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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung umfassend
mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die zur Wärmeableitung
mit einem Kühlkörper in Verbindung steht.
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Eine
solche Beleuchtungseinrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt.
So ist bspw. in der
EP
1 643 188 A1 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer offenbart, der
eine Leuchtdiodenanordnung als Halbleiterlichtquelle aufweist. Die
Halbleiterlichtquelle steht zur Wärmeableitung mit einem
Kühlkörper in Verbindung. Die Halbleiterlichtquelle
ist mitsamt dem Kühlkörper in einem Scheinwerfergehäuse
angeordnet. Im Inneren des Gehäuses bildet sich beim Betrieb der
Halbleiterlichtquelle entweder durch Konvektion oder mittels eines
Lüfters ein Luftstrom aus, durch den Wärme von
dem Kühlkörper weggeleitet wird. In dem Luftstrom
sind verschieden ausgebildete Wärmeableitelemente angeordnet,
die mit dem Gehäuse in Verbindung stehen, um die Wärme
möglichst effizient aus dem Gehäuse heraus zu
leiten.
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Bei
dem bekannten Scheinwerfer wird ein Lüfter lediglich zur
Unterstützung bzw. Verstärkung der Wärmekonvektion
eingesetzt. Dabei wird die Richtung des Luftstroms durch den Einsatz
des Lüfters nicht beeinflusst, insbesondere nicht in eine
von der Richtung des Luftstroms aufgrund von Konvektion abweichenden
Richtung umgelenkt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zu Grunde, eine bekannte Beleuchtungseinrichtung dahingehend
auszugestalten und weiterzubilden, dass die Effizienz der Wärmeableitung
auf eine möglichst einfache und kostengünstige
Art und Weise verbessert wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung
einen weitgehend geschlossenen Luftkanal mit einer im wesentlichen
horizontalen Erstreckung und Mittel zum aktiven Fördern
von Luft durch den Luftkanal aufweist, wobei der Kühlkörper
zumindest teilweise in dem durch den Luftkanal geförderten Luftstrom
angeordnet ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist also im Inneren der Beleuchtungseinrichtung
ein Luftkanal ausgebildet, durch den ein von den Fördermitteln hervorgerufener
Luftstrom hindurchfließt. Der Luftkanal ist vorzugsweise
innerhalb eines Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung ausgebildet.
Eine oder mehrere Wandungen des Gehäuses können
dabei auch Teil des Luftkanals sein. Entscheidend ist jedoch, dass
im Inneren der Beleuchtungseinrichtung mindestens eine zusätzliche
Wandung oder mindestens ein Luftleitelement vorgesehen ist, die
gegebenenfalls zusammen mit den Wandungen des Gehäuses
der Beleuchtungseinrichtung oder dem Kühlkörper
den separaten, weitgehend geschlossenen Luftkanal bilden, durch
den der Luftstrom zur Wärmeableitung von dem Kühlkörper
besonders effizient hindurchfließen kann. Ein wichtiger
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht also darin, dass sich
der Luftstrom zur Kühlung des Kühlkörpers
nicht einfach – sei es durch Konvektion oder mittels eines
Lüfters – frei und nahezu beliebig, über
ein großes Volumen verteilt im Inneren des Gehäuses
der Beleuchtungseinrichtung einstellt. Vielmehr wird der Luftstrom durch
den weitgehend geschlossenen Luftkanal gezielt in eine gewünschte,
vorgegebene Richtung gezwungen. Aufgrund der im Wesentlichen horizontalen
Erstreckung des Luftkanals verläuft auch der kühlende
Luftstrom innerhalb des Luftkanals im Wesentlichen in horizontaler
Richtung.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass die Mittel zum aktiven Fördern von Luft ein Gebläse
aufweisen. Das Gebläse kann Luft ansaugen und/oder Luft
wegblasen. Es kann im Inneren des Luftkanals angeordnet sein, um
von der einen Seite des Luftkanals her Luft anzusaugen und sie in
die andere Richtung des Luftkanals zu fördern. Alternativ
kann das Gebläse auch außerhalb des Luftkanals
angeordnet sein, so dass die angesaugte Luft durch den gesamten
Luftkanal hindurchgeblasen wird, oder aber das Gebläse
durch die gesamte Länge des Luftkanals Luft ansaugt. Unabhängig
von der Anordnung des Gebläses erzeugt dieses in dem im
Wesentlichen horizontal verlaufenden Luftkanal einen kühlenden
Luftstrom, der im Wesentlichen abweichend, vorzugsweise quer zur üblichen
Konvektionsrichtung verläuft.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper eine Aufnahme
zur Montage der Halbleiterlichtquelle aufweist. Des Weiteren wird
vorgeschlagen, dass der Kühlkörper eine Aufnahme
zur Montage eines Reflektors der Beleuchtungseinrichtung, eine Aufnahme
zur Montage einer Linse der Beleuchtungseinrichtung und/oder eine
Aufnahme zur Montage einer Blendenanordnung der Beleuchtungseinrichtung
aufweist. Auf diese Weise lässt sich ein besonders einfacher
und kostengünstiger Aufbau der Beleuchtungseinrichtung
realisieren. Zudem kann der Kühlkörper als Trägerelement
zusammen mit den Halbleiterlichtquellen und gegebenenfalls zusammen mit
dem Reflektor, der Linse und/oder der Blendenanordnung der Beleuchtungseinrichtung
als eine Einheit (sogenanntes Lichtmodul) gehandhabt und relativ
zum Gehäuse bewegt werden. Eine Bewegung des Lichtmoduls
ist beispielsweise in horizontaler Richtung zur Realisierung einer
Kurvenlichtfunktion oder in vertikaler Richtung zur Realisierung
einer Leuchtweitenregulierung denkbar. Ein Lichtmodul mit Halbleiterlichtquelle
und Reflektor wird auch als ein Reflexionsmodul und ein Lichtmodul,
das zusätzlich noch über eine Linse und wahlweise über
eine Blendenanordnung verfügt, als Projektionsmodul bezeichnet.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper
Aufnahmen zur Montage von Bauteilen sowohl eines nach dem Reflexionsprinzip
arbeitenden Lichtmoduls als auch eines nach dem Projektionsprinzip
arbeitenden Lichtmoduls aufweist. Den Halbleiterlichtquellen sind
vorzugsweise sogenannte Primäroptiken zum Bündeln der
von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen vorgeschaltet.
Die Sammeloptiken weisen eine Lichteinkoppelfläche auf, über
welche die von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen
eingekoppelt werden, sowie eine Lichtauskoppelfläche, aus
der die durch die Sammeloptik gebündelten Lichtstrahlen
ausgekoppelt werden. Im Inneren der Sammeloptik werden die Lichtstrahlen
mittels Totalreflexion gebündelt. Nach dem Reflexionsprinzip
arbeitende Lichtmodule weisen außerdem eine Sekundäroptik
in Form eines Reflektors, vorzugsweise in Form eines sogenannten
Halbschalenreflektors auf, der oberhalb und/oder unterhalb des Kühlkörpers
angeordnet ist. Die Halbleiterlichtquellen für das nach
dem Reflexionsprinzip arbeitende Lichtmodul sind vorzugsweise an
der Oberseite und/oder der Unterseite des Kühlkörpers
angeordnet, so dass sie ihre Lichtstrahlen nach oben und/oder nach
unten in Richtung der Reflektorhalbstrahlen aussenden.
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Ein
nach dem Projektionsprinzip arbeitendes Lichtmodul weist in der
Regel zusätzlich zu einem Reflektor eine als Projektionslinse
ausgebildete Sekundäroptik auf. Zudem ist zwischen der
Halbleiterlichtquelle beziehungsweise der Primäroptik und
der Sekundäroptik üblicherweise eine Blendenanordnung
mit einer Oberkante angeordnet. Die Projektionslinse projiziert
die Oberkante der Blendenanordnung als Helldunkelgrenze auf die
Fahrbahn vor das Fahrzeug. Die Sekundäroptik ist vorzugsweise
entgegen der Lichtaustrittsrichtung der Beleuchtungseinrichtung
gesehen vor dem Kühlkörper angeordnet. Dementsprechend
sind auch die Halbleiterlichtquellen des nach dem Projektionsprinzip
arbeitenden Lichtmoduls an der Vorderseite des Kühlkörpers
positioniert.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Beleuchtungseinrichtung nicht nur eine, sondern mehrere Halbleiterlichtquellen.
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Vorzugsweise
umfasst der Luftkanal mindestens einen Lufteinlass und mindestens
einen Luftauslass. Das Gebläse fördert den Luftstrom
von dem mindestens einen Lufteinlass zu dem mindestens einen Luftauslass.
