DE102009048662B4

DE102009048662B4 - Cooled lighting system with surface-mounted light source

Info

Publication number: DE102009048662B4
Application number: DE102009048662A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gergen Werner; Dipl.-Ing. Gerhard Detlef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: DE102009048662A1

Abstract

Beleuchtungssystem, aufweisend • eine in einem Gehäuse (11) angeordnete, aus mindestens einem oberflächenmontierten Bauelement (13) bestehende Lichtquelle und • ein mit einem gasförmigen Kühlmedium gefülltes Kanalsystem, in dem das Bauelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem mindestens eine Düse (20) aufweist, deren Düsenöffnung (19) auf das Bauelement gerichtet ist, wobei die Anblasrichtung der mindestens einen Düse (13) in einem Winkel φ < 80° zum Lot auf der Oberfläche (21), auf der die Bauelemente montiert sind, ausgerichtet ist.Lighting system, comprising • a light source arranged in a housing (11) and consisting of at least one surface-mounted component (13) and • a channel system filled with a gaseous cooling medium in which the component is arranged, characterized in that the channel system has at least one nozzle ( 20), the nozzle opening (19) of which is directed towards the component, the blowing direction of the at least one nozzle (13) being oriented at an angle φ <80 ° to the solder on the surface (21) on which the components are mounted .

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem, welches eine in einem Gehäuse angeordnete, aus mindestens einem oberflächenmontierten Bauelement bestehende Lichtquelle aufweist. Außerdem ist ein zumindest teilweise in dem Gehäuse verlaufendes Kanalsystem vorgesehen, welches mit einem gasförmigen Kühlmedium gefüllt ist und in dem das Bauelement angeordnet ist.The invention relates to an illumination system which has a light source arranged in a housing and consisting of at least one surface-mounted component. In addition, an at least partially extending in the housing channel system is provided, which is filled with a gaseous cooling medium and in which the component is arranged.

Gemäß dem Abstract zur JP 2005122945 A ist es bekannt, dass Beleuchtungssysteme z. B. mit einer Vielzahl von oberflächenmontierten LEDs hergestellt werden können, die auf einem gemeinsamen Schaltungsträger vorgesehen sind. Dieser Schaltungsträger erhält üblicherweise auf dessen Rückseite, also der Seite, auf der die LEDs nicht montiert sind, eine Kühlvorrichtung, die eine hohe Wärmekapazität aufweist. Diese kann zusätzlich mit Kühlrippen versehen werden, um die in den LEDs entstehende Wärme abzuführen. Die Kühlrippen geben zu diesem Zweck die Wärme an die umgebende Luft ab. Zusätzlich kann die Vorderseite des Schaltungsträgers, welche mit den LEDs bestückt ist, belüftet sein, so dass auch hier die Abgabe der entstehenden Wärme an die umgebende Luft erfolgen kann.According to the abstract to JP 2005122945 A it is known that lighting systems z. B. can be made with a variety of surface mounted LEDs, which are provided on a common circuit board. This circuit carrier usually receives on the back, so the side on which the LEDs are not mounted, a cooling device having a high heat capacity. This can also be provided with cooling fins to dissipate the heat generated in the LEDs. The cooling fins emit for this purpose the heat to the surrounding air. In addition, the front side of the circuit carrier, which is equipped with the LEDs, be vented, so that here too, the release of the resulting heat to the surrounding air can take place.

Gemäß dem Abstract zur JP 10208519 A kann weiterhin vorgesehen werden, dass die Luft, die zur Kühlung eines Arrays von LEDs auf einem Schaltungsträger vorgesehen ist, in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Kanalstruktur zirkuliert. Hierzu ist ein Lüfter vorgesehen, welcher die Luft am Rand der Vorderseite des Schaltungsträgers, auf dem die LEDs montiert sind, ansaugt. Durch die zirkulierende Kühlluft lässt sich die Wärmeabgabe beschleunigen.According to the abstract to JP 10208519 A It can furthermore be provided that the air, which is provided for cooling an array of LEDs on a circuit carrier, circulates in a channel structure formed in the housing. For this purpose, a fan is provided, which sucks the air at the edge of the front side of the circuit board on which the LEDs are mounted. Due to the circulating cooling air, the heat output can be accelerated.

Gemäß der nach dem Anmeldedatum dieser Anmeldung veröffentlichten DE 10 2008 062 827 A1 ist ein Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei dem LEDs für ein Aufblendlicht und ein Abblendlicht zum Einsatz kommen. Diese werden über ein Kanalsystem mit Kühlluft versorgt, wobei das Kanalsystem düsenförmig ausgebildet sein kann. Die durch die Kanäle austretende Kühlluft streicht an den Baugruppen vorbei, die die zu kühlenden LEDs aufweisen. Je nach Funktion kann die Kühlluft auf einzelne Kanäle des Kühlsystems unterschiedlich aufgeteilt werden, um die Kühlung der jeweils stärker thermisch beanspruchten Baugruppe zu verbessern.According to the published after the filing date of this application DE 10 2008 062 827 A1 a headlamp for motor vehicles is described in which LEDs are used for a flash and a dipped beam. These are supplied via a duct system with cooling air, wherein the channel system may be formed nozzle-shaped. The exiting through the channels cooling air passes the assemblies that have to be cooled LEDs. Depending on the function, the cooling air can be distributed differently to individual channels of the cooling system in order to improve the cooling of the more thermally stressed module.

