DE102011053032B4

DE102011053032B4 - Leuchteinheit für Fahrzeuge mit einer das Gehäuse abdeckenden Lichtscheibe

Info

Publication number: DE102011053032B4
Application number: DE102011053032.0A
Authority: DE
Inventors: Carmen Bungenstock; Carsten Hohmann
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2031-08-27
Also published as: DE102011053032A1

Abstract

Leuchteinheit für Fahrzeuge mit einem Gehäuse (1), in dem angeordnet sind:- eine Lichtquelle (2),- ein der Lichtquelle (2) zugeordneter Reflektor (3),- ein in Hauptabstrahlrichtung (8) vor der Lichtquelle (2) angeordnetes Optikelement (5), wobei das Optikelement (5) auf einer der Lichtquelle (2) zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche (9) und auf einer der Lichtquelle (2) abgewandten Seite eine Lichtauskoppelfläche (10) zur Abstrahlung von Licht (L1) in Hauptabstrahlrichtung (8) aufweist,- eine die Öffnung des Gehäuses (1) abdeckende und an einem vorderen Öffnungsrand (4) des Gehäuses (1) abdichtend befestigte Scheibe, wobei die abdeckende Scheibe als eine Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) ausgebildet ist, die aus dem Optikelement (5) und einer einstückig mit dem Optikelement (5) verbundenen und in Querrichtung (Q) zu einer optischen Achse (7) der Lichtquelle (2) anschließenden Lichtscheibe (6, 6', 6") besteht, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Reflektor (3) zugewandten Rückseite der Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) eine Verteilung von Auskoppelelementen (13) angeordnet ist, mittels derer ein Teil des in Querrichtung (Q) nach außen geleiteten Lichts (L2) zu dem rückseitigen Reflektor (3) hin ausgekoppelt wird, dass die Lichteinkoppelfläche (9) des Optikelements (5) durch eine im Querschnitt verlaufende Wellenfläche gebildet ist mit einem in der optischen Achse (7) angeordneten Wellental (9'), an dem das Licht (L1) zur Lichtauskopplung in Hauptabstrahlrichtung (8) weitergeleitet wird, und mit einem sich in Querrichtung (Q) nach außen an das Wellental (9') anschließenden Wellenberg (9"), der derart geformt ist, dass das eingekoppelte Licht (L2) unter einem Winkel seitlich abgelenkt wird in Richtung einer Vorderseite (11) der Lichtscheibe (6, 6', 6") zur Totalreflektion an der Vorderseite (11) derselben, so dass das seitlich abgelenkte Licht (L2) unter einer Totalreflexion sowohl an der Vorderseite (11) als auch an einer Rückseite (12) der Lichtscheibe (6), welche eben und parallel zueinander verlaufen, in Querrichtung (Q) nach außen weitergeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchteinheit für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 103 30 261 A1 ist eine Leuchteinheit für Fahrzeuge bekannt, die im Wesentlichen eine zentrale Lichtquelle, ein der Lichtquelle zugeordneten Reflektor, ein in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordnetes Optikelement sowie eine den Reflektor abdeckende Lichtscheibe aufweist. Das Optikelement dient als Lichtverteilelement, das das von der Lichtquelle ausgesandte Licht einkoppelt und in seitlicher Richtung so ablenkt, dass es auf die Flächen des Reflektors trifft. Nachteilig an der bekannten Leuchteinheit ist, dass nur eine gleichmäßige Ausleuchtung des dahinterliegenden Reflektors gewährleistet ist.