Für eine besonders effiziente Kühlung des Kühlkörpers
kann dieser beispielsweise vor einem der Lufteinlässe oder
nach einem der Luftauslässe angeordnet sein, wobei der
in den Luftkanal gesaugte Luftstrom beziehungsweise der aus dem
Luftkanal herausgeförderte Luftstrom eine besonders effiziente
Kühlung des Kühlkörpers bewirkt.
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Eine
besonders effiziente Kühlung des Kühlkörpers
kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, dass der Kühlkörper
zumindest teilweise in dem Luftkanal angeordnet ist. Gemäß dieser
Weiterbildung ist in mindestens einer Wandung des Luftkanals eine Öffnung
vorgesehen, durch die der Kühlkörper zumindest
teilweise in das Innere des Luftkanals hineinragt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung ein Gehäuse
mit einer in Lichtaustrittsrichtung angeordneten und durch eine Abdeckscheibe
verschlossenen Lichtaustrittsöffnung aufweist, wobei der
Luftkanal derart in dem Gehäuse angeordnet und der am Kühlkörper
entlang streichende Luftstrom derart gerichtet ist, dass er an der Innenseite
der Abdeckscheibe entlang streicht. Gemäß dieser
Ausführungsform wird also die vom Luftstrom aufgenommene
Abwärme des Kühlkörpers zum Abtauen und/oder
Entfeuchten der Innenseite der Abdeckscheibe genutzt. Dies hat in
Kombination mit dem weitgehend geschlossenen Luftkanal gemäß der
vorliegenden Erfindung den besonderen Vorteil, dass der Luftkanal
in Form und Anordnung derart ausgestaltet werden kann, dass der
durch diesen hindurchfließende Luftstrom gezielt in nahezu beliebiger
Richtung auf abzutauende Bereiche der Abdeckscheibe gerichtet werden
kann, wohingegen der Luftstrom beim Stand der Technik lediglich
großflächig, praktisch über die gesamte
Innenseite der Abdeckscheibe streicht. Die abzutauenden Bereiche der
Abdeckscheibe können bei der Erfindung beispielsweise an
der Unterseite der Abdeckscheibe liegen, so dass der Luftstrom dann
aufgrund herkömmlicher Konvektion an der Innenseite der
Abdeckscheibe nach oben steigen kann.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung ein Gehäuse
mit einer in Lichtaustrittsrichtung angeordneten und durch eine Abdeckscheibe
verschlossenen Lichtaustrittsöffnung aufweist, wobei der
Luftkanal derart in dem Gehäuse angeordnet und der am Kühlkörper
entlang streichende Luftstrom derart gerichtet ist, dass er gezielt an
weiteren in dem Gehäuse angeordneten Energieverbrauchern
entlang streicht. Gemäß dieser Ausführungsform
wird der durch den Luftkanal geförderte Luftstrom nicht
nur zur Kühlung des Kühlkörpers, sondern
auch zur Kühlung weiterer Energieverbraucher im Inneren
des Gehäuses der Beleuchtungseinrichtung genutzt. Derartige
zu kühlende Energieverbraucher sind beispielsweise ein
Steuergerät der Beleuchtungseinrichtung oder Teile davon.
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Um
die Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung
heraus zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass in Strömungsrichtung
des Luftstroms nach dem Kühlkörper mindestens
eine Heatpipe, mindestens ein Thermosyphon und/oder mindestens ein
Peltier-Element angeordnet ist. Heatpipe, Thermosyphon beziehungsweise
Peltier-Element können in dem Luftkanal selbst angeordnet sein,
dort dem Luftstrom Wärme entziehen und diese in geeigneter
Weise aus dem Gehäuse heraus befördern. Es ist
aber auch denkbar, dass Heatpipe, Thermosyphon beziehungsweise Peltier-Element
nach einem Luftauslass des Luftkanals angeordnet sind und dem aus
dem Luftkanal austretenden, aufgewärmten Luftstrom Wärme
entziehen und diese in geeigneter Weise aus dem Gehäuse
herausbefördern.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass der Luftkanal eine Längserstreckung aufweist, wobei
an beiden Enden des Luftkanals Öffnungen vorgesehen sind
und die Mittel zum Fördern von Luft durch den Luftkanal
an einem der Enden des Luftkanals angeordnet sind. Gemäß dieser
Weiterbildung ist eine der Öffnungen des Luftkanals also
als Lufteinlass und die andere Öffnung als Luftauslass
ausgebildet. Das Gebläse kann vor dem Lufteinlass oder
nach dem Luftauslass angeordnet sein und Luft durch den Luftkanal
blasen beziehungsweise saugen.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass der Luftkanal eine Längserstreckung
hat, wobei an beiden Enden des Luftkanals Öffnungen vorgesehen sind
und in etwa in der Mitte der Längserstreckung des Luftkanals
eine weitere Öffnung ausgebildet ist, vor der die Mittel
zum Fördern von Luft durch den Luftkanal angeordnet sind.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die
beiden Öffnungen an den Enden des Luftkanals als Luftauslässe
ausgebildet. Die weitere Öffnung in der Mitte des Luftkanals
ist als Lufteinlass ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform spaltet
sich der in das Innere des Luftkanals geförderte Luftstrom
Y-artig auf und verteilt sich in die beiden Luftkanal-Arme zu beiden
Seiten des Lufteinlasses.
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Der
Luftkanal kann im dreidimensionalen Raum eine im Wesentlichen gerade
Längserstreckung aufweisen. Gemäß einer
besonders bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
jedoch vorgeschlagen, dass der Luftkanal um eine im Wesentlichen
vertikale, senkrecht zur optischen Achse verlaufende Achse gebogen
ist. Vorzugsweise folgt der Kühlkörper der Biegung
des Luftkanals. Diese gebogene Ausgestaltung des Kühlkörpers
und des Luftkanals hat insbesondere dann Vorteile, wenn das Lichtmodul
mitsamt Kühlkörper in horizontaler Richtung zur
Realisierung einer Kurvenlichtfunktion verschwenkt werden kann.
Falls der Luftkanal zusammen mit dem Kühlkörper
und dem restlichen Lichtmodul verschwenkt wird, kann durch die gebogene
Ausgestaltung der erforderliche Bauraum hinter dem Lichtmodul auf
ein Minimum reduziert werden.
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Des
weiteren ist es denkbar, dass der Luftkanal um eine im Wesentlichen
horizontale, quer zur optischen Achse verlaufende Achse gebogen
ist. Vorzugsweise folgt der Kühlkörper der Biegung
des Luftkanals. Diese gebogene Ausgestaltung des Kühlkörpers
und des Luftkanals hat insbesondere dann Vorteile, wenn das Lichtmodul
mitsamt Kühlkörper in vertikaler Richtung zur
Realisierung einer Leuchtweitenregulierungsfunktion verschwenkt
werden kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Luftkanal in der Form eines Kreuzes mit
einem im Wesentlichen horizontal verlaufenden ersten Teilkanal und
einem dazu kreuzweise angeordneten, im Wesentlichen vertikal verlaufenden
weiteren Teilkanal ausgebildet ist, wobei an allen vier Enden des Luftkanals Öffnungen
vorgesehen sind und in etwa im Schnittpunkt des Kreuzes eine weitere Öffnung ausgebildet
ist, vor der die Mittel zum Fördern von Luft durch den
Luftkanal angeordnet sind. Bei dem kreuzweise ausgebildeten Luftkanal
sind die Öffnungen an den vier Enden der Teilkanäle
als Luftauslässe ausgebildet. Die weitere Öffnung,
die in etwa im Schnittpunkt der beiden Teilkanäle angeordnet
ist, ist als Lufteinlass ausgebildet. Der bzw. die Kühlkörper sind
vorzugsweise ebenfalls in einer dem Luftkanal entsprechenden kreuzweisen
Form angeordnet bzw. dementsprechend ausgebildet. Eine derart ausgebildete
Beleuchtungseinrichtung ist zur Realisierung von komplexen Halbleiterlichtquellen-Lichtmodulen geeignet.
Durch den weitgehend geschlossenen Luftkanal wird sichergestellt,
dass der kühlende Luftstrom möglichst den gesamten
Kühlkörper der Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise
möglichst alle Kühlkörper der verschiedenen
Lichtmodule der Beleuchtungseinrichtung entlang strömt,
so dass eine wirksame Wärmeabfuhr selbst bei komplex aufgebauten
und hochintegrierten Beleuchtungseinrichtungen mit Halbleiterlichtquellen
gewährleistet ist. Ohne einen Luftkanal und ein gezieltes
Führen des kühlenden Luftstroms entlang der Kühlkörper
einer solchen komplexen, hochintegrierten Beleuchtungseinrichtung
wäre eine ausreichende Kühlung nicht möglich.
