EP2805197A1 - Lichtmodul für scheinwerfer, insbesondere von schienenfahrzeugen, lichtleitkörper für ein solches lichtmodul und scheinwerfer mit einem solchen lichtmodul - Google Patents

Lichtmodul für scheinwerfer, insbesondere von schienenfahrzeugen, lichtleitkörper für ein solches lichtmodul und scheinwerfer mit einem solchen lichtmodul

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EP2805197A1
EP2805197A1 EP13704543.1A EP13704543A EP2805197A1 EP 2805197 A1 EP2805197 A1 EP 2805197A1 EP 13704543 A EP13704543 A EP 13704543A EP 2805197 A1 EP2805197 A1 EP 2805197A1
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EP
European Patent Office
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light
module
light module
exit surface
light guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13704543.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Krause
Ulf Oesterwind
Tobias Meier
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Schaltbau Refurbishment GmbH
Original Assignee
Pintsch Bamag AG
Pintsch Bamag Antriebs und Verkehrstechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Pintsch Bamag AG, Pintsch Bamag Antriebs und Verkehrstechnik GmbH filed Critical Pintsch Bamag AG
Publication of EP2805197A1 publication Critical patent/EP2805197A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
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    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
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    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
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    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/022—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses lens and mount having complementary engagement means, e.g. screw/thread

Definitions

  • the invention relates to a light module for headlights, in particular of
  • Rail vehicles for generating a specific light distribution with a cut-off line also relates to a light guide body for such a light module and a headlamp equipped with such a light module.
  • Light modules for producing a specific light distribution with a light-dark boundary are known, e.g. from DE 10 2009 010 558 A1. at
  • Vehicle headlights runs the Patoscuro border substantially horizontally and has a country-typical, prescribed by standards or laws course.
  • the cut-off line comprises two horizontal sections, with the section located on the own traffic side running above the other section and therefore the own one
  • Vehicle side continues to illuminate as the vehicle side on which oncoming traffic. Between both sections there is a transition area with an increase of about 15 °. In the USA, by contrast, a continuous horizontal course of the cut-off line is common in motor vehicles.
  • Light distribution should result in the operation of the light module.
  • the requirements are typically specified such that the angular distribution of light around a main emission direction is defined.
  • a typical solution is described in the cited DE 10 2009 010 558 A1 and comprises a light source, a primary optic, a diaphragm and a secondary optic in the form of a projection lens which generates the light generated by the light source and focused by the primary optics and partially blanked out by the diaphragm projected.
  • Shielding element is effected, which is arranged in the beam path between a light source and a reflector, wherein a corresponding fastening element for holding the shielding element is located in the beam path.
  • this light module it is difficult for the headlights of vehicles, in particular
  • the assembly of a light module suitable for headlights of vehicles and in particular the mounting of the light guide body used is a non-trivial
  • the invention has for its object to provide a light module for headlights for
  • Specify generation of a specific light distribution with a cut-off line in which not only certain, customer specified light distribution can be generated in a simple and cost-effective manner and in particular also allows the use of LEDs as a light source, but in which an excellent vibration resistance can be ensured can.
  • a corresponding light guide body should
  • the object is achieved by a light module with the features of claim 1.
  • the independent claim 1 1 relates to a light guide for a light module, the sibling claim 12 a headlamp with a light module according to the invention or a light guide according to the invention.
  • the respective ones relates to a light guide for a light module, the sibling claim 12 a headlamp with a light module according to the invention or a light guide according to the invention.
  • the primary optics comprises a light guide body based on the principle of total internal reflection with a light entrance surface and a light exit surface which has at least two partial surfaces radiating in different directions.
  • a light source in particular one or more LEDs, can be used almost completely for the desired illumination.
  • At least two supporting bodies formed on the light guide body allow a simple and secure holding of the light guide body relative to the light source, so that
  • Vibrations of the light beam about the optical axis due to movements of the Fiber optic relative to the light source can be effectively limited and the light module can be mounted with special vibration resistance.
  • the support body secure the light guide against displacement relative to
  • Each support body may advantageously be provided with a receptacle for a screw, whereby the support body each receive a rigid and lightweight hollow profile with low moment of inertia, which in turn effectively limits the tendency to vibration.
  • receptacles reduce the mass of the support bodies and also favor the surface to volume ratio, so that the bodies are less susceptible to thermal expansion and associated stresses.
  • the recordings can be formed directly during manufacture, for example injection molding, of the light guide body or subsequently, for example by drilling.
  • Fig. 1 shows partially schematically a vertical section through a
  • Fig. 2 shows the light module of FIG. 1 in a perspective view.
  • Fig. 3 shows a light guide according to the invention in perspective
  • Fig. 4 shows the light guide according to FIG. 1 in side view. 5 shows a section along the line VV through the light guide body according to FIG. 4.
  • Fig. 6 shows a side view of the light guide seen in the direction of
  • Fig. 7 shows a plan view of the light guide seen in the direction of
  • Fig. 8 shows a diaphragm for a light module.
  • Fig. 9 shows a possible alternative arrangement of a diaphragm for a
  • Fig. 1 is a designated in its entirety with 10 light module for
  • Headlamp in particular for headlights of rail vehicles, shown, which includes a light source 12 schematically shown here by a rectangle, designated in its entirety by 14 primary optics, a diaphragm 16 and a secondary optics 18 in the form of a conventional Fresnel lens.
