Werkzeug

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem Optikelement zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei das Optikelement als ein Mehrkomponentenspritzgießteil ausgebildet ist mit einem ersten Volumenbereich enthaltend ein glasklares erstes Material und mit einem zweiten Volumenbereich enthaltend ein nicht glasklares zweites Material.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Optikelementes gemäß einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einem Optikelement zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei das Optikelement als ein Mehrkomponentenspritzgießteil ausgebildet ist mit einem ersten Volumenbereich enthaltend ein glasklares erstes Material und mit einem zweiten Volumenbereich enthaltend ein nicht glasklares zweites Material sowie ein Werkzeug hierfür gemäß Anspruch 13.

Aus der DE 102011 002340 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Lichtquelle und ein Optikelement zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung aufweist. Das Optikelement ist als ein flächiges Lichtleitelement ausgebildet mit gegenüberliegenden Flachseiten, an denen eingekoppeltes Licht von einer schmalen Lichteinkoppelfläche zu einer gegenüberliegenden schmalen Lichtaus- koppelfläche totalreflektiert wird. Die Lichtauskoppelfläche weist eine Strukturierung auf in Form von Linsensegmenten, so dass eine vorgegebene Streuung des ausgekoppelten Lichtes in einer Erstreckungsebene des Optikelementes gewährleistet ist. Die Linsensegmente können durch Erodieren oder Ätzen oder durch Laserstrukturierung hergestellt werden. Das Optikelement kann als ein Mehrkomponentenspritzgießteil ausgebildet sein mit einem ersten Volumenbereich enthaltend ein glasklares erstes Material und mit einem zweiten Volumenbereich enthaltend ein farbiges, nicht glasklares zweites Material. Nachteilig an der Herstellung des Mehrkomponentenspritzgießteils ist, dass separate Werkzeugformräume für die einzelnen Komponenten erforderlich sind, was die Werkzeugkosten erhöht. Im Allgemeinen sind zwei oder mehr Spritzgießeinheiten erforderlich, die nacheinander Material in einen Formraum einspritzen. Nachdem eine erste Spritzgießeinheit einen Formraum gefüllt hat, müssen die Formraumhälften verfahren werden, damit das Formnest für das Spritzgießen der zweiten Spritzgießeinheit vergrößert werden kann. Alternativ kann auch sequenziell mit mehreren Werkzeugen auf Standard-Einkomponentenmaschinen gearbeitet werden, indem jeweils Formteile in den nächsten Formraum eingelegt werden und die folgende Komponente aufgespritzt wird. Bekannt ist auch, mit der ersten Spritzgießeinheit eine Teilfüllung des Formraums vorzunehmen und dass die Schmelze der zweiten Einspritzeinheit die Schmelze der ersten Einspritzeinheit aus dem Kernbereich an die Oberfläche des Formteils verdrängt, wobei das fertige Bauteil eine Haut- Kern-Struktur aufweist. Die bekannten Mehrkomponentenspritzgießverfahren sind mit einem erhöhten Werkzeugaufwand verbunden.

