DE102006036058A1

DE102006036058A1 - Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006036058A1
Application number: DE102006036058A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berlitz; Thomas Klierl; Johannes Scheuchenpflug; Christian Spreitzer; Manfred Stadler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-08-02
Filing date: 2006-08-02
Publication date: 2008-02-14

Abstract

Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere LEDs sowie eine den LEDs zugeordnete Einrichtung zum Abführen der beim Betrieb der LEDs entstehenden Wärme, wobei die Einrichtung einen von einem in einem Kreislauf (8, 8') zirkulierenden Kühlmedium durchflossenen Träger (6, 6') aufweist, der mit den LEDs (4, 4') in wärmeleitender Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere LEDs, sowie eine den LEDs zugeordnete Einrichtung zum Abführen der beim Betrieb der LEDs entstehenden Wärme.
Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise aus GB 24 02 203 A bekannt. Die dortige Beleuchtungseinrichtung weist mehrere LEDs auf. Eine LED ist ein Halbleiterbauelement, ist also üblicherweise auf einem Halbleiterchip aufgebaut. Beim Betrieb einer solchen LED entsteht am Chip Wärme. Um diese abzuführen, sind die LEDs beziehungsweise die LED-Chips auf einem Metallträger angeordnet, sie stehen mit diesem Träger also in einer wärmeleitenden Verbindung. Über den Träger, an dem geeignete Kühlrippen vorgesehen sein können, wird die beim Betrieb der LEDs entstehende Wärme abgeführt. Bekannt ist es aus GB 24 02 203 A auch, an dem Träger ein Wärmeleitrohr anzuordnen, über das die aufgenommene Wärme an einen bestimmten Punkt, dort nahe der Streuscheibe des Scheinwerfers, geführt werden kann.
Wenngleich über diese Einrichtung die Abwärme in gewissem Umfang abgeführt werden kann, ist die Kühlleistung dennoch verbesserungswürdig.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung, also beispielsweise einen Frontscheinwerfer oder eine Heckleuchte für ein Kraftfahrzeug anzugeben, die als Lichtquellen eine oder mehrere LEDs aufweist, und die in ihrer Kühlleistung verbessert ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einrichtung zum Abführen der beim Betrieb der LEDs entstehenden Wärme einen von einem in einem Kreislauf zirkulierenden Kühlmedium durchflossenen Träger aufweist, der mit den LEDs in wärmeleitender Verbindung steht.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erfolgt eine aktive Kühlung der LEDs beziehungsweise eine aktive Wärmeabfuhr. Hierzu kommt ein spezielle Träger zum Einsatz, der von einem Kühlmedium durchflossen wird. Bei dem Träger handelt es sich also um einen Hohlkörper, der aktiv mit dem Kühlmedium gespeist wird. Direkt auf dem Träger sind die LEDs beziehungsweise die LED-Chips der einzelnen LEDs oder eine Multichip-Anordnung angeordnet. Das heißt, die LEDs beziehungsweise deren Chips stehen in direkter wärmeleitender Verbindung mit dem bevorzugt aus Metall bestehenden Hohlträger. Der Träger wiederum ist in einen Kühlmediumkreislauf integriert, dieser Kreislauf ist bevorzugt geschlossen. Diese aktive Kühlung der LEDs lässt eine wesentlich effizientere Kühlung zu, nachdem über den Träger ein aktiver Wärmetausch zum Kühlmedium hin erfolgt, dieses nimmt also die LED-Abwärme über den sich erwärmenden Träger auf und führt diese ab. Der Wirkungsgrad dieser Kühlung ist deutlich höher als bei der reinen Strahlungskühlung, wie sie aus der einleitend genannten Schrift bekannt ist.