Sollten die oben beschriebenen Maßnahmen zur Kühlung der LEDs nicht ausreichen, so kann statt eines gasförmigen Kühlmediums wie Luft auch auf ein flüssiges Kühlmittel zurückgegriffen werden. Hierdurch lässt sich die Kühlleistung verbessern, jedoch ist der konstruktive Aufwand bei Verwendung eines flüssigen Kühlmittels auch höher.If the measures described above for cooling the LEDs are not sufficient, it is possible, instead of using a gaseous cooling medium such as air, to resort to a liquid coolant. As a result, the cooling performance can be improved, but the design effort when using a liquid coolant is also higher.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein Beleuchtungssystem mit oberflächenmontierten Lichtquellen dahingehend zu verbessern, dass dieses mit einer effizienten und gleichzeitig kostengünstig herzustellende Kühlung ausgestattet ist.The object of the invention is therefore to improve a lighting system with surface-mounted light sources to the effect that this is equipped with an efficient and at the same time inexpensive to produce cooling.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Beleuchtungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kanalsystem mindestens eine Düse aufweist, deren Düsenöffnung auf das Bauelement gerichtet ist. Als Düsen sollen hierbei im weiteren Sinne alle Arten von Kanälen aufgefasst werden, welche eine gerichtete Leitung des Kühlmittels ermöglichen, so dass ein Strahl des Kühlmittels direkt auf die Lichtquelle gerichtet werden kann. Außerdem ist es erforderlich, dass diese Kanalstruktur eine Düsenöffnung aufweist, hinter der sich das Kühlmedium entspannen kann, wodurch es eine Beschleunigung erfährt. Die Verwendung einer Düse hat den Vorteil, dass bei geringem Volumendurchsatz und damit bei einer geringen Förderleistung an Kühlmedium im Bereich der Lichtquelle eine hohe Geschwindigkeit des strömenden Kühlmediums bewirkt werden kann. Hierdurch lässt sich die Wärme von der Lichtquelle vorteilhaft vergleichsweise effektiv abführen, wobei die erwärmten Gasmoleküle rasch durch die nachdrängenden Gasmoleküle des Düsenstrahls verdrängt werden. Hierdurch lässt sich also eine effektive Kühlung erreichen, die mit einem geringen baulichen Aufwand verwirklicht werden kann, nämlich indem beispielsweise eine Luftkühlung eines Beleuchtungssystems mit einer Düse als Teil des Kanalsystems ausgestattet wird, wodurch der Luftstrom im Bereich der Düse auf die oberflächenmontierten Bauelemente der Lichtquelle beschleunigt werden. Durch die effektive Kühlung kann die Lichtquelle mit einer größeren Leistung und damit auch einer höheren Lichtausbeute betrieben werden. Dies ist beispielsweise bei der Verwendung von Leuchtdioden, wie z. B. LED-Chips, zur Verwirklichung von Hochleistungslichtquellen erforderlich.This object is achieved with the lighting system mentioned above according to the invention in that the channel system has at least one nozzle whose nozzle opening is directed to the device. In this case, all types of channels are to be construed as nozzles, which allow a directed conduction of the coolant, so that a jet of the coolant can be directed directly to the light source. In addition, it is necessary that this channel structure has a nozzle opening, behind which the cooling medium can relax, whereby it experiences an acceleration. The use of a nozzle has the advantage that a high velocity of the flowing cooling medium can be effected at a low volume throughput and thus at a low delivery rate of cooling medium in the region of the light source. As a result, the heat from the light source can advantageously be dissipated comparatively effectively, wherein the heated gas molecules are rapidly displaced by the nachdrängenden gas molecules of the jet. In this way, effective cooling can thus be achieved, which can be realized with little constructional effort, namely by, for example, providing air cooling of an illumination system with a nozzle as part of the channel system, whereby the air flow in the area of the nozzle accelerates to the surface-mounted components of the light source become. Due to the effective cooling, the light source can be operated with a higher power and thus a higher light output. This is for example when using light emitting diodes, such. As LED chips, for the realization of high-power light sources required.

