Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, das einen Reflektor, einen Kühlkörper und eine Platine mit einer Halbleiterlichtquelle aufweist. Ein solches Lichtmodul ist per se bekannt.

Reflektoren werden heute üblicherweise aus Kunststoffen wie Duroplast, Thermoplast oder aus metallischen Werkstoffen wie z. Bsp. Aluminium hergestellt. Diese Materialien werden in der Regel oberflächenbehandelt um optische Anforderungen zu erfüllen.

Die zu erreichende Oberflächengenauigkeit ist stark von der Art der Oberflächenbehandlung abhängig, was bereits beim Entwurf des Lichtmoduls berücksichtigt werden muss. Derzeit sind teure Fertigungsmittel (z. Bsp. Lackieranlagen) notwendig um die Reflektor-Rohteile für die finale Oberflächenbehandlung aufzubereiten. Dabei müssen Prozessfenster vorgesehen werden, und deren Einhaltung muss überwacht werden, um Schwankungen der Qualität zu erfassen und einzuschränken. Je nach verwendetem Werkstoff bestehen Einschränkungen in der Gestaltung der Bauteile (durch die zur Herstellung notwendige Werkzeugtechnologie) wie z. Bsp. Einfallstellen, die durch Schrumpfung beim Abkühlen eines gegossenen Reflektors auftreten, Ungenauigkeiten durch geometrische Verzüge, Gratbildung etc.

Durch die bauteileigenen und baugruppenabhängigen Toleranzen sind beim Entwurf Wirkungsgradverluste des Gesamtsystems zu berücksichtigen, was Kosten und Aufwand erhöht.

Die zu erreichende Steifigkeit der Reflektoren ist je nach Werkstoff stark unterschiedlich und hat in der Vergangenheit zu erheblichen Problemen geführt. Die geforderte Güte der zu erreichenden optischen Fläche schränkt wiederum die Möglichkeiten der mechanischen Stabilisierung der Reflektoren stark ein.

Zusätzlich sind in der Regel ein oder mehrere weitere Elemente zur Abführung der angefallenen Wärmeenergie und oder zur mechanischen Befestigung notwendig. Zur Wärmeabfuhr sind bedingt durch die Übertragungstechnologie Wirkungsgradverschlechterungen hinzunehmen. Mehrkosten durch Erhöhung des Materialeinsatzes sind notwendig.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Lichtmoduls, das diese Nachteile nicht oder zumindest allenfalls nur in einem stark verringerten Umfang aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass der Reflektor eine Stützschale aus einem ersten Material und eine an der Stützschale anliegende Reflexionsschale aus einem zweiten Material aufweist, wobei die Reflexionsschale und die Platine zueinander komplementäre und ineinander greifende Positionierungsstrukturen aufweisen und wobei die Stützschale mit der Platine durch eine geeignete Verbindung thermisch gekoppelt verbunden ist. Die geeignete Verbindung ist bevorzugt eine Schraubverbindung oder eine Nietverbindung.

Durch diese Merkmale wird ein gleichzeitig sehr präzises und mechanisch belastbares Lichtmodul mit im Vergleich zum Stand der Technik verringertem Materialeinsatz bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Lichtmodul weist einen optimierten Wirkungsgrad auf und zeichnet sich ferner durch eine reduzierte Bauraumforderung aus. Unter dem Wirkungsgrad wird dabei der auf den Lichtstrom der Lichtquellen normierte Lichtstrom verstanden, der von dem Lichtmodul in den Raumwinkel einer für Kraftfahrzeuge regelkonformen Lichtverteilung abgestrahlt wird.

Für jede Komponente des Lichtmoduls erlaubt der modulare Aufbau eine Kombination mehrerer positiver Eigenschaften der Einzelwerkstoffe um ein effektives, kostengünstiges Bauteil mit hoher Formgenauigkeit zu schaffen welches ohne teure und aufwändige (qualitätsmindernde) Folgeprozesse die geforderte Oberflächenqualität liefert. Der modulare Aufbau führt zu dem Vorteil eine Reduzierung der Toleranzkette innerhalb des lichttechnischen Systems des Lichtmoduls. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Möglichkeit einer Reduzierung des Gesamtgewichts des Lichtmoduls. Durch den Entfall von Prozessschritten im Fertigungsprozess, die bei einteiligen Reflektoren zur Erzielung der geforderten Oberflächengenauigkeit erforderlich sind, ergibt sich in der Fertigung eine Reduzierung von Kapitalbindung durch den Entfall von Maschinenanlagen. Der mögliche geringere Materialeinsatz erlaubt eine Verringerung des für den Einbau erforderlichen Bauraums im Scheinwerfer.