Aus der DE 10335590 A1 ist es bekannt, Bedienelemente bestehend aus mehreren Materialien mittels eines Koinjektionsverfahrens herzustellen. Diese Materialien werden mittels einer gemeinsamen Spritzgießeinheit gleichzeitig in den Formraum eingespritzt. Hierdurch kann der Werkzeugaufwand wesentlich reduziert werden. Nachteilig an dem bekannten Herstellungsverfahren ist jedoch, dass eine Fliesbegrenzung in dem Werkzeug integriert sein muss, damit eine Trennung zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material gegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Optikelementes derart weiterzubilden, dass der Herstellungsaufwand auf einfache Weise reduziert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Volumenbereich ein lichtstreuendes zweites Material aufweist, wobei eine Trennfläche und/oder eine Trennlinie zwischen dem ersten Volumenbereich und dem zweiten Volumenbereich gebildet ist mit einem bogenförmigen Verlauf. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung besteht darin, dass ein aus einem glasklaren ersten Material und aus einem lichtstreuenden zweiten Material bestehendes Optikelement einfach herstellbar ist, und zwar mittels Koinjekti- on der Materialien von einer Spritzeinheit in eine einzige Kavität eines Formwerkzeugs. Durch die Koinjektion der beiden Materialien in die gemeinsame Kavität entsteht keine räumliche Trennung zwischen einem ersten Volumenbereich, der das glasklare erste Material aufweist, und dem zweiten Volumenbereich, der das lichtstreuende zweite Material aufweist. Der erste Volumenbereich und der zweite Volumenbereich liegen unmittelbar aneinander, wobei eine Trennfläche und/oder eine Trennlinie einen kontinuierlichen und/oder bogenförmigen Verlauf aufweist. Aufgrund der Fließfähigkeit der eingespritzten Materialien in dem Zeitabschnitt zwischen dem Anfang des Einspritzvorgangs bis zum Erkalten derselben entstehen keine Kanten oder Sprünge an der Trennfläche und/oder an der Trennlinie. Da das lichtstreuende zweite Material nicht glasklar ausgebildet ist, entsteht ein zweifarbiges Erscheinungsbild des Optikelementes, wobei der zweite Volumenbereich mit dem lichtstreuenden zweiten Material dafür sorgt, dass das von dem Optikelement ausgekoppelte Licht entsprechend einer vorgegebenen Streuung zur Erzeugung der Lichtverteilung ausgekoppelt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Mehrzahl der Trennflächen und/oder Trennlinien einen nicht regelmäßigen Verlauf bzw. eine nicht regelmäßige Struktur auf. Es entstehen beispielsweise Trennflächen, die sich verjüngen und wieder verbreitern oder Trennlinien, die fadenförmig durch einen Bereich des Optikelementes, beispielsweise einen durch das erste Material gebildete erste Volumenbereich des Optikelementes, verlaufen. Vorteilhaft entsteht hierdurch eine Marmorierung des Optikelementes, was ein eigenartiges Erscheinungsbild desselben gewährleistet, ohne dass die optischen Eigenschaften beeinträchtigt sind. Die erforderliche Streuung des Lichtes erfolgt erfindungsgemäß nicht ausschließlich in einem Oberflächenbereich des Optikelementes, sondern hauptsächlich in einem von der Oberfläche entfernt an- geordneten inneren Volumenbereich des Optikelementes. Die Streuwirkung ist somit für einen Betrachter von außen nicht ohne weiteres erkennbar.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung bilden die Trennlinie und/oder die Trennflächen zwischen den Volumenbereichen eine Verbindungslinie bzw. eine Verbindungsfläche, was sich aus der stoffschlüssigen Verbindung des ersten Volumenbereiches zu dem zweiten Volumenbereich ergibt. Eine künstlich erzeugte Trennung dieser beiden Volumenbereiche ist nicht vorgesehen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl von ersten Volumenbereichen und eine Mehrzahl von zweiten Volumenbereichen verteilt in dem Optikelement vorgesehen, wobei ein Anteil des zweiten Volumenbereiches an einem Gesamtvolumen des Optikelementes derart gewählt ist, dass an einer Lichtauskoppelfläche des Optikelementes ausgekoppeltes Licht entsprechend einem vorgegebenen Öffnungswinkel in einer ersten und/oder in einer zweiten Richtung ausgekoppelt wird. Vorteilhaft kann hierdurch eine vorgegebene Streuung beispielsweise in einer Horizontalebene eingestellt werden, was für eine Tagfahrlichtfunktion oder Bremslichtfunktion erforderlich ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Oberflächenanteil des zweiten Volumenbereiches an einer Gesamtoberfläche des Optikelementes kleiner als ein Oberflächenanteil des ersten Volumenbereiches. Die erzwungene Streuung des Lichtes erfolgt somit hauptsächlich in einem Innenbereich des Optikelementes und nicht in einem Oberflächenbereich derselben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verlauf des Oberflächenanteils und/oder eines Volumenanteils des ersten und/oder zweiten Volumenbereichs rauchschwadenförmig ausgebildet. Vorteilhaft erhält das Optikelement hierdurch ein marmoriertes Erscheinungsbild (neuartiges Design). Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Optikelement als ein flächiges Lichtleitelement ausgebildet mit einer schmalseitigen Lichteinkoppelfläche und einer schmalseitigen Lichtauskoppelfläche und mit dieselben verbindenden gegenüberliegenden Flachseiten, an denen das eingekoppelte Licht totalreflektiert wird. Wenn das Licht lediglich an der schmalseitigen Lichtauskoppelfläche und nicht bereits an einer Flachseite ausgekoppelt werden soll, weisen die Flachseiten eine glatte Oberfläche auf.

Das Lichtleitelement weist somit eine einfache geometrische Form auf.

Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Patentanspruchs 11 auf.

Vorteilhaft wird durch das erfindungsgemäße Koinjektionsverfahren auf einfache Weise ein Optikelement bestehend aus einem glasklaren Material und einem lichtstreuenden Material hergestellt.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste Material und das zweite Material in einem Millisekunden-Takt wechselweise und/oder nacheinander in das Werkzeug bzw. in den Formraum eingespritzt. Hierbei kann auf die Verteilung des ersten Materials und des zweiten Materials innerhalb des Optikelementes Einfluss genommen werden.

Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Werkzeug die Merkmale des Patentanspruchs 13 auf.