Gemäß der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass die Anblasrichtung der mindestens einen Düse in einem Winkel φ < 80° zum Lot auf der Oberfläche, auf der die Bauelemente montiert sind, ausgerichtet ist. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Gasmoleküle des Kühlmediums mit einer Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Oberfläche auf selbige treffen und durch den Aufprall Wärmeenergie auf diese übertragen wird. Anschließend werden diese, wie bereits erklärt, von den nachdrängenden Luftmolekülen verdrängt und transportieren die Wärmeenergie nach diesem Mechanismus in einen anderen Bereich des Kanalsystems, wobei beispielsweise auch ein Wärmetauscher angeordnet werden kann.According to the invention it is also provided that the blowing direction of the at least one nozzle is aligned at an angle φ <80 ° to the solder on the surface on which the components are mounted. In this way, it is advantageously achieved that the gas molecules of the cooling medium strike the same with a velocity component in the direction of the surface and thermal energy is transferred to them by the impact. These are then, as already explained, displaced by the nachdrängenden air molecules and transport the heat energy by this mechanism in another area of the channel system, for example, a heat exchanger can be arranged.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Düse durch ein Rohr ausgebildet ist, welches mit einem Abstand a an die Oberfläche, auf der die Bauelemente montiert sind, herangeführt ist. Hierdurch wird vorteilhaft ein vergleichsweise einfaches Halbzeug zur Herstellung der Düse zur Verfügung gestellt, das für die Zwecke der gezielten Zuleitung des gasförmigen Kühlmittels auf die Oberfläche mit der Lichtquelle ausreichend geeignet ist. Mittels des Rohres lassen sich auch großflächige Lichtquellen mit einem Array von LEDs zuverlässig mit Kühlluft versorgen, wobei die Rohre freitragend in dem Raum oberhalb der LEDs angeordnet werden können. Hierbei ergibt sich wegen des geringen erforderlichen Querschnittes vorteilhaft nur eine geringe Abschattung der Abstrahlfläche der Lichtquelle.According to one embodiment of the invention it is provided that the at least one nozzle is formed by a tube, which at a distance a is brought to the surface on which the components are mounted. This advantageously provides a comparatively simple semi-finished product for producing the nozzle, which is sufficiently suitable for the purpose of the targeted supply of the gaseous coolant to the surface with the light source. By means of the tube, large-area light sources with an array of LEDs can be reliably supplied with cooling air, wherein the tubes can be arranged cantilevered in the space above the LEDs. In this case, due to the small required cross-section advantageously only a small shading of the emitting surface of the light source.

Alternativ ist es auch möglich, dass in dem Gehäuse eine den Strahlengang der Lichtquelle bestimmende Reflektorfläche vorgesehen ist und die Düsenöffnung in der Reflektorfläche liegt. Reflektorflächen werden insbesondere bei Beleuchtungssystemen, die LEDs verwenden, eingesetzt, um das von den LEDs abgestrahlte Licht zu sammeln, welches wegen der weitwinkeligen Abstrahlcharakteristik von LEDs ansonsten schwer auf ein zu beleuchtendes Objekt gerichtet werden kann. Wird die Düsenöffnung, welche selbst sehr klein sein kann, in der Reflektorfläche vorgesehen, so lässt sich vorteilhaft der Lichtverlust aufgrund der in der Reflektorfläche fehlenden Reflektionsfläche im Bereich der Düsenöffnung minimieren. Gleichzeitig lässt sich vorteilhaft die Düsenöffnung nah an die Oberfläche mit den LEDs heranführen, wenn die Reflektorfläche bis zur Oberfläche herabgeführt ist.Alternatively, it is also possible for a reflector surface defining the beam path of the light source to be provided in the housing and for the nozzle opening to lie in the reflector surface. Reflector surfaces are used in particular in lighting systems that use LEDs, used to collect the light emitted by the LEDs light, which can otherwise be difficult to be directed to an object to be illuminated because of the wide-angle radiation characteristics of LEDs. If the nozzle opening, which itself may be very small, is provided in the reflector surface, it is advantageous to minimize the loss of light due to the reflection surface missing in the reflector surface in the area of the nozzle opening. At the same time, the nozzle opening can advantageously be brought close to the surface with the LEDs when the reflector surface is led down to the surface.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Reflektorfläche mit einem ersten Kühlkörper in Verbindung steht, der seinerseits mit der Oberfläche auf der die Bauelemente montiert sind, verbunden ist. Der Kühlkörper ermöglicht vorteilhaft eine effektivere Kühlung der LEDs, indem die entstehende Wärme neben der Kühlung mittels des gasförmigen Mediums auch durch Wärmeleitung über das Substrat mit der Oberfläche an den Kühlkörper abgegeben werden kann. Gleichzeitig eignet sich der Kühlkörper für die Integration der Düsen, die auf einfache Weise dadurch hergestellt werden können, dass in dem Kühlkörper Bohrungen vorgesehen werden. Hierdurch lässt sich auch eine genaue Ausrichtung des Düsenstrahls verwirklichen, indem der Winkel der Bohrung zur Oberfläche in geeigneter Weise gewählt wird.Furthermore, it is advantageous if the reflector surface is connected to a first heat sink, which in turn is connected to the surface on which the components are mounted. The heat sink advantageously enables a more effective cooling of the LEDs, in that the resulting heat can be delivered to the heat sink in addition to the cooling by means of the gaseous medium and by heat conduction via the substrate with the surface. At the same time, the heat sink is suitable for the integration of the nozzles, which can be produced in a simple manner by providing holes in the heat sink. As a result, an accurate alignment of the jet can be realized by the angle of the bore is selected to the surface in a suitable manner.

Vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche, auf der die Bauelemente montiert sind, durch eine Trägerplatte zur Verfügung gestellt wird, an deren Rückseite ein zum Kanalsystem gehörender Kühlkanal ausgebildet ist. Als Trägerplatte kommen insbesondere Leiterplatten zum Einsatz, welche gleichzeitig die Kontaktierung der auf der Oberfläche der Trägerplatte montierten LEDs ermöglicht. Die Trägerplatte kann vorteilhaft ebenfalls aus einem gut wärmeleitfähigen Material bestehen, um eine Ableitung der entstehenden Wärme über die Trägerplatte zu befördern. Außerdem stellt die Trägerplatte an der Rückseite eine weitere Fläche zur Verfügung, die durch Vorsehen des Kanalsystems an der Rückseite effizient gekühlt werden kann. Die von den LEDs (oder anderen Lichtquellen) ausgehende Wärme kann durch Kombination der verschiedenen Kühlungsmechanismen daher besonders effizient abgeführt werden. Vorteilhaft ist es auch, wenn der Kühlkanal mit einem zweiten Kühlkörper in Verbindung steht, der auf der Rückseite der Trägerplatte angebracht ist. Die Wärmekapazität des Substrates, gebildet aus der Trägerplatte und dem Kühlkörper, steigt damit vorteilhaft, so dass die Wärme schneller abgeführt werden kann. Außerdem steht für die Übertragung der Wärme auf das gasförmige Kühlmedium damit eine größere Fläche zur Verfügung, die durch die innere Struktur des Kühlkanals realisiert werden kann. Durch diese Maßnahmen lässt sich die Kühlleistung vorteilhaft weiter erhöhen.It is advantageous if the surface on which the components are mounted is provided by a carrier plate, on whose rear side a cooling channel belonging to the channel system is formed. In particular printed circuit boards are used as a carrier plate, which at the same time allows the contacting of the LEDs mounted on the surface of the carrier plate. The support plate can advantageously also consist of a good thermal conductivity material to promote a derivative of the heat generated on the support plate. In addition, the backing plate provides a further surface at the back which can be efficiently cooled by providing the channel system at the rear. The heat emitted by the LEDs (or other light sources) can therefore be dissipated particularly efficiently by combining the various cooling mechanisms. It is also advantageous if the cooling channel communicates with a second heat sink, which is mounted on the back of the carrier plate. The heat capacity of the substrate, formed from the carrier plate and the heat sink, thus increases advantageously, so that the heat can be dissipated faster. In addition, for the transfer of heat to the gaseous cooling medium so that a larger area available, which can be realized by the internal structure of the cooling channel. By these measures, the cooling capacity can be advantageously further increased.

Eine besonders kompakte Bauform für das Beleuchtungssystem wird erhalten, wenn in das Kanalsystem eine Fördereinrichtung für das Kühlmedium eingebaut ist. Diese ist dann ein integrativer Bestandteil des Kanalsystems, so dass eine kompakte Bauform zusammen mit einer Strömungsoptimierung verwirklicht werden kann. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, an dem Kanalsystem Anschlüsse für eine externe Fördereinrichtung für das Kühlmedium vorzusehen. Diese Bauform ist vor allen Dingen bei großen Arrays von Leuchtdioden oder mehreren Beleuchtungssystemen, die parallel eingesetzt werden, von Vorteil, da der Aufwand an Einzelkomponenten verringert werden kann. Eine Fördereinrichtung kann dann so ausgelegt werden, dass der gesamte für die kombinierte Vorrichtung erforderliche Volumenstrom über eine einzige Fördereinrichtung realisiert werden kann. Als Fördereinrichtungen können alle bekannten Wirkprinzipien zum Einsatz kommen. Insbesondere sind hydrodynamische Pumpen zu erwähnen, die beispielsweise durch Lüfterräder verwirklicht werden können.A particularly compact design for the lighting system is obtained when a conveyor for the cooling medium is installed in the duct system. This is then an integral part of the channel system, so that a compact design can be realized together with a flow optimization. Alternatively, it is of course also possible to provide connections for an external conveyor for the cooling medium to the duct system. This design is above all advantageous in the case of large arrays of light-emitting diodes or multiple illumination systems which are used in parallel since the complexity of individual components can be reduced. A conveyor can then be designed so that the total required for the combined device volume flow can be realized via a single conveyor. As conveyors all known principles of action can be used. In particular, hydrodynamic pumps should be mentioned, which can be realized for example by fan wheels.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn das Beleuchtungssystem einen Temperatursensor zur Erfassung der Erwärmung der Lichtquelle und einen Regler zur erwärmungsabhängigen Regelung der Förderleistung der Fördereinrichtung aufweist. Hierdurch wird das Beleuchtungssystem zu einem selbstregelnden System, bei dem die Lichtquelle in einem vorgegebenen Temperaturbereich betrieben werden kann. Die Förderleistung der Fördereinrichtung steht nämlich wegen des damit verbundenen Volumenstroms an gasförmigem Kühlmedium in direktem Zusammenhang mit der Kühlleistung. Um die Erwärmung der Lichtquelle erfassen zu können, muss der Temperatursensor derart in das Beleuchtungssystem integriert werden, dass die Erwärmung der Lichtquelle möglichst direkt gemessen werden kann. Eine Anbringung in der Nähe der Lichtquelle mit einer gut thermisch leitenden Verbindung zur selbigen ist daher besonders vorteilhaft.A particular embodiment of the invention is obtained when the illumination system has a temperature sensor for detecting the heating of the light source and a controller for heating-dependent control of the delivery of the conveyor. As a result, the lighting system becomes a self-regulating system in which the light source can be operated in a predetermined temperature range. The capacity of the conveyor is namely because of the associated volume flow of gaseous cooling medium in direct connection with the cooling capacity. In order to detect the heating of the light source, the temperature sensor must be integrated into the lighting system such that the Heating the light source can be measured as directly as possible. An attachment in the vicinity of the light source with a good thermally conductive connection to the same is therefore particularly advantageous.