  • the optical axis and, in this embodiment, the main emission direction of the light emitted by the primary optics 14 during operation of the light module are indicated by the line 20.
  • the light module is designed for installation in and in particular also for retrofitting of known headlamps, wherein the headlights comprise further, not shown here parts such as a housing and a lens.
  • the main body 22 and a lateral light exit surface 24 can be seen in FIG.
  • the light source 12 which is preferably an LED or a plurality of LEDs, in particular a high-power LED, is arranged on a printed circuit board 28. Conventional switching and connection means can also be provided on the board, but are not shown here. From the circuit board 28 extends in the direction of the secondary optics 18, a diaphragm holder 30, at the end of the aperture 16 is arranged releasably and preferably adjustable.
  • the panel may have a slot provided with a scale and be fastened to the panel holder 30 via a screw guided through the slot.
  • the diaphragm is adjustable, certain manufacturing tolerances in the radiation behavior of the light source, in particular a high-power LED, can advantageously be compensated for by bringing the free end of the diaphragm 16 closer to the optical axis 20 or further away from it. If the diaphragm is detachably and adjustably attached to a diaphragm holder, the use in one is the preferred application of the light module according to the invention
  • An advantage of the light guide according to the invention is precisely the fact that it can be arranged in a simple, but vibration-proof manner relative to a light source and thus enables the use of the light module in headlights of rail vehicles.
  • the diaphragm can be designed to be fixed or displaceable, in particular motor-adjustable, in order to produce different light distributions, e.g. High beam and high beam dimmed by more or less wide retraction of the aperture in the path of the primary optics leaving light to produce.
  • different light distributions e.g. High beam and high beam dimmed by more or less wide retraction of the aperture in the path of the primary optics leaving light to produce.
  • Embodiment of the light module for rail vehicles however, the aperture is fixed.
  • the circuit board 28 and the diaphragm holder 30 are provided on a mounting plate 32, which serves not only to support light source, primary optics, aperture and secondary optics, but also for installation of the light module in a headlight and as a heat sink.
  • the mounting plate on its side facing away from the light source 12 has a number of cooling fins 34, as can be seen in particular in Fig. 2 well.
  • a housing shell 36 is fixed, which surrounds the light source, the primary optics 14 and the diaphragm 16 and carries the secondary optics 18.
  • a cable guide 38 is provided on the mounting plate.
  • the light module 10 is shown schematically in perspective view, viewed obliquely from above.
  • the secondary optic 18, which is a Fresnel lens is shown without the typical groove structure.
  • cooling fins 34 are provided, of which for reasons of clarity, only a few have been provided with reference numerals. The cooling fins not only reduce material stress due to thermal expansion, but also increase the rigidity of the mounting plate.
  • FIGS. 3 to 7 a light guide body according to the invention is shown in different, partially sectioned views.
  • the light guide 14 is known as
  • Formed optics and has a light entrance surface 40, which in the
  • the light source at least partially surrounds and advantageously captures at least significant parts of the light emitted from the light source and thus makes it usable for illumination.
  • It is preferably made of polycarbonate and can be produced by injection molding.
  • the light guide body 14 comprises a main body 22 and two support bodies 26, which are integrally formed on the main body 22 and seamlessly in lateral
  • the corresponding openings in the board 28 and / or the mounting plate 32 is a positive alignment of the
  • Support body may be provided with corresponding receptacles 46, as indicated in Fig. 4 by the broken lines and shown in Fig. 7. These recordings also have the advantage of reducing the inertial mass of the light guide body 14 and thus positively influencing its vibration behavior.
  • a so-called upper light exit surface 44 can be seen, which together with the lateral light exit surfaces 24 and a Main light exit surface 48 (Fig. 7) forms the light exit surface of the light guide 14.
  • the light exit surface of the light guide body 14 comprises at least two partial surfaces radiating in different directions. In the shown
  • Embodiment are, as well visible in Fig. 7, a total of four partial surfaces 24, 44 and 48 are provided, which serve to define a main emission of a light beam emitted from the light guide in operation light beam and this
  • the invention thus advantageously makes it possible to fulfill customer-specific requirements for a radiated light distribution by designing a corresponding optical waveguide together with appropriate adjustment of the diaphragm, and possibly even with a single LED as the light source.
  • the light module according to the invention can after the
  • Modular principle be made so that a specific light guide is used depending on the customer requirement. Also, it is easily possible thanks to the invention, e.g. at the
  • the individual partial surfaces of the light exit surface of the light guide body act as follows: the partial surface 48, which is planar in this embodiment and defines a plane on which the optical axis 20 ( Figure 1) of the entire optical system consisting of light source, primary and secondary optics is perpendicular determines determines the main emission of the light generated in operation by the light source and collimated by the primary optics. It is therefore also referred to as main light exit surface 48.
  • the term "collimating” is understood to mean that the light rays which have passed into the light guide body via the light entry surface are directed in parallel by total internal reflection, the light rays, as explained below, passing the light guide body through the different subareas 24, 44 and 48, which together Light exit surface form, in different directions, so not parallel, leave.
  • Another light exit surface 44 is arranged so that they are in
  • Vehicle headlight in particular a rail vehicle headlight, located above the main light exit surface 48, which is why they also as upper Light exit surface 44 is designated.
