DE102004001124B3

DE102004001124B3 - Leuchte, insbesondere Warnleuchte, für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004001124B3
Application number: DE102004001124A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Scheithauer
Original assignee: Goodrich Hella Aerospace Lighting Systems GmbH
Current assignee: Goodrich Lighting Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-01-08

Abstract

Die Leuchte (10), insbesondere Warnleuchte, für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug, ist mit mindestens einer Leuchtdiode (20) versehen, die ein Gehäuse (22) mit an diesen angeordneten Anschlusselementen (24) aufweist. Ferner weist die Leuchte (10) einen Kühlkörper (14) auf, mit dem das Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) in wärmeleitendem Kontakt steht. Die mindestens eine Leuchtdiode (20) ist mittels eines Andrückelements (38) gegen den Kühlkörper (14) gedrückt, und zwar unter Aufrechterhaltung einer durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingten Relativbewegung quer zur Andrückrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte für ein Fahrzeug und insbesondere eine Warnleuchte, wie sie beispielsweise außen an Flugzeugen als Anti-Collision-Leuchte anbringbar ist.
Wegen ihrer Wartungsfreundlichkeit und langen Lebensdauer erfreuen sich Leuchtdioden einer zunehmenden Akzeptanz im Fahrzeugbau und dort insbesondere im Flugzeugbau. Ihre Verwendung in Blitzlampen, beispielsweise als Anti-Collision-Leuchten bei Flugzeugen, macht eine effektive Abführung thermischer Verlustleistung erforderlich. Zu diesem Zweck ist es von Vorteil, wenn die Leuchtdioden auf einem Kühlkörper angeordnet sind, mit dem sie thermisch eng gekoppelt sind. Der thermischen Kopplung der Leuchtdioden mit einem Kühlkörper über beispielsweise Wärmeleit-Pasten bzw. -Kleber sind jedoch bezüglich der ausreichenden mechanischen Fixierung auf dem Kühlkörper Grenzen gesetzt, die wiederum den Einsatz der Leuchtdioden einschränken.

Aus US 2002/0149944 A1 ist eine Leuchte zur Anbringung außen an einem Flugzeug beschrieben. Diese Leuchte weist einen Kühlkörper auf, an dem ein Keramiksubstrat anliegt, das mit Leuchtdioden bestückt ist.

US 2002/0122309 A1 beschreibt ein Rundumlicht, das beispielsweise als Warnleuchte auf Flughäfen oder hohen Gebäuden anzutreffen ist. Das Rundumlicht ist mit mehreren LEDs versehen und weist optische Elemente auf, durch die das Licht der LEDs hindurchgelangt.

Aus DE 199 26 561 A1 ist ein Strahler bekannt, der insbesondere Anwendung als Leseleuchte in Kabinen von Fahrzeugen findet. Dieser Strahler ist mit einem Substrat versehen, auf dem eine Vielzahl von bedrahteten LEDs angeordnet sind.

US 2003/0156416 A1 beschreibt eine Lichtquelle mit einem Reflektor, der eine mit LEDs bestückte Platine auf einem Kühlkörper aufweist.

In WO 00/55925 A1 ist eine Leuchtdiode beschrieben, die mittels eines thermisch leitenden Klebers auf einem Substrat befestigt ist.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchte mit mindestens einer Leuchtdiode zu schaffen, deren thermische Kopplung mit einem Kühlkörper verbessert ist und gleichzeitig deren mechanisch ausreichende Fixierung sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Leuchte, insbesondere Warnleuchte, für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug, vorgeschlagen, wobei die Leuchte versehen ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Merkmale von Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach der Erfindung wird die mindestens eine Leuchtdiode mittels eines Andrückelements mechanisch gegen den Kühlkörper gedrückt, und zwar in einer durch die Wirkung der Andrückkraft bestimmten Andrückrichtung. Der Vorteil dieses mechanischen Andrückens der Leuchtdiode gegen den Kühlkörper besteht darin, dass trotz der Andrückwirkung weiterhin eine beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingte Relativbewegung von Kühlkörper und Leuchtdiode quer zur Andrückrichtung gegeben ist. Gerade diesbezüglich ist erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung gegenüber beispielsweise einer alleinigen Verklebung des Gehäuses der Leuchtdiode mit dem Kühlkörper mit Hilfe eines thermisch leitenden Klebers vorteilhaft.