Natürlich kann die Förderleistung der Fördereinrichtung auch direkt an die Eingangsleistung für die Lichtquelle gekoppelt werden, da sich mit Erhöhung der Leistung der Lichtquelle automatisch auch die erforderliche Kühlleistung und damit Förderleistung der Fördereinrichtung erhöht. Dieses System kommt dann ohne einen Temperatursensor aus, wobei auf diese Weise keine genaue Temperatur der Lichtquelle eingehalten werden kann. Dadurch entsteht ein größeres Prozessfenster für die Betriebstemperatur der Lichtquelle, was hingenommen werden kann, wenn die Funktion des Beleuchtungssystems innerhalb dieses Prozessfensters gewährleistet bleibt.Of course, the capacity of the conveyor can also be coupled directly to the input power for the light source, since automatically increases the required cooling capacity and thus capacity of the conveyor with increasing the power of the light source. This system will then do without a temperature sensor, so that no accurate temperature of the light source can be maintained in this way. This creates a larger process window for the operating temperature of the light source, which can be tolerated if the function of the lighting system remains within that process window.

Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Düse als rohrförmiger Lichtleiter ausgeführt ist, wobei dieser am Ende der Düsenöffnung eine Lichtaufnahmefläche aufweist, die im innerhalb des Gehäuses verlaufenden Strahlengang der Lichtquelle liegt, wobei das andere Ende des Lichtleiters mit einem Lichtsensor optisch gekoppelt ist. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, eine rohrförmig ausgebildete Düse gleichzeitig für die Überwachung der Lichtintensität der Lichtquelle zu nutzen. Der rohrförmige Lichtleiter ermöglicht nämlich ein Herausführen eines gewissen Teiles des durch die Lichtquelle ausgesendeten Lichtes, wobei ein außerhalb der Abstrahlungsfläche der Lichtquelle angebrachte Lichtsensor verwendet werden kann, um einen Messwert in Abhängigkeit des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichtes zu erzeugen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Lichtmessung mit geringem Bauraum im Bereich der Abstrahlungsfläche der Lichtquelle erzeugt werden, wobei nur eine sehr geringe Lichtmenge entnommen wird und daher der Großteil der Lichtleistung dem intendierten Anwendungszweck zu Verfügung steht. Außerhalb des Abstrahlungsbereiches der Lichtquelle kann weiterhin ein vergleichsweise empfindlicher Sensor mit einem entsprechend größeren Bauraum Verwendung finden, da dies die Lichtleistung der Lichtquelle nicht beeinflusst. Gleichzeitig können dadurch vergleichsweise kostengünstige Lichtsensoren eingesetzt werden, da auf eine Bauraumoptimierung keine Rücksicht genommen werden muss. Der konstruktive Aufwand für die Ausleitung des Messlichtes mittels des Lichtleiters steigt vorteilhaft nicht, da das Rohr für die Belüftung in seiner Funktion als Düse ohnehin vorgesehen werden muss.A further embodiment of the invention provides that the at least one nozzle is designed as a tubular light guide, wherein this has a light receiving surface at the end of the nozzle opening, which is located in the inside of the housing beam path of the light source, wherein the other end of the light guide with a light sensor optically is coupled. This advantageously makes it possible to simultaneously use a tubular nozzle for monitoring the light intensity of the light source. Namely, the tubular optical waveguide enables a certain portion of the light emitted by the light source to be led out, and a light sensor mounted outside the radiating surface of the light source can be used to generate a measured value in dependence on the light emitted by the light source. As a result, it is advantageous to generate a light measurement with a small installation space in the area of the emission surface of the light source, whereby only a very small amount of light is taken and therefore the majority of the light output is available for the intended purpose. Outside the emission range of the light source, a comparatively sensitive sensor with a correspondingly larger installation space can furthermore be used, since this does not affect the light output of the light source. At the same time comparatively cost-effective light sensors can be used, since no consideration must be given to a space optimization. The design effort for the discharge of the measuring light by means of the light guide advantageously does not increase, since the tube must be provided for the ventilation in its function as a nozzle anyway.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente in den einzelnen Figuren sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements in the individual figures are each provided with the same reference numerals and will only be explained several times as far as there are differences between the individual figures. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems schematisch im Querschnitt, 1 an embodiment of the illumination system according to the invention schematically in cross section,

2 ein Blockschaltbild für eine Regelung der Funktion der Lichtquelle und 2 a block diagram for a regulation of the function of the light source and

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtquelle in einer dreidimensionalen Ansicht. 3 a further embodiment of the light source according to the invention in a three-dimensional view.