  • the upper light exit surface extends obliquely inclined to the main light exit surface 48 in this embodiment. It causes a portion of the light entering the light guide body from the light source to be radiated obliquely downwards as viewed relative to the optical axis. Thus, a customer request for better illumination of the vicinity can be met in front of a vehicle equipped with a corresponding headlight.
  • two partial surfaces 24 are provided, which are therefore also referred to as lateral light exit surfaces and which radiate a horizontal expansion of the light module during operation
  • the invention makes it possible to easily meet customer demands on the light distribution requirements by appropriate dimensioning and design of the light exit surfaces. For example, a customer could
  • the so-called vertical tenth scattering angle ie the angle at which the emitted light from the light module vertically below the optical axis still has a light intensity of about 10% of the light intensity of the radiated in the main emission direction light, between about 2 ° and 10 ° is.
  • Light modules of the type in question typically radiate between about 40,000 and 70,000 Cd in the main emission direction.
  • the upper light exit surface would then be e.g. dimensioned and designed so that at an angle of about 6 ° vertically downwards relative to the optical axis then about 4,000 to 7,000 Cd are measured.
  • Analog could be required by the customer that the lateral (left and right seen to Hauptabstrahlraum) tenth scattering angle between each about 2 ° and 10 ° are, what then the design of the lateral
  • Light exit surfaces 24 is taken accordingly. Other customer requests may e.g. be defined in standards.
  • the light exit surfaces 24 are arranged symmetrically to each other in this embodiment, so that thus a symmetrical relative to an imaginary extending in the direction of the optical axis vertical mirror plane
  • the light guide body shown thus represents a typical for headlights of rail vehicles light guide.
  • the sub-surfaces 24 each form different, so as to different To create light distributions and to fulfill special customer requirements. It is also possible to provide more than two lateral light exit surfaces, for example two right and left of the main light exit surface. It is also possible, instead of an upper light exit surface as shown, to form a plurality of light exit surfaces radiating in different directions.
  • FIGS. 8 and 9 show by way of example only two possible arrangements of an aperture 16 or 16 'relative to the optical axis and main emission direction indicated by the dot-dashed line 20.
  • the aperture 16 shown in Fig. 8 has a formed by chamfering sharp edge 50, thereby preventing that in the
  • High power LEDs allows.
  • the light guide body and a light module or a headlight equipped therewith are suitable for high-speed rail vehicles. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für Scheinwerfer, insbesondere von Schienenfahrzeugen, zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, wobei sich das Lichtmodul durch eine besondere Rüttelfestigkeit auszeichnet. Dazu weist das Lichtmodul eine Lichtquelle, eine Primäroptik zum Kollimieren des von der Lichtquelle stammenden Lichts, eine Blende zum Ausblenden eines Teils des von der Primäroptik kollimierten Lichts und eine Sekundäroptik zum Projizieren von der Primäroptik kollimierten und nicht von der Blende ausgeblendeten Lichts auf, wobei die Primäroptik einen auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhenden Lichtleitkörper (14) mit einer Lichteintrittsfläche (40) und einer Lichtaustrittsfläche umfaßt, wobei die Lichtaustrittsfläche wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Teilflächen (24, 44) umfaßt und wobei der Lichtleitkörper (14) wenigstens zwei integral angeformte Stützkörper (26) zur rüttelfesten Befestigung des Lichtleitkörpers (14) relativ zu der Lichtquelle aufweist.

Description

LICHTMODUL FÜR SCHEINWERFER, INSBESONDERE VON
SCHIENENFAHRZEUGEN , LICHTLEITKÖRPER FÜR EIN SOLCHES LICHTMODUL
UND SCHEINWERFER MIT EINEM SOLCHEN LICHTMODUL
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für Scheinwerfer, insbesondere von
Schienenfahrzeugen zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung mit einer Hell- Dunkel-Grenze. Die Erfindung betrifft auch einen Lichtleitkörper für ein solches Lichtmodul und einen mit einem solchen Lichtmodul ausgestatteten Scheinwerfer.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Lichtmodule zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel- Grenze sind bekannt, z.B. aus der DE 10 2009 010 558 A1 . Bei
Fahrzeugscheinwerfern verläuft die Hell-Dunkel-Grenze im wesentlichen horizontal und besitzt einen landestypischen, durch Normen oder Gesetze vorgeschriebenen Verlauf. Bei Kraftfahrzeugscheinwerfern umfaßt in Europa die Hell-Dunkel-Grenze zwei horizontale Abschnitte, wobei der auf der eigenen Verkehrsseite angeordnete Abschnitt oberhalb des anderen Abschnittes verläuft und daher die eigene
Fahrzeugseite weiter ausleuchtet als die Fahrzeugseite, auf der entgegenkommender Verkehr fährt. Zwischen beiden Abschnitten gibt es einen Übergangsbereich mit einem Anstieg von etwa 15°. In den USA ist dagegen bei Kraftfahrzeugen ein kontinuierlicher horizontaler Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze üblich.