Bevorzugt ist auch, dass die Halbleiterlichtquelle wenigstens eine Leuchtdiode oder Laserdiode oder ein Feld von Leuchtdioden oder Laserdioden aufweist.

Ferner ist bevorzugt, dass der Grundwerkstoff des ersten Materials ein Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium oder eine wenigstens eines dieser Leichtmetalle enthaltende Legierung ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das zweite Material ein Kunststoff ist.

Bevorzugt ist auch, dass die Stützschale des Reflektors im Lichtmodul mit einem geeigneten Befestigungsmittel, bevorzugt mit einer Schraube, an einem Schwenkrahmen des Lichtmoduls befestigt ist.

Ferner ist bevorzugt, dass die Reflexionsschale zwischen der Platine und der Stützschale eingeklemmt und damit befestigt ist.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die oberflächenvergrößernden Strukturen eine Form von Rippen besitzen, um Wärme an die Umgebung abgeben zu können.

Bevorzugt ist auch, dass die Reflexionsschale und die Platine zueinander komplementäre und ineinandergreifende Positionierungsstrukturen aufweisen.

Ferner ist bevorzugt, dass die Positionierungsstrukturen Vorsprünge in der Reflexionsschale sind, die spielfrei in dazu korrespondierende, d.h. passend dimensionierte Ausnehmungen der Platine greifen, oder dass die Positionierungsstrukturen Vorsprünge auf der Platine sind, die spielfrei in dazu passend dimensionierte Ausnehmungen der Reflexionsschale greifen.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ähnliche oder gleiche Positionierungsstrukturen auch auf, beziehungsweise in der Platine auf deren der Stützschale zugewandten Seite und in, beziehungsweise an der Stützschale angeordnet sind und so dimensioniert sind, dass sie spielfrei ineinander greifen.

Bevorzugt ist auch, dass die Stützschale an ihrem lichtaustrittsseitigen Ende in die lichte Weite der Öffnung des lichtaustrittseitigen Endes hineinragende Vorsprünge aufweist.

Ferner ist bevorzugt, dass die Stützschale wenigstens zwei solche Vorsprünge aufweist, von denen jeweils einer von der rechten Seite und einer von der linken Seite in die genannte Öffnung hineinragt und einen Anschlag in der Seitwärtsrichtung und einen Anschlag in der zur Seitwärtsrichtung senkrechten Lichtaustrittsrichtung bildet.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Stützschale und die Reflexionsschale in dem Sinne zueinander passend geformt und dimensioniert sind, dass eine konvexe, ihrer Lichtaustrittsseite abgewandte Rückseite der Reflexionsschale passgenau und spielfrei durch eine konkave Fläche der Stützschale aufgenommen wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

Figur 1

einen Schwenkrahmen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit einem erfindungsgemäßen Lichtmodul von schräg hinten;

Figur 2

den Gegenstand der Figur 1 von schräg vorne;

Figur 3

einen in der Mitte des Lichtmoduls parallel zur Hauptabstrahlrichtung liegenden vertikalen Querschnitt, der insbesondere eine Befestigung des Lichtmoduls an einem Schwenkrahmen zeigt;

Figur 4

einen dazu parallel liegenden Querschnitt durch das Lichtmodul, der in der Höhe einer Befestigungsschraube liegt, mit der die Platine mit der Reflektorschale und der Stützschale verbunden ist; und

Figur 5

einen in der Nähe zweiten seitlichen Randes des Lichtmoduls liegenden Querschnitts des Lichtmoduls.

Im Einzelnen zeigen die Figuren 1 und 2 einen Schwenkrahmen 1 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, der ein Bestandteil eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10 ist. Die Figur 1 zeigt dabei eine perspektivische Ansicht einer Rückseite des Schwenkrahmens 1 und des Lichtmoduls 10, während die Figur 2 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite des Schwenkrahmens 1 und des Lichtmoduls 10 zeigt.

