DE102007043961B4 - Beleuchtungseinrichtung mit Halbleiterlichtquelle - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungseinrichtung (1) umfassend mindestens eine Halbleiterlichtquelle (7), die zur Wärmeableitung mit einem Kühlkörper (6) in Verbindung steht, wobei die Beleuchtungseinrichtung (1) einen weitgehend geschlossenen Luftkanal (8) mit einer im Wesentlichen horizontalen Erstreckung und Mittel (9) zum aktiven Fördern von Luft durch den Luftkanal (8) aufweist, wobei der Kühlkörper (6) zumindest teilweise in dem durch den Luftkanal (8) geförderten Luftstrom (11, 11a, 11b; 12, 12a, 12b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) ortsfest in einem Gehäuse (2) der Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet ist und dass der Kühlkörper (6) als Teil eines Lichtmoduls (5) der Beleuchtungseinrichtung (1) um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse (14) relativ zu dem Gehäuse (2) und relativ zu dem Luftkanal (8) verschwenkbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung umfassend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die zur Wärmeableitung mit einem Kühlkörper in Verbindung steht, wobei 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.
  • Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist bspw. aus der DE 10 2005 051 248 A1 bekannt. Bei einer Bewegung der zu einem Lichtmodul zusammengefassten Licht erzeugenden Teile der bekannten Beleuchtungseinrichtung, bspw. zur Erzeugung einer adaptiven Lichtverteilung, müsste das gesamte Lichtmodul einschließlich schwerem Kühlkörper und Luftkanal relativ zu einem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung bewegt werden.
  • Ferner ist aus der DE 10 2006 057 553 A1 eine Beleuchtungseinrichtung umfassend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, die zur Wärmeableitung mit einem Kühlkörper in Verbindung steht, bekannt. Die Beleuchtungseinrichtung weist einen weitgehend geschlossenen Luftkanal und Mittel zum aktiven Fördern von Luft durch den Luftkanal auf. Der Kühlkörper ist zumindest teilweise in dem durch den Luftkanal geförderten Luftstrom angeordnet. Allerdings weist der Luftkanal keine im Wesentlichen horizontale Erstreckung auf.
  • Schließlich ist aus der EP 1 643 188 A1 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, 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.
  • 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.
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die bekannte Beleuchtungseinrichtung dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass sie zur Erzeugung einer adaptiven Lichtverteilung und insbesondere zur Bewegung des Lichtmoduls relativ zu dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung optimiert ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Luftkanal ortsfest in dem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist und dass der Kühlkörper als Teil des Lichtmoduls der Beleuchtungseinrichtung um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Luftkanal verschwenkbar ist.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß ist der Luftkanal ortsfest in einem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Der Kühlkörper ist als Teil des Lichtmoduls der Beleuchtungseinrichtung um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu dem Kühlkörper verschwenkbar. Dabei 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung nicht nur eine, sondern mehrere Halbleiterlichtquellen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Kühlkörper Kühlrippen, die durch eine Aussparung in mindestens einer Wandung des Luftkanals in das Innere des Luftkanals ragen. Vorzugsweise verläuft die Längserstreckung der Kühlrippen im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Luftkanals. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kühlrippen im Inneren des Luftkanals im Querschnitt betrachtet schräg gestellt sind.
  • Vorteilhafterweise sind die vertikale Achse, um die der Kühlkörper gebogen ist, und die Schwenkachse des Lichtmoduls deckungsgleich.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
  • 2a und 2b einen Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
  • 3a und 3b einen Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
  • 4a und 4b einen Kühlkörper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
  • 5 einen Kühlköper und einen Luftkanal einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform;
  • 6a bis 6d ein Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit relativ zueinander verstellbarem Kühlkörper und Luftkanal gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
  • 7 das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 6a bis 6d, teilweise im Schnitt;
  • 8a und 8b das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß der 6a bis 6d, teilweise in Explosionsdarstellung;
  • 9a und 9b das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 6a bis 6d während einer Verschwenkbewegung des Kühlkörpers relativ zum Luftkanal, teilweise im Schnitt;
  • 10a bis 10d ein Lichtmodul einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit relativ zueinander verstellbarem Kühlkörper und Luftkanal gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
  • 11 das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 10a bis 10d, teilweise im Schnitt;
  • 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;
  • 13 das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 12 in einer Draufsicht;
  • 14 und 15 den Luftkanal des Lichtmoduls der Beleuchtungseinrichtung gemäß 12, teilweise im Schnitt;
  • 16 das Lichtmodul der Beleuchtungseinrichtung gemäß 12, teilweise in einer Explosionsdarstellung;
  • 17 den Luftkanal der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 12, teilweise im Schnitt;
  • 18a und 18b das Lichtmodul der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 12 in einer Draufsicht in verschiedenen Verschwenkstellungen des Lichtmoduls;
  • 19 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mit mehreren, nebeneinander angeordneten Lichtmodulen und Kühlkörpern in einer perspektivischen Ansicht von hinten ohne Luftkanal;
  • 20 die weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 19 in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
  • 21 die weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß 19 mit Luftkanal in einer Ansicht von schräg oben;
  • 22 die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß der Ausführungsform aus 21 in einer Ansicht von schräg unten;
  • 23 einen Ausschnitt der Kühlkörper und des Luftkanals und der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus den 21 und 22 im Horizontalschnitt; und
  • 24 die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß der Ausführungsform gemäß 21 und 22 in einem Längsschnitt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ”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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).