Die Kunden von Herstellern entsprechender Lichtmodule geben vor, welche gesetzlichen Bestimmungen, Normen oder sonstigen Kundenwünschen das
Lichtmodul bzw. ein damit ausgestatteter Scheinwerfer erfüllen, insbesondere welche
Lichtverteilung sich im Betrieb des Lichtmoduls ergeben soll. Die Anforderungen werden typischerweise derart spezifiziert, daß die winkelmäßige Lichtverteilung um eine Hauptabstrahlrichtung definiert wird. Zur Erfüllung der jeweiligen Anforderungen sind unterschiedlichste Lösungen bekannt. Eine typische Lösung ist in der genannten DE 10 2009 010 558 A1 beschrieben und umfaßt eine Lichtquelle, eine Primäroptik, eine Blende und eine Sekundäroptik in Form einer Projektionslinse, die das von der Lichtquelle erzeugte, durch die Primäroptik gebündelte und von der Blende teilweise ausgeblendete Licht projiziert.
Um eine bestimmte Menge Licht gezielt in Bereiche abzustrahlen, in die durch die Blende bedingt eigentlich kein Licht gelangen kann, z.B. um Verkehrsschilder anzuleuchten ohne dabei den Gegenverkehr zu blenden, wird in der genannten DE 10 2009 010 558 A1 vorgeschlagen, in die Blende eine Lichtdurchtrittsöffnung
einzubringen, so daß an einer definierten Richtung ein bestimmter Teil des von der Lichtquelle erzeugten Lichts auch die Blende durchdringen kann.
Aus der DE 199 47 876 A1 ist ein Lichtmodul bekannt, bei dem die gewünschte Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze durch ein speziell geformtes
Abschirmelement bewirkt wird, das im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem Reflektor angeordnet ist, wobei sich ein entsprechendes Befestigungselement zur Halterung des Abschirmelements im Strahlengang befindet. Bei diesem Lichtmodul ist es schwierig, die für Scheinwerfer von Fahrzeugen, insbesondere
Schienenfahrzeugen, erforderliche besondere Rüttelfestigkeit sicherzustellen.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung mit spezieller Ausformung der Blende ist hinsichtlich der Möglichkeiten, damit bestimmte Lichtverteilung zu erzeugen, begrenzt. Die Lösung mit Abschirmelement und Reflektor ist für Anwendungen im Bereich der LED-Technik aufgrund der speziellen Abstrahlcharakteristik von LEDs nicht geeignet.
Die DE 103 61 121 A1 , die US 2,254,961 und die DE 103 40 039 A1 zeigen jeweils auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhende Lichtleitkörper mit in wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlenden Lichtaustrittsflächen, mit denen sich bestimmte Lichtverteilungen erzeugen lassen. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgrund der besonderen Belastungen gerade bei Schienenfahrzeugen ist der Zusammenbau eines für Scheinwerfer von Fahrzeugen geeigneten Lichtmoduls und insbesondere die Halterung des verwendeten Lichtleitkörpers ein nicht triviales
Problem. Es gilt, zu verhindern, daß sich die einzelnen Teile des Lichtmoduls bei den auftretenden Rüttelbelastungen relativ zueinander verschieben oder sogar gänzlich voneinander lösen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul für Scheinwerfer zur
Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze anzugeben, bei dem nicht nur bestimmte, kundenseitig vorgegebene Lichtverteilungen in einfacher und kostengünstiger Weise erzeugt werden können und das insbesondere auch den Einsatz von LEDs als Lichtquelle erlaubt, sondern bei dem eine hervorragende Rüttelfestigkeit sichergestellt werden kann. Ein entsprechender Lichtleitkörper soll
Leichtigkeit und geringen Herstellungsaufwand mit einfacher und sicherer
Montierbarkeit und hoher Rüttelfestigkeit verbinden.
Die Aufgabe wird gelöst von einem Lichtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der nebengeordnete Anspruch 1 1 betrifft einen Lichtleitkörper für ein Lichtmodul, der nebengeordnete Anspruch 12 einen Scheinwerfer mit einem erfindungsgemäßen Lichtmodul bzw. einem erfindungsgemäßen Lichtleitkörper. Die jeweiligen
Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dazu kombiniert die Erfindung insbesondere folgende Maßnahmen:
Die Primäroptik umfaßt einen auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhenden Lichtleitkörper mit einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche, welche wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Teilflächen aufweist. Damit kann von einer Lichtquelle, insbesondere einer oder mehrerer LEDs, abgegebenes Licht nahezu vollständig zur gewünschten Ausleuchtung genutzt werden.
Wenigstens zwei am Lichtleitkörper angeformte Stützkörper erlauben eine einfache und sichere Halterung des Lichtleitkörpers relativ zur Lichtquelle, so daß
Schwingungen des Lichtstrahls um die optische Achse aufgrund von Bewegungen des Lichtleitkörpers relativ zur Lichtquelle effektiv begrenzt werden können und das Lichtmodul mit besonderer Rüttelfestigkeit montiert werden kann.