Zudem kann durch den Einsatz des weitgehend geschlossenen Luftkanals
und die gezielte Führung des Luftstroms die Anzahl der
Lüfter bis auf lediglich einen Lüfter selbst bei
komplexen Beleuchtungseinrichtungen verringert werden, wodurch sich geringere
Bauraumanforderungen und geringere Kosten der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung ergeben. Dies gilt selbstverständlich
auch für weniger komplexe und weniger hochintegrierte Beleuchtungseinrichtungen.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Kühlkörper Kühlrippen, die
durch eine Aussparung in mindestens einer Wandung des Luftkanals
in das Innere des Luftkanals ragen. Vorzugsweise verlauft die Längserstreckung
der Kühlrippen im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung
des Luftkanals.
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Des
Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kühlrippen im Inneren
des Luftkanals im Querschnitt betrachtet schräg gestellt
sind.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass der Luftkanal ortsfest in einem Gehäuse
der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist und dass der Kühlkörper
als Teil eines Lichtmoduls der Beleuchtungseinrichtung um eine im
Wesentlichen vertikale Schwenkachse relativ zu dem Gehäuse
und relativ zu dem Kühlkörper verschwenkbar ist. Gemäß dieser
Weiterbildung wird also bei einem verschwenkbaren Lichtmodul, beispielsweise
zur Realisierung einer Kurvenlichtfunktion, der Kühlkörper
zusammen mit dem Lichtmodul verschwenkt, wobei der relativ große
und sperrige Luftkanal ortsfest am Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung
angeordnet ist. Der Kühlkörper bewegt sich beim
Verschwenken des Lichtmoduls also im Wesentlichen in horizontaler Richtung
relativ zum Luftkanal. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert
werden, dass in dem Luftkanal eine Öffnung vorgesehen ist,
die den Kühlkörper oder einen Teil davon aufnehmen
kann. Dabei ist die Öffnung im Luftkanal so groß auszubilden,
dass der Kühlkörper oder ein Teil davon in der Öffnung
relativ zu dem Luftkanal bewegbar ist. Damit der Luftkanal weitgehend
geschlossen ausgebildet ist, kann an dem Kühlkörper
ein sich radial nach außen erstreckender Kragen ausgebildet
sein, der unabhängig von der Position des Kühlkörpers
relativ zum Luftkanal die Öffnung im Luftkanal zur Aufnahme
des Kühlkörpers oder eines Teils davon weitgehend
verdeckt. Dabei ist der Kragen in einem Abstand zum Luftkanal bzw.
zu der die Öffnung umgebenden Wandung des Luftkanals angeordnet,
so dass der Kühlkörper zusammen mit dem Lichtmodul
relativ zum Luftkanal frei bewegbar ist.
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Vorteilhafterweise
sind die vertikale Achse, um die der Kühlkörper
gebogen ist, und die Schwenkachse des Lichtmoduls deckungsgleich.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird vorgeschlagen, dass der Luftkanal im Querschnitt eine im Wesentlichen
U-förmige Form aufweist, wobei der Kühlkörper
zumindest teilweise vor der offenen Seite des Luftkanals angeordnet
ist und die offene Seite so weitgehend verschließt. Selbst
wenn eine der Seiten des Luftkanals offen ausgebildet ist, kann
erfindungsgemäß noch von einem weitgehend geschlossenen Luftkanal
gesprochen werden. Entscheidend ist, dass der Luftkanal den Luftstrom
in der gewünschten Weise zwangsführt im Gegensatz
zu der relativ freien, großvolumigen Luftströmung
durch den gesamten Innenraum des Gehäuses beim Stand der
Technik ohne jegliche Luftleitmittel.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Beleuchtungseinrichtung mehrere Lichtmodule
und mehrere Kühlkörper aufweist, wobei der Luftkanal
derart ausgebildet ist, dass die durch diesen geförderte
Luft zur Kühlung mehrerer Kühlkörper
von verschiedenen Lichtmodulen dient. Diese Ausführungsform
ist insbesondere für komplexe, hochintegrierte Lichtmodulkombinationen
einer Beleuchtungseinrichtung mit Halbleiterlichtquellen geeignet.
Insbesondere bei solchen Beleuchtungseinrichtungen erlaubt diese
Ausführungsform eine einfache und dadurch kostengünstige
Ausgestaltung der Kühlmittel zur Wärmeabfuhr von
Hitze von Kühlkörpern verschiedener Lichtmodule,
wobei gleichzeitig eine wirkungsvolle und effektive Kühlung
der Kühlkörper gewährleistet ist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in einer
perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
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2a und 2b einen
Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
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3a und 3b einen
Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
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4a und 4b einen
Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
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5 einen
Kühlköper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform;
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6a bis 6d ein
Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
mit relativ zueinander verstellbarem Kühlkörper
und Luftkanal gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
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7 das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 6a bis 6d,
teilweise im Schnitt;
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8a und 8b das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß der 6a bis 6d,
teilweise in Explosionsdarstellung;
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9a und 9b das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 6a bis 6d während
einer Verschwenkbewegung des Kühlkörpers relativ
zum Luftkanal, teilweise im Schnitt;
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10a bis 10d ein
Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
mit relativ zueinander verstellbarem Kühlkörper
und Luftkanal gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform;
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11 das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 10a bis 10d, teilweise im Schnitt;
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12 ein
Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
mit relativ zueinander verstellbarem Kühlkörper
und Luftkanal gemäß einer dritten bevorzugten
Ausführungsform, in einer perspektivischen Ansicht von
schräg oben;
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13 das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 12 in
einer Draufsicht;
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14 und 15 den
Luftkanal des Lichtmoduls der Beleuchtungseinrichtung gemäß 12, teilweise
im Schnitt;
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16 das
Lichtmodul der Beleuchtungseinrichtung gemäß 12,
teilweise in einer Explosionsdarstellung;
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17 den
Luftkanal der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 12, teilweise
im Schnitt;
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18a und 18b das
Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß 12 in
einer Draufsicht in verschiedenen Verschwenkstellungen des Lichtmoduls;
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19 eine
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform mit mehreren, nebeneinander
angeordneten Lichtmodulen und Kühlkörpern in einer perspektivischen
Ansicht von hinten ohne Luftkanal;
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20 die
weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß 19 in
einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
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21 die
weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß 19 mit
Luftkanal in einer Ansicht von schräg oben;
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22 die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß der
Ausführungsform aus 21 in
einer Ansicht von schräg unten;
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23 einen
Ausschnitt der Kühlkörper und des Luftkanals und
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung
gemäß dem Ausführungsbeispiel aus den 21 und 22 im
Horizontalschnitt; und
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24 die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß der
Ausführungsform gemäß 21 und 22 in
einem Längsschnitt.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung
in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet. Die
Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst ein Scheinwerfergehäuse 2,
das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In Lichtaustrittsrichtung 3 ist
in dem Gehäuse 2 eine Öffnung ausgebildet,
die durch eine lichtdurchlässige Abdeckscheibe 4 verschlossen
ist. Die Abdeckscheibe 4 ist vorzugsweise ohne optisch wirksame
Elemente ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Abdeckscheibe 4 optisch
wirksame Elemente aufweist, welche zur Bildung der gewünschten
Lichtverteilung beitragen.
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Im
Inneren des Scheinwerfergehäuses 2 ist ein Lichtmodul 5 angeordnet,
welches der besseren Übersichtlichkeit halber nur zum Teil
dargestellt ist. 1 zeigt einen Kühlkörper 6 des
Lichtmoduls 5, der gleichzeitig als Trägerelement
für mehrere Halbleiterlichtquellen 7 dient. Der
Kühlkörper 6 besteht aus einem gut wärmeleitenden
Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer oder einem anderen Metall.
Die Halbleiterlichtquellen 7 sind als Leuchtdioden (sogenannte
LEDs) ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einer als Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildeten Beleuchtungseinrichtung 1 senden
die Leuchtdioden 7 vorzugsweise weißes Licht aus.
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Nicht
dargestellt in 1 sind weitere Teile des Lichtmoduls 5,
wie beispielsweise vor den einzelnen LEDs 7 angeordnete
Primäroptiken, die beispielsweise als Sammeloptiken ausgebildet
sind. Diese weisen üblicherweise eine Lichteinkoppelfläche
und eine Lichtauskoppelfläche auf, wobei das in die Sammeloptik
eingekoppelte Licht mittels Totalreflexion gebündelt aus
der Auskoppelfläche wieder austritt. Des Weiteren kann
das Lichtmodul 5 eine Sekundäroptik, beispielsweise
in Form eines Reflektors, vorzugsweise in der Form eines Halbschalenreflektors
(bei einem Reflexionsmodul), oder in Form einer Projektionslinse
(bei einem Projektionsmodul) umfassen. Durch die Sekundäroptik
werden die von den LEDs 7 ausgesandten Lichtstrahlen derart
beeinflusst, dass diese unter Umständen im Zusammenspiel
mit optischen Elementen der Abdeckscheibe 4 die gewünschte
Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugen.
Schließlich kann das Lichtmodul 5 auch noch eine
Blendenanordnung mit einer Oberkante aufweisen, die von der Projektionslinse
als Helldunkelgrenze auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert
wird.