Das Andrückelement ist vorzugsweise elastisch ausgebildet, was durch, eine entsprechende Materialwahl und/oder eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung realisiert ist. Das Andrückelement liegt am Gehäuse der Leuchtdiode an. Das Gehäuse weist neben Anschlusselementen für die elektrische Kontaktierung auch einen Lichtaustrittsbereich auf, aus dem die von der Leuchtdiode erzeugte Strahlung austritt. Das Andrückelement greift nun außerhalb des Lichtaustrittsbereichs an dem Gehäuse an, um die Lichtausbeute der Leuchtdiode nicht negativ zu beeinflussen. Je nach Ausgestaltung und mechanischer Kontaktierung des Andrückelements kann dieses in Bereichen, in denen auf das Andrückelement von der Leuchtdiode erzeugte Strahlung auftrifft, reflektierend ausgebildet sein. Die Abfuhr von Verlustwärme von der Leuchtdiode wird noch weiter verbessert, wenn das Andrückelement aus einem wärmeleitenden und/oder wärmeabstrahlenden Material wie beispielsweise Metall (gegebenenfalls schwarz beschichtet) besteht.

Bei Leuchten, bei denen das Licht innerhalb eines bestimmten Azimut-Winkelbereich abgestrahlt wird, wie dies beispielsweise bei Anti-Collision-Leuchten der Fall ist, welche unter anderem über 360° bezogen auf eine horizontale Ebene Licht abstrahlen, ist der Kühlkörper vorzugsweise als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet an dessen Umfangsfläche mehrere Leuchtdioden angeordnet sind. Die Lichtaustrittsbereiche der Gehäuse dieser Leuchtdioden sind der Umfangsfläche des Kühlkörpers abgewandt und befinden sich somit auf derjenigen Seite des Gehäuses, gegen die die Andrückkraft des bzw. der Andrückelemente wirkt. Bei einem derartigen Aufbau einer Leuchte ist es vorteilhaft, wenn das Andrückelement für sämtliche Leuchtdioden als Spannelement ausgebildet ist, das an der dem Kühlkörper abgewandten Außenfläche des Gehäuses der mindestens einen Leuchtdiode anliegt, und zwar außerhalb von dem an dieser Außenfläche angeordneten Lichtaustrittsbereich des Gehäuses. So ist es beispielsweise möglich, ein gemeinsames Spannelement in Form eines als Feder ausgebildeten Drahtes, eines Flachbandes o.dgl. schmalem Element auszubilden, das sich seitlich der Lichtaustrittsbereiche sämtlicher Gehäuse der Leuchtdioden über deren betreffende Außenflächen erstreckt und an diesen anliegt. Beidseitig der Lichtaustrittsbereiche der Gehäuse sind dann zweckmäßigerweise zwei derartige Spannelemente vorgesehen. Konstruktiv einfacher und insbesondere montagefreundlicher ist es dagegen, dass das Spannelement nach der Erfindung als Spannband ausgebildet ist, das sich nahezu über die gesamte Breite der die Lichtaustrittsbereiche aufweisenden Außenflächen der Gehäuse der Leuchtdioden erstreckt und vorzugsweise mit den Lichtaustrittsbereichen der Gehäuse fluchtende Aussparungen aufweist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Andrückelements in Form eines Spannelements hat den Vorteil, dass die Lichtausbreitungsrichtung der Leuchtdioden durch das Andrückelement nicht beeinträchtigt ist. Die einander gegenüberliegenden Enden des Spannelements können beispielsweise am Kühlkörper befestigt sein, so dass das Spannelement außerhalb seiner beiden Enden zwischen sich und dem Kühlkörper die einzelnen Leuchtdioden einschließt. Noch zweckmäßiger allerdings ist es, wenn die beiden Enden des Spannelements bzw. Spannbandes direkt oder indirekt und vorzugsweise lösbar verbindbar untereinander verbunden sind und das Spannelement auf diese Weise über seine gesamte Länge, also auch im Bereich seiner beiden verbundenen Enden, zwischen sich und dem Kühlkörper die Leuchtdioden einschließt. Auf diese Weise ist ein Kühlkörper realisierbar, der über 360° Licht abstrahlende Leuchtdioden trägt und gegen den die Gehäuse der Leuchtdioden gedrückt gehalten sind. Der Kühlkörper selbst braucht ferner keinerlei Befestigungsmittel für das Spannelement aufzuweisen, was seine Konstruktion neben dem zuvor beschriebenen Vorteil vereinfacht.