Die Stützkörper sichern den Lichtleitkörper gegen Verschiebungen relativ zur
Lichtquelle und ermöglichen vorteilhaft den Verzicht auf ansonsten für diese Funktion notwendige Halterungen mit eigenen Trägheitsmomenten, Zwischenräumen und Fertigungstoleranzen, also den Verzicht auf Bauteile und Eigenschaften, die jeweils Schwingungen begünstigen und damit die Rüttelfestigkeit vermindern können. Jeder Stützkörper kann vorteilhaft mit einer Aufnahme für eine Schraube versehen sein, wodurch die Stützkörper jeweils ein steifes und leichtes Hohlprofil mit niedrigem Trägheitsmoment erhalten, was wiederum die Schwingungsneigung effektiv begrenzt. Zudem vermindern solche Aufnahmen die Masse der Stützkörper und begünstigen auch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, so daß die Körper weniger anfällig gegen Wärmeausdehnung und damit verbundene Spannungen sind. Die Aufnahmen können direkt beim Herstellen, zum Beispiel Spritzgießen, des Lichtleitkörpers ausgebildet oder nachträglich, zum Beispiel durch Bohren, eingebracht werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden rein beispielhaften und nicht-beschränkenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 zeigt teilweise schematisiert einen Vertikalschnitt durch ein
erfindungsgemäßes Lichtmodul.
Fig. 2 zeigt das Lichtmodul gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Lichtleitkörper in perspektivischer
Darstellung.
Fig. 4 zeigt den Lichtleitkörper gemäß Fig. 1 in Seitenansicht. Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V durch den Lichtleitkörper gemäß Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht des Lichtleitkörpers gesehen in Richtung des
Pfeils VI in Fig. 4.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf den Lichtleitkörper gesehen in Richtung des
Pfeils VII in Fig. 4.
Fig. 8 zeigt eine Blende für ein Lichtmodul.
Fig. 9 zeigt eine mögliche alternative Anordnung einer Blende für ein
Lichtmodul.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes Lichtmodul für
Scheinwerfer, insbesondere für Scheinwerfer von Schienenfahrzeugen, gezeigt, das eine hier schematisch durch ein Rechteck dargestellte Lichtquelle 12, eine in ihrer Gesamtheit mit 14 bezeichnete Primäroptik, eine Blende 16 und eine Sekundäroptik 18 in Form einer üblichen Fresnellinse umfaßt. Die optische Achse und, bei diesem Ausführungsbeispiel, die Hauptabstrahlrichtung des beim Betrieb des Lichtmoduls über die Primäroptik 14 abgestrahlten Lichts sind durch die Linie 20 angedeutet. Das Lichtmodul ist zum Einbau in und insbesondere auch zur Nachrüstung von an sich bekannten Scheinwerfern ausgebildet, wobei die Scheinwerfer weitere, hier nicht gezeigte Teile wie ein Gehäuse und eine Abschlußscheibe umfassen.
Von der Primäroptik 14, die durch einen nachfolgend noch näher beschriebenen Lichtleitkörper gebildet wird, sind in Fig. 1 der Hauptkörper 22 und eine seitliche Lichtaustrittsfläche 24 zu erkennen.
Die Lichtquelle 12, bei der es sich vorzugsweise um eine LED oder mehrere LEDs, insbesondere eine Hochleistungs-LED handelt, ist auf einer Platine 28 angeordnet. Übliche Schalt- und Anschlußmittel können ebenfalls auf der Platine vorgesehen sein, sind aber hier nicht weiter dargestellt. Von der Platine 28 erstreckt sich in Richtung auf die Sekundäroptik 18 ein Blendenhalter 30, an dessen Ende die Blende 16 lös- und vorzugsweise justierbar angeordnet ist. So kann die Blende z.B. ein mit einer Skala versehenes Langloch aufweisen und über eine durch das Langloch geführte Schraube an dem Blendenhalter 30 befestigt werden. Ist die Blende justierbar, können vorteilhaft gewisse Fertigungstoleranzen im Abstrahlverhalten der Lichtquelle, insbesondere einer Hochleistungs-LED, dadurch ausgeglichen werden, daß das freie Ende der Blende 16 näher an die optische Achse 20 gebracht oder weiter von dieser entfernt wird. Ist die Blende lös- und justierbar an einem Blendenhalter angebracht, ist für den bevorzugten Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Lichtmoduls, nämlich den Einsatz in einem
Scheinwerfer eines Schienenfahrzeuges, auf eine sogenannte rüttelsichere
Befestigung zu achten. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtleitkörpers ist gerade die Tatsache, daß dieser in einfacher, aber rüttelsicherer Weise relativ zu einer Lichtquelle angeordnet werden kann und damit den Einsatz des Lichtmoduls in Scheinwerfern von Schienenfahrzeugen ermöglicht.
Allgemein kann die Blende feststehend oder verschieblich, insbesondere motorisch verstellbar ausgebildet sein, um verschiedene Lichtverteilungen, wie z.B. Fernlicht und Fernlicht abgeblendet durch mehr oder weniger weites Einfahren der Blende in den Weg des die Primäroptik verlassenden Lichtes zu erzeugen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform des Lichtmoduls für Schienenfahrzeuge steht die Blende allerdings fest.