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Im
Inneren des Scheinwerfergehäuses 2 ist außerdem
ein weitgehend geschlossener Luftkanal 8 ausgebildet, in
dem zumindest ein Teil des Kühlkörpers 6 angeordnet
ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insbesondere
Kühlrippen 6' des Kühlkörpers 6 im
Inneren des Luftkanals 8 angeordnet. Der Luftkanal 8 weist
eine Längserstreckung und an seinen Enden jeweils eine
Auslassöffnung 8a, 8b auf. An einer Rückwand
des Luftkanals 8 ist in etwa mittig eine Lufteinlassöffnung 8c ausgebildet,
vor der ein Gebläse 9 angeordnet ist. Das Gebläse 9 ist
vorzugsweise als ein Radialventilator ausgebildet, der Luft 10 aus
dem Inneren des Scheinwerfergehäuses 2 ansaugt
und diese in den Luftkanal 8 pumpt. Die angesaugte Luft 10 teilt
sich im Inneren des Luftkanals 8 auf in zwei entgegengesetzt
gerichtete Luftströme 11a und 11b. Die
Luftströme 11a und 11b werden von dem
Lufteinlass 8c in Richtung der beiden Luftauslässe 8a und 8b gefördert,
wo sie dann aus dem Luftkanal 8 austreten. Die aus dem
Luftkanal 8 austretende Luft ist mit den Bezugszeichen 12a und 12b bezeichnet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 ist
es besonders vorteilhaft, dass der weitgehend geschlossene Luftkanal 8 im
Inneren des Scheinwerfergehäuses 2 vorgesehen
ist, durch den der Luftstrom 11a, 11b, 12a, 12b zur
Wärmeabfuhr von dem Kühlkörper 6 des
Lichtmoduls 5, unabhängig von der Wärmekonvention
im Inneren des Gehäuses 2, entlang einer genau
definierten, vorgegebenen Bahn gefördert wird. Dieses gezielte
Ausrichten des kühlenden Luftstroms ist nur mittels geeigneter
Luftleitmittel, beispielsweise in Form des weitgehend geschlossenen
Luftkanals 8, möglich. Anders als beim Stand der
Technik, wo die gesamte, im Inneren eines Scheinwerfergehäuses 2 vorhandene
Luft irgendwie mehr oder weniger unkontrolliert in Bewegung gehalten
wurde, um eine ausreichende Kühlung der LEDs zu gewährleisten,
wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine relativ
geringe Luftmenge, dafür aber in fest vorgegebenen Bahnen
und Richtungen in Bewegung gehalten, um so mit einem möglichst
geringen Aufwand eine möglichst wirksame und effiziente
Kühlung des Kühlkörpers 6 zu
erzielen. Aufgrund der wesentlich wirksameren Kühlung des Kühlkörpers 6 ist
es auch möglich, den Bauraum des Scheinwerfers 1 zu
verringern. Zum einen genügt nun ein geringeres Luftvolumen
im Gehäuseinneren, um eine ausreichende Kühlung
des Kühlkörpers 6 zu erzielen. Zum anderen
reicht ein einziges Gebläse 9 aus, um die relativ
geringe Luftmenge des Luftstroms 11a, 11b, 12a, 12b so
in Bewegung zu halten, dass eine ausreichende Kühlung des
Kühlkörpers 6 sichergestellt ist.
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Der
Kühlkörper 6 kann zusammen mit den darauf
angeordneten LEDs 7 und dem übrigen Lichtmodul 5 beispielsweise
zur Realisierung einer Kurvenlichtfunktion in Richtung eines Doppelpfeils 13 um
eine im wesentlichen horizontal verlaufende Schwenkachse 14 verschwenkbar
ausgebildet sein. Der Luftkanal 8 ist dabei vorzugsweise
ortsfest am Scheinwerfergehäuse 2 befestigt und
somit nicht um die Schwenkachse verschwenkbar. Bei der Realisierung
der Kurvenlichtfunktion bewegt sich also das Lichtmodul 5 beziehungsweise
der Kühlkörper 6 relativ zum Luftkanal 8.
Damit der Kühlkörper 6 des Lichtmoduls 5 frei
in dem Luftkanal 8 in Richtung des Doppelpfeils 13 bewegbar
ist, ist in einer vorderen Wandung 8d des Luftkanals 8 eine Öffnung
ausgebildet, durch die der Kühlkörper 6 beziehungsweise
ein Teil davon, insbesondere die Kühlrippen 6',
in das Innere des Luftkanals 8 hineinragen können.
Die Öffnung in der vorderen Wandung 8d ist dabei
so groß gewählt, dass der Kühlkörper 6 zur
Erfüllung der Kurvenlichtfunktion frei um die Schwenkachse 14 relativ
zum Luftkanal 8 bewegbar ist.
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Damit
der Luftkanal 8 weitgehend geschlossen ist, ist es denkbar,
die in der vorderen Wandung 8d des Luftkanals 8 ausgebildete Öffnung
zumindest teilweise abzudichten. Dies kann beispielsweise mittels
elastischer Dichtlippen geschehen, die von dem Kühlkörper 6 auseinander
gedrückt werden, so dass der Kühlkörper 6 trotz
weitgehend abgedichtetem Luftkanal 8 in diesem frei bewegbar
ist. Des Weiteren wäre es beispielsweise denkbar, um den
Kühlkörper 6 herum einen sich in radialer
Richtung erstreckenden Kragen auszubilden, der unabhängig
von der Relativposition des Kühlkörpers 6 zum
Luftkanal 8 stets die gesamte, in der vorderen Wandung 8d ausgebildete Öffnung überdeckt.
Somit bewegt sich der radiale Kragen des Kühlkörpers 6 relativ
zu der vorderen Wandung 8d des Luftkanals 8, wenn
der Kühlkörper 6 in Pfeilrichtung 13 relativ
zum Luftkanal 8 bewegt wird. Zwischen dem radialen Kragen
des Kühlkörpers 6 und der vorderen Wandung 8d des Luftkanals 8,
ist ein Abstand ausgebildet, um eine freie Bewegbarkeit des Kühlkörpers 6 relativ
zum Luftkanal 8 zu ermöglichen. Der Abstand kann
möglichst gering gewählt werden, um den Luftkanal
weitgehend dicht auszubilden. Alternativ oder zusätzlich könnten
in dem Abstand auch Dichtmittel, insbesondere in Form einer Dichtlippe,
vorgesehen sein.
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"Weitgehend
geschlossen" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet also nicht,
dass der Luftkanal hermetisch abgedichtet ist, was er aufgrund der
Luftauslässe 8a, 8b sowieso nicht ist.
Zusätzlich zu den Luftauslässen 8a, 8b können
weitere Öffnungen in der Wandung des Luftkanals 8 vorgesehen
sein, beispielsweise um Teile des Lichtmoduls 5, insbesondere
den Kühlkörper 6 beziehungsweise Teile
davon, insbesondere die Kühlrippen 6', in das Innere
des Luftkanals 8 zu führen. "Weitgehend geschlossen"
im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet also, dass der Luftkanal 8 so
dicht ist, dass in seinem Inneren eine Luftströmung vom
Lufteinlass 8c zu den Luftauslässen 8a, 8b erzeugt
und aufrechterhalten werden kann, welche für eine ausreichende Kühlung
des Kühlkörpers 8 sorgt. Entscheidend
ist, dass die Luftströmung eine Richtung aufweist, die
im Wesentlichen durch die Form und Anordnung des Luftkanals 8 und
nicht durch andere Faktoren, beispielsweise die Konvektion im Inneren
des Scheinwerfergehäuses 2, vorgegeben ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft die Voraussetzungen, neuartige Hochleistungs-LEDs
ausreichend zu kühlen, um deren Spezifikation, insbesondere
hinsichtlich der maximalen Betriebstemperatur, im Scheinwerferbetrieb
dauerhaft einzuhalten. Der technische Einsatz neuer Generationen
von Hochleistungs-LEDs erfordert ein effizientes Temperaturmanagement,
um die im Betrieb anfallenden Verlustleistungen zuverlässig
abführen zu können. Solche LEDs haben heutzutage
Leistungen von mehreren Watt pro LED, welche zum überwiegenden Teil
in Form von Wärme abgegeben werden. Hierbei ergeben sich
bei Verwendung von Multichip-LEDs beispielsweise Leistungsdichten
von 10 bis 1 Watt/cm2 auf der LED-Grundplatine.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 weist
kompakte, modulare Lichtquellen mit High-power LEDs auf, welche
mit Hilfe erzwungener Luftströmung aktiv gekühlt werden,
wodurch der dauerhafte Betrieb dieser Hochleistungs-LEDs in Scheinwerfern überhaupt
erst möglich wird.