Vorteilhaft ermöglicht das Werkzeug einen einfachen Aufbau, da lediglich ein einziger Formraum (Kavität) vorgesehen sein muss. Durch Ansteuerung zweier Einspritzdüsen oder lediglich einer einzigen Mischdüse kann die Verteilung der Materialien innerhalb des Werkzeugs durch Ansteuerung gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung und Fig. 2 eine Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann in einem Bug- oder Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein zur Erzeugung einer vorgegebenen Signallichtfunktion, beispielsweise Tagfahrlicht, Blinklicht oder dergleichen.

Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle 1 und ein Optikelement 2, das der Lichtquelle 1 vorgelagert ist. Die Lichtquelle 1 und das Optikelement 2 sind in einem nicht dargestellten Gehäuse, beispielsweise eines Scheinwerfers oder einer Heckleuchte, angeordnet.

Die Lichtquelle 1 ist als eine halbleiterbasierte Lichtquelle, beispielsweise als eine LED-Lichtquelle, ausgebildet. Gegebenenfalls können auch mehrere Lichtquellen 1 vorzugsweise auf einem gemeinsamen Träger 3 (Leiterplatte) angeordnet sein.

Das Optikelement 2 nach der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist als ein flächiges Lichtleitelement ausgebildet, das plattenförmigen ausgebildet ist und auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite eine schmalseitige Lichteinkoppelfläche 4, auf einer der Lichtquelle 1 abgewandten Seite eine schmalseitige Lichtauskoppelflä- che 5 und zwischen der Lichteinkoppelfläche 4 und der Lichtauskoppelfläche 5 zwei gegenüberliegende Flachseiten 6 sowie gegenüberliegende Schmalflächen 7 aufweist. Die Flachseiten 6 sind großflächig im Vergleich zu den schmalseitigen Lichteinkoppelflächen 4, Lichtaukoppelflächen 5 und Schmalflächen 7.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Lichtleitelement 2 einen Hauptteil 8 und einen gegenüber dem Hauptteil 8 verbreiterten Nebenteil 9 auf. Der Nebenteil 9 ist auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite angeordnet. Der Nebenteil 9 unterscheidet sich von dem Hauptteil 8 dadurch, dass die Abstände der gegenüberliegenden Flachseiten 6 sowie der Abstand der gegenüberliegenden Schmalflächen 7 größer sind als im Hauptteil 8. Eine in Lichtführungsrichtung 10 des Lichtleitelementes 2 verlaufende Tiefe tN des Nebenteils 9 ist wesentlich kleiner als eine in gleiche Richtung verlaufende Tiefe tH des Hauptteils 8.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das flächige Lichtleitelement 2 auch einen anders geformten Nebenteil 9 aufweisen, der beispielsweise dazu geeignet ist, das eingekoppelte Licht zu kollimieren, so dass es quasi parallel in Richtung der Lichtauskoppelfläche 5 verläuft.

Oberflächen 11 der Flachseiten 6 sind glatt ausgebildet bzw. weisen keine Strukturierung auf. Die Flachseiten 6 dienen somit ausschließlich zur Totalreflexion des eingekoppelten Lichtes 12, das an der Lichteinkoppelfläche 4 eintritt und an der gegenüberliegenden Lichtauskoppelfläche 5 austritt.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann zumindest eine der Flachseiten 6 mit Auskoppelelementen, beispielsweise Einbuchtungen, versehen sein, so dass das auf dieselben treffende Licht hin zur gegenüberliegenden Flachseite totalreflektiert und an dieser gegenüberliegenden Flachseite 6 austritt. Bei dieser Variante tritt das Licht zusätzlich oder alternativ zu der schmalseitigen Lichtauskoppelfläche 5 an der Flachseiten 6 aus.

Das Optikelement 2 ist als ein Mehrkomponentenspritzgießteil ausgebildet, das aus mehreren Komponenten bzw. Materialien besteht. Das Vorliegen der Lichtleitelemente 2 besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien, nämlich zum einen aus einem glasklaren ersten Material 13 und einem zweiten lichtstreuenden Material 14. Das glasklare Material 13 ist in einem ersten Volumenbereich 15 des Optikelementes 2 angeordnet, während das lichtstreuende Material 14 in einem zweiten Volumenbereich 16 des Optikelementes 2 angeordnet ist. Ein Gesamtvolumen des Optikelementes 2 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl von ersten Volumenbereichen 15 und einer Mehrzahl von zweiten Volumenbereichen 16.

Das Optikelement 2 wird mittels eine Koinjektionsverfahrens hergestellt, wobei das erste Material 13 und das zweite Material 14 in flüssiger Form im Wesentlichen gleichzeitig in einen Formraum des Werkzeugs eingespritzt werden, wobei sie unter Bildung einer Trennfläche 17 und/oder einer Trennlinie 18 stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Trennfläche 17 und/oder die Trennlinie 18 bewegen sich während des Einspritzvorgangs. Erst wenn das erste Material 13 und das zweite Material 14 in dem Formraum vollständig abgekühlt sind, sind die Trennfläche 17 und die Trennlinie 18 sowie die Materialien 13, 14 fest bzw. fixiert.

