DE102009033909A1 - Headlamp with a cooling device - Google Patents
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Abstract
Frontscheinwerfer (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer zu kühlenden Wärmequelle (20) und einer Kühleinrichtung (50), die einen thermisch mit der Wärmequelle (20) gekoppelten Kühlkörper sowqie ein Gebläse mit einem Gebläsegehäuse aufweist, das einen den Kühlkörper kühlenden Luftstrom (40) erzeugt. Der Frontscheinwerfer (10) zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkörper mit dem Gebläsegehäuse eine einstückige bauliche Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit (52; 53) bildet.Front headlight (10) for a motor vehicle, with at least one heat source (20) to be cooled and a cooling device (50) which has a heat sink thermally coupled to the heat source (20) and a blower with a blower housing which has an air flow cooling the heat sink ( 40) generated. The front headlight (10) is distinguished by the fact that the heat sink and the blower housing form an integral structural heat sink / blower housing unit (52; 53).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Frontscheinwerfer weist eine zu kühlende Wärmequelle und eine Kühleinrichtung auf, die einen thermisch mit der Wärmequelle gekoppelten Kühlkörper sowie ein Gebläse mit einem Gebläsegehäuse aufweist, das einen den Kühlkörper kühlenden Luftstrom erzeugt.The The present invention relates to a headlamp for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Such a headlight has a to be cooled Heat source and a cooling device on, which has a thermally coupled to the heat source heat sink and a fan having a fan housing, the one cooling the heat sink Airflow generated.
Ein solcher Frontscheinwerfer wird von der Anmelderin als LED-Scheinwerfer (LED = Light Emitting Diode) für den Audi R8 geliefert und ist daher auf dem Markt bekannt. Bei diesem Frontscheinwerfer stellt die LED-Anordnung die Wärmequelle dar.One Such headlamps are used by the applicant as LED headlights (LED = Light Emitting Diode) for delivered the Audi R8 and is therefore known in the market. In this Front headlight represents the LED array is the heat source.
Halbleiterlichtquellen werden derzeit in zunehmendem Umfang in Beleuchtungseinrichtungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Nachdem sich der Einsatz zunächst auf Signalleuchten wie Brems- und Blinkleuchten beschränkt hatte, wird derzeit damit begonnen, Halbleiterlichtquellen auch für Scheinwerferfunktionen, also für eine Beleuchtung des Fahrzeugumfeldes zu verwenden.Semiconductor light sources are currently being used increasingly in lighting fixtures Used motor vehicles. After the use first on Had limited signal lights such as brake and direction indicators, is currently being started, semiconductor light sources also for headlight functions, So for to use a lighting of the vehicle environment.
Im Gegensatz zu Halogenlampen oder Gasentladungslampen geben LED kaltes Licht ab. Die Strahlung selbst enthält also keine Wärmestrahlungsanteile, die mit den entsprechenden Anteilen einer Halogenlampe oder Gasentladungslampe vergleichbar wären. Trotzdem treten auch beim Betrieb von LED Verluste von ca. 80% auf. Das heißt, dass 80% der zum Betrieb eingesetzten elektrischen Energie als Verlustwärme frei werden und die LED aufheizen. Dies ist problematisch, weil wichtige Eigenschaften von LED wie deren Lichtstrom, Farbe, Vorwärtsspannung und Lebensdauer stark temperaturabhängig sind. Die Temperatur der Halbleiterlichtquellen muss daher innerhalb enger, fest vorgegebener Grenzen um einen vorbestimmten thermischen Arbeitspunkt liegen. Dabei müssen die LED insbesondere vor einer Überhitzung geschützt werden.in the Unlike halogen lamps or gas discharge lamps, LEDs give cold Light off. The radiation itself therefore contains no heat radiation components, with the appropriate proportions of a halogen lamp or gas discharge lamp comparable. Nevertheless, even when operating LED losses of about 80% occur. This means, that 80% of the electrical energy used for operation as heat loss free and heat up the LED. This is problematic because important Properties of LED such as their luminous flux, color, forward voltage and lifetime are highly temperature dependent. The temperature of the Semiconductor light sources must therefore be within narrow, fixed Limits are around a predetermined thermal operating point. It must the LED in particular against overheating protected become.