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Aufgrund
der ortsfesten Anordnung des Luftkanals 8 relativ zum Scheinwerfergehäuse 2 reduziert
sich darüber hinaus die im Rahmen einer Kurvenlichtfunktion
zu bewegende Masse des Lichtmoduls 5. Dadurch können
höhere Verstellgeschwindigkeiten und/oder kleiner dimensionierte Antriebe
eingesetzt werden.
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Durch
die effizientere Kühlung der LEDs 7 ergeben sich
auch völlig neue designerische Möglichkeiten,
da die LEDs 7 aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr
wesentlich enger nebeneinander angeordnet werden können,
als dies bisher möglich war. Durch eine vielseitige Anbindung
des Gebläses 9 ist eine an den Einzelfall angepasste
gute Bauraumausnutzung möglich. Die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinrichtung 1 ist modular aufgebaut, wodurch
ein universeller Austausch kompletter Lichtmodule 5 im
Scheinwerfer 1 möglich wird, zum Beispiel zur
Ergänzung von Lichtfunktionen, zu Reparaturzwecken, zum
Upgrade mit leistungsfähigeren oder andersfarbigen LEDS 7.
Zudem kann der Warmluftstrom 12a, 12b gezielt
zur Erwärmung bestimmter Bauteile des Scheinwerfers 1,
insbesondere zum Erwärmen der Abdeckscheibe 4,
eingesetzt werden. Dadurch ist beispielsweise im Winter ein Enttauen der
Außenseite der Abdeckscheibe 4 mit einfachen Mitteln
realisierbar. Des Weiteren ist es möglich, die durch den
Lüfter 9 erzwungene Luftumwälzung im Scheinwerfergehäuse 2 gerichtet
zur effizienten Kühlung anderer (in der Regel passiv gekühlter)
Energieverbraucher, wie zum Beispiel von Steuergeräten,
zu nutzen. Schließlich ist auch eine Kombination der erfindungsgemäßen
Kühlung zur Beschleunigung des Wärmetransports
mit Thermosyphons, Heatpipes und/oder Peltier-Elementen denkbar.
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Maßgeblich
für die Einhaltung der von den LED-Herstellern vorgegebenen
maximal zulässigen Sperrschichttemperatur (Grenztemperatur)
ist neben der an sich vorgegebenen Umgebungstemperatur, Gehäusetemperatur
und der Leistung der LEDs der thermische Widerstand des Luftkanals 8.
Ist dieser klein genug, liegt die Betriebstemperatur der LEDs unterhalb
der von den Herstellern spezifizierten Grenztemperatur.
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Durch
die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 1 ist es möglich, den
thermischen Widerstand des Luftkanals 8 von typischerweise etwa
5 K/W bei freier Konvektion auf deutlich unter 1 K/W zu senken und
damit die LEDs 7 mit maximaler Leistung und damit maximaler
Lichtstärke zu betreiben.
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Die
leistungsstarken LEDs 7 werden fest auf dem metallischen
Kühlkörper 6 aufgebracht. Ein Lüfter 9 wird
an der gewünschten Einlassöffnung des Kühlkanals 8 befestigt.
In dem in den 2a und 2b dargestellten
Ausführungsbeispiel bildet der Kühlkörper 6 bereits
zwei Wandungen (die vordere und die untere) des Luftkanals 8.
Um den Luftkanal 8 weitgehend geschlossen auszubilden,
muss lediglich noch eine Rückwand 8e sowie ein
Deckel 8f auf den Kühlkörper 6 beziehungsweise
die Kühlrippen 6' gesetzt werden, damit sich der
weitgehend geschlossene Luftkanal 8 ergibt. Der Lüfter 9 bläst
dann angesaugte Luft 10 durch den Lufteinlass in den Luftkanal 8,
aus dem die aufgewärmte Luft 12 dann durch den Luftauslass
austritt.
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Beim
Einschalten der LEDs 7 erwärmt sich der Kühlkörper 6,
der beispielsweise aus einer Aluminium- oder Kupferlegierung besteht.
Durch Einschalten des Lüfters 9 wird eine Luftströmung
in dem Luftkanal 8 erzeugt, wodurch die im Kühlkörper 6 durch Wärmeleitung
transportierte Energie an die durchströmende Luft abgegeben
wird.
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Abhängig
von der Geometrie der Kühlrippen 6' (Dicke, Rippenabstand,
Rippenlänge), vom gewählten Lüfter 9 (Volumenstrom
der Luft), vom gewählten Kühlkörpermaterial
(Wärmeleitfähigkeit) und der Lage der LEDs 7 relativ
zum Luftstrom (Wärmestrom-relevante Materialdicke) lassen
sich bei gegebener Leistung der LEDs 7 thermische Widerstände des
Luftkanals 8 von weniger als 1 K/W erzeugen, womit eine Überhitzung
heutiger LEDs 7 im Scheinwerferbetrieb, wo in der Regel
bis zu 85°C Umgebungstemperatur herrschen, zuverlässig
ausgeschlossen werden kann.
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Die
aus der Auslassöffnung des Luftkanals 8 austretende
Warmluft kann durch entsprechende Anordnung beziehungsweise Form
der Luftkanals 8 an dessen Auslassseite sinnvoll zum Enttauen
der Abdeckscheibe 4 in Voll-LED-Scheinwerfern 1 eingesetzt
werden. Die Notwendigkeit hieraus ergibt sich aus der – gegenüber
klassischen Kraftfahrzeug-Lichtquellen, wie Halogen- oder Gasentladungslampen – gegebenen
Eigenschaft der LEDs 7, als "kalte Lichtquelle" praktisch
keine Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich > 800 nm zu emittieren. Eine
Ausnahme hiervon sind lediglich Infrarot-LEDs mit typischerweise
850 nm Wellenlänge.
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Das
in den 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiel
zeigt ein LED-basiertes Fernlichtmodul. Der (nicht dargestellte)
Reflektor befindet sich über den beiden horizontal ausgerichteten Hochleistungs-LEDs 7.
Eine weitere, mittig angebrachte LED 7 geringerer Leistung
ist nach vorne gerichtet und kann für Positions- oder Abbiegelicht
verwendet werden.
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Das
in den 2a und 2b gezeigte
Ausführungsbeispiel stellt einen Bauraum-technisch bedingten
Sonderfall dar. Wenn ausreichend Platz im Scheinwerfergehäuse 2 beziehungsweise
im Frontend des Kraftfahrzeugs vorhanden ist, kann selbstverständlich
die thermisch sinnvollste Lösung mit direkter Platzierung
des Luftkanals 8 unter den beiden Hochleistungs-LEDs 7 realisiert
werden. Betrachtet man eine einzelne Kühlrippe 6 und
nimmt den Volumenstrom des Kühlmediums als gegeben, ist
der durch die Rippe 6' gehende Wärmestrom abhängig vom
verwendeten Kühlrippenmaterial und dem Kühlrippenquerschnitt,
wobei sich letzterer aus dem Produkt von Rippendicke und Rippentiefe
ergibt. Je länger die Kühlrippe 6' ist,
desto größer wird die sich ergebende Kühlrippen-Oberfläche.
Ab einer bestimmten Rippenlänge (Grenzrippenlänge)
lässt sich die durch die Rippenoberfläche auf
die Luft übertragene Wärmeenergie nicht weiter
steigern, da der am Rippenfuß vorhandene Materialquerschnitt
den Wärmestrom begrenzt.
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Technisch
stellt sich hier das Problem, die Rippengeometrie des Kühlkörpers 6 mit
der (rechnerisch oder mittels Erprobung) gefundenen, optimalen Länge
der Kühlrippen 6' auf den – meist relativ
kleinen – Ausblasquerschnitt des Lüfters 9 anzupassen. Die
in den 2a und 2b dargestellte
Ausführungsform löst dieses Problem durch ein
Schrägstellen der Rippen 6', wodurch trotz des
hinten begrenzten Bauraums die für die Kühlung
entscheidenden "zentralen" Kühlrippen mit der optimalen
Länge realisiert werden können. Vom Strömungsprofil
des Lüfters 9 her betrachtet, liegen diese Kühlrippen 6' hierdurch
im Bereich des maximalen Massenstroms der Luft.
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Um
durch das Schrägstellen der Rippen 6' den oberen
Bereich des Luftkanals 8 strömungstechnisch nicht
zu blockieren, wurden die über der Einlassöffnung
befindlichen Rippen schräg "angeschnitten". Im Querschnitt
betrachtet, verteilt der sich ergebende Luftkanal 8 den
Luftstrom homogen über die gesamte Höhe des Kühlkörpers 6.