Ein Beleuchtungssystem gemäß 1 weist ein Gehäuse 11 auf, welches mittels eines transparenten Deckels 12 verschlossen ist. Im Inneren des Gehäuses sind als Bauelemente LED-Chips auf einer keramischen Leiterplatte 14 (Verwendung einer Wärmeleitkeramik) angeordnet, wobei die Leiterplatte 14 in einen ersten Kühlkörper 15 und einem zweiten Kühlkörper 16 eingeschlossen ist. An die Leiterplatte 14 aus Wärmeleitkeramik und den ersten Kühlkörper 15 sowie den zweiten Kühlkörper 16, die beispielsweise aus Aluminium bestehen können, kann die in den LED-Chips 13 entstehende Verlustwärme gut abgeführt werden.A lighting system according to 1 has a housing 11 on, which by means of a transparent cover 12 is closed. Inside the housing are as components LED chips on a ceramic circuit board 14 (Using a Wärmeleitkeramik) arranged, wherein the circuit board 14 in a first heat sink 15 and a second heat sink 16 is included. To the circuit board 14 from Wärmeleitkeramik and the first heat sink 15 and the second heat sink 16 , which can be made of aluminum, for example, in the LED chips 13 resulting heat loss are well dissipated.

Der erste Kühlkörper 15 bildet außerdem einen Reflektor mit einer Reflektorfläche 17 aus. Über diesen wird nicht nur das durch die LED-Chips erzeugte Licht, sondern auch ein gewisser Teil der durch die LED-Chips erzeugten Wärmestrahlung abgegeben. Zusätzlich ragen aus der Reflektorfläche 17 zwei Rohre 18 heraus, wobei an deren ersten Enden Düsenöffnungen 20 realisiert sind, die zu durch die Rohre 18 ausgebildeten Düsen 20 gehören. Über die Düsenöffnungen 19 kann entsprechend der angedeuteten Pfeile Kühlluft als gasförmiges Kühlmedium auf die LED-Chips 13 geleitet werden, wobei diese aufgrund der Ausrichtung der Düsen 20 in einem Winkel φ < 80° zu einem Lot auf der durch die Leiterplatte 14 gebildeten Oberfläche 21 auftrifft.The first heat sink 15 also forms a reflector with a reflector surface 17 out. Not only the light generated by the LED chips, but also some of the heat radiation generated by the LED chips is emitted via this. In addition, protrude from the reflector surface 17 two pipes 18 out, wherein at the first ends of nozzle openings 20 that are realized through the pipes 18 trained nozzles 20 belong. About the nozzle openings 19 can according to the indicated arrows cooling air as a gaseous cooling medium on the LED chips 13 which are due to the orientation of the nozzles 20 at an angle φ <80 ° to a solder on the through the circuit board 14 formed surface 21 incident.

Weiterhin ist in dem zweiten Kühlkörper 16 ein Kühlkanal 22 ausgebildet, durch den die Kühlluft entsprechend der angedeuteten Pfeile an die Rückseite der Trägerplatte 14 herangeführt werden kann. Die Umwälzung der Kühlluft in dem Gehäuse wird durch die angedeuteten Pfeile deutlich, die eine Vorstellung von dem Kühlkreislauf vermitteln. Als Antrieb für den Kühlkreislauf sind mehrere kleine Lüftereinheiten als Fördereinrichtung 24 für die Kühlluft vorgesehen. Die erforderliche Kühlleistung der Fördereinrichtungen 24 wird über eine erste Steuereinheit 25 bewerkstelligt, die zu diesem Zweck das Signal eines Temperatursensors 26 auswertet. Die LED-Chips 13, die erste Steuereinheit 25, der Temperatursensor 26 sowie die Fördereinrichtungen 24 sind alle als SMT-Bauelemente auf der Trägerplatte 14 montiert, wobei die elektrisch leitfähigen Verbindungen der genannten Bauteile über nicht dargestellte Leiterbahnen und Durchkontaktierungen in der Trägerplatte 14 realisiert sind.Furthermore, in the second heat sink 16 a cooling channel 22 formed by the cooling air according to the indicated arrows to the back of the support plate 14 can be introduced. The circulation of the cooling air in the housing is made clear by the indicated arrows, which convey an idea of the cooling circuit. As a drive for the cooling circuit are several small fan units as a conveyor 24 intended for the cooling air. The required cooling capacity of the conveyors 24 is via a first control unit 25 accomplished the signal of a temperature sensor for this purpose 26 evaluates. The LED chips 13 , the first control unit 25 , the temperature sensor 26 as well as the conveyors 24 are all as SMT components on the carrier plate 14 mounted, wherein the electrically conductive connections of said components via not shown interconnects and vias in the carrier plate 14 are realized.

