Milchglas-artiges Erscheinungsbild des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts. In der Schicht wird ein Lichtweg zurückgelegt, wobei ein Anteil des Lichts einfach oder mehrfach an den Streukörpern gestreut wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass der Projektionslinsenkörper aus Glas oder Kunststoff hergestellt ist.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen Längsschnitt eines Scheinwerfers;
- 2 und 3 jeweils eine Vorderansicht auf einen Projektionslinsenkörper; und
- 4 den Scheinwerfer in einer schematischen perspektivischen Ansicht.
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In 1 ist in einem xz-Schnitt ein Kraftfahrzeugscheinwerfer 2 mit wenigstens einem Projektionslinsenkörper 4 gezeigt. Von einer Lichtquelle 6 erzeugtes Licht wird gemäß einer inneren Lichtverteilung 8 über eine Einkoppelfläche 10 in den Projektionslinsenkörper 4 eingekoppelt. Das Licht der Lichtquelle 6 wird direkt zu einer Auskoppelfläche 12 gelenkt und dort aus dem Projektionslinsenkörper 4 in Form einer äußeren Lichtverteilung 14 ausgekoppelt. Der Projektionslinsenkörper 4 und die Lichtquelle 6 sind Teil eines Lichtmoduls 404. Die Auskoppelfläche 12 und die Einkoppelfläche 10 liegen sich direkt gegenüber, wobei wenigstens eine der Auskoppelfläche 12 und der Einkoppelfläche 10 gekrümmt ausgeführt ist. Der Abstand zwischen den Flächen 10 und 12 ist kleiner als ein Durchmesser der Flächen 10 und 12. Der Projektionslinsenkörper 4 ist dazu eingerichtet, die innere Lichtverteilung 8 in die äußere Lichtverteilung 14 umzuwandeln bzw. abzubilden. Die Einkoppelfläche 10 und die Auskoppelfläche 12 ist durch eine Verbindungsfläche 22 des Projektionslinsenkörpers 4 verbunden.
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Zwischen einem zu dem Projektionslinsenkörper 4 benachbarten Bauteil 16 und dem wenigstens einen Projektionslinsenkörper 4 ist ein Luftspalt 18 vorhanden. Ein optisch diffus wirkender Transmissionsabschnitt 20 des Projektionslinsenkörpers 4 begrenzt den Luftspalt 18. Der Transmissionsabschnitt 20 ist an der die Einkoppelfläche 10 und die Auskoppelfläche 12 verbindenden Verbindungsfläche 22 des Projektionslinsenkörpers 4 angeordnet.
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In anderen Worten wird eine Mattierung der beispielsweise zylindermantelförmigen Verbindungsfläche 22, welche keine lichttechnische Funktion aufweist, vorgeschlagen. Durch diese Mattierung wird die gebündelte Strahlung von ungünstig durch die Auskoppelfläche 12 einfallendes Sonnenlicht beim Durchgang diffus gebrochen und der Strahlengang wird aufgeweitet. Die Strahlungsdichte am Auftreffpunkt der Sonnenstrahlung auf das weitere Bauteil 16 ist reduziert und entsprechend die Temperatur im Vergleich ohne den Transmissionsabschnitt 20 vermindert.
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Von außen eintretende Sonnenstrahlung wird gemäß einem beispielhaft dargestellten Sonnenstrahl S im Scheinwerfer 2 durch optische Linsen, insbesondere den Projektionslinsenkörper 4, gebrochen bzw. reflektiert. Es können dadurch Brennpunkte auf dem weiteren Bauteil 16 entstehen, die zu Temperaturhotspots führen. In der Folge kann die zulässige Materialtemperatur überschritten werden und das weitere Bauteil fällt aus. Dieser Effekt kann beispielsweise als Brennglaseffekt (Sunload) bezeichnet werden.
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Der Strahlengang des Sonnenlichtes gemäß dem beispielhaft eingezeichneten Sonnenstrahl S wird also beim Durchgang durch den Projektionslinsenkörper 4 durch Brechung und Reflexion beeinflusst. Ab bestimmten Sonnenwinkeln wird von vorne auf die Auskoppelfläche 12 einfallendes Sonnenlicht an der Linsenrückseite, also der Einkoppelfläche 10, reflektiert. Die reflektierte und gebündelte Sonnenstrahlung tritt dann aus dem Projektionslinsenkörper 4 aus und trifft im weiteren Strahlengang auf den Projektionslinsenkörper 4 umschließende Bauteile, beispielsweise eines Tubus oder eines Abdeckrahmens. Am Auftreffpunkt der Strahlung wird die gebündelte Strahlung entsprechend der Emissivität an der Bauteiloberfläche absorbiert. Insbesondere bei schwarzen Oberflächen, die nahe des Brennpunktes der Linse für das einfallende Sonnenlicht liegen, bewirkt eine hohe Strahlungsdichte, die in Verbindung mit der geringen Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffbauteilen zu hohen Temperaturen im Hotspot führt. Unter bestimmten, insbesondere hohen, Sonnenwinkeln, tritt die an der Linsenrückseite reflektierte und gebündelte Strahlung nicht durch die vordere lichttechnische Fläche der Linse aus der Linse aus, sondern durch die Verbindungsfläche 22, und trifft dann auf das wenigstens eine weitere Bauteil 16. Die Bauteiloberflächen in diesen Bereichen sind beispielsweise schwarz und die auftreffende Strahlung wird weitgehend absorbiert.