Aus der EP 1 182 395 A2 ist eine Leuchteinheit für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle, mit einem Reflektor sowie einem in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordneten Optikelement bekannt, das einstückig mit einer eine Öffnung der Leuchtscheibe abdeckenden Scheibe verbunden ist. Eine Lichteinkoppelfläche des Optikelementes ist muldenförmig ausgebildet, so dass eingekoppeltes Licht ohne Umlenkung auf eine Lichtauskoppelfläche des Optikelementes auftreffen kann. Die Lichtauskoppelfläche des Optikelementes weist in einem zentralen Bereich eine konvexförmige Fläche auf, so dass ein Teil des eingekoppelten Lichtes in Hauptabstrahlrichtung durchtritt und in einem anschließenden Bereich eine ringförmige Kegelfläche auf, so dass ein weiterer Teil des eingekoppelten Lichtes zurückreflektiert wird und an der Lichteinkoppelfläche des Optikelementes in Richtung des rückseitigen Reflektors austritt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchteinheit für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass bei geringer Bautiefe mit geringem Aufwand eine relativ große Fläche der Leuchteinheit ausgeleuchtet wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass unter Bauteilereduzierung eine gewünschte großflächige Ausleuchtung der Leuchteeinheit verwirklicht wird. Durch die Verbindung des Optikelements mit einer Lichtscheibe entsteht eine Lichtverteilscheibe, die eine relativ flache Leuchteinheit geringer Bautiefe ermöglicht. Nach der Erfindung sind lediglich Auskoppelelemente an einer Rückseite der Lichtscheibe angeordnet. In den anderen Bereichen verläuft die Lichtscheibe vorder- und rückseitig flächig bzw. eben. Die Verteilung der Auskoppelelemente an der Rückseite der Lichtscheibe entscheidet darüber, welche Bereiche des Reflektors und mit welchem Lichtstrom von dem durch die Lichtscheibe ausgekoppelten Licht erfasst werden. Nach der Erfindung ist die Lichteinkoppelfläche des Optikelements als eine Wellenfläche ausgebildet, die über ein Wellental und über einen Wellenberg verfügt. Vorteilhaft kann hierdurch dosiert das Licht seitlich in Querrichtung und in Hauptabstrahlrichtung nach vorne weitergeleitet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Lichtscheibe und das Optikelement auf einer dem Reflektor abgewandten Seite stetig verlaufende Flächen auf. Durch Vermeidung scharfkantiger Bereiche kann das Festsetzen von Staub oder Schmutz an der Leuchteinheit verhindert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Optikelement auf einer der Lichtquelle zugewandten Rückseite einen Umlenkabschnitt auf, mittels dessen das eingekoppelte Licht direkt zu dem Reflektor umgelenkt wird. Diese Umlenkung erfolgt ohne Totalreflektion an Flächen des Optikelements bzw. der Lichtscheibe.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist eine bogenförmige Fläche an der Vorderseite des Optikelements eine solche Krümmung auf, dass das an derselben Fläche totalreflektierte Licht so in Richtung der Rückseite umgelenkt wird, dass es an derselben austritt. Auf diese Weise wird bewirkt, dass das Licht lediglich mit einer einzigen Totalreflektion an der bogenförmigen Fläche das Optikelement bzw. die Lichtscheibe wieder verlässt und aus stilistischen Gründen ein bestimmter Bereich des Reflektors beleuchtet wird. Hierbei wird insbesondere ein äußerer Bereich des Reflektors beleuchtet. Alternativ kann die Krümmung der bogenförmigen Fläche auch so ausgebildet sein, dass das an derselben totalreflektierte Licht an der Rückseite der Lichtscheibe ebenfalls totalreflektiert wird und in Querrichtung nach außen weitergeleitet wird. Hierdurch kann insbesondere eine gleichmäßige Ausleuchtung des Reflektors bewirkt werden, wenn in Querrichtung der Lichtscheibe eine entsprechende gleichmäßige Verteilung der Auskoppelelemente vorgesehen ist. Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung durch kleine konstruktive Änderungen der Lichtscheibe bzw. des Optikelements eine veränderte Ausleuchtung des Reflektors.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Querschnitt durch eine Leuchteinheit nach einer ersten Ausführungsform,
2 ein Querschnitt durch die Leuchteinheit gemäß 1 mit eingezeichneten Lichtstrahlen,
3 eine vergrößerte Darstellung der Lichteinheit gemäß 3 in einem zentralen Bereich,
4 einen Querschnitt durch die Leuchteinheit nach einer zweiten Ausführungsform,
5 einen Querschnitt durch die Leuchteinheit nach einer dritten Ausführungsform,
6 einen Querschnitt durch die Leuchteinheit gemäß 5 mit eingezeichneten Lichtstrahlen und
7 einen Querschnitt durch die Leuchteinheit nach einer vierten Ausführungsform.

