DE102006001711B4

DE102006001711B4 - Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006001711B4
Application number: DE102006001711A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berlitz; Thomas Klierl; Johannes Scheuchenpflug; Christian Spreitzer; Manfred Stadler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2026-01-14
Also published as: DE102006001711A1

Abstract

Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere, in einem oder mehreren Paneelen angeordnete LEDs, und einen ersten, mit dem Leuchtmittel in wärmeleitender Verbindung stehenden Kühlkörper mit auf einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kühlkörper (6, 14) mit auf mindestens einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen (9, 19) vorgesehen ist, wobei die Wärmeableitelemente (5, 9, 18, 19) beider Kühlkörper (3, 6, 14) ineinander eingreifen und derart ausgebildet sind, dass der erste Kühlkörper (3) und der zweite Kühlkörper (6, 14) gegeneinander bewegbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere, in einem oder mehreren Paneelen angeordnete LEDs, und einen ersten, mit dem Leuchtmittel in wärmeleitender Verbindung stehenden Kühlkörper mit auf einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen.
Beim Betrieb einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug entstehen, insbesondere bei der Verwendung von LEDs, große Wärmemengen. Diese Wärme muss vom Leuchtmittel weggeführt werden, da die Leuchtmittel ansonsten beschädigt oder gar zerstört werden könnten. Eine LED beginnt bei der Überschreitung der sogenannten „Junction-Temperatur" extrem zu altern oder kann auch zerstört werden. Dasselbe Risiko besteht bei der Verwendung von Chips in der Beleuchtungseinrichtung für dieselben.
Es ist bekannt, vergleiche beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 51 955 A1 , einen Kühlkörper in die Beleuchtungseinrichtung zu integrieren, mit dessen Hilfe die Wärme vom Leuchtmittel weg durch den Kühlkörper verteilt und in andere Fahrzeugbereiche geführt wird. So kann beispielsweise ein mit dem Leuchtmittel in wärmeleitender Verbindung stehender Kühlkörper vorgesehen sein, der im Wesentlichen aus einem flächigen Verteilerelement und Wärmeableitelementen besteht, die die Hitze nach hinten von dem Leuchtmittel wegleiten.
Ein solcher Kühlkörper erweist sich jedoch als sehr sperrig und ist, beispielsweise an der Karosserie, zu befestigen, damit eine Ableitung aus der Beleuchtungseinrichtung hinaus erreicht werden kann. Eine Bewegung des Leuchtmittels, wie sie beispielsweise zur Leuchtweitenregelung oder bei einem adaptiven Kurvenlicht eingesetzt wird, ist dann nicht mehr möglich.
Aus der WO 2004/038290 A1 ist eine durch LED's beleuchtete Lampe bekannt, bei der ein Wärmeabfuhrelement als ein erster Kühlkörper und eine externe Struktur als zweiter Kühlkörper wirken. Bei einem aus der DE 10 2004 025 623 A1 bekannten Scheinwerfer wird ein über einen Kühlkörper mit Kühlrippen erwärmter Luftstrom gegen die Scheinwerferscheibe geleitet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung zu schaffen, die eine bessere Kühlung bei gleichzeitiger Bewegbarkeit des Leuchtmittels erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein zweiter Kühlkörper mit auf mindestens einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen vorgesehen ist, wobei die Wärmeableitelemente beider Kühlkörper ineinander eingreifen und derart ausgebildet sind, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper gegeneinander bewegbar sind.