Die Trennflächen 17 bzw. Trennlinien 18 weisen zumindest abschnittsweise einen bogenförmigen Verlauf auf. Sie erstrecken sich kantenlos und weisen einen stetig differenzierbaren Verlauf auf.

Zum Einspritzen des ersten Materials 13 und des zweiten Materials 14 kann zum einen eine Mischdüse verwendet werden. Zum anderen kann auch eine erste Düse zum Einspritzen des ersten Materials 13 und eine zweite Düse zum Einspritzen des zweiten Materials 14 vorgesehen sein. Insbesondere bei Vorliegen der Mischdüse kann das erste Material 13 und das zweite Material 14 im Millisekunden-Takt wechselweise und/oder nacheinander in den Formraum eingespritzt werden. Vorteilhaft weist das Werkzeug lediglich einen einzigen Formraum auf, was die Herstellungskosten reduziert. Erforderlich ist lediglich eine Ansteuerung der Düsen zum Einspritzen des ersten Materials 13 und des zweiten Materials 14, so dass der mit dem zweiten Material 14 gefüllte zweite Volumenbereich 16 den erforderlichen Anteil an einem Gesamtvolumen des Optikelementes 2 aufweist.

Da das zweite Material 14 als ein lichtstreuendes Material ausgebildet ist, beispielsweise ein diffus wirkendes Material PMMA. Das auf das zweite Material 14 treffende eingekoppelte Licht 12 kann so gestreut werden, dass an der Lichtauskoppelfläche 5 eine Streuung in einer Erstreckungsebene E des Optikelementes 2 verlaufender Öffnungswinkel cp1 und in einer senkrecht zur Erstreckungsebene E verlaufende ebene Öffnungswinkel cp2 abgestrahlt wird. Der erste Öffnungswinkel f1 kann beispielsweise in einer Horizontalebene verlaufen, während der zweite Öffnungswinkel cp2 in einer Vertikalebene verläuft. Die Öffnungswinkel cp1 , cp2 sind in einem gesetzlich vorgegebenen Bereich.

Der Anteil des zweiten Volumenbereiches 16 (lichtstreuende Material 14) an einem Gesamtvolumen des Optikelementes 2 ist derart gewählt, dass an der Lichtauskoppel- fläche 4 das Licht in den vorgegebenen Öffnungswinkeln f1 , f2 ausgekoppelt wird.

Aus den Figuren ist ersichtlich, dass der Anteil des zweiten Volumenbereichs 16 an dem Gesamtvolumen des Optikelementes 2 kleiner ist als der Anteil des ersten Volumenbereichs 15 an dem Optikelement 2. Dasselbe gilt für einen Oberflächenanteil.

Ein Oberflächenanteil des zweiten Volumenbereichs 15 an einer Gesamtoberfläche des Optikelementes 2 ist kleiner als ein Oberflächenanteil des ersten Volumenbereichs 15 an der Gesamtoberfläche des Optikelementes 2.

Aus den Figuren ist es ersichtlich, dass der Verlauf des Oberflächenanteils und/oder des Volumenanteils des ersten Volumenbereichs 15 und des zweiten Volumenbereichs 16 zumindest teilweise rauchschwadenförmig ausgebildet sein kann. Insbesondere durch den Verlauf des zweiten Volumenbereichs 16 erhält das Optikelement 2 den Charakter bzw. das Erscheinungsbild eines marmorierten Leuchtkörpers. Insbesondere im Kaltzustand des Optikelementes 2 kann diese Marmorierung bzw. die Farbgebung durch das zweite Material 14 erkannt werden.

Das erste Material 13 kann beispielsweise als ein glasklares PMMA-Material ausgebildet sein.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Optikelement 2 auch mehr als zwei unterschiedliche Materialien 13, 14 aufweisen, die im Koinjektionsverfahren in flüssiger Form in einen gemeinsamen Formraum gleichzeitig eingespritzt werden.

Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann das Optikelement 2 auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise langgestreckt ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

1 Lichtquelle

2 Optikelement

3 Träger

4 Lichteinkoppelfläche

5 Lichtauskoppelfläche

6 Flachseiten

7 Schmalflächen

8 Hauptteil

9 Nebenteil

10 Lichtführungsrichtung

11 Oberflächen

12 Licht

13 1. Material

14 2. Material

15 1. Volumenbereich

16 2. Volumenbereich

17 Trennflächen

18 Trennlinie

E Erstreckungsebene tN.tH Tiefe

F1 ,cp2 Öffnungswinkel