Eine erfindungsgemäße Leuchteinheit kann zur Erzeugung von Signalfunktionen in einem Scheinwerfer oder in einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 1 bis 3 weist die Leuchteinheit ein vorzugsweise topfförmiges Gehäuse 1 auf, in dem eine Lichtquelle 2 und ein der Lichtquelle 2 zugeordneter Reflektor 3 angeordnet sind. An einem vorderen Öffnungsrand 4 des Gehäuses 1 ist eine abdeckende Lichtverteilscheibe 15 abdichtend befestigt, die aus einem Optikelement 5 und einer einstückig mit dem Optikelement 5 verbundenen Lichtscheibe 6 besteht. Die Lichtscheibe 6 hat zum einen eine im Wesentlichen in einer Querrichtung Q zu einer optischen Achse 7 der Leuchteinheit gerichtete Lichtverteilfunktion. Zum anderen hat die Lichtscheibe 6 eine den Reflektor 3 und/oder die Lichtquelle 2 abdeckende Schutzfunktion. Insbesondere ermöglicht die Lichtscheibe 6 durch dichtende Befestigung derselben an dem Öffnungsrand 4 des Gehäuses 1 einen hermetischen Abschluss des Gehäuses 1, ohne dass eine zusätzliche Abdeckscheibe erforderlich ist.
Das Optikelement 5 ist fest und einstückig verbunden mit der Lichtscheibe 6 und bildet zusammen mit derselben eine die Leuchteinheit in Hauptabstrahlrichtung 8 vorderen Abschluss der Leuchteinheit. Das Optikelement 5 und die Lichtscheibe 6 bilden somit die integrierte Lichtverteilscheibe (15), die eine vordere Öffnung des Gehäuses 1 vollständig abdeckt. Das Optikelement 5 weist auf einer der Lichtquelle 2 zugewandten Rückseite eine Lichteinkoppelfläche 9 und auf einer der Lichtquelle 2 abgewandten Vorderseite eine Lichtauskoppelfläche 10 auf. Die Lichteinkoppelfläche 9 ist als eine Wellenfläche ausgebildet mit einem in der optischen Achse 7 liegenden Wellental 9' und mit einem sich in Querrichtung Q nach außen an demselben anschließenden Wellenberg 9". Das Wellental 9' ist derart geformt, dass auf dasselbe auftreffende Licht L1 im Wesentlichen in Hauptabstrahlrichtung 8 zur Abstrahlung in die Umgebung weitergeleitet wird. Der Wellenberg 9" ist derart ausgebildet, dass das eingekoppelte Licht L2 unter einem Winkel seitlich abgelenkt wird und auf einer Vorderseite 11 der Lichtscheibe 6 trifft und an derselben totalreflektiert wird.
Wie aus 2 zu sehen ist wird das seitlich umgelenkte Licht L2 mit einer Totalreflektion an der im Wesentlichen eben und parallel zueinander verlaufenden Vorderseite 11 und einer Rückseite 12 der Lichtscheibe 6 in Querrichtung Q nach außen weitergeleitet. Dadurch, dass an der Rückseite 12 der Lichtscheibe 6 in einem vorgegebenen, gleichen Abstand Auskoppelelemente (Prismenelemente 13) angeordnet sind, wird ein Teil des in Querrichtung Q nach außen geleiteten Lichts L2 zum rückseitigen Reflektor 3 hin ausgekoppelt, an entsprechenden Flächen des Reflektors 3 reflektiert und dann nach Durchtritt durch die Lichtscheibe 6 in Hauptabstrahlrichtung 8 in die Umgebung abgegeben. Die Auskoppelelemente 13 erstrecken sich in Querrichtung Q gleichmäßig über die Rückseite 12 der Lichtscheibe 6, so dass eine gleichmäßige Lichtabstrahlung bzw. Ausleuchtung der Leuchteinheit gegeben ist.
Mit Ausnahme der Auskoppelelemente 13 weist die Vorderseite 11 und die Rückseite 12 der Lichtscheibe 6 bzw. des Optikelements 5 stetig verlaufende Flächen auf.