Die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst also nicht nur einen Kühlkörper, sondern zwei Kühlkörper, die durch Wärmeübertragung über Wärmeableitelemente miteinander in wärmeleitender Verbindung stehen. Dabei sind die Wärmeableitelemente so ausgebildet, dass der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper gegeneinander bewegbar sind. Es sind verschiedene Ausgestaltungen je nach Art der gewünschten Bewegbarkeit denkbar. Die Wärmeableitelemente stehen dabei immer in wärmeleitender Verbindung. Der zweite Kühlkörper leitet die Wärme dann nach außerhalb der Beleuchtungseinrichtung ab. Damit ist ein effektives Kühlsystem gegeben, das zusätzliche Freiheitsgrade in der Bewegung des Leuchtmittels erlaubt und gleichzeitig verhindert, dass beispielsweise bei einer LED die „Junction Temperatur" überschritten wird.
Die Bewegbarkeit kann dabei auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. So können die Kühlkörper gegeneinander linear bewegbar sein und alternativ oder zusätzlich gegeneinander um mindestens eine Achse verkippbar sein.
Beide Optionen lassen eine Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungseinrichtung durch die Bewegung der Kühlkörper gegeneinander und somit die Bewegung des Leuchtmittels zu. Insbesondere eine Verkippbarkeit ermöglicht eine einfache Realisierung einer Leuchtweitenregelung oder eines adaptiven Kurvenlichtes.
Sollen die Kühlkörper gegeneinander linear bewegbar sein, können nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung die Wärmeableitelemente als konzentrische Ovalringe oder Kreisringe ausgebildet sein. Dabei greift dann zwischen jeweils zwei Ringe des einen Kühlkörpers ein Ring des anderen Kühlkörpers ein. Diese Ausführungsform ist vor allem dann sinnvoll, wenn eine Verkippung größtenteils unerwünscht ist.
Eine andere Ausbildung der Wärmeableitelemente sieht vor, dass diese als von einem Kühlkörperabschnitt abstehende Rippen oder Stifte ausgebildet sein können. Bei über die Länge des Kühlkörperabschnitts ausgebildeten Rippen ist eine Verschwenkbarkeit um genau eine Achse erreicht. Beide Formen, also Rippen und Stifte, lassen sich problemlos in einem Gießverfahren ausbilden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens können die Wärmeableitelemente als versetzt angeordnete Stifte ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, die Wärmeableitelemente so auszugestalten, dass die Kühlkörper um zwei zueinander senkrechte Achsen gegeneinander verkippbar sind. In einer solchen Ausgestaltung liegt ein nicht am Rande gelegener Stift eines Kühlkörpers beispielsweise mittig zwischen vier Stiften des anderen Kühlkörpers. Sind solche Stifte vorgesehen, so können diese einen runden oder viereckigen Querschnitt aufweisen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich zudem herausgestellt, dass sich die Wärmeableitelemente des ersten und des zweiten Kühlkörpers nicht berühren müssen. Es kann daher vorgesehen sein, dass zwischen den Wärmeableitelementen des ersten und des zweiten Kühlkörpers ein minimaler Luftspalt von 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 0,75 bis 1,25 mm, besteht. Über einen solchen Luftspalt wird immer noch hinreichend viel Wärme übertragen, so dass eine effektive Kühlung möglich wird.
Vorzugsweise können der erste und/oder der zweite Kühlkörper auf einer weiteren Seite vorstehende sekundäre Wärmeableitelemente umfassen. Solche sekundären Wärmeableitelemente dienen der weiteren Ableitung der Wärme weg von der Beleuchtungseinrichtung. Sie können sich beispielsweise nach hinten in das Fahrzeuginnere erstrecken. In einer anderen Ausgestaltung ist es genauso möglich, dass die sekundären Wärmeableitelemente senkrecht zur Lichtaustrittsrichtung die Wärme nach unten oder oben abführen.