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In
den 3a und 3b ist
eine weitere Ausführungsform dargestellt, die sich für
enge Bauräume eignet, die zum Beispiel im hinteren Bereich durch
das Scheinwerfergehäuse 2 begrenzt sind. Die Figuren
zeigen ein Abblendlichtmodul, bei dem je eine High-power LED 7 (oben
und unten; Reflektoren nicht dargestellt) für die Grundlichtverteilung
sowie drei mittige LEDs 7 für die Spotlichterzeugung
zuständig sind. Auch die Sekundäroptik der drei
mittigen LEDs 7 in Form einer Projektionslinse ist in den 3a und 3b der
besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Aufgrund
der gebogenen Form des Luftkanals 8 eignet sich diese Ausführungsform
insbesondere für Kurvenlichtanwendungen, da beim Schwenken
des Lichtmoduls 5 kein zusätzlicher Bauraum nach
hinten erforderlich ist. Eine an sich nachteilige, beim Durchströmen
des Luftkanals 8 stattfindende Temperaturaddition der Luft
ist jedoch unkritisch, solange – wie im dargestellten Ausführungsbeispiel – nicht
zu viele LEDs 7 hintereinander angeordnet sind und ein
gut wärmeleitfähiges Material für den
Kühlkörper 6 verwendet wird. Auch eine
Anwendung dieses Aufbaus für statisches Abbiegelicht ist
möglich, da hierbei nie alle LEDs 7 längere
Zeit gleichzeitig leuchten und daher Temperaturaddition nur eine
untergeordnete Rolle spielt.
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Bei
dem in den 3a und 3b gezeigten
Ausführungsbeispiel weist der Kühlkörper 6 beziehungsweise
die Kühlrippen 6 eine Begrenzung des Luftkanals 8 in
drei Richtungen auf, nämlich nach oben, nach vorne und
nach unten. Zur Realisierung des weitgehend geschlossenen Luftkanals 8 muss lediglich
auf den fertigen Kühlkörper 6 beziehungsweise
auf die Kühlrippen 6' eine rückwärtige
Wandung 8e, vorzugsweise aus Kunststoff, aufgesetzt werden.
Der sich ergebende Luftkanal 8 ist somit – natürlich
bis auf den Lufteinlass, über den der Lüfter 9 Luft
in das Innere des Luftkanals 8 fördert, sowie bis
auf die beiden Luftauslässe 8a und 8b – weitgehend
geschlossen. Durch die Luftführung des Luftstroms in dem
Luftkanal 8 wird bei der dargestellten Ausführungsform
die warme Abluft gezielt nach vorne zur Abdeckscheibe 4 geführt,
wodurch ein guter Wärmeaustausch mit der Umgebung gewährleistet und
lokale Taubildung an der Abdeckscheibe 4 vermieden wird.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den 4a und 4b zeichnet
sich gegenüber den beiden anderen Ausführungsbeispielen
insbesondere dadurch aus, dass durch die Aufteilung des Luftstroms
in (hier) zwei Auslassöffnungen 8a, 8b keine merkliche
Temperaturaddition an den einzelnen LEDs 7 auftritt. Darüber
hinaus werden die "inneren" LED-Montageflächen 6a des
Kühlkörpers 6 direkt angeblasen und damit
besonders effizient gekühlt.
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Durch
die Aufteilung des Luftstroms 11a, 11b kann ein
größerer Bereich der Abdeckscheibe enttaut werden,
als bei dem Ausführungsbeispiel aus den 3a und 3b.
Je nach Anzahl und Anordnung der LEDs 7 lassen sich mit
dem Ausführungsbeispiel aus 4a und 4b auch
Lichtmodule 5 mit mehr als zwei Luftauslässen 8a, 8b realisieren. Ein
entsprechendes Ausführungsbeispiel mit einer kreuzweise
Ausgestaltung des Luftkanals 8 ist beispielsweise in 5 dargestellt.
Länge und Querschnitt eines jeden einzelnen Luftkanals
beziehungsweise Teilkanals kann hierbei anders ausgeführt sein,
wodurch eine individuelle Anpassung an unterschiedliche LED-Leistungen
sowie an den im Innenraum des Scheinwerfergehäuses 2 zur
Verfügung stehenden Bauraum möglich ist.
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Bei
allen dargestellten Ausführungsformen der 2a bis 5 ist
gemein, dass der Lüfter 9 bei nahezu gleichem
Wirkungsgrad beliebig im Winkel von 0° bis 360° relativ
zur Einlassöffnung 8c beziehungsweise zur Geometrie
der Kühlrippen 6' gedreht werden kann. Hierüber
lässt sich die Richtung der angesaugten Luft im Scheinwerfer 1 steuern.
Die Nutzung des Lüfters 9 im blasenden Betrieb
hat gegenüber dem Saugbetrieb den Vorteil, dass der Lüfter 9 nicht
unmittelbar mit der erwärmten Abluft der LEDs 7 beaufschlagt
wird. Hierdurch wird dessen Lebensdauer erhöht oder man
kann bereits bei der Auswahl des Lüfters 9 auf
eine günstigere Variante mit geringerer Temperaturbeständigkeit
zurückgreifen, wodurch sich ein Kostenvorteil ergibt. In
allen Lichtmodulen 5 lassen sich die Kühlrippen 6 der
Kühlkörper 6 neben ihrer technischen
Funktion auch als Designelement im Scheinwerfer 1 einsetzen.
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Die
nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiele
der 6a bis 24 zeigen
verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung bei der – ähnlich wie
bei dem Ausführungsbeispiel aus 1 – das Lichtmodul 5 zusammen
mit dem Kühlkörper 6 relativ zum Luftkanal 8 bewegbar
ist, beispielsweise zur Realisierung einer Kurvenlichtfunktion.
Eine Möglichkeit zur aktiven Kühlung bewegter
Lichtmodule 5 wäre die Bewegung des Luftkanals 8 und
des Lüfters 9 zusammen mit dem Kühlkörper 6 und
dem restlichen Lichtmodul 5. Eine derartige Ausführungsform
hätte jedoch den Nachteil, dass relativ große
Massen bewegt werden müssen, wodurch besonders starke Verstellantriebe
eingesetzt werden müssen und/oder nur relativ langsame
Verstellbeschleunigungen erzielt werden können. Eine andere
Möglichkeit zur aktiven Kühlung bewegter Lichtmodule 5 wäre
die Verwendung eines feststehenden Lüfters 9 in
Kombination mit einem flexiblen Luftkanal 8, der am Kühlkörper 6 befestigt
ist. Dadurch müssten jedoch relativ große Kräfte
am Verstellantrieb aufgebracht werden, und die Funktionssicherheit
des Kurvenlichtmoduls könnte nicht gewährleistet
werden.
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Die
Ausführungsbeispiele gemäß den 6a bis 24 schaffen
die Voraussetzungen zur ausreichenden Kühlung von neuartigen
Hochleistungs-LEDs, welche in einem Lichtmodul 5 verbaut sind,
insbesondere zur ausreichenden Kühlung eines dynamisch
geschwenkten Kurvenlichtmoduls mit LED-Lichtquellen 7.
Dies wird erfindungsgemäß mit möglichst
geringem Kostenaufwand realisiert, wobei gleichzeitig die Funktionssicherheit
gewährleistet ist. Des Weiteren eröffnen die beschriebenen
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 1 die Möglichkeit, mehrere
voneinander unabhängige LED-Lichtmodule 5 mit
lediglich einem Lüfter 9 zu kühlen, selbst
in Kombination mit einem dynamisch geschwenkten Kurvenlichtmodul.
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Ein
wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die aktive Kühlung
von Hochleistungs-LEDs 7 mittels eines Lüfters 9 für
feststehende Lichtmodule 5 sowie für dynamisch
bewegte Kurvenlichtmodule, wobei sich der Kühlkörper 6 des
Kurvenlichtmoduls in einem Luftkanal 8 bewegt. Kühlkörper 6 und
Luftkanal 8 sind dabei so angeordnet, dass keine Berührung
der beiden Teile stattfindet. Des Weiteren können auch
mehrere Lichtmodule 5 mittels eines Luftkanal-Verteilers
mit einem Lüfter 9 gekühlt werden. Selbst
die Kombination von feststehenden mit bewegten Lichtmodulen 5 ist
möglich. Dies kann in einem minimalen Bauraum verwirklicht
werden.
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Durch
die aktive Kühlung wird sichergestellt, dass die LEDs 7 in
allen Betriebszuständen und über den gesamten
geforderten Temperaturbereich mit maximaler Leistung betrieben werden
können. Bewegliche und fest angeordnete Lichtmodule 5 können
mit nur einem Lüfter 9 gekühlt werden.