Die maximal zulässige Chiptemperatur liegt je nach Hersteller zwischen 125°C und 185°C. Eine Überschreitung der jeweiligen Maximaltemperatur hat eine Zerstörung der LED zur Folge. Da nur etwa 20% der eingesetzten elektrischen Energie in Licht umgewandelt werden, treten in Frontscheinwerfern Verlustwärmeleistungen auf, die Werte zwischen 20 Watt und 40 Watt erreichen können.The maximum permissible Chip temperature is between 125 ° C and 185 ° C depending on the manufacturer. An overrun the respective maximum temperature has a destruction of the LED result. There only about 20% of the electrical energy used is converted into light In headlights, losses in heat output, the values, occur between 20 watts and 40 watts.
Um diese im LED-Chip auftretenden Verlustwärmeleistungen ohne unzulässig hohe LED-Temperaturen zuverlässig abführen zu können, werden Kühlkonzepte angewandt, die insbesondere großflächige Aluminium- oder Kupfer-Kühlkörper der eingangs genannten Art vorsehen, um die Verlustwärme aufzunehmen und über Kühlrippen und/oder andere Oberflächen-vergrößernde Strukturen an die Umgebung abzugeben.Around this occurring in the LED chip loss heat outputs without unduly high LED temperatures reliable lead away to be able to become cooling concepts used, in particular large-area aluminum or copper heatsink the Provide the aforementioned type to absorb the heat loss and cooling fins and / or other surface-enlarging structures to give to the environment.
Oftmals sind die Anforderungen an die Kühlung so hoch, dass die normale konvektive Kühlung nicht mehr ausreicht und mit einem Gebläse eine Zwangskühlung durch einen Kühlluftstrom erfolgen muss. Dabei wird der Kühlkörper in der Regel im Auslass-Luftstrom des Gebläses angeordnet wobei der Auslassluftstromquerschnitt durch einen zwischen dem Gebläse und dem Kühlkörper angeordneten Diffusor vom vergleichsweise kleinen Gebläseauslassquerschnitt auf einen vergleichsweise großen Kühlkörperanströmquerschnitt vergrößert wird.often are the requirements for cooling so high that the normal convective cooling is no longer sufficient and with a fan a forced cooling through a cooling air flow must be done. The heat sink is in usually arranged in the outlet air flow of the fan wherein the outlet air flow cross section through one between the blower and arranged the heat sink Diffuser from the comparatively small fan outlet cross section to a comparatively large Kühlkörperanströmquerschnitt is enlarged.
Bei dieser Hintereinanderschaltung von Gebläse und Kühlkörper sowie dem gegebenenfalls noch dazwischen angeordneten Diffusor ergibt sich eine große Baulänge. Dies ist nachteilig, da eine große Baulänge bei Kurvenlichtmodulen viel Platz zum Schwenken des Lichtmoduls benötigt. Dieser Platz ist in der Regel knapp. Außerdem schränkt der Platzbedarf den konstruktiven und gestalterischen Spielraum bei der Scheinwerferwerferentwicklung ein, was unerwünscht ist.at this series connection of blower and heat sink and possibly still interposed diffuser results in a large length. This is disadvantageous because a large overall length For cornering light modules, there is plenty of room for swiveling the light module needed. This place is usually scarce. In addition, the space requirement limits the constructive and creative freedom in headlight development one, which is undesirable is.