Mit besonderem Vorteil können die Kühlkörper aus Zinkdruckguss bestehen. Dann sind die Kühlkörper kostengünstig und einfach herstellbar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 einen Horizontalschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 einen Horizontalschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
3 eine mögliche Anordnung von Stiften als Wärmeableitelemente bei einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungseinrichtung 1. Als Leuchtmittel sind dabei paneelartig angeordnete auf einer Platine 2a befestigte LEDs 2 vorgesehen, von denen hier nur eine Reihe dargestellt ist. Da durch die LEDs 2 eine enorme Hitze entsteht, stehen diese in wärmeleitender Verbindung mit einem ersten Kühlkörper 3, der aus Zinkdruckguss gefertigt ist. Der Kühlkörper 3 umfasst einen flächigen Kühlkörperabschnitt 4, von dem mehrere als Rippen ausgebildete Wärmeableitelemente 5 entgegen der Lichtaustrittsrichtung abstehen. Die Hitze der LEDs 2 wird also zunächst in den als Verteiler wirkenden Kühlkörperabschnitt 4 übertragen und von dort in die Wärmeableitelemente 5. Ein zweiter, ebenso aus Zinkdruckguss gefer tigter Kühlkörper 6 ist am Gehäuse 7 der Beleuchtungseinrichtung 1 angebracht. Auch der zweite Kühlkörper 6 umfasst einen flächigen Kühlkörperabschnitt 8, von dem Wärmeableitelemente 9 hervorstehen, die wiederum als Rippen ausgebildet sind, die zwischen den Wärmeableitelementen 5 des ersten Kühlkörpers 3 eingreifen. Damit keine Reibung auftreten kann, besteht eine Luftlücke von minimal 1 mm zwischen den Wärmeableitelementen 5 und den Wärmeableitelementen 9. Es ist natürlich genauso gut möglich, die Wärmeableitelemente auf Kontakt auszufertigen.
Die Wärme der LEDs 2 wird über den Luftspalt zwischen den Wärmeableitelementen 5 und 9 von den Wärmeableitelementen 5 auf die Wärmeableitelemente 9 übertragen, worauf sie in den flächigen Kühlkörperabschnitt 8 des zweiten Kühlkörpers 6 gelangt. In dieser Ausführungsform sind weiterhin sekundäre Wärmeableitelemente 10 vorgesehen, die sich aus dem Gehäuse nach hinten, also entgegen der Lichtaustrittsrichtung erstrecken. Über diese kann die Wärme flächig in den kühleren Innenraum des Kraftfahrzeugs abgestrahlt werden. Sie sind hier ebenso als Rippen ausgebildet, es ist jedoch jede Formgebung denkbar, die für eine gute Wärmeabstrahlung geeignet ist. Ebenso ist es in manchen Fällen durchaus möglich, die sekundären Wärmeableitelemente 10 gänzlich entfallen zu lassen, wenn die Abstrahlung über den Kühlkörperabschnitt 8 hinreichend ist.
Durch die rippenartige Ausbildung der Wärmeableitelemente 5 und 9 und ihren in 1 dargestellten Eingriff ist es möglich, den ersten Kühlkörper 3 und somit die daran befestigen LEDs 2 gegenüber dem zweiten Kühlkörper 6 und damit dem Gehäuse 7 der Beleuchtungseinrichtung 1 zu verkippen. Diese Verkippung ist durch eine bei 11 angedeutete mechanische Achshalterung des ersten Kühlkörpers 3 realisiert. 1 zeigt einen Horizontalschnitt, also einen Blick von oben auf die Beleuchtungseinrichtung 1. Die Verkippbarkeit ist hier bezüglich einer horizontalen Achse 12 realisiert, das bedeutet, eine Leuchtweitenregelung ist problemlos möglich. Dieser Freiheitsgrad ist in 1 durch den Pfeil A angedeutet.