Die Lichtscheibe 6 verläuft im Wesentlichen eben und geht im zentralen Bereich stetig in das Optikelement 5 über, wobei das Optikelement 5 auf einer Vorderseite eine bogenförmige Fläche 14 aufweist. Die Lichtverteilscheibe 15 ist somit konusförmig und/oder trichterförmig ausgebildet und verläuft rotationssymmetrisch zu der optischen Achse 7.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß der 4 kann eine Lichtscheibe 6' vorgesehen sein, die lediglich in einem in Querrichtung Q äußeren Teilbereich 16 eine Anzahl von Auskoppelelementen 13 aufweist. Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in die Lichtscheibe 6' eingekoppelte Licht L3 tritt somit nicht gleichmäßig über die Fläche der Lichtscheibe 6', sondern lediglich in einem äußeren Teilbereich 16 aus.
Die Lichtquelle 2 ist vorzugsweise als eine LED-Lichtquelle ausgebildet, die als ein Einzelchip-LED oder Mehrchip-LED ausgebildet sein kann. Die LED-Lichtquelle 2 ist auf einer Leiterplatte 17 angeordnet, die in einer zentralen Öffnung des Reflektors 3 befestigt ist.
Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß den 5 und 6 ist eine Lichtverteilscheibe 20 vorgesehen, die ein Optikelement 21 mit einem Umlenkabschnitt 22 aufweist. Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen schließt sich an das Optikelement 21 in Querrichtung eine Lichtscheibe 6" an. Wie besser aus 6 zu sehen ist, ermöglicht das Optikelement 21 eine direkte Umlenkung des eingekoppelten Lichts L4 in Richtung des Reflektors 3, ohne dass eine Totalreflektion an dem Optikelement 21 bzw. der Lichtscheibe 6" erfolgen muss. Zu diesem Zweck weist der Umlenkabschnitt 22 des Optikelements 21 Fresnel-Optikelemente 23 auf. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können statt der Fresnel-Optiken auch Bogen-Optiken vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 7 ist eine Lichtverteilscheibe 24 vorgesehen, die im Unterschied zu der Lichtverteilscheibe 20 gemäß 5 und 6 im zentralen Bereich an der Vorderseite des Optikelements 21 eine bogenförmige Fläche 25 mit einer solchen Krümmung aufweist, dass an der bogenförmigen Fläche 25 das eingekoppelte Licht L5 totalreflektiert wird in Richtung des rückseitigen Reflektors 3. Die Krümmung der bogenförmigen Fläche 25 ist somit größer als die Krümmung der bogenförmigen Fläche 14 der Lichtverteilscheibe 20, bei der das eingekoppelte Licht L4 lediglich nach außen in Querrichtung Q zur Totalreflektion an den ebenen Flächen der Lichtscheibe 6''' weitergeleitet wird. Die Ausgestaltung der bogenförmigen Fläche 25 kann somit eine konzentrierte Ausleuchtung des Reflektors 3 in einem äußeren Teilbereich desselben bewirkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Lichtquelle
3: Reflektor
4: Öffnungsrand
5: Optikelement
6, 6', 6'', 6''': Lichtscheibe
7: optische Achse
8: Hauptabstrahlrichtung
9: Lichteinkoppelseite
10: Lichtauskoppelseite
11: Vorderseite
12: Rückseite
13: Auskoppelelement
14: bogenförmige Fläche
15: Lichtverteilscheibe
16: Teilbereich
17: Leiterplatte
20: Lichtverteilscheibe
21: Optikelement
22: Umlenkabschnitt
23: Fresnel-Optikelement
24: Lichtverteilscheibe
25: bogenförmige Fläche
9': Wellental
9": Wellenberg
Q: Querrichtung
L1 - L5: Licht

Claims