Der Schwenkrahmen 1 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen tonnenförmigen Lagerzapfen 2, einen kugelförmigen Lagerzapfen 3 und eine Aufnahme 4 für einen kugelförmigen Lagerzapfen auf. Die Lagerzapfen 2, 3 und die Aufnahme 4 bilden Anlenkstrukturen, mit denen der Schwenkrahmen bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer schwenkbar in einem Gehäuse des Kraftfahrzeugscheinwerfers gelagert ist. Der tonnenförmige Lagerzapfen 2 definiert zusammen mit dem kugelförmigen Lagerzapfen 3 eine Schwenkachse für eine Leuchtweitenregelung und der kugelförmige Lagerzapfen 38 definiert zusammen mit der Aufnahme 40 eine Schwenkachse für eine Kurvenlichtfunktion. Die Zapfen 2, 3 und die Aufnahme 4 sind für die Erfindung nicht wesentlich und werden hier lediglich zum besseren Verständnis der dargestellten Ausgestaltung erwähnt.

Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung wird die x-Richtung etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse liegen, während die y-Richtung etwa parallel zur Fahrzeugquerachse und die z-Richtung etwa parallel zur Fahrzeughochachse liegen wird.

Das Lichtmodul 10 weist eine Stützschale 12, eine Reflexionsschale 14 und eine Platine 16 auf und ist in der dargestellten Ausgestaltung durch eine geeignete Verbindung starr mit dem Schwenkrahmen 1 verbunden. Die geeignete Verbindung ist bevorzugt eine Schraubverbindung oder eine Nietverbindung.

Figur 2 zeigt den Gegenstand der Figur 1 schräg von vorne, so dass eine Reflexionsfläche 18 der Reflexionsschale 14 erkennbar ist. Die Reflexionsschale 14 weist in der dargestellten Ausgestaltung zwei Reflektorkammern auf, was aber für die Erfindung nicht wesentlich ist. Ein Reflektor eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10 kann auch nur eine oder auch mehr als zwei Reflektorkammern aufweisen.

In den Figuren 1 und 2 ist auch die Platine 16 zu sehen. Auf der in der Figur 2 sichtbaren Seite der Platine 16, die der Reflexionsfläche 18 zugewandt ist, ist jeweils eine Halbleiterlichtquelle 20 für jede Reflektorkammer sichtbar. Jede Halbleiterlichtquelle 20 weist wenigstens eine Leuchtdiode oder Laserdiode oder ein Feld von Leuchtdioden oder Laserdioden auf.

Die der Figur 2 nach vorne offenen Schraubendohme 22 dienen zum Beispiel zum Anschrauben einer Blendeneinheit und/oder einer Linsenhaltereinheit an den Schwenkrahmen 1 des Lichtmoduls 10. Eine Blendeneinheit dient insbesondere zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung. Bei einer solchen Ausgestaltung wäre das erfindungsgemäße Lichtmodul ein Bestandteil eines sogenannten Projektionslichtmoduls, das eine Blendenkante der genannten Blende als scharfe Hell-Dunkel-Grenze abbildet. Das Lichtmodul kann aber auch ein direkt abbildendes Lichtmodul sein, bei dem der Reflektor die Lichtverteilung direkt aus dem Licht der Lichtquellen erzeugt, ohne dass dazu ein weiteres optisches Element in Form einer Linse oder eines weiteren Reflektors im Bündel des von der Reflexionsfläche ausgehenden Lichtes erforderlich ist.

Die in der oberen Hälfte des Schwenkrahmens 1 sichtbaren geschlossenen Schraubendohme 24 dienen zur Aufnahme von Schrauben, mit denen die Stützschale 12 an den Schwenkrahmen 1 angeschraubt ist.

Die in der unteren Hälfte des Schwenkrahmens 1 sichtbaren geschlossenen Schraubendohme 25 dienen zur Aufnahme von Schrauben, mit denen ein weiteres Lichtmodul, zum Beispiel ein Fernlichtmodul, mit einem zweiten Reflektor an dem Schwenkrahmen 1 befestigt wird.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen vertikale Schnitte oder, im Fall der Figur 5 einen Teil eines vertikalen Schnitts durch den Gegenstand der Figuren 1 und 2.

Dabei zeigt die Figur 3 einen Schnitt, der in der Figur 1 in der y-Richtung etwa in der Mitte des Lichtmoduls 10 und parallel zur x-z-Ebene liegt und insbesondere eine Befestigung der Stützschale 12 am Schwenkrahmen 1 zeigt.