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Ohne den optisch diffus wirkenden Transmissionsabschnitt 20 würden die aus dem Projektionslinsenkörper austretenden Sonnenstrahlen - lässt man das weitere Bauteil 16 weg - eine hohe Strahlendichte in einem in Fahrtrichtung x vor dem Bauteil 16 liegenden Bereich aufweisen. Die im vorgenannten Aufbau in dem weiteren Bauteil 16 durch Sonnenstrahlen induzierte thermische Energie ist ausreichend, um das Bauteil 16 soweit aufzuheizen, dass es - im Falle von Kunststoff - schmelzen kann. Dieser Effekt wird durch das Vorsehen des Transmissionsabschnitts 20 verhindert.
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Im Schnitt der 1 ist der Strahlengang S des Sonnenlichts gezeigt. Das weitere Bauteil 16 ist ein Tubus, kann in anderen Beispielen auch ein Teil eines Linsenhalters oder jegliches andere Bauteil sein, welches in der Nachbarschaft des Körpers 4 angeordnet ist. Durch Totalreflektion des Sonnenlichts an der Linsenrückseite erfolgt ein Austritt des Sonnenlichts durch die untere Linsenkörperfläche bzw. untere Verbindungsfläche 22 und ein Auftreffpunkt des Lichts liegt auf der nicht sichtbaren Seite des weiteren Bauteils 16.
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Im gezeigten Beispiel ist der Transmissionsabschnitt 20 dort angeordnet, wo der Luftspalt das weitere Bauteil 16 und den Projektionslinsenkörper 4 trennt. Der diffus wirkende Transmissionsabschnitt 20 überdeckt in einem anderen Beispiel die gesamte Verbindungsfläche 22 des Projektionslinsenkörpers 4.
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Die Verbindungsfläche 22 ist zumindest im Bereich des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts 20 aufgeraut.
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In einem weiteren Beispiel umfasst die Verbindungsfläche 22 zumindest im Bereich des diffus wirkenden Transmissionsabschnitts 20 Mikroprismen.
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In einem weiteren Beispiel umfasst der diffus wirkende Transmissionsabschnitt 20 eine Schicht mit darin eingelassenen Streukörpern.
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Der Projektionslinsenkörper 4 ist aus Glas oder Kunststoff, insbesondere PMMA (Polymethylmethacrylat) oder Polycarbonat (PC), hergestellt. Im Falle von Glas wird der Projektionslinsenkörper 4 im Bereich des Transmissionsabschnitts 20 durch Schleifen aufgeraut.
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Im Falle eines aus Kunststoff hergestellten Projektionslinsenkörpers 4 wird das Werkzeug derart errodiert, dass an der Oberfläche des Transmissionsabschnitts 20 eine Mittenrauheit entsteht, welche die optisch diffuse Wirkung des Transmissionsabschnitts 20 erzeugt. Die Mittenrauheit des Transmissionsabschnitts 20 ergibt sich beispielsweise im Bereich zwischen 1,12 bis 2,24. Der Mittenrauwert, dargestellt durch das Symbol Ra, gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes - auf der Oberfläche des Transmissionsabschnitts 20 - zur Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen in einer parallelen Ebene zur Mittellinie auf die Länge der Messstrecke verteilt wird. Der Mittenrauwert entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie. Etwas leichter vorstellbar ist die mittlere Rauheit (in einer Dimension) als die Höhe des Rechtecks, das die gleiche Länge wie die zu untersuchende Strecke und den gleichen Flächeninhalt wie jene Fläche zwischen Bezugshöhe und Profil hat.
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2 und 3 zeigen eine Vorderansicht auf den Projektionslinsenkörper 4 entgegen der Fahrtrichtung x, wobei der optisch diffus wirkende Transmissionsabschnitt 20 in Einbaulage des Kraftfahrzeugscheinwerfers 2 zumindest über einen unteren Bereich 200, 300 der Verbindungsfläche 22 erstreckt, welcher horizontal unterhalb einer gedachten, durch den Projektionslinsenkörper 4 verlaufenden Transversalebene T liegt.
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In unterschiedlichen Beispielen erstreckt sich der optisch diffus wirkende Transmissionsabschnitt 20 zumindest über 10%, insbesondere über zumindest 25%, und insbesondere über zumindest 45% der Hochausdehnung des Projektionslinsenkörpers 4. Die Hochausdehnung des Projektionslinsenkörpers 4 verläuft entlang der Hochachse z, welche lotrecht zu der Transversalebene T verläuft. Die Hochausdehnung ist der Abstand zweier zueinander paralleler und zu der Hochachse z lotrechten Ebenen E1, E2, welche den Projektionslinsenkörper 4 begrenzen.
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Ein oberer Bereich 202, 302 der Verbindungsfläche 22, welcher oberhalb der Transversalebene T liegt, hat eine gegenüber dem diffus wirkenden Transmissionsabschnitt 20 geringere optische Diffusionswirkung.
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Selbstverständlich kann der Projektionslinsenkörper eine andere als die gezeigte zylinderartige Form aufweisen und im Schnitt beispielsweise auch oval oder rechteckförmig ausgebildet sein. Vielmehr dienen die 2 und 3 der Illustration, wie weit sich der Transmissionsabschnitt 20 nach oben hin erstreckt.
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4 zeigt beispielhaft den Kraftfahrzeugscheinwerfer 2 für ein Kraftfahrzeug. Innerhalb eines Gehäuses 402 ist das Lichtmodul 404 angeordnet, das Licht in Fahrtrichtung x abstrahlt. Das Gehäuse 402 ist mit einer transparenten Abdeckscheibe 406 verschlossen. Das weitere Bauteil kann Teil des Lichtmoduls 404 sein. In einem anderen Beispiel gehört das weitere Bauteil nicht zu dem Lichtmodul 404.
