DE102011120123A1 - LED-headlight i.e. front headlight, for use in motor car, has light source arranged on printed circuit board that is arranged in housing, where areas of cooling body stay in contact with liquid cooling medium provided in container - Google Patents
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Abstract
Description
Die Anmeldung betrifft eine LED(Light Emitting Diode)-Scheinwerferanordnung mit zumindest einer als LED ausgebildeten Lichtquelle. Sie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen LED-Scheinwerferanordnung sowie ein Verfahren zur Kühlung eines LED-Scheinwerfers.The application relates to an LED (Light Emitting Diode) headlamp assembly having at least one LED configured as a light source. It further relates to a motor vehicle with such an LED headlamp assembly and a method for cooling an LED headlamp.
Derartige LED-Scheinwerfer werden zunehmend auch bei Kraftfahrzeugen für die Hauptlichtfunktionen Abblend- und/oder Fernlicht eingesetzt. Sie erfordern wegen ihrer starken Wärmeabgabe ein spezielles Kühlkonzept. Hierzu wird typischerweise ein elektrisch betriebener Lüfter in den Scheinwerfergehäusen platziert. Der entstehende Luftstrom kühlt sich an der Abdeckscheibe des Scheinwerfers ab und kühlt somit die LED.Such LED headlights are increasingly being used in motor vehicles for the main light functions low beam and / or high beam. They require a special cooling concept because of their strong heat dissipation. For this purpose, typically an electrically operated fan is placed in the headlight housings. The resulting air flow cools down on the cover of the headlamp and thus cools the LED.
Derartige elektrisch betriebene Lüfter erfordern jedoch erheblichen Bauraum und verbrauchen darüber hinaus Strom. Teilweise wurde vorgeschlagen, Karosseriebauteile als Wärmesenken zu nutzen. Da diese jedoch zunehmend aus nichtmetallischen, schlecht wärmeleitenden Materialien bestehen, ist dies nicht immer effizient.However, such electrically powered fans require considerable space and also consume power. Partly it has been proposed to use body components as heat sinks. However, as these increasingly consist of non-metallic, poorly heat-conductive materials, this is not always efficient.
Es ist aus der
Aufgabe eines Aspekts der Erfindung ist es, eine LED-Scheinwerferanordnung anzugeben, die im Hinblick auf einen geringen Stromverbrauch, eine hohe Lebensdauer sowie geringe Kosten sowohl bei der Montage als auch im Betrieb optimiert ist. Ferner soll die LED-Scheinwerferanlage in ihrer Anordnung flexibel sein und einen geringen Bauraum beanspruchen.It is an object of one aspect of the invention to provide an LED headlamp assembly that is optimized for low power consumption, long life and low cost both during assembly and during operation. Furthermore, the LED headlight system should be flexible in their arrangement and take up a small space.
Aufgabe eines weiteren Aspekts der Erfindung ist es, ein möglichst effizientes Verfahren zur Kühlung von LED-Scheinwerfern anzugeben.The object of a further aspect of the invention is to provide a most efficient method for cooling LED headlamps.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Lösung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the solution will become apparent from the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird eine LED-Scheinwerferanordnung angegeben, die zumindest eine als LED ausgebildete Lichtquelle sowie zumindest einen Kühlkörper umfasst, mit dem die Lichtquelle wärmeleitend verbunden ist. Bereiche des Kühlkörpers stehen in Kontakt mit einem in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenen flüssigen Kühlmedium.According to one aspect of the application, an LED headlamp arrangement is specified which comprises at least one light source designed as an LED and at least one heat sink to which the light source is connected in a heat-conducting manner. Regions of the heat sink are in contact with a liquid coolant held in a coolant tank.
Unter einem Kühlmittelbehälter wird dabei hier und im folgenden ein Behälter verstanden, in dem ein Kühlmittelvorrat vorgehalten wird und der im Verhältnis zu entsprechenden Kühlmittelleitungen ein großes Volumen aufweist.A coolant container is understood here and below as meaning a container in which a coolant supply is kept in reserve and which has a large volume in relation to corresponding coolant lines.
Bei einer derartigen Scheinwerferanordnung befindet sich demnach zumindest ein Bereich des Kühlkörpers innerhalb eines Kühlmittelbehälters.Accordingly, in the case of such a headlight arrangement, at least one region of the heat sink is located within a coolant tank.