Leuchteinheit für Fahrzeuge mit einem Gehäuse (1), in dem angeordnet sind: - eine Lichtquelle (2), - ein der Lichtquelle (2) zugeordneter Reflektor (3), - ein in Hauptabstrahlrichtung (8) vor der Lichtquelle (2) angeordnetes Optikelement (5), wobei das Optikelement (5) auf einer der Lichtquelle (2) zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche (9) und auf einer der Lichtquelle (2) abgewandten Seite eine Lichtauskoppelfläche (10) zur Abstrahlung von Licht (L1) in Hauptabstrahlrichtung (8) aufweist, - eine die Öffnung des Gehäuses (1) abdeckende und an einem vorderen Öffnungsrand (4) des Gehäuses (1) abdichtend befestigte Scheibe, wobei die abdeckende Scheibe als eine Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) ausgebildet ist, die aus dem Optikelement (5) und einer einstückig mit dem Optikelement (5) verbundenen und in Querrichtung (Q) zu einer optischen Achse (7) der Lichtquelle (2) anschließenden Lichtscheibe (6, 6', 6") besteht, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Reflektor (3) zugewandten Rückseite der Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) eine Verteilung von Auskoppelelementen (13) angeordnet ist, mittels derer ein Teil des in Querrichtung (Q) nach außen geleiteten Lichts (L2) zu dem rückseitigen Reflektor (3) hin ausgekoppelt wird, dass die Lichteinkoppelfläche (9) des Optikelements (5) durch eine im Querschnitt verlaufende Wellenfläche gebildet ist mit einem in der optischen Achse (7) angeordneten Wellental (9'), an dem das Licht (L1) zur Lichtauskopplung in Hauptabstrahlrichtung (8) weitergeleitet wird, und mit einem sich in Querrichtung (Q) nach außen an das Wellental (9') anschließenden Wellenberg (9"), der derart geformt ist, dass das eingekoppelte Licht (L2) unter einem Winkel seitlich abgelenkt wird in Richtung einer Vorderseite (11) der Lichtscheibe (6, 6', 6") zur Totalreflektion an der Vorderseite (11) derselben, so dass das seitlich abgelenkte Licht (L2) unter einer Totalreflexion sowohl an der Vorderseite (11) als auch an einer Rückseite (12) der Lichtscheibe (6), welche eben und parallel zueinander verlaufen, in Querrichtung (Q) nach außen weitergeleitet wird.
Leuchteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (5) und die Lichtscheibe (6, 6', 6") der Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) auf einer dem Reflektor (3) abgewandten Seite eine Vorderseite bilden, die ausschließlich über stetig verlaufende Flächen verfügt.
Leuchteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite der Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) im Bereich des Optikelements (5) eine bogenförmige Fläche (14) und im Bereich der Lichtscheibe (6, 6', 6") sich quer zur optischen Achse (7) erstreckende ebene Flächen aufweist.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) konusförmig und/oder rotationssymmetrisch zu der optischen Achse (7) verläuft.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Rückseite (12) der Lichtscheibe (6, 6', 6") angeordneten Auskoppelelemente (13) jeweils als Prismenelemente ausgebildet sind, die in Querrichtung (Q) zu der optischen Achse (7) über den Gesamtbereich der Lichtscheibe gleichmäßig verteilt oder in einem Teilbereich (16) der Lichtscheibe verteilt angeordnet sind.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (21) auf einer der Lichtquelle (2) zugewandten Seite einen Umlenkabschnitt (22) aufweist zur Umlenkung des eingekoppelten Lichts direkt zu dem Reflektor (3).
Leuchteinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkabschnitt (22) Fresnel-Optiken (23) oder Bogen-Optiken aufweist.
Leuchteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmige Fläche (14, 25) des Optikelements (5, 21) eine solche Krümmung aufweist, dass das an derselben Fläche totalreflektierte Licht in Richtung der Rückseite der Lichtscheibe (6, 6") weitergeleitet wird zur Auskopplung in Richtung des Reflektors (3) oder dass das an derselben Fläche totalreflektierte Licht in Richtung der Rückseite der Lichtscheibe (6) weitergeleitet wird, an der sie in Querrichtung nach außen weiter innerhalb der Lichtscheibe (6) totalreflektiert wird.
Leuchteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lichtverteilscheibe (15, 20, 24) trichterförmig von dem Öffnungsrand (4) des Gehäuses (1) in Richtung der optischen Achse (7) erstreckt.