Alternativ wäre es genauso denkbar, die Wärmeableitelemente 5 bzw. 9 in horizontaler Richtung auszubilden, wodurch statt einer Verkippbarkeit um die horizontale Achse 12 eine Verkippbarkeit um eine vertikale Achse realisiert werden kann, die beispielsweise für ein adaptives Kurvenlicht notwendig ist. Durch eine lineare Verschiebbarkeit der Achslagerung 11, wie durch den Pfeil B angedeutet, können die Kühlkörper 3 und 6 auch linear gegeneinander verschiebbar ausgebildet sein.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich eine Beleuchtungseinrichtung 12. Diese weist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise nur eine einzige, besonders leistungsstarke LED 13 auf. Zum anderen ist eine alternative Ausführungsform des zweiten Kühlkörpers 14 gewählt. Der Kühlkörperabschnitt 15 ist hier winkelartig ausgebildet, wobei an dem von der Lichtaustrittsrichtung abgewandten Winkelabschnitt 16 sekundäre Wärmeableitelemente 17 ausgebildet sind, die nun eine seitliche Ableitung der Wärme ermöglichen.
3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Wärmeableitelemente bei einer gewünschten Verkippbarkeit um zwei Achsen. Dabei ist ein Querschnitt durch den Eingriffsbereich zwischen den Kühlkörpern dargestellt. Die Wärmeableitelemente 18 bzw. 19 sind hierbei als runde Stifte ausgebildet. Die Wärmeableitelemente 18 des ersten Kühlkörpers sind als Hohlkreise dargestellt, die Wärmeableitelemente 19 des zweiten Kühlkörpers schraffiert. Dabei ist ein nicht am Rande gelegenes Wärmeableitelement 19 des zweiten Kühlkörpers immer zentral zwischen vier Wärmeableitelementen 18 des ersten Kühlkörpers angeordnet, wobei die Lücke zwischen den Wärmeableitelementen groß genug ist, um ein Wärmeableitelement des anderen Kühlkörpers passieren zu lassen. Dadurch wird eine Verkippbarkeit der Kühlkörper gegeneinander um zwei vertikal zueinander stehende Achsen, nämlich die Achsen 20 und 21 ermöglicht, wie durch die Pfeile C und D angedeutet ist.
Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen und Formen der Wärmeableitelemente bzw. der Kühlkörper denkbar, solange nur eine gute War meübertragung zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper sowie eine gute Wärmeabstrahlung oder eine gute Wirkung als Senke gegeben sind.

Claims

Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Leuchtmittel, insbesondere eine oder mehrere, in einem oder mehreren Paneelen angeordnete LEDs, und einen ersten, mit dem Leuchtmittel in wärmeleitender Verbindung stehenden Kühlkörper mit auf einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kühlkörper (6, 14) mit auf mindestens einer Seite vorstehenden Wärmeableitelementen (9, 19) vorgesehen ist, wobei die Wärmeableitelemente (5, 9, 18, 19) beider Kühlkörper (3, 6, 14) ineinander eingreifen und derart ausgebildet sind, dass der erste Kühlkörper (3) und der zweite Kühlkörper (6, 14) gegeneinander bewegbar sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3, 6, 14) gegeneinander linear bewegbar sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3, 6, 14) gegeneinander um mindestens eine Achse (12, 20, 21) verkippbar sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitelemente (5, 9, 18, 19) als konzentrische Ovalringe oder Kreisringe ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitelemente (5, 9, 18, 19) als von einem Kühlkörperabschnitt (4, 8, 15) abstehende Rippen (5, 9) oder Stifte (18, 19) ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitelemente (5, 9, 18, 19) als versetzt angeordnete Stifte (18, 19) ausgebildet sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (18, 19) so angeordnet sind, dass die Kühlkörper (3, 6, 14) um zwei zueinander senkrechte Achsen gegeneinander verkippbar sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (18, 19) einen runden oder viereckigen Querschnitt aufweisen.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wärmeableitelementen (5, 9, 18, 19) des ersten und des zweiten Kühlkörpers ein minimaler Luftspalt von 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 0,75 bis 1,25 mm, besteht.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kühlkörper (3, 6, 14) auf einer weiteren Seite vorstehende sekundäre Wärmeableitelemente (10, 17) umfasst.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (3, 6, 14) aus Zinkdruckguss bestehen.