Darüber hinaus ergibt sich durch die große Baulänge ein unerwünscht großes Verhältnis innerer Oberflächen der Kühlluft führenden Teile zum Volumen dieser Teile, was den durch Wandreibung verursachten Strömungswiderstand erhöht und damit größere und schwerere Kühleinrichtungen zur Erzielung einer vorbestimmten Kühlwirkung erfordert.Furthermore results from the great length undesirable great relationship inner surfaces the cooling air leading Parts of the volume of these parts, which caused by wall friction flow resistance elevated and thus larger and heavier cooling equipment to achieve a predetermined cooling effect requires.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Frontscheinwerfers der eingangs genannten Art, bei dem diese Nachteile zumindest verringert sind.In front In this background, the object of the invention in the specification a headlight of the type mentioned, in which these disadvantages at least reduced.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved with the features of claim 1.
Der erfindungsgemäße Frontscheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkörper mit dem Gebläsegehäuse eine einstückige bauliche Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit bildet.Of the inventive headlight draws characterized by the fact that the heat sink with the Blower housing one one-piece Structural heat sink-blower housing unit forms.
Durch diese Merkmale wird ein Frontscheinwerfer mit einer besonders kompakten, vergleichsweise leichten und durch verringerte Strömungswiderstände effizienten und leistungsfähigen Kühlvorrichtung bereitgestellt.By these features will be a headlamp with a particularly compact, comparatively light and efficient through reduced flow resistance and powerful cooler provided.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Gebläse ein Radialgebläse oder ein Diagonalgebläse mit einem in dem Gebläsegehäuse als Rotor drehbaren Gebläserad.In In a preferred embodiment, the fan is a radial fan or a diagonal fan with one in the fan housing as Rotor rotatable impeller.
Solche Gebläse bieten vor allem bei Kühlkörpern mit kleinen Querschnitten und hohen Luftwiderständen Vorteile gegenüber Axialgebläsen, die wegen ihres geringen Arbeitsdrucks strömungsgünstige Kühlkörper mit großen Querschnitten benötigen. Außerdem lassen sich Radialgebläse im Vergleich zu Axialgebläsen mechanisch robuster aufbauen, da hier Motor und Gebläserad auf einer geschlossenen Seitenwand des Gebläsegehäuses montiert werden können.Such blowers offer especially for heat sinks with small cross-sections and high Luftwider There are advantages over axial fans, which require flow-optimized heat sinks with large cross-sections because of their low working pressure. In addition, radial fans can be built mechanically more robust compared to axial fans, since the motor and impeller can be mounted on a closed side wall of the fan housing.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit dazu eingerichtet, die Wärmequelle auf einer zur Drehachse des Rotors parallelen Wand der Kühlkörper-Stator-Gehäuse-Einheit aufzunehmen.In A preferred embodiment is the heat sink-blower housing unit to set up the heat source on a parallel to the axis of rotation of the rotor wall of the heat sink stator housing unit take.
Da diese Gehäusewand den Luftstrom ablenkt, wirkt sie wie eine Statorschaufel. So wie für Statorschaufeln gilt auch für diese Wand, dass diese Ablenkwirkung die Dicke der unbewegten und damit isolierenden Grenzschicht in der Luftströmung verringert. Dadurch werden hier besonders kleine thermische Übergangswiderstände erzielt, was den erwünschten Kühleffekt begünstigt.There this housing wall deflects the airflow, it acts like a stator blade. Such as for stator blades applies to this wall, that this deflection effect the thickness of the still and thus reducing insulating boundary layer in the air flow. This will be achieves particularly small thermal contact resistances, what the desired cooling effect favored.
Es ist daher auch unabhängig von der Anordnung der Wärmequelle bevorzugt, dass die Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit als Stator ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Stator lenkt das Gehäuse die aus dem Gebläserad ausströmende Luft durch die Gehäusewand und gegebenenfalls weitere Statorschaufeln in eine Vorzugsrichtung um und erzeugt einen statischen Druck. Auch hier gilt, dass beim Ablenken des Luftstroms an den Statorschaufeln die unbewegte, d. h. isolierende Grenzschicht in der Luftströmung, sehr dünn ist, so dass besonders kleine thermische Übergangswiderstände erzielt werden. Da Stator und Kühlkörper in einem Bauteil ausgeführt sind, treten nur vergleichsweise geringe Wandreibungsverluste auf.It is therefore independent from the arrangement of the heat source preferred that the heat sink-blower housing unit as a stator is trained. By training as a stator, the housing directs the from the impeller outflowing Air through the housing wall and optionally further stator blades in a preferred direction and creates a static pressure. Again, that applies to the Deflecting the air flow on the stator blades the unmoved, d. H. insulating boundary layer in the air flow, is very thin, so that achieves particularly small thermal contact resistance become. Because stator and heat sink in a component are executed, Only comparatively low wall friction losses occur.