Eine derartige LED-Scheinwerferanordnung nutzt den guten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmittel zur Abführung der entstehenden Wärme. Die Wärme kann somit besonders effektiv abgeführt werden, so dass besonders leistungsstarke LEDs verwendet werden können. Gleichzeitig kann auf viel Bauraum benötigende Elemente wie Ventilatoren verzichtet werden.Such LED headlight assembly uses the good heat exchange with a liquid coolant to dissipate the heat generated. The heat can thus be dissipated particularly effectively, so that particularly powerful LEDs can be used. At the same time can be dispensed with a lot of space-consuming elements such as fans.
Dies hat den Vorteil, dass die Form und die Position der Scheinwerfer am Kraftfahrzeug weitgehend frei vom technischen Zwang der Wärmeabfuhr gewählt werden können. Es ist damit möglich, auch sehr lange, dünne oder speziell, insbesondere seitlich, positionierte Scheinwerfer bereitzustellen. Dies ist aus Gründen der Versicherungseinstufung und des Fußgängerschutzes wünschenswert.This has the advantage that the shape and position of the headlights on the motor vehicle can be largely chosen freely from the technical constraint of heat dissipation. It is thus possible to provide very long, thin or specially, in particular laterally positioned headlights. This is desirable for reasons of insurance classification and pedestrian protection.
Es ist nicht notwendig, für die Kühlung der LED-Scheinwerferanordnung einen eigenen Kühlmittelbehälter vorzusehen. Vielmehr können ohnehin im Fahrzeug vorhandene Kühlmittelbehälter genutzt werden, insbesondere Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage, Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage und/oder Kühlwasserbehälter eines Motorkühlsystems.It is not necessary to provide a separate coolant tank for cooling the LED headlight assembly. Rather, already existing in the vehicle coolant can be used, in particular washing water tank a windscreen washer system, wash water tank headlight cleaning system and / or cooling water tank of an engine cooling system.
Gemäß einer Ausführungsform bilden zumindest Bereiche des Kühlkörpers eine Wand des Kühlmittelbehälters. Bei dieser Ausführungsform weist der Kühlkörper zur Abgabe der Wärme eine große Fläche auf, die eine Wand des Kühlmittelbehälters bildet und somit in Kontakt mit dem Kühlmittel steht.According to one embodiment, at least portions of the heat sink form a wall of the coolant tank. In this embodiment, the heat sink for discharging the heat on a large area, which forms a wall of the coolant tank and thus is in contact with the coolant.
Der Kühlkörper kann als massiver metallischer Körper ausgebildet sein und beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitenden Metall bestehen.The heat sink may be formed as a solid metallic body and consist for example of copper or other good heat conducting metal.
Alternativ kann der Kühlkörper auch als metallischer Hohlkörper ausgebildet sein und beispielsweise zumindest bereichsweise ein Rohr umfassen, das in das flüssige Kühlmittel eintaucht.Alternatively, the heat sink may also be formed as a metallic hollow body and, for example at least partially comprise a tube which dips into the liquid coolant.
Der Kühlkörper kann auch als Wärmerohr ausgebildet sein. Wärmerohre sind Wärmeüberträger, die unter Nutzung der Verdampfungswärme eines Stoffes die Übertragung von Wärme mit einer hohen Wärmestromdichte erlauben. Sie sind deshalb auch bei hoher Übertragungsleistung verhältnismäßig platzsparend unterzubringen.The heat sink can also be designed as a heat pipe. Heat pipes are heat exchangers that allow the transfer of heat with a high heat flux density using the heat of vaporization of a substance. They are therefore to accommodate relatively space-saving even with high transmission power.
In einem Wärmerohr ist typischerweise ein Transportmedium eingeschlossen, das an einem Ende des Wärmerohrs in der Siedezone unter Aufnahme von Wärme verdampft. Der Dampf tritt durch eine Barriere, die beispielsweise aus einem porösen, nicht benetzbaren Material ausgebildet ist, aus dem Kondensatkanal in den Dampfkanal über und strömt im Dampfkanal an das andere Ende des Wärmerohrs in den Kondensationsbereich. Im Kondensationsbereich kondensiert das Transportmedium unter Abgabe von Wärme wieder und wird unter Nutzung der Kapillarwirkung im Kondensatkanal in die Siedezone zurückgeführt.In a heat pipe, a transport medium is typically enclosed, which evaporates at one end of the heat pipe in the boiling zone while absorbing heat. The vapor passes through a barrier, which is formed for example of a porous, non-wettable material from the condensate channel in the steam channel and flows in the steam channel to the other end of the heat pipe in the condensation region. In the condensation region, the transport medium condenses again with the release of heat and is returned to the boiling zone using the capillary action in the condensate channel.