Die Platine 28 und der Blendenhalter 30 sind auf einer Montageplatte 32 vorgesehen, die nicht nur zur Halterung von Lichtquelle, Primäroptik, Blende und Sekundäroptik, sondern auch zum Einbau des Lichtmoduls in einem Scheinwerfer und als Kühlkörper dient. Dazu besitzt die Montageplatte an ihrer der Lichtquelle 12 abgewandten Seite eine Reihe von Kühlrippen 34, wie insbesondere in Fig. 2 gut zu erkennen. An der Montageplatte 32 ist ein Gehäusemantel 36 befestigt, der die Lichtquelle, die Primäroptik 14 und die Blende 16 umgibt und der die Sekundäroptik 18 trägt. Zur Einführung von Kabeln zur Versorgung der Lichtquelle mit Strom und ggf. Steuerung eines Antriebs für die Blende ist eine Kabelführung 38 an der Montageplatte vorgesehen. In der Fig. 2 ist das Lichtmodul 10 in perspektivischer Ansicht, gesehen schräg von oben, schematisiert dargestellt. Insbesondere ist die Sekundäroptik 18, bei der es sich um eine Fresnellinse handelt, ohne die typische Rillenstruktur dargestellt. Auf der dem Gehäuse 36 abgewandten Seite der Montageplatte 32 sind Kühlrippen 34 vorgesehen, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen wurden. Die Kühlrippen vermindern nicht nur Materialverspannungen infolge von Wärmeausdehnung, sondern erhöhen auch die Steifigkeit der Montageplatte.
In den Fig. 3 bis 7 ist ein erfindungsgemäßer Lichtleitkörper in verschiedenen, teilweise geschnittenen Ansichten gezeigt. Der Lichtleitkörper 14 ist als sogenannte
Vorsatzoptik ausgebildet und besitzt eine Lichteintrittsfläche 40, die im
bestimmungsgemäßen Montagezustand wie in Fig. 1 gezeigt die Lichtquelle zumindest partiell umgreift und vorteilhaft zumindest wesentliche Teile des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts einfängt und damit zur Ausleuchtung nutzbar macht. Er besteht vorzugsweise aus Polycarbonat und kann im Spritzgußverfahren hergestellt werden.
Der Lichtleitkörper 14 umfaßt einen Hauptkörper 22 und zwei Stützkörper 26, die integral am Hauptkörper 22 angeformt sind und nahtlos in seitliche
Lichtaustrittsflächen 24 übergehen.
An den im bestimmungsgemäßen Montagezustand einer Montageplatte und/oder einer Platine zugewandten Enden der Stützkörper 26 sind bei diesem Ausführungsbeispiel Montagevorsprünge 42 vorgesehen, die mit entsprechenden Öffnungen in der Platine 28 und/oder der Montageplatte 32 eine formschlüssige Ausrichtung des
Lichtleitkörpers relativ zu einer auf der Montageplatte und/oder einer Platine angeordneten Lichtquelle ermöglichen, wobei der Lichtleitkörper dann z.B. mittels in die Stützkörper durch eine Montageplatte und/oder durch eine Platine
hindurchgeführte Schrauben gesichert werden kann, zu deren Aufnahme die
Stützkörper mit entsprechenden Aufnahmen 46 versehen sein können, wie in Fig. 4 durch die gebrochenen Linien angedeutet und in Fig. 7 gezeigt. Diese Aufnahmen haben auch den Vorteil, die träge Masse des Lichtleitkörpers 14 zu vermindern und damit dessen Schwingungsverhalten positiv zu beeinflussen.
In den Fig. 4 bis 7 ist eine sogenannte obere Lichtaustrittsfläche 44 zu erkennen, die zusammen mit den seitlichen Lichtaustrittsflächen 24 und einer Hauptlichtaustrittsfläche 48 (Fig. 7) die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitkörpers 14 bildet.
Erfindungsgemäß umfaßt die Lichtaustrittsfläche des Lichtleitkörpers 14 wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Teilflächen. Bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel sind, wie in Fig. 7 gut zu erkennen, insgesamt vier Teilflächen 24, 44 und 48 vorgesehen, die dazu dienen, eine Hauptabstrahlrichtung eines von dem Lichtleitkörper im Betrieb abgestrahlten Lichtbündels zu definieren und dieses
Lichtbündel in exakt vorherbestimmbarer Weise aufzuweiten. Die Erfindung erlaubt es damit vorteilhaft, durch Gestalten eines entsprechenden Lichtleitkörpers zusammen mit entsprechender Einstellung der Blende kundenspezifische Anforderungen an eine abgestrahlte Lichtverteilung zu erfüllen, und dies ggf. sogar mit einer einzigen LED als Lichtquelle. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Lichtmodul nach dem
Baukastenprinzip gefertigt werden, so daß je nach Kundenanforderung ein bestimmter Lichtleitkörper eingesetzt wird. Auch ist es dank der Erfindung leicht möglich, z.B. beim
Verkauf eines Schienenfahrzeuges entsprechende Scheinwerfer durch Austausch der Lichtleitkörper an neue Kundenanforderungen anzupassen.
Die einzelnen Teilflächen der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitkörpers wirken wie folgt zusammen: die Teilfläche 48, die bei diesem Ausführungsbeispiel plan ist und eine Ebene definiert, auf der die optische Achse 20 (Fig. 1 ) des gesamten optischen Systems aus Lichtquelle, Primär- und Sekundäroptik senkrecht steht, bestimmt die Hauptabstrahlrichtung des im Betrieb von der Lichtquelle erzeugten und durch die Primäroptik kollimierten Lichts. Sie wird deshalb auch als Hauptlichtaustrittsfläche 48 bezeichnet. Dabei wird hier unter dem Begriff "Kollimieren" verstanden, daß die über die Lichteintrittsfläche in den Lichtleitkörper gelangten Lichtstrahlen durch innere Totalreflexion parallel gerichtet werden, wobei die Lichtstrahlen wie nachfolgend noch dargelegt den Lichtleitkörper durch die verschiedenen Teilflächen 24, 44 und 48, die gemeinsam die Lichtaustrittsfläche bilden, in unterschiedlichen Richtungen, also nicht parallel, verlassen.