Auch mit einem sich stetig bewegenden Kühlkörper 6 am
Kurvenlichtmodul 5 ist eine intensive Kühlung
der LEDs 7 möglich. Die zu bewegenden Massen am
Kurvenlichtmodul 5 werden auf ein Minimum reduziert, da Lüfter 9 und
Luftkanal 8 getrennt vom restlichen Lichtmodul 5 angeordnet
sind. Es entsteht keine Behinderung der Bewegung des Kurvenlichtmoduls 5, da
die Zuordnung des Kühlkörpers 6 zum Luftkanal 8 beziehungsweise
dem Lüfter 9 berührungslos erfolgt. Der
Verstellantrieb des Kurvenlichtmoduls 5 muss nur relativ
geringe Kräfte aufbringen, wodurch sich eine Kostenreduzierung
ergibt. Trotz intensiver Kühlung des Kühlkörpers 6 und
der LEDs 7 ist nur ein minimaler Bauraum erforderlich.
Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 1 können
die Kosten reduziert werden, da für mehrere LED-Lichtmodule 5 lediglich
ein Lüfter 9 benötigt wird. Eine weitere
Reduzierung der Kosten ergibt sich dadurch, dass der Luftkanal 8 gleichzeitig
auch als Trägerteil verwendet werden kann.
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In
den 6a bis 9b ist
eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das
Kurvenlichtmodul 5 umfasst den Kühlkörper 6 mit
drei nach vorne gerichteten LEDs 7 sowie Primäroptiken
in Form von Sammeloptiken 15, die an einem inneren Rahmen 16 befestigt
sind. Der innere Rahmen 16 ist um die vertikale Verschwenkachse 14 verschwenkbar
in einem äußeren Tragrahmen 17 gelagert.
Dieser ist beispielsweise in vertikaler Richtung verstellbar im
Scheinwerfergehäuse 2 gelagert. Entsprechende
Lagerstellen sind mit dem Bezugszeichen 17a, 17b bezeichnet,
so dass das dargestellte Lichtmodul 5 zusammen mit dem äußeren
Tragrahmen 17 um eine durch die Lagerstellen 17a, 17b horizontale
Achse verschwenkbar ist, beispielsweise zur Realisierung einer automatischen
Leuchtweitenregelung (ALWR).
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Der
Luftkanal 8 weist lediglich eine obere, eine rückwärtige
sowie eine untere Wandung auf. Die gesamte vordere Wandung 8d des
Luftkanals 8 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 8a bis 9b geöffnet.
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Durch
diese Öffnung ragt ein Teil des Kühlkörpers 6,
insbesondere die Kühlrippen 6', in das Innere
des Luftkanals 8. Trotz der Öffnung des Luftkanals 8 nach
vorne hin kann auch bei dieser Ausführungsform von einem
weitgehend geschlossenen Luftkanal 8 gesprochen werden.
Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bisher bekannten aktiven Kühlung
von LEDs 7 in Fahrzeugscheinwerfern 1 mittels
Lüfter 9 sorgt auch der Luftkanal gemäß der
Ausführungsform der 6a bis 9b dafür,
dass sich im Bereich der Kühlrippen 6' des Kühlkörpers 6 eine gezielte
und lokal begrenzte Luftströmung ausbildet, die für
eine besonders effektive Kühlung des Kühlkörpers 6 und
damit der LEDs 7 sorgt. Durch den Lüfter 9 wird
die Rückseite des Kühlkörpers 6 im
Bereich der Kühlrippen 6 direkt angeblasen. Aufgrund
der oberen Wandung und der unteren Wandung des Luftkanals 8 kann
die durch den Lüfter 9 in das Innere des Luftkanals 8 geblasene
Luft nicht nach oben oder unten entweichen und wird somit entlang
der Längserstreckung des Luftkanals 8 gezwungen.
Dabei werden die Kühlrippen 6' des Kühlkörpers 6 in
ihrer gesamten Länge durch den zwangsgeführten
Luftstrom überstrichen, so dass eine besonders effiziente
Wärmeabgabe möglich ist. Die Dimensionierung des
Lüfters 9 sowie die Form und Abmessungen des Luftkanals
müssen derart gewählt werden, dass, trotz des Abstandes
zwischen dem Kühlkörper 6 und dem Luftkanal 8 oberhalb
beziehungsweise unterhalb des Kühlkörpers 6 und
der dadurch entweichenden Luft, die für eine weitere Kühlung
des Kühlkörpers 6 nicht mehr zur Verfügung
steht, selbst bei hohen Umgebungstemperaturen eine zuverlässige
und sichere Kühlung des Kühlkörpers 6 und
damit auch der Leuchtdioden 7 gewährleistet ist.
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Das
Kurvenlichtmodul 5 sowie der Luftkanal 8 mit Lüfter 9 sind
in dem gemeinsamen Tragrahmen 17 befestigt, so dass eine
genaue Zuordnung der beiden Teile zueinander möglich ist.
Der Luftkanal 8 umschließt den Kühlkörper 6 des
Kurvenlichtmoduls 5 an drei Seiten mit möglichst
geringem Abstand. Dadurch, dass sich Kühlkörper 6 und
Luftkanal 8 nicht berühren, ist die freie Bewegungsfähigkeit
des Kurvenlichtmoduls 5 sichergestellt, welches um die senkrechte
Verschwenkachse 14 während des Fahrbetriebs nach
beiden Seiten hin dynamisch geschwenkt werden kann. Der Kühlkörper 6 besitzt senkrecht
zur Verschwenkachse 14 angeordnete Kühlrippen 6' und
bewegt sich während des Schwenkvorgangs innerhalb des U-förmig
gebogenen Luftkanals 8. Die Achse, um die der Luftkanal 8 gebogen
ist, ist vorzugsweise deckungsgleich mit der Verschwenkachse 14.
Die Länge des Luftkanals 8 ist an beiden Enden
auf den Schwenkwinkel des Kühlkörpers 6 derart
abgestimmt, dass in jeder Lage eine ausreichende Durchströmung
und somit Kühlung des Kühlkörpers 6 gewährleistet
ist. Die hintere Kante des Kühlkörpers 6 und
die senkrechte Rückwand des Luftkanals 8 sind
derart gestaltet, dass sie einen Radius mit einem auf der Verschwenkachse 14 des
Kurvenlichtmoduls 5 liegenden Mittelpunkt beschreiben. Die
Kühlluft wird vom Lüfter 9 kommend rückseitig gegen
den Kühlkörper 6 geblasen und durchströmt diesen
in beide Richtungen. Der Lüfter 9 kann in beliebiger
Lage angeordnet sein, mit entsprechender Anpassung des Luftkanals 8.
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In 7 ist
die Lagerung des inneren Tragrahmens 16 um die Verschwenkachse 14 in
dem äußeren Tragrahmen 17 im Detail dargestellt.
Die beiden Lagerstellen sind mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet.
Zudem ist in 7 deutlich zu erkennen, wie
die Primäroptiken 15 in Form der Sammeloptiken vor
den LEDs 7 angeordnet sind. Die vom Lüfter 9 in den
Luftkanal 8 geförderte Luft ist mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.
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In 9a ist
das Kurvenlichtmodul 5 so dargestellt, dass es eine Hauptausbreitungsrichtung
der ausgesandten Lichtstrahlen parallel zur einer optischen Achse 19 aufweist.
Die optische Achse des Moduls 5 verläuft durch
die vertikale Verschwenkachse 14. In 9b ist
das Kurvenlichtmodul 5 in einer um die Winkel α relativ
zur optischen Achse 19 verschwenkten Stellung dargestellt.
Die Hauptausbreitungsrichtung der von dem Lichtmodul 5 ausgesandten
Lichtstrahlen erstreckt sich durch den Schnittpunkt zwischen optischer
Achse 19 und vertikaler Schwenkachse 14.
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In
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung gemäß der 10a bis 11 ist
das Lichtmodul 5 aus dem Ausführungsbeispiel gemäß der 6a bis 9b durch
eines oder mehrere zusätzliche Lichtmodule 5a in
Form eines Reflexionsmoduls mit einem oberhalb des Lichtmoduls 5 angeordneten
Halbschalenreflektor 20 dargestellt. Die Kühlluft
für beide Lichtmodule, das Projektionsmodul 5 sowie
das Reflexionsmodul 5a, liefert dabei ein Lüfter 9 für
alle Funktionen, und ein einziger Luftkanal 8 dient zur
Luftverteilung zu den einzelnen Modulen 5, 5a.
Der Luftkanal 8 ist derart ausgestaltet, dass alle Kühlkörper 6 entsprechend
deren Anforderungen durchströmt werden und somit eine ausreichende
Kühlung aller LEDs 7 in sämtlichen Lichtmodulen 5, 5a gewährleistet
ist. In den 10a bis 11 ist
die Kühlung eines dynamisch bewegten Kurvenlichtmoduls 5 in Kombination
mit einem feststehenden Lichtmodul 5a mit Reflektor 20 dargestellt.
Es sind jedoch auch andere beliebige Kombinationen von feststehenden und
bewegten Lichtmodulen in Reflexions- oder Projektions-Technik möglich.