Die Wände des Rohres 18 dienen gleichzeitig als Lichtleiter 27, wobei das von den LED-Chips 13 abgestrahlte Licht vorangig über die Stirnseite am ersten Ende des Rohres als Lichtaufnahmefläche 28 und im geringen Maße auch über die innerhalb der Reflektorfläche 17 freiliegenden Außenwände des Rohres 18 in den Lichtleiter 28 eintreten. Gegenüber der Stirnseite am jeweils anderen Ende der Rohre 18 sind Lichtsensoren angeordnet, wobei diese jeweils eine Sensorfläche 30 aufweisen, mit der das durch die Lichtleiter 27 geleitete Licht aufgefangen und in ein Messsignal umgewandelt werden kann.The walls of the pipe 18 at the same time serve as a light guide 27 taking the from the LED chips 13 emitted light in front over the front side at the first end of the tube as a light receiving surface 28 and to a lesser extent also within the reflector surface 17 exposed outer walls of the pipe 18 in the light guide 28 enter. Opposite the front side at the other end of the tubes 18 light sensors are arranged, these each having a sensor surface 30 with which the through the light guide 27 guided light can be collected and converted into a measuring signal.

In 2 ist schematisch ein Schaltungsaufbau als Blockschaltbild dargestellt, der für einen zuverlässigen Betrieb des LED-Chips 13 verwendet kann. In 2 ist eine Variante dargestellt, bei der die Düse 12 und der Lichtleiter 27 als getrennte Bauteile ausgeführt sind. Die Düse 20 kann sich zur Düsenöffnung 19 verjüngen, um eine bessere Beschleunigung des gasförmigen Kühlmediums zu bewirken. Der Lichtleiter 27 kann mit seinem einen Ende in den durch die Reflektorfläche 17 definierten Raum hineinragen. Als Lichtaufnahmefläche dient dann nicht nur die Stirnseite selbst, sondern, wenn der Lichtleiter 27 nicht ummantelt ist, auch die Mantelfläche, die in den Raum der Reflektorfläche 17 hineinragt. Die Steuerung der Kühlleistung wird in der bereits beschriebenen Weise durch Auswertung des Signals des Temperatursensors 26 durch die erste Steuereinheit 25 und entsprechende Ansteuerung der Fördereinheit 24 geregelt. Außerdem ist eine zweite Steuereinheit 31 vorgesehen, welche die Leistung des LED-Chips 13 steuern kann. Hierzu wird zum einen das Signal des Lichtsensors 29 ausgewertet. Hierdurch kann beispielsweise ein alterungsbedingtes Nachlassen der Leuchtkraft des LED-Chips kompensiert werden, indem dieser so ausgelegt ist, dass er bei Inbetriebnahme beispielsweise nur mit einer Leistung von 80 der maximal nötigen Leistung betrieben werden muss. Lässt die Leuchtkraft mit der Zeit nach, kann die Leistung dann bis zu einem Wert von 100% gesteigert werden, um die geforderte Leuchtleistung des LED-Chips zu erbringen. Um eine Überhitzung des LED-Chips zu vermeiden, ist zusätzlich vorgesehen, dass die zweite Steuereinheit 31 das Signal des Temperatursensors 26 auswertet. Die Schwelle für ein Herunterregeln der Leistung am LED-Chip 13 sollte jedoch höher sein als der Temperaturwert, mit dem die Fördereinheit 24 mit maximaler Leistung betrieben wird. Erst wenn diese Kühlleistung nicht mehr ausreicht, kann dann mit einer Begrenzung der Leistungsaufnahme am LED-Chip 13 reagiert werden. Selbstverständlich können die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit baulich auch mit einem Microcontroller realisiert sein, wobei die Funktionalitäten in der beschriebenen Weise umgesetzt werden müssen.In 2 schematically a circuit construction is shown as a block diagram, which ensures reliable operation of the LED chip 13 used can. In 2 is shown a variant in which the nozzle 12 and the light guide 27 are designed as separate components. The nozzle 20 can become the nozzle opening 19 Rejuvenate to cause a better acceleration of the gaseous cooling medium. The light guide 27 can with its one end in through the reflector surface 17 protrude defined space. The light receiving surface is then not only the front itself, but, if the light guide 27 not sheathed, even the lateral surface, which is in the space of the reflector surface 17 protrudes. The control of the cooling power is in the manner already described by evaluation of the signal of the temperature sensor 26 through the first control unit 25 and corresponding control of the conveyor unit 24 regulated. There is also a second control unit 31 provided the power of the LED chip 13 can control. For this purpose, on the one hand, the signal of the light sensor 29 evaluated. In this way, for example, an age-related decrease in the luminosity of the LED chip can be compensated by this is designed so that it must be operated at startup, for example, only with a power of 80 of the maximum power required. If the luminosity decreases with time, the power can then be increased up to a value of 100% in order to provide the required luminous power of the LED chip. In order to avoid overheating of the LED chip, it is additionally provided that the second control unit 31 the signal of the temperature sensor 26 evaluates. The threshold for turning off the power on the LED chip 13 However, it should be higher than the temperature value at which the liquid end 24 operated at maximum power. Only when this cooling capacity is no longer sufficient, then can with a limitation of power consumption on the LED chip 13 be reacted. Of course, the first control unit and the second control unit can be structurally realized with a microcontroller, wherein the functionalities must be implemented in the manner described.