Eine weitere Lichtaustrittsfläche 44 ist so angeordnet, daß sie sich im
bestimmungsgemäßen Montagezustand des Lichtleitkörpers 14 in einem
Fahrzeugscheinwerfer, insbesondere einem Schienenfahrzeugscheinwerfer, oberhalb der Hauptlichtaustrittsfläche 48 befindet, weshalb sie auch als obere Lichtaustrittsfläche 44 bezeichnet wird. Die obere Lichtaustrittsfläche verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel schräg geneigt zur Hauptlichtaustrittsfläche 48. Sie bewirkt, daß ein Teil des von der Lichtquelle in den Lichtleitkörper eintretenden Lichts relativ zur optischen Achse gesehen schräg nach unten abgestrahlt wird. Damit kann ein Kundenwunsch nach besserer Ausleuchtung des Nahbereichs vor einem mit einem entsprechenden Scheinwerfer ausgestatteten Fahrzeug erfüllt werden.
Seitlich links und rechts neben der Hauptlichtaustrittsfläche 48 sind zwei Teilflächen 24 vorgesehen, die daher auch als seitliche Lichtaustrittsflächen bezeichnet werden und die eine horizontale Aufweitung des im Betrieb des Lichtmoduls abgestrahlten
Lichtbündels bewirken.
Die Erfindung erlaubt es, in einfacher Weise kundenseitig an die Lichtverteilung gestellte Anforderungen durch entsprechende Dimensionierung und Gestaltung der Lichtaustrittsflächen zu erfüllen. Beispielsweise könnte eine kundenseitige
Anforderung sein, daß der sogenannte vertikale Zehntelstreuwinkel, also der Winkel, unter dem das von dem Lichtmodul abgestrahlte Licht vertikal unterhalb der optischen Achse gesehen noch eine Lichtstärke von etwa 10 % der Lichtstärke des in der Hauptabstrahlrichtung abgestrahlten Lichts besitzt, zwischen etwa 2° und 10° liegt. Lichtmodule der hier in Frage stehenden Art strahlen in der Hauptabstrahlrichtung typischerweise zwischen etwa 40.000 und 70.000 Cd ab. Die obere Lichtaustrittsfläche würde dann z.B. so dimensioniert und gestaltet, daß unter einem Winkel von etwa 6° vertikal nach unten relativ zur optischen Achse dann noch etwa 4.000 bis 7.000 Cd gemessen werden. Analog könnte vom Kunden gefordert werden, daß die seitlichen (links und rechts zur Hauptabstrahlrichtung gesehenen) Zehntelstreuwinkel zwischen jeweils etwa 2° und 10° liegen, wozu dann die Ausgestaltung der seitlichen
Lichtaustrittsflächen 24 entsprechend getroffen wird. Andere Kundenwünsche können z.B. in Normen definiert sein. Die Lichtaustrittsflächen 24 sind bei diesem Ausführungsbeispiel zueinander symmetrisch angeordnet, so daß sich damit eine relativ zu einer gedachten in Richtung der optischen Achse verlaufenden vertikalen Spiegelebene symmetrische
Lichtverteilung ergibt. Der gezeigte Lichtleitkörper stellt damit einen für Scheinwerfer von Schienenfahrzeugen typischen Lichtleitkörper dar. Es ist jedoch leicht möglich, die Teilflächen 24 jeweils unterschiedlich auszubilden, um damit unterschiedliche Lichtverteilungen zu erzeugen und spezielle Kundenwünsche zu erfüllen. Dabei ist es auch möglich, mehr als zwei seitliche Lichtaustrittsflächen vorzusehen, z.B. rechts und links neben der Hauptlichtaustrittsfläche jeweils zwei. Auch ist es möglich, statt wie gezeigt einer oberen Lichtaustrittsfläche mehrere, in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Lichtaustrittsflächen zu bilden.