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Die 12 bis 18b zeigen eine dritte Ausführungsform,
bei der das Lichtmodul 5, der Luftkanal 8 und
der Lüfter 9 an einem gemeinsamen äußeren
Tragrahmen 17 befestigt sind. Das Lichtmodul 5 mit
den LED-Lichtquellen 7 und den Primäroptiken 15 sowie
dem Kühlkörper 6 ist dabei in einem inneren Tragrahmen 16 um
die vertikale Schwenkachse 14 verschwenkbar in dem äußeren
Tragrahmen 17 gehalten. Der Luftkanal 8 und der
Lüfter 9 sind ortsfest am Tragrahmen 17 befestigt.
Der Tragrahmen 17 selbst ist über Lagerstellen 17a, 17b um
eine im Wesentlichen horizontale Achse verschwenkbar im Scheinwerfergehäuse 2 angeordnet.
Der Kühlkörper 6 des Kurvenlichtmoduls 5 besitzt
Kühlrippen 6', die parallel zur Schwenkachse 14 verlaufen.
Somit können die Rippen 6 in senkrechter Richtung
frei blasend durchströmt werden. Der Luftkanal 8 ist
derart ausgestaltet, dass durch eine schmale schlitzförmige
Ausblasöffnung 8g (vergleiche 13 und 15)
unterhalb des Kühlkörpers 6 die Kühlluft
gegen die Kühlrippen 6' geblasen wird und somit
eine gerichtete Luftströmung entlang der Kühlrippen 6' entsteht. Das
Kühlprinzip hat dabei die gleiche Wirkungsweise wie bei
einem passiven Kühlverfahren (frei Konvektion), ist jedoch
durch den Einsatz eines Lüfters 9 und das Anblasen
des Kühlkörpers 6 durch die Öffnung 8g im
Luftkanal 8 wesentlich effektiver. Somit kann der Kühlkörper 6 kleiner
als bei ausschließlich passiver Kühlung ausgebildet
werden. Durch entsprechende Ausgestaltung der Auslassöffnung 8g kann die
Richtung und Menge der ausströmenden Kühlluft gezielt
so beeinflusst werden, dass eine optimale Kühlwirkung erzielt
wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Kühlluft
ausgehend von dem Lüfter 9 über den Luftkanal 8 gezielt
zu dem Kühlkörper 6 geführt.
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Dadurch,
dass sich der Kühlkörper 6 und der Luftkanal 8 nicht
berühren, ist eine freie Bewegungsfähigkeit des
Kurvenlichtmoduls 5 relativ zu dem am Gehäuse 2 befestigten
Luftkanal 8 sichergestellt, das um die senkrechte Schwenkachse 14 während
des Fahrbetriebs nach beiden Seiten hin um den Winkel α dynamisch
geschwenkt werden kann (vergleiche 18a und 18b). Die Länge des Luftkanals 8 ist
an beiden Enden auf den Schwenkwinkel α des Kühlkörpers 6 so
abgestimmt, dass in jeder Lage eine ausreichende Durchströmung
und Kühlung gewährleistet ist. Zusätzlich
kann das Lichtmodul 5 gemäß dieser Ausführungsform
auch in vertikaler Richtung bewegt werden (z. B. für eine
automatische Leuchtweitenregelung; ALWR).
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Wie
bezüglich der Ausführungsform gemäß den 10a bis 11 beschrieben,
können auch bei der vorliegenden Ausführungsform
gemäß den 12 bis 18b beliebig viele feststehende und/oder bewegte
Lichtmodule in verschiedenen Kombinationen und Anordnungen mit dem
Lüfter 9 über den Luftkanal 8 gekühlt
werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist seitlich
an dem Tragrahmen 17 ein weiteres feststehendes Lichtmodul 5b angeordnet.
Die Kühlrippen 6' des Kühlkörpers 6 des
weiteren Lichtmoduls 5b werden durch Kühlluft gekühlt,
die aus einer seitlichen Auslassöffnung aus dem Luftkanal
austritt. Der Kühlkörper 6 des weiteren Lichtmoduls 5b ist
unmittelbar vor der weiteren Auslassöffnung des Luftkanals 8 angeordnet.
Da sowohl das weitere Lichtmodul 5b als auch der Luftkanal 8 fest
am Tragrahmen 17 befestigt sind, könnten sich der
Kühlkörper 6 und der Luftkanal 8 theoretisch auch
berühren. Denkbar wäre es auch, dass der Kühlkörper 6 des
weiteren Lichtmoduls 5b in dem Luftkanal 8 angeordnet
ist.
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In
den 19 bis 24 ist
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 1 dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst
einen sogenannten Mehrkammer-Reflektor 21, der in 19 von
der Rückseite und in 20 von
vorne dargestellt ist. Der Reflektor 21 umfasst in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel drei nebeneinander angeordnete
Reflektorkammern 22. In jeder Reflektorkammer 22 sind
jeweils eine oder mehrere LED-Lichtquellen 7 angeordnet.
Die LEDs einer jeden Reflektorkammer 22 sind jeweils auf
einem Kühlkörper 6 angeordnet. Insgesamt
weist diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinrichtung 1 also drei feststehende, nebeneinander
angeordnete Lichtmodule 5c, 5d, 5e vom
Reflexionstyp auf.
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Ein
im hinteren Reflektorbereich angeordneter Luftkanal ist so ausgestaltet,
dass er die Kühlkörper 6 aller Lichtmodule 5c, 5d, 5e mittels
eines angeflanschten Lüfters 9 gleichmäßig
mit Kühlluft versorgt. Der Luftkanal 8 ist in 21 seitlich
von schräg oben und in 22 von
der Rückseite und von schräg unten dargestellt.
Dadurch, dass die Kühlkörper 6 als Kanal
mit innen liegenden Rippen 6' ausgebildet sind, entsteht
eine Zwangsdurchströmung und somit eine sehr effektive
Kühlung der LEDs 7 bei gleichzeitig kleinem Bauvolumen.
Die Kühlkörper 6 sind in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel also gewissermaßen als Verlängerung
des Luftkanals 8 im Anschluss an die drei Auslassöffnungen
ausgebildet. Der Luftkanal 8 kann einteilig oder auch aus mehreren
Einzelteilen hergestellt werden, je nach Fertigungsverfahren. Durch
die Formgestaltung des Luftkanals 8 und mittels innen liegender
Luftleitelemente ist es möglich, eine gleichmäßige
Durchströmung aller Kühlkörper 6 zu
erreichen, selbst bei Verwendung von lediglich einem Lüfter 9.
Der Luftkanal 8 kann je nach Ausgestaltung auch als Trägerteil
die Funktion der Befestigung des Lichtmoduls (zum Beispiel Reflektor)
mit eventuell notwendigen Verstellmöglichkeiten im Scheinwerfergehäuse 2 übernehmen.
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Eine
Heatpipe (auch "Wärmerohr" genannt) und ein Thermosyphon
(auch "dochtloses Wärmerohr" genannt) sind Wärmeübertrager,
die unter Nutzung von Verdampfungs- und Kondensationswärme einer
Kühlflüssigkeit eine hohe Wärmestromdichte erlauben.
Gegenüber einem Thermosyphon hat die Heatpipe den Vorteil,
dass die Wärme in eine beliebige Richtung abgeführt
werden kann. Anders als beim Thermosyphon geschieht der Transport
von Kühlflüssigkeit in der Heatpipe nicht aufgrund
von Gravitationskräften, sondern die Kühlflüssigkeit
wird bspw. mittels Kapillarwirkung an den Innenwänden der
Heatpipe zu der zu kühlenden Stelle geleitet.
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Das
Wärmerohr besteht aus einem hermetisch gekapselten Rohr
dessen Innenseite mit Kapillaren (Docht) bedeckt ist. Es ist so
platziert, dass je eine Wärmeübertragungsfläche
für Wärmequelle und Wärmesenke besteht.
Das Rohr ist mit einer leicht verdampfbaren Flüssigkeit
gefüllt, welche die Wärme transportiert.
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Bei
Wärmeeinwirkung beginnt die Flüssigkeit zu verdampfen.
Dadurch wird dem zu kühlenden Material die Wärme
entzogen. Der Dampf strömt durch das Rohr zur Senke (Kühlzone),
gibt die Verdampfungswärme wieder ab und kondensiert dabei.
Das flüssig gewordene Medium kehrt in den Kapillaren zur
heißen Zone zurück und ist wieder bereit, Wärme aufzunehmen.
Kapillargetriebene Wärmerohre funktionieren auch unter
Schwerelosigkeit und kommen beim Satellitenbau zum Einsatz. Ebenso
eingesetzt werden sie bei Kühlern, die in beliebiger räumlicher Orientierung
verwendet werden können.
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Ein
Peltier-Element ist ein elektronisches Bauelement, welches basierend
auf dem Peltier-Effekt (nach Jean Peltier (1785–1845))
bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz oder bei Temperaturdifferenz
einen Stromfluss erzeugt. Eine andere Bezeichnung ist TEC (Thermoelectric
Cooler).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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