Ein derartiges Wärmerohr könnte mit seinem den Kondensationsbereich bildenden Ende in das flüssige Kühlmittel eintauchen.Such a heat pipe could dive into the liquid coolant with its end forming the condensation region.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper zumindest in Bereichen flexibel ausgebildet. Ein derartiger Kühlkörper ermöglicht es, bei seiner Montage am bzw. im Kühlmittelbehälter Toleranzen auszugleichen.According to one embodiment, the heat sink is designed to be flexible at least in regions. Such a heat sink makes it possible to compensate for tolerances in its mounting on or in the coolant tank.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Kühlmittelbehälter zumindest eine Öffnung zur Durchführung des Kühlkörpers auf. Bei dieser Ausführungsform, bei der der Kühlkörper durch eine Wand des Kühlmittelbehälters tritt, um in das flüssige Kühlmittel einzutauchen, wird in der entsprechenden Öffnung in der Wand eine Dichtung vorgesehen, die das Austreten von Kühlmittel verhindert. Zusätzlich können auch Dichtungen dort vorgesehen sein, wo der Kühlkörper mit der LED bzw. mit einer die LED tragenden Platine verbunden ist.According to one embodiment, the coolant reservoir has at least one opening for the passage of the heat sink. In this embodiment, where the heat sink passes through a wall of the coolant tank to immerse in the liquid coolant, a seal is provided in the corresponding opening in the wall to prevent the escape of coolant. In addition, seals can also be provided where the heat sink is connected to the LED or to a board carrying the LED.
Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird die LED-Scheinwerferanordnung bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt, insbesondere als Frontscheinwerfer.According to one aspect of the application, the LED headlight assembly is used in a motor vehicle, in particular as a headlight.
Frontscheinwerfer weisen heutzutage oftmals eine AFL(Adaptive Frontlight)-Funktionalität auf. Sie werden daher zum einen so optimiert, dass sie eine große Helligkeit erzeugen können, zum anderen ist es auch erwünscht, die Geometrie der Scheinwerfer möglichst flexibel an die Form des Kraftfahrzeugs anpassen und im übrigen frei gestalten zu können. Dies hat nicht nur optische Gründe, sondern ist beispielsweise auch von Bedeutung, wenn die Funktion einer Fahrtrichtungsanzeige in die Scheinwerferanordnung integriert werden soll.Headlamps often feature AFL (Adaptive Frontlight) functionality today. They are therefore optimized on the one hand so that they can produce a high brightness, on the other hand, it is also desirable to adapt the geometry of the headlights as flexible as possible to the shape of the motor vehicle and to be able to freely design otherwise. This not only has visual reasons, but is also important, for example, when the function of a direction indicator is to be integrated into the headlamp assembly.
Bei der Auslegung eines derartigen Scheinwerfers kann das Problem auftreten, dass aus manchen Bereichen entstehende Wärme nicht ausreichend abgeführt werden kann. Dies kann bis zur Zerstörung der LEDs führen. Die Anbindung des Kühlkörpers an ein in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenes flüssiges Kühlmittel ermöglicht jedoch bei einem derartigen Fahrzeug eine besonders effektive Abfuhr der Wärme.In the design of such a headlamp, the problem may arise that resulting from some areas heat can not be sufficiently dissipated. This can lead to the destruction of the LEDs. However, the connection of the heat sink to a liquid coolant held in a coolant container makes it possible to dissipate the heat particularly effectively in such a vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlmittelbehälter als Kühlmittelbehälter eines Motorkühlsystems ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlmittelbehälter auch als Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage und/oder als Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage ausgebildet sein.According to one embodiment, the coolant reservoir is designed as a coolant reservoir of an engine cooling system. Alternatively or additionally, the coolant container may also be designed as a wash water tank of a windscreen washer system and / or as a wash water tank of a headlight cleaning system.