Zur weiteren Erhöhung der Wärmeabfuhreffizienz ist es von Vorteil, wenn zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse eine Wärmeleitmaterialschicht angeordnet ist, die Scherkräfte zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse der Leuchtdiode ermöglicht. Insoweit ist die Wärmeleitmaterialschicht also verformbar, wie dies beispielsweise bei Wärmeleitpasten, elastischen oder plastischen thermisch leitenden Klebern oder anderen weichen thermisch leitenden Materialien der Fall ist. Vorzugsweise werden dauerelastische thermische Leitpasten in dünnsten Schichten verwendet.

Die elektrische Kontaktierung der mindestens einen Leuchtdiode erfolgt vorzugsweise über eine durchgehend sich unterhalb der LED erstreckenden Leiterplatine, die zwischen der Leuchtdiode und dem Kühlkörper angeordnet ist. Zweckmäßigerweise handelt es sich hierbei um eine zumindest abschnittsweise flexible Leiterplatine. Indem das Andrückelement gegen das Gehäuse der Leuchtdiode drückt, drückt es indirekt die flexible Leiterplatine gegen den Kühlkörper, so dass ein guter thermischer Kontakt zwischen Gehäuse und Kühlkörper weiterhin gegeben ist. Die Leiterplatine kann als Starr-Flex-Platine ausgebildet sein, wobei die Leuchtdiode in einem flexiblen und damit dünnen Bereich der Leiterplatine angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Leiterplatine insgesamt flexibel ausgebildet, weist also keinerlei starre Bereiche auf. Derartige Leiterplatinen eignen sich dann, um nach Art eines Bandes um einen Kühlkör per gelegt zu werden, der als Träger und als thermische Abführmasse für die Leuchtdiode bzw. Leuchtdioden fungiert.

Trotz Verwendung einer (zumindest abschnittsweise flexiblen) Leiterplatine zur elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiode braucht sich die Platine jedoch nicht notwendigerweise zwischen dem Gehäuse der Leuchtdiode und dem Kühlkörper zu erstrecken. So kann die Platine im Bereich des Gehäuses eine Aussparung aufweisen, womit das Gehäuse direkten Kontakt zum Kühlkörper hat. Entweder weist dieser um die Dicke der Platine erhabene Anlageflächen auf oder aber die Unterseite des Gehäuses der Leuchtdiode fluchtet mit der Unterseite der Platine. Zwischen dem Gehäuse der Leuchtdiode und dem Kühlkörper kann eine Wärmeleitmaterialschicht angeordnet sein.