Ein weiterer Vorteil der Kühlkörper-Gehäuse-Einheit besteht darin, dass sie die Möglichkeit bietet, den Auslassluftstrom aufzuteilen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit dazu eingerichtet, den Auslassluftstrom auf mehrere Auslassluftteilströme aufzuteilen. Dadurch können mehrere Lichtmodule bzw. Wärmequellen weitgehend unabhängig voneinander gekühlt werden.One Another advantage of the heat sink housing unit is that they have the opportunity offers to divide the outlet airflow. In a preferred embodiment is the heat sink-blower housing unit adapted to divide the outlet air flow to a plurality of outlet air substreams. Thereby can several light modules or heat sources largely independent be cooled from each other.
Bevorzugt ist auch, dass die Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit wenigstens eine in einem Auslassluftstrom der Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit angeordnete Oberflächen-vergrößernde Struktur aufweist.Prefers is also that the heat sink-blower housing unit at least comprising a surface-enlarging structure disposed in an outlet airflow of the heat sink-blower housing unit.
Dadurch wird die für den Übergang der Wärme von der Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit auf den Kühlluftstrom zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert, was die Kühlwirkung verbessert.Thereby will the for the transition the heat from the heat sink fan housing unit on the cooling air flow to disposal standing surface enlarged, what the cooling effect improved.
Durch wenigstens eine im Auslassluftstrom angeordnete Kühlrippe, die im Kühlluftstrom steht, wird die Laminarität und Wirbelfreiheit des Kühlluftstroms verbessert. Bevorzugt sind die Rippen in Strömungsrichtung und damit längs des Auslassluftstroms angeordnet und verjüngen sich zu einem oder beiden Enden. Idealerweise sind die Rippen an einem oder beiden Enden verrundet. In beiden Fällen ist der angeströmten Kante der Rippen die größere Aufmerksamkeit hinsichtlich Verjüngung und Verrundung zu widmen. Dadurch können hohe Volumenströme, beziehungsweise hohe statische Drücke und damit eine gute Wärmeabfuhr erzielt werden.By at least one cooling fin arranged in the outlet airflow, in the cooling air flow stands, becomes the laminarity and vortex freedom of the cooling air flow improved. Preferably, the ribs in the flow direction and thus along the Outlet air flow arranged and tapered to one or both End up. Ideally, the ribs are rounded at one or both ends. In both cases the streamed Edge of the ribs the greater attention in terms of rejuvenation and to dedicate rounding. This allows high volume flows, respectively high static pressures and thus a good heat dissipation be achieved.
Dabei kann das angeströmte Ende der Rippe quer zu einem Umfang des Rotors oder in einer Ebene mit einem Umfang des Rotors angeordnet sein.there can the streamed End of the rib across a circumference of the rotor or in a plane be arranged with a circumference of the rotor.
Die Erfindung eignet sich allgemein zur Kühlung von Wärmequellen in Frontscheinwerfern. Neben Halbleiterlichtquellen können je nach Ausgestaltung auch Lichtfunktionen steuernde Steuergeräte und/oder Endstufenanordnungen des Frontscheinwerfers gekühlt werden, mit denen zum Beispiel Verstellantriebe eines Kurvenlichtmoduls, einer Leuchtweitenregulierung oder einer variablen Blendenanordnung angesteuert werden.The Invention is generally suitable for cooling heat sources in headlamps. In addition to semiconductor light sources can Depending on the design and lighting functions controlling controllers and / or Power stage assemblies of the headlamp are cooled, with which, for example Adjustment drives of a cornering light module, a headlight range adjustment or a variable aperture arrangement.