Wird ein Waschwasserbehälter als Kühlmittelbehälter verwendet, so kann dieser in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern platziert werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, für einen Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs den Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage zu verwenden und für einen anderen Scheinwerfer den Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage. Es wäre auch denkbar, beispielsweise den Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage zweizuteilen und jeweils einen der beiden Behälter in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern zu platzieren.If a wash water tank is used as a coolant tank, it can be placed in the immediate vicinity of the headlights. For example, it is also conceivable to use the washer fluid tank of a windscreen washer system for a headlight of the motor vehicle and the washer fluid tank of a headlight washer system for another headlight. It would also be conceivable, for example, to split the washing water container of a windshield washer and to place one of the two containers in the immediate vicinity of the headlamps.
Eine derartige Scheinwerferanordnung nutzt ohnehin vorhandene Kühlmittelreservoire aus, die in ihrer Platzierung flexibel sind und die deshalb in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern angebracht werden können. Dabei sind keine großen Modifikationen an den Kühlmittelbehältern notwendig. Abhängig von der Ausführungsform kann es ausreichen, in der Wand der Kühlmittelbehälter lediglich eine Öffnung zur Durchführung des Kühlkörpers sowie eine entsprechende Dichtung anzubringen.Such a headlight assembly uses already existing coolant reservoirs, which are flexible in their placement and therefore can be mounted in close proximity to the headlights. There are no major modifications to the coolant tanks necessary. Depending on the embodiment, it may be sufficient to provide only an opening for the passage of the heat sink and a corresponding seal in the wall of the coolant tank.
Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird ein Verfahren zur Kühlung eines LED-Scheinwerfers angegeben, wobei durch zumindest eine LED-Lichtquelle erzeugte Wärme mittels eines Kühlkörpers abgeführt und an ein in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenes flüssiges Kühlmittel abgegeben wird. Bei einem derartigen Verfahren sind zusätzliche Leitungen nicht erforderlich. Da der Kühlkörper in Kontakt mit dem im Kühlmittelbehälter vorgehaltenen Kühlmittel steht, kann die Abfuhr von Wärme besonders effektiv erfolgen.According to one aspect of the application, a method for cooling an LED headlight is specified, wherein heat generated by at least one LED light source is dissipated by means of a heat sink and delivered to a liquid coolant held in a coolant container. In such a method, additional lines are not required. Since the heat sink is in contact with the coolant held in the coolant tank, the dissipation of heat can be particularly effective.
Es werden nun Ausführungsformen anhand der beigefügen Figuren näher beschrieben.Embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Das Kraftfahrzeug
Die Frontscheinwerfer
Im Betrieb erzeugt die LED Wärme, die mittels eines in
Dies ist in
In dem Waschwasserbehälter
Bei der Montage kann die LED-Platine
Bei dieser Ausführungsform wird eine besonders platzsparende Anordnung der Komponenten zueinander erreicht. Es ergibt sich eine Zusammenfassung der LED-Platine
Bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, die Scheinwerferanordnung nicht, wie bisher meist üblich, von außen zu montieren, sondern die LED-Platine
Dies ist insbesondere in
Die Ausgestaltung der Scheinwerferanordnung mit einem als metallischer Stab ausgebildeten Kühlkörpers
Bei dieser Ausführungsform können Waschwasserbehälter
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.Although at least one exemplary embodiment has been shown in the foregoing description, various changes and modifications may be made. The above embodiments are merely examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration in any way. Rather, the foregoing description provides those skilled in the art with a scheme for practicing at least one example embodiment, which may make numerous changes in the function and arrangement of elements described in an exemplary embodiment without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 22
- Frontscheinwerferheadlights
- 33
- WaschwasserbehälterWasher fluid reservoir
- 44
- KühlmittelbehälterCoolant tank
- 55
- MotorkühlsystemEngine cooling system
- 66
- Behältergehäusecontainer housing
- 77
- Verschlussshutter
- 88th
- LED-PlatineLED board
- 99
- Kühlkörperheatsink
- 1010
- LEDLED
- 1111
- Wasserpumpewater pump
- 1212
- Öffnungopening
- 1313
- Ausnehmungrecess
- 1414
- erstes Endefirst end
- 1515
- flexibler Bereichflexible area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007055165 A1 [0004] DE 102007055165 A1 [0004]
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