Figur 3 zeigt insbesondere eine Stützschale 12 mit Reflexionsschale 14 und die Platine 16 mit einer Halbleiterlichtquelle 20. Bei der Halbleiterlichtquelle 20 handelt es sich um eine Leuchtdiode, ein Feld aus mehreren Leuchtdioden, eine Laserdiode, oder ein Feld aus mehreren Laserdioden.

Die Stützschale 12 besteht aus einem ersten Material, und eine an der Stützschale 12 anliegende Reflexionsschale 14 besteht aus einem zweiten Material. Stützschale 12 und Reflexionsschale 14 bilden zusammen einen Reflektor mit Reflexionsfläche 18.

Der Grundwerkstoff des ersten Materials ist bevorzugt ein Leichtmetall wie Aluminium oder Magnesium oder eine wenigstens eines dieser Leichtmetalle enthaltende Legierung. Ein solcher Grundwerkstoff zeichnet sich durch eine gute mechanische Festigkeit und eine gute Wärmeleitfähigkeit aus. Seine Oberfläche bildet eine thermisch wirksame, das heißt Wärme aufnehmende und an die Umgebung abgebende Oberfläche des Reflektors, bzw. des Lichtmoduls 10. Durch die Auswahl dieses Grundwerkstoffes der thermisch wirksamen Oberfläche wird die Effektivität des Gesamtsystems erhöht, unter der hier die Effektivität einer Wärmeabfuhr aus den Lichtquellen und der Platine gemeint ist.

Das zweite Material ist zum Beispiel ein Kunststoff. Dieser Kunststoff bildet dann den Grundwerkstoff der optisch wirksamen Reflexionsfläche 18. Durch die Auswahl dieses Grundwerkstoffes werden Folgeprozesse, wie zum Beispiel ein Lackieren, unnötig. Alles in allem erlaubt die Aufteilung der Bauteilfunktionen auf unterschiedliche Werkstoffe die Vermeidung systembedingter Nachteile eines nur aus einem Material bestehenden Reflektors, der beim Stand der Technik sowohl die mechanischen, thermischen und optischen Funktionen erfüllen muss.

Ein auf der Platine 16 angeordnetes Steckerelement 26 dient zur elektrischen Kontaktierung und Energieversorgung der Halbleiterlichtquelle 20. Mit einer Schraube 28 ist die Stützschale 12 des Reflektors im Lichtmodul 10 befestigt, zum Beispiel an einem Schwenkrahmen 1 des Lichtmoduls 10.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Lichtmodul 10, der parallel zur x-z-Ebene verläuft und der etwa in der Höhe einer Befestigungsschraube, bzw. eines diese Schraube aufnehmenden Schraubendoms 32 liegt, mit denen die Platine 16 mit der Reflexionsschale 14 und der Stützschale 12 verbunden ist. Dabei zeigt Figur 2 insbesondere einen Schraubendohm 32 als Bestandteil der Stützschale 12 und eine Ausnehmung 34 in der Platine 16. Durch Eindrehen einer durch die Ausnehmung hindurch in den Schraubendohm 32 eingesetzten Schraube und Festziehen der Schraube wird die Platine 16 mit der Stützschale 12 mechanisch fest verbunden. Dabei wird die Reflexionsschale 14 zwischen der Platine 16 und der Stützschale 12 eingeklemmt und damit befestigt.

Über den Befestigungseffekt hinaus ergibt sich auch eine thermische Kopplung zwischen Halbleiterlichtquelle 20, Platine 16 und Stützschale 12, über die in der Halbleiterlichtquelle 20 erzeugte Wärme aus der Platine 16 heraus in die bevorzugt auch als Kühlkörper dienende Stützschale 12 abgeleitet wird.

Zur Abgabe der Wärme an die Umgebung weist die Stützschale 12 auf ihrer der Reflexionsschale 14 abgewandten Rückseite bevorzugt oberflächenvergrößernde Strukturen 36 auf. Diese oberflächenvergrößernden Strukturen 36 besitzen bevorzugt eine Form von Rippen, um Wärme an die Umgebung abgeben zu können. Die Rippen verlaufen bevorzugt parallel zu der x-z-Ebene. Mit dieser Anordnung wird eine bessere Wärmeabfuhr von der Leuchtdiode erreicht. Diese Form bietet gegenüber der Alternative von stiftförmigen Kühlstrukturen den Vorteil, auch eine zusätzliche versteifende Wirkung zu besitzen, was es erlaubt, leichte Stützschalen 12 mit vergleichsweise wenig Materialeinsatz zu verwenden.