Dabei ist jeweils bevorzugt, dass die Wärmequelle auf einer Außenwand der Kühlkörper-Gehäuse-Einheit angeordnet ist, Sie kann daher ihre abzuführende Wärme durch direkten thermischen Kontakt in die als Wärmesenke dienende Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit einspeisen, die selbst durch die an ihrer gegebenenfalls glatten Innenwand ohne großen Strömungswiderstand entlang streichende Gebläseluft gekühlt wird.there is in each case preferred that the heat source on an outer wall the heat sink housing unit Therefore, you can heat their dissipated by direct thermal Contact in as a heat sink serving heatsink fan housing unit Feeding yourself through at their possibly smooth Interior wall without big flow resistance along stroking air chilled becomes.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further Advantages result from the dependent claims, the Description and attached Characters.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. In each case, in schematic form:
Im
Einzelnen zeigt die
Durch
optische Elemente
In
der dargestellten Ausgestaltung ist das Lichtmodul
Die
Erfindung betrifft nicht diese Lichtfunktionen sondern vielmehr
die Kühlung
der Wärmequelle
Zum
Zweck der Kühlung
der Wärmequelle
Bei
dem Kühlkörper
Um
die von der Halbleiterlichtquelle als zu kühlender Wärmequelle
Diese
herkömmliche
Hintereinander-Anordnung von Gebläse
Im
Folgenden wird unter Bezug auf die
Im
Einzelnen weist das Lichtmodul
Im
Gegensatz zum Gegenstand der
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung werden neben der Wärmequelle
Die
Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit
Im
Vergleich zu dem Gebläsegehäuse
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Gebläsetyp beschränkt und
kann im Prinzip mit jeder Vorrichtung, die mechanische Energie in
Strömungsenergie
bewegter Luft umwandelt, betrieben werden. In einer bevorzugten
Ausgestaltung wird jedoch ein Radialgebläse oder ein Diagonalgebläse mit einem
in der Kühlkörper-Gebläsegebläse-Einheit
Bei
dem in der
Durch
die beschriebene Umlenkung der Luft ergibt sich eine hohe tangentiale
Luftgeschwindigkeit und eine sehr geringe Dichte der Luftgrenzschicht
an der Innenfläche
Dies
gilt insbesondere für
die Flächen
der Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit
Eine Ausführung des Statorgehäuses als Spiralgehäuse ermöglicht eine Nutzung eines Radialgebläses oder eines Diagonalgebläses. Spiralgehäuse weisen in der Regel eine vergleichsweise große Fläche auf, was bei der ergänzenden Nutzung als Kühlkörper den Vorteil einer hohen Wärmekapazität und eines niedrigen thermischen Übergangswiderstands in Bezug auf die Wärmeübertragung auf den Kühlluftstrom hat.A execution of the stator housing as a spiral housing allows a use of a radial fan or a diagonal blower. volute As a rule, they have a comparatively large area, which is complementary Use as a heat sink Advantage of a high heat capacity and a low thermal contact resistance in terms of heat transfer on the cooling air flow Has.
Die
aus Richtung der Impellerachse angesaugte Kühlluft wird in der dargestellten
Ausgestaltung in Richtung zur Projektionslinse
In
einer Ausgestaltung weist die Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit
Beim
Gegenstand der
Die
Kühlrippen
Die
Die
Die
Die
Gegenstände
der
Im
Gegensatz dazu offenbart die
Diese
Möglichkeit
der Aufteilung des Auslassluftstroms auf mehrere Auslassluftteilströme
Darüber hinaus
beeinflussen sich die zwei oder mehr Auslassluftteilströme
Die
Über die
Dimensionierung der Auslassquerschnitte der Druckstutzen
Eine
Anordnung verstellbarer Blenden in Form einer Blendenwalze ist in
der
Claims (12)
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