In der 3 ist gezeigt, wie ein größeres Array von Leuchtdioden mit Kühlluft versorgt werden kann. Dargestellt ist ein 5 × 4 Array. Es können aber auch andere Arraygrößen realisiert werden. In das Gehäuse 11 ragen sechs Düsen 18 hinein, deren Düsenöffnungen 19 sich in einem Abstand a über der Oberfläche 21 befinden. In einen Winkel φ von 70° (ein vergleichbarer Winkel ist in 1 eingezeichnet) wird die von der Fördereinrichtung 24 über ein angedeutetes Verteilungssystem 32 zur Verfügung gestellte Kühlluft eingeblasen, streicht über die Oberfläche 21 und wird durch eine Abzugsöffnung 33 dem Gehäuse 11 wieder entnommen. Damit ist die Belüftung als solche nicht in das Gehäuse integriert, sondern dass Kanalsystem zur Belüftung, welches in das Gehäuse integriert ist, besteht lediglich aus der Abzugsöffnung 33 sowie den Düsen 18. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt auch noch einen weiteren Vorteil der Verwendung von Düsen. Diese können nämlich auch in einer von der in 3 dargestellten Weise abweichenden, ungleichmäßigen Anordnung derart vorgesehen werden, dass beispielsweise bestimmte LED-Chips 13, die mit einer höheren Leistung betrieben werden, mit einem größeren Volumenstrom an Kühlluft versorgt werden. Auch ist es möglich, in einem Gehäuse 11, in dem die Strömungsverhältnisse an bestimmten Stellen zu einer Unterversorgung der LED-Chips 13 an Kühlluft führen würden, gesonderte Düsen anzuordnen. Man kann also mittels der Aufnahme eines Temperaturprofils über die gesamte Oberfläche 21 ein Kühlsystem mit Düsen auch dahingehend optimieren, dass die Kühlleistung des gasförmigen Kühlmediums bei allen LED-Chips 13 zumindest weitgehend gleich groß ist.In the 3 it is shown how a larger array of light emitting diodes can be supplied with cooling air. Shown is a 5 × 4 array. However, other array sizes can also be realized. In the case 11 protrude six nozzles 18 into it, whose nozzle openings 19 at a distance a above the surface 21 are located. In an angle φ of 70 ° (a comparable angle is in 1 drawn) is the of the conveyor 24 via an indicated distribution system 32 blown in provided cooling air, sweeps over the surface 21 and is through a vent 33 the housing 11 taken again. Thus, the ventilation is not integrated as such in the housing, but that channel system for ventilation, which is integrated into the housing, consists only of the exhaust port 33 as well as the nozzles 18 , This in 3 illustrated embodiment also shows a further advantage of the use of nozzles. These can also be found in one of the in 3 illustrated manner, non-uniform arrangement are provided such that, for example, certain LED chips 13 which are operated at a higher power, are supplied with a larger volume flow of cooling air. Also it is possible in a housing 11 , in which the flow conditions at certain points to an undersupply of the LED chips 13 would lead to cooling air to arrange separate nozzles. So you can by means of recording a temperature profile over the entire surface 21 To optimize a cooling system with nozzles to the effect that the cooling performance of the gaseous cooling medium in all LED chips 13 at least largely the same size.

Claims

Lighting system comprising • one in a housing ( 11 ), of at least one surface-mounted component ( 13 ) existing light source and • a filled with a gaseous cooling medium channel system in which the component is arranged, characterized in that the channel system at least one nozzle ( 20 ) whose nozzle opening ( 19 ) is directed to the device, wherein the blowing direction of the at least one nozzle ( 13 ) at an angle φ <80 ° to the solder on the surface ( 21 ), on which the components are mounted, is aligned.

Lighting system according to claim 1, characterized in that the at least one nozzle ( 13 ) through a pipe ( 18 ) is formed, whose Nozzle opening ( 19 ) at a distance a above the surface ( 21 ), on which the components are arranged, is mounted.

Lighting system according to one of the preceding claims, characterized in that in the housing a the beam path of the light source ( 13 ) determining reflector surface ( 17 ) is provided and the nozzle opening ( 19 ) in the reflector surface ( 17 ) lies.

Illumination system according to claim 3, characterized in that the reflector surface ( 17 ) with a first heat sink ( 15 ), which in turn communicates with the surface ( 21 ), on which the components are mounted, is connected.

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 21 ), on which the components are mounted, by a carrier plate ( 14 ) is provided, at the rear of which a channel system belonging to the cooling channel ( 22 ) is trained.

Lighting system according to claim 5, characterized in that the cooling channel ( 22 ) with a second heat sink ( 16 ) which is located on the rear side of the carrier plate ( 14 ) is attached.

Lighting system according to one of the preceding claims, characterized in that the light source consists of one LED or a plurality of LEDs.

Lighting system according to one of the preceding claims, characterized in that in the channel system, a conveyor ( 24 ) is installed for the cooling medium.

Illumination system according to claim 8, characterized in that it comprises a temperature sensor ( 26 ) for detecting the heating of the light source and a control unit ( 25 ) for the heating-dependent regulation of the conveying capacity of the conveyor ( 24 ) having.

Illumination system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one nozzle ( 20 ) as a tubular light guide ( 27 ) is executed, this at the end of the nozzle opening ( 19 ) a light receiving surface ( 28 ) located inside the housing ( 11 ) extending beam path of the light source ( 13 ), and wherein the other end of the light guide with a light sensor ( 29 ) is optically coupled