In den Figuren 8 und 9 sind rein beispielhaft zwei mögliche Anordnungen einer Blende 16 bzw. 16' relativ zu der durch die strichpunktierte Linie 20 angedeuteten optischen Achse und Hauptabstrahlrichtung gezeigt. Die in Fig. 8 gezeigte Blende 16 besitzt eine durch Anfasen gebildete scharfe Kante 50, wodurch verhindert wird, daß in der
Zeichnung von links auf die Blende treffendes Licht an einer ansonsten parallel zur optischen Achse verlaufenden Seite der Blende unkontrolliert reflektiert wird und die gewünschte Lichtverteilung stört. Der gleiche vorteilhafte Effekt kann erzielt werden, wenn, wie in Fig. 9 gezeigt, eine übliche Blende 16' schräg zur optischen Achse angeordnet wird, da sich auch dann eine scharfe Trennkante 50' ergibt.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind zahlreiche Abwandlungen und
Weiterbildungen möglich, die sich z.B. auf die Anzahl und Ausgestaltung der
Teilflächen der Lichtaustrittsfläche des Lichtleitkörpers beziehen. Auch ist es theoretisch möglich, die Primäroptik zweiteilig zu gestalten und in einen Kollimationsteil und einen Lichtformungsteil zu unterteilen. Auch können statt der gezeigten zwei Stützkörper drei oder mehr Stützkörper am Lichtleitkörper angeformt sein, wobei die integrale Ausbildung des Lichtleitkörpers mit angeformten Stützkörpern eine
besonders einfache und kostengünstige, gleichzeitig sichere und rüttelfeste Halterung des Lichtleitkörpers relativ zu einer Lichtquelle, insbesondere einer oder mehreren
Hochleistungs-LEDs ermöglicht. Der Lichtleitkörper und ein damit ausgestattetes Lichtmodul bzw. ein Scheinwerfer sind für Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeuge geeignet. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Lichtmodul
12 Lichtquelle
14 Primäroptik in Form eines Lichtleitkörpers
16, 16' Blende
18 Sekundäroptik
20 optische Achse und Hauptabstrahlrichtung
22 Hauptkörper
24 seitliche Lichtaustrittsfläche
26 Stützkörper
28 Platine
30 Blendenhalter
32 Kühlkörper
34 Kühlrippe
36 Gehäuse
38 Kabelführung
40 Lichteintrittsfläche
42 Montagevorsprung
44 obere Lichtaustrittsfläche
46 Befestigungsaufnahme
48 Hauptlichtaustrittsfläche
50, 50' Trennkante

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lichtmodul (10) für Scheinwerfer, insbesondere von Schienenfahrzeugen, zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, umfassend - eine Lichtquelle (12),
eine Primäroptik, um von der Lichtquelle (12) stammendes Licht zunächst zu kollimieren,
eine Blende (16) zum Ausblenden eines Teils des von der Primäroptik kollimierten Lichts und
- eine Sekundäroptik (18) zum Projizieren von der Primäroptik kollimierten und nicht von der Blende ausgeblendeten Lichts,
wobei die Primäroptik einen auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhenden Lichtleitkörper (14) mit einer Lichteintrittsfläche (40) und einer
Lichtaustrittsfläche umfaßt,
- wobei die Lichtaustrittsfläche wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Teilflächen (24, 44, 48) umfaßt und
wobei der Lichtleitkörper (14) wenigstens zwei integral angeformte Stützkörper
(26) zur rüttelfesten Befestigung des Lichtleitkörpers (22) relativ zu der Lichtquelle (12) aufweist.
2. Lichtmodul (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Stützkörper (26) mit einer Aufnahme (46) für eine Befestigungsschraube ausgebildet ist.
3. Lichtmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Stützkörper (26) mit einem Montagevorsprung (42) zum formschlüssigen Einsetzen in entsprechende Öffnungen in einer Montageplatte (32) und/oder einer Platine (28) versehen ist.
4. Lichtmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Teilflächen eine Hauptlichtaustrittsfläche (48) bildet, die im Betrieb des Lichtmoduls ein Lichtbündel in eine Hauptabstrahlrichtung (20) abstrahlt, und daß eine schräg zur Hauptlichtaustrittsfläche (48) verlaufende Teilfläche (44) zur vertikalen Aufweitung des Lichtbündels vorgesehen ist.
5. Lichtmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfläche (44) zur vertikalen Aufweitung des Lichtbündels derart ausgebildet ist, daß der
Zehntelstreuwinkel vertikal nach unten zwischen etwa 2° und 10° relativ zur
Hauptabstrahlrichtung (20) liegt.
6. Lichtmodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Teilfläche (24) zur horizontalen Aufweitung des Lichtbündels vorgesehen ist.
7. Lichtmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfläche (24) zur horizontalen Aufweitung des Lichtbündels derart ausgebildet ist, daß der rechte oder linke horizontale Zehntelstreuwinkel relativ zur Hauptabstrahlrichtung (20) zwischen etwa 2° und 10° liegt.
8. Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Teilflächen (24) zur horizontalen Aufweitung des Lichtbündels vorgesehen sind, von denen die eine im Betrieb eine horizontale Aufweitung des Lichtbündels nach rechts und die andere eine horizontale Aufweitung des Lichtbündels nach links relativ zur Hauptabstrahlrichtung bewirkt.
9. Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (16) eine durch Anfasen gebildete scharfe Kante (50) besitzt und/oder daß die Blende (16') schräg zur Hauptabstrahlrichtung (20) angeordnet ist.
10. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtquelle wenigstens eine LED, insbesondere eine
Hochleistungs-LED (12) umfaßt.
1 1. Lichtleitkörper (14) für Lichtmodule von Scheinwerfern, insbesondere von Schienenfahrzeugen,
wobei der Lichtleitkörper ein auf dem Prinzip der inneren Totalreflexion beruhenden Lichtleitkörper ist und eine Lichteintrittsfläche (40) und eine
Lichtaustrittsfläche umfaßt,
wobei die Lichtaustrittsfläche wenigstens zwei in unterschiedliche Richtungen abstrahlende Teilflächen (24, 44, 48) umfaßt und wobei der Lichtleitkorper (14) wenigstens zwei integral angeformte Stützkörper (26) zur rüttelfesten Befestigung des Lichtleitkörpers (22) aufweist.
12. Scheinwerfer insbesondere für Schienenfahrzeuge, gekennzeichnet durch ein Lichtmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder einen Lichtleitkorper (14) nach Anspruch 1 1 .
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