Damit der Wärmetransport zwischen dem Gehäuse der Leuchtdiode und dem Kühlkörper möglichst effektiv erfolgt, ist eine Flächenanpressung, d.h. ein flächiger Kontakt von Vorteil. Die einander gegenüberliegenden Flächen von Kühlkörper und Leuchtdiodengehäuse sollten also einander entsprechen. Da es herstellungstechnisch von Vorteil ist, Gehäuse für Leuchtdioden mit planen Auflageflächen zu fertigen, ist es zweckmäßig, wenn der Kühlkörper an seiner Umfangsfläche abschnittsweise plane Anlageflächenbereiche (Facetten) aufweist. Innerhalb dieser planen Anlageflächenbereiche sind jeweils ein oder mehrere Leuchtdiodengehäuse angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 in Seitenansicht eine Anti-Collision-Leuchte mit mehreren übereinander angeordneten und sich über 360° erstreckenden Reihen von nebeneinander angeordneten Leuchtdioden,
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der 1 und
3 eine Draufsicht auf den Kühlkörper mit diesen umgebenden Leuchtdioden in Richtung des Pfeils III der 1.
1 zeigt in Seitenansicht eine in diesem Ausführungsbeispiel als Warnlicht oder Anti-Collision-Leuchte ausgebildete Leuchte 10, die einen Grundkörper 12 mit einem darauf angeordneten im wesentlichen rotationssymmetrischen Kühlkörper 14 und einer domartigen lichtdurchlässigen Lichtabdeckung 16. Auf der Außenseite 18 des Kühlkörpers 14 befinden sich eine Vielzahl von Leuchtdioden 20, die in diesem Ausführungsbeispiel in horizontalen Reihen nebeneinander angeordnet sind, wobei mehrere derartige Leuchtdiodenreihen übereinander angeordnet sind.
Wie am besten anhand der 2 und 3 zu erkennen ist, weist jede Leuchtdiode ein Gehäuse 22 auf, aus dem zwei Anschlusselemente 24 herausragen. Das Gehäuse 22 ist ferner mit einem sphärischen optischen Element 26 versehen, dessen Außenseite den Lichtaustrittsbereich 28 des Gehäuses 22 definiert. Das Gehäuse 22 weist eine der Außenseite 18 des Kühlkörpers 14 zugewandte Unterseite 30 auf sowie eine dieser gegenüber liegende Außenseite 32.
Die elektrischen Anschlusselemente 24 sind mit (nicht dargestellten) elektrischen Leiterbahnen einer flexiblen Leiterplatine 34 verbunden, die außen um den Kühlkörper 14 herum gelegt ist. Diese flexible Leiterplatine 34 ist über eine Wärmeleitmaterialschicht 36 beispielsweise in Form einer Wärmeleitpaste oder eines elastischen bzw. plastischen wärmeleitenden Klebers mit dem Kühlkörper 14 thermisch gekoppelt.
Über diese thermische Kopplung wird Verlustwärme, die von den Leuchtdioden 20 während ihres Betriebes erzeugt wird, an den Kühlkörper 14 abgeführt. Wie sich herausgestellt hat, ist der einfache (Berührungs-)Kontakt zwischen den Gehäusen 22 der Leuchtdioden 20 und dem Kühlkörper 14 gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Wärmeleitmaterialschicht 36 gerade bei den heutzutage erhältlichen Hochleistungsdioden mit einer Leistungsabgabe von einigen wenigen Watt nicht ausreichend.
Daher werden die Leuchtdioden 20 bei der hier beschriebenen und in der Zeichnung gezeigten Leuchte 10 mittels federelastischer Andrückelemente 38 mechanisch gegen den Kühlkörper 14 gedrückt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Andrückelemente als Spannbänder 40 ausgebildet, die an den Außenseiten 32 der Leuchtdiodengehäuse 22 anliegen und umlaufend ausgebildet sind. Die Spannbänder 40 weisen z.B. Federstahl auf und bestehen aus einzelnen konkav von dem Kühlkörper 14 weg gebogenen Abschnitten, deren Anzahl gleich der Anzahl von Leuchtdiodengehäuse 22 pro Reihe ist. Die Enden jedes Spannbandes 40 sind direkt oder indirekt miteinander verbunden. Jedes Spannband 40 umgibt eine horizontale Reihe von Leuchtdioden 20 von außen und drückt die Leuchtdiodengehäuse 22 gegen plane Anlageflächenbereiche 42 der Außenseite 18 des Kühlkörpers 14. Jedes Spannband 40 weist in seinen Abschnitten 41 jeweils eine Aussparung 44 auf, die mit den Lichtaustrittsbereichen 28 der Leuchtdiodengehäuse 22 fluchten. Die Spannbänder 40 sind elastisch, was, wie oben beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, durch eine entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Bänder oder durch deren Material realisiert werden kann. Die konstruktive Ausgestaltung kann sich dabei auch auf den (nicht dargestellten) Verschluss der Spannbänder 40 beziehen. Die Spannbänder 40 dienen sowohl direkt als auch indirekt der Wärmeabfuhr. Die indirekte Wärmeabfuhrwirkung der Spannbänder 40 ist darin begründet, dass die Spannbänder 40 die Gehäuse 22 gegen den Kühlkörper 14 drücken und somit den thermischen Kontakt der Gehäuse 22 zum Kühlkörper 14 verbessern. Andererseits erstreckt sich die direkte Kühlwirkung der Spannbänder 40 darauf, dass diese unmittelbar an den Gehäusen 22 der Leuchtdioden 20 anliegen und somit Wärme von den Gehäusen 22 in die Umgebung abführen.