Der Träger selbst ist bevorzugt als flaches Rohr ausgeführt, also als flächiges, dünnes Gebilde, so dass eine große Fläche zur Aufnahme möglichst vieler LEDs gegeben ist, wobei sich die endgültige Form und Dimensionierung des Trägers letztlich danach richtet, wie viele LEDs pro Scheinwerfer oder Heckleuchte oder dergleichen gemeinsam zu kühlen sind. Auch kann die Form dieses Trägers beliebig sein. Sind beispielsweise bei einem Scheinwerfer mehrere in unterschiedliche Positionen angeordnete LEDs vorgesehen, beispielsweise um ein Kurvenlicht oder dergleichen zu realisieren, so kann der Träger entsprechend gebogen oder gewinkelt ausgeführt sein, um sämtliche LEDs gemeinsam kühlen zu können.
Im Inneren des Trägers können in Weiterbildung der Erfindung mehrere Leiteinrichtungen vorgesehen sein, über die ein Strömungsweg für das Kühlmedium definiert ist. Über diese Leiteinrichtungen kann ein relativ langer Strö mungsweg realisiert werden, so dass das Kühlmedium, beispielsweise Wasser, in relativ langem Kontakt mit der Trägerwand steht und so die Wärmeaufnahme noch weiter verbessert werden kann. Denkbar sind hier Leiteinrichtungen von einzelnen Rippen oder dergleichen, so dass sich beispielsweise ein mäanderförmiger Strömungsweg ergibt.
Zur Förderung des Kühlmediums ist in den Kreislauf zweckmäßigerweise eine kleine Pumpe geschaltet. Wenngleich es mitunter bereits ausreichend ist, das Kühlmedium lediglich umzufördern, so dass sich das Kühlmedium auf dem Förderweg außerhalb des Trägers bereits wieder hinreichend abkühlen kann, mithin also die aufgenommene Wärme beispielsweise an den den Kreislauf bildenden Schlauch und dergleichen abgibt, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, in den Kreislauf eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Kühlmittels zu schalten. Bei dieser Kühleinrichtung kann es sich um eine beliebige Kühleinrichtung, beispielsweise eine Kältemaschine (z.B. auch die einer fahrzeugseitig vorgesehenen Klimaanlage) oder ähnliches handeln, die in irgendeiner Weise geeignet ist, das Kühlmedium, also beispielsweise Wasser, nach dem Durchströmen durch den Träger und mithin der Wärmeaufnahme wieder etwas abzukühlen. Dies kann aktiv erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Kältekompressors oder eines Absorptionskühlers oder dergleichen. Denkbar wäre aber auch, in der Kühleinrichtung das Kühlmedium über eine reine Wärmeabstrahlung zu kühlen. Hierzu weist die Kühleinrichtung beispielsweise einen vom noch erwärmten Kühlmedium durchströmten Abschnitt auf, an dem mehrere Kühlrippen vorgesehen sind, über die die vom Kühlmedium aufgenommene Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Die Umgebung ist in der Regel kälter als die Temperatur des über die Wärmeaufnahme im LED-Träger erwärmten Kühlmediums, so dass auch auf diese Weise eine gewisse ausreichende Kühlung des Kühlmediums, beispielsweise des Wassers, erreicht werden kann.