Neben diesen angeformten Versteifungsstrukturen 36 weist die Stützschale 12 Befestigungselemente 38 zur Befestigung der Platine 16 auf. In der dargestellten Ausgestaltung sind die Befestigungselemente 38 Schraubendohme 32.

Figur 5 zeigt einen parallel zur x-z-Ebene und in der Nähe eines in y-Richtung seitlichen Randes des Lichtmoduls 10 liegenden Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 10. Im Fall der Figur 5 ist der seitliche Rand der in Figur 1 linke Rand des Lichtmoduls 10. Die Reflexionsschale 14 und die Platine 16 weisen zueinander komplementäre und ineinandergreifende Positionierungsstrukturen 38, 40 auf, die von der Schnittebene der Figur 5 geschnitten werden.

Es ist bevorzugt, dass weitere Positionierungsgeometrien vorhanden sind. Es ist insbesondere bevorzugt, dass auch in der Nähe des rechten Randes des Lichtmoduls 10 solche oder ähnliche Positionierungsgeometrien angeordnet sind.

Durch die Positionierungsstrukturen 38, 40 wird die Platine 16 und insbesondere eine auf der Platine 16 angeordnete Halbleiterlichtquelle 20 in einer durch die Fertigungsgenauigkeit der Positionierungsstrukturen 38, 40 definierten Genauigkeit relativ zum aus Stützschale 12 und Reflexionsschale 14 bestehenden Reflektor 12 fixiert. Die Positionierungsstrukturen sind bevorzugt Vorsprünge 38 in der Reflexionsschale 14, die spielfrei in dazu korrespondierende, d.h. passend dimensionierte Ausnehmungen 40 der Platine 16 greifen. Umgekehrt können die Positionierungsstrukturen auch Vorsprünge auf der Platine 16 sein, die spielfrei in dazu passend dimensionierte Ausnehmungen der Reflexionsschale 14 greifen.

Ähnliche oder gleiche Positionierungsstrukturen sind bevorzugt auch, beziehungsweise in der Platine 20 auf deren der Stützschale 12 zugewandten Seite und in, beziehungsweise an der Stützschale 12 angeordnet. Auch diese greifen spielfrei so ineinander, dass die Position der Stützschale 12 in Bezug auf die Leiterplatte 16 und damit in Bezug auf die Lichtquelle(n) 20 hochgenau festgelegt ist.

Solche Positionierungsstrukturen sind bevorzugt auch in der Nähe des in der Figur 1 linken Randes des Lichtmoduls angeordnet.

Figur 2 zeigt, dass die Stützschale 12 an ihrem lichtaustrittsseitigen Ende in die lichte Weite der Öffnung des lichtaustrittseitigen Endes hineinragende Vorsprünge 44 aufweist. Beim Einsetzen der Reflexionsschale 14 in die Stützschale 12 bilden jeder dieser Vorsprünge 44 jeweils einen Anschlag für einen lichtaustrittsseitigen Rand der Reflexionsschale 14. Bevorzugt weist die Stützschale wenigstens zwei solche Vorsprünge 44 auf, von denen jeweils einer von der rechten Seite und einer von der linken Seite in die genannte Öffnung hineinragt und einen Anschlag in der Seitwärtsrichtung (y-Richtung und Gegenrichtung) und einen Anschlag in der Lichtaustrittsrichtung (x-Richtung) bildet.

Die Stützschale 12 und die Reflexionsschale 14 sind in dem Sinne zueinander passend geformt und dimensioniert, dass eine konvexe, ihrer Lichtaustrittsseite abgewandte Rückseite der Reflexionsschale 14 passgenau und spielfrei, bevorzugt unter leichter Vorspannung, durch eine konkave Fläche der Stützschale aufgenommen wird.

Durch diese Art der Verbindung von Reflexionsschale 14, Platine 16 mit Lichtquellen 20 und Stützschale 12 wird eine Reduzierung der Toleranzkette innerhalb eines lichttechnischen Systems möglich.