Claims

Leuchte, insbesondere Warnleuchte, für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Flugzeug, mit – mindestens einer Leuchtdiode (20), die ein Gehäuse (22) mit an diesem angeordneten Anschlusselementen (24) aufweist, und – einem Kühlkörper (14), mit dem das Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) in wärmeleitendem Kontakt steht, – wobei die mindestens eine Leuchtdiode (20) mittels eines Andrückelements (38) gegen den Kühlkörper (14) gedrückt ist, und zwar unter Aufrechterhaltung einer durch unterschiedliche thermische Ausdehnung bedingten Relativbewegung quer zur Andrückrichtung, dadurch gekennzeichnet, – dass das Andrückelement (38) als Spannelement (40) ausgebildet ist, welches an der dem Kühlkörper (14) abgewandten Außenseite (32) des Gehäuses (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) anliegt, – dass das Spannelement (40) eine mit einem Lichtaustrittsbereich (28) des Gehäuses (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) fluchtende Aussparung (44) aufweist, und – dass das Spannelement (40) als sich um den Kühlkörper (14) herum erstreckendes Spannband ausgebildet ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kühlkörper (14) und dem Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) eine verformbare Wärmeleitmaterialschicht (36) angeordnet ist.
Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leuchtdiode (20) elektrisch an einer zumindest abschnittsweise flexiblen Leiterplatine (34) kontaktiert ist und dass das Spannelement (38) das Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) gegen die Leiterplatine (34) und damit diese gegen den Kühlkörper (14) drückt.
Leuchte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) zumindest in denjenigen Bereichen, innerhalb derer aus dem Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) austretendes Licht auf das Andückelement (38) auftrifft, reflektierend ausgebildet ist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Spannelement (38) gegen den Kühlkörper (14) abstützt.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (14) eine Außenfläche (18) aufweist, die zumindest einen planaren Anlageflächenbereich (42) aufweist, gegen den das Gehäuse (22) der mindestens einen Leuchtdiode (20) durch das Spannelement (38) gedrückt gehalten ist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden (20) vorgesehen sind.
Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Leuchtdioden (20) gegen einen gemeinsamen planaren Anlageflächenbereich (42) des Kühlkörpers (14) gedrückt gehalten sind.
Leuchte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (14) mehrere in dessen Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnete planare Anlageflächenbereiche (42) aufweist und dass gegen jeden Anlageflächenbereich (4 2) jeweils das Gehäuse (22) mindestens einer Leuchtdiode (20) gedrückt gehalten ist.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (40) einander gegenüberliegende Enden aufweist, die miteinander vorzugsweise lösbar verbindbar sind.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrückelement (38) ein wärmeleitendes Material aufweist.