Im Kreislauf sollte ferner ein Ausgleichsbehälter für das Kühlmedium vorgesehen sein, so dass stets ein hinreichendes Kühlmittelreservoir zur Verfügung steht.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn in den Kreislauf ein oder mehrere weitere Träger mit wärmeleitend gekoppelten LEDs eingebunden sind. Das heißt, es ist gemäß dieser Erfindungsausgestaltung möglich, die LEDs beispielsweise des zweiten Frontscheinwerfers mit in den Kreislauf zu integrieren, das heißt, die Leuchtmittel beider Frontscheinwerfer würden über einen einzigen Kreislauf beziehungsweise über das in dem gemeinsamen Kreislauf zirkulierende Kühlmedium gekühlt. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, auch die Heckleuchten, in denen ebenfalls entsprechende LEDs zur Bildung des Bremslichts oder Abblendlichts etc. integriert sein können, in diesen Kreislauf einzubinden, so dass sämtliche externen Beleuchtungseinrichtungen beziehungsweise deren LEDs in einem einzigen Kreislauf eingebunden und über diesen gekühlt werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung einer ersten Ausführungsform, und
2 eine Prinzipdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1, umfassend hier einen Frontscheinwerfer 2, in dem eine Leuchteinheit 3 integriert ist. Diese besteht aus einer Vielzahl einzelner LEDs 4, die mit ihren Chips 5 auf einem gemeinsamen Träger 6 angeordnet und mit diesem wärmeleitend verbunden sind. Der Träger 6 ist als flacher Hohlkörper 7, also als Flachrohr mit einer hinreichend großen Fläche zum Aufbringen einer beliebigen Anzahl an LEDs 4 ausgeführt. Er ist in einen Kreislauf 8 eingebunden, in dem ein Kühlmedium, z.B. ein flüssiges Kühlmittel, zirkuliert. Der Kreislauf 8 umfasst eine Pumpe 9, über die das Kühlmedium in die entsprechenden Schlauchverbindungen gefördert wird. Ferner ist ein Ausgleichsbehälter 10 als Reservoir für das Kühlmedium vorgesehen wie auch eine Kühleinrichtung 11 zum Kühlen des sich während eines Umlaufs erwärmenden Kühlmediums vorgesehen ist. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser verwendet werden.
Am Träger 6 sind geeignete Anschlussmittel 12 vorgesehen, um entsprechende Schlauchverbindungen 13, 14 anzuschließen.
Werden die LEDs 4 über eine zentrale Steuerungseinrichtung 15, die hier nur exemplarisch dargestellt ist, angesteuert, um hier das Fahrzeugvorfeld auszuleuchten, entsteht am Halbleiterchip 5 Wärme, die abzuführen ist, das heißt, die LEDS müssen ausreichend gekühlt werden, um Alterungsprozesse zu vermeiden, um das emittierte Lichtspektrum konstant zu halten, um eine zu hohe Stromaufnahme zu vermeiden, etc.
Dazu wird über die Steuerungseinrichtung 15, wie hier nur exemplarisch dargestellt ist, auch der Betrieb des Kreislaufs 8 gesteuert. Das heißt, es wird die Pumpe 9 angesteuert, so dass diese das Kühlmedium im Kreislauf 8 fördert, wie auch die Kühleinrichtung 11 angesteuert wird, sofern es sich um eine solche handelt, die eine aktive Kühlung des Kühlmediums erwirkt. Beispielsweise kann hier ein Kältekompressor einer fahrzeugseitigen Klimaanlage eingesetzt werden. Denkbar ist es aber auch, die Kühleinrichtung 11 lediglich als Flächen-Strahlungskühler auszuführen, mithin also großflächige Kühlrippen oder dergleichen vorzusehen, über die das daran vorbei zirkulierende Kühlmedium Wärme abgeben kann.
Das Kühlmedium wird von der Pumpe 9 über die Schlauchverbindung 13 zum Träger 6 gefördert und durchströmt diesen. Im Inneren des hohlen Trägers 6 können geeignete Leiteinrichtungen vorgesehen sein, um einen relativ langen Strömungsweg zu realisieren. Hierbei kommt das Kühlmedium in Kontakt mit dem metallischen Träger 6, insbesondere mit der Trägerwand, an der die LEDs 4 angeordnet sind und die sich zwangsläufig durch die wärmeleitende Verbindung mit den LEDs 4 erwärmt. Infolgedessen erfolgt hier ein Energieübertrag oder Wärmeübertrag von den Chips 5 auf die Wand des Trägers 6 und von dieser an das Kühlmedium. Dieses tritt aus dem Träger 6 in die Schlauchverbindung 14 aus und gelangt zur Kühleinrichtung, wo es je nach Funktionsweise derselben mehr oder weniger stark gekühlt wird. Anschließend gelangt es in den Ausgleichsbehälter 10, von wo aus es über die Pumpe 9 wiederum kontinuierlich abgezogen wird.