Claims (21)

  1. Beleuchtungseinrichtung (1) umfassend mindestens eine Halbleiterlichtquelle (7), die zur Wärmeableitung mit einem Kühlkörper (6) in Verbindung steht, wobei die Beleuchtungseinrichtung (1) einen weitgehend geschlossenen Luftkanal (8) mit einer im Wesentlichen horizontalen Erstreckung und Mittel (9) zum aktiven Fördern von Luft durch den Luftkanal (8) aufweist, wobei der Kühlkörper (6) zumindest teilweise in dem durch den Luftkanal (8) geförderten Luftstrom (11, 11a, 11b; 12, 12a, 12b) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) ortsfest in einem Gehäuse (2) der Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet ist und dass der Kühlkörper (6) als Teil eines Lichtmoduls (5) der Beleuchtungseinrichtung (1) um eine im Wesentlichen vertikale Schwenkachse (14) relativ zu dem Gehäuse (2) und relativ zu dem Luftkanal (8) verschwenkbar ist.
  2. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (9) zum aktiven Fördern von Luft ein Gebläse aufweisen.
  3. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) eine Aufnahme zur Montage der Halbleiterlichtquelle (7) aufweist.
  4. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) eine Aufnahme zur Montage eines Reflektors der Beleuchtungseinrichtung (1), eine Aufnahme zur Montage einer Linse der Beleuchtungseinrichtung (1) und/oder eine Aufnahme zur Montage einer Blendenanordnung der Beleuchtungseinrichtung (1) aufweist.
  5. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) Aufnahmen zur Montage von Bauteilen sowohl eines nach dem Projektionsprinzip arbeitenden Lichtmoduls (5) als auch eines nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden Lichtmoduls (5a) aufweist.
  6. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) mehrere Halbleiterlichtquellen (7) aufweist.
  7. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) zumindest teilweise in dem Luftkanal (8) angeordnet ist.
  8. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) ein Gehäuse (2) mit einer in Lichtaustrittsrichtung angeordneten und durch eine Abdeckscheibe (4) verschlossenen Lichtaustrittsöffnung aufweist, wobei der Luftkanal (8) derart in dem Gehäuse (2) angeordnet und der am Kühlkörper (6) entlang streichende Luftstrom (12, 12a, 12b) derart gerichtet ist, dass er an der Innenseite der Abdeckscheibe (4) entlang streicht.
  9. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) ein Gehäuse (2) mit einer in Lichtaustrittsrichtung angeordneten und durch eine Abdeckscheibe (4) verschlossenen Lichtaustrittsöffnung aufweist, wobei der Luftkanal (8) derart in dem Gehäuse (2) angeordnet und der am Kühlkörper (6) entlang streichende Luftstrom (12, 12a, 12b) derart gerichtet ist, dass er gezielt an weiteren in dem Gehäuse (2) angeordneten Energieverbrauchern entlang streicht.
  10. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Luft (12, 12a, 12b) nach dem Kühlkörper (6) mindestens eine Heatpipe, mindestens ein Thermosyphon und/oder mindestens ein Peltier-Element angeordnet ist.
  11. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) eine Längserstreckung hat, wobei an beiden Enden des Luftkanals (8) Öffnungen (8a, 8b) vorgesehen sind und die Mittel (9) zum Fördern von Luft durch den Luftkanal (8) an einem der Enden des Luftkanals (8) angeordnet sind.
  12. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) eine Längserstreckung hat, wobei an beiden Enden des Luftkanals (8) Öffnungen (8a, 8b) vorgesehen sind und in etwa in der Mitte der Längserstreckung des Luftkanals (8) eine weitere Öffnung (8c) ausgebildet ist, vor der die Mittel (9) zum Fördern von Luft durch den Luftkanal (8) angeordnet sind.
  13. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) um eine im Wesentlichen vertikale Achse (14) gebogen ist und der Luftkanal (8) der Biegung des Kühlkörpers (6) folgt.
  14. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) 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 (8) Öffnungen vorgesehen sind und in etwa im Schnittpunkt des Kreuzes eine weitere Öffnung ausgebildet ist, vor der die Mittel (9) zum Fördern von Luft durch den Luftkanal (8) angeordnet sind.
  15. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) Kühlrippen (6') aufweist, die durch eine Aussparung in mindestens einer Wandung des Luftkanals (8) in das Innere des Luftkanals (8) ragen.
  16. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Kühlrippen (6') im Wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Luftkanals (8) verläuft und die Kühlrippen (6') im Inneren des Luftkanals (8) im Querschnitt betrachtet schräg gestellt sind.
  17. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) vor einer schlitzförmigen Ausblasöffnung (8g) des Luftkanals (8) angeordnet ist.
  18. Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Achse (14), um die der Kühlkörper gebogen ist, und die Schwenkachse (14) des Lichtmoduls (5) deckungsgleich sind.
  19. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (8) im Querschnitt eine im wesentlichen U-förmige Form aufweist, wobei der Kühlkörper (6) zumindest teilweise vor der offenen Seite des U-förmigen Luftkanals (8) angeordnet ist und die offene Seite so weitgehend verschließt.
  20. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (1) mehrere Lichtmodule (5, 5a, 5b) und mehrere Kühlkörper (6) aufweist, wobei der Luftkanal (8) derart ausgebildet ist, dass die durch diesen geförderte Luft zur Kühlung mehrerer Kühlkörper (6) von verschiedenen Lichtmodulen (5, 5a, 5b) dient.
  21. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (6) Kühlrippen (6') aufweist, die parallel zur im Wesentlichen vertikale Schwenkachse (14) des Lichtmoduls (5) verlaufen.
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