2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1'. diese entspricht insoweit der Beleuchtungseinrichtung 1 aus 1, jedoch sind hier zwei Frontscheinwerfer 2' mit jeweiligen Leuchteinheiten 3' vorgesehen, ebenfalls bestehend aus einer beliebigen Anzahl an LEDs 4', die über ihre jeweiligen Chips 5' auf jeweils einen Träger 6' (hier wiederum ein flacher Hohlkörper 7') wärmeleitend angeordnet sind. Auch hier ist ein Kreislauf 8' vorgesehen, enthaltend eine Pumpe 9', einen Ausgleichsbehälter 10' sowie eine Kühleinrichtung 11'. Auch hier wird der Betrieb der LEDs 4' sowie des Kreislaufs 8', also der Pumpe 9' und gegebenenfalls der Kühleinrichtung 11' über eine zentrale Steuerungseinrichtung 15', beispielsweise das Steuergerät, das generell die Fahrzeugaußenbeleuchtung steuert, gesteuert.
Im gezeigten Beispiel ist die Pumpe 9' jeweils über eine Schlauchverbindung 13' mit dem jeweiligen Träger 6' gekoppelt, das heißt, die Pumpe 9' bedient beide Träger 6' und fördert kaltes Kühlmedium zum Träger 6'. Von dort aus wird das infolge des Wärme- oder Energieaustauschs mit dem Träger 6' erwärmte Kühlmedium über die Schlauchverbindungen 14' zur gemeinsamen Kühleinrichtung 11' geführt, wo es gekühlt wird und von wo es anschließend in den Ausgleichsbehälter 10' gelangt, von wo aus es über die Pumpe 9' abgezogen wird.
Das heißt, hier sind zwei separate Leuchteinheiten 3' in den Kreislauf 8' eingebunden und werden über die gemeinsame Pumpe 9' simultan bedient. Dies ist hier ohne weiteres möglich, nachdem im Falle der Frontscheinwerfer üblicherweise beide betrieben werden, sei es zur Erzeugung des Abblendlichts oder des Fernlichts etc.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die 1 und 2 lediglich exemplarischer Natur sind. Der Träger 6 beziehungsweise 6' kann selbstver ständlich jedwede Größe und Ordnung haben, er kann beispielsweise gewinkelt ausgeführt sein, um an seiner Oberseite auch LEDs anzuordnen, die beispielsweise unter einem Winkel zu den der Erzeugung des Abblend- beziehungsweise Fernlichts dienenden LEDs stehen und über die beispielsweise ein Kurvenlicht erzeugt wird, oder ein Blinklicht etc.

Claims

Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oder mehrere LEDs, sowie eine den LEDs zugeordnete Einrichtung zum Abführen der beim Betrieb der LEDs entstehenden Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen von einem in einem Kreislauf (8, 8') zirkulierendem Kühlmedium durchflossenen Träger (6, 6') aufweist, der mit den LEDs (4, 4') in wärmeleitender Verbindung steht.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6, 6') als flaches Rohr ausgeführt ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (6, 6') im Inneren mehrere Leiteinrichtung, über die ein Strömungsweg für das Kühlmedium definiert ist, aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Kühlmedium fördernde Pumpe (9, 9') in den Kreislauf (8, 8') geschaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (11, 11') zum Kühlen des Kühlmittels in den Kreislauf (8, 8') geschaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel enthaltender Ausgleichsbehälter (10, 10') in den Kreislauf (8, 8') geschaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf (8') ein oder mehrere weitere Träger (6') mit wärmeleitend gekoppelten LEDs (4') eingebunden sind.