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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Beleuchtungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der
WO 2013/079302 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung Kraftfahrzeugscheinwerfer, die eine Halbleiterlichtquellenanordnung, ein Gehäuse, einen Kühlkörper zur Kühlung der Halbleiterlichtquellenanordnung und ein elektrisches Anschlusselement zur Energieversorgung der Halbleiterlichtquellenanordnung besitzt.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer vereinfachten Konstruktion bereitzustellen und ein Herstellungsverfahren dafür anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Halbleiterlichtquellenanordnung, einen Kühlkörper zur Kühlung der Halbleiterlichtquellenanordnung, elektrische Anschlüsse zur Energieversorgung der Halbleiterlichtquellenanordnung und eine Halterung. Erfindungsgemäß ist die Halterung als Kunststoffteil ausgebildet, in deren Kunststoffmaterial zumindest die elektrischen Anschlüsse und der Kühlkörper jeweils zumindest abschnittweise eingebettet sind.
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Die vorgenannte Konstruktion der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ermöglicht einen kostengünstigen, einfachen und kompakten Aufbau, da sich zumindest die elektrischen Anschlüsse und der Kühlkörper in einer gemeinsamen Halterung fixieren lassen. Die Halterung wird auf einfache Weise mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens hergestellt.
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Vorteilhafterweise ist die Halbleiterlichtquellenanordnung auf einem Träger angeordnet. Dadurch kann die Halbleiterlichtquellenanordnung als eigenständiges Modul gefertigt und anschließend in die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung eingebaut werden.
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Vorteilhafterweise ist der Träger zumindest abschnittweise in dem Kunststoffmaterial der Halterung eingebettet, um möglichst viele Bauelemente der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens in der Halterung fixieren zu können und dadurch einen entsprechend einfachen Aufbau der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu gewährleisten.
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Alternativ kann der Träger aber auch mit Klemmsitz in einer Aufnahme der Halterung angeordnet sein oder auf andere Weise gehaltert sein oder sogar als Bestandteil des Kühlkörpers ausgebildet sein.
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Der Träger für die Halbleiterlichtquellenanordnung ist vorzugsweise thermisch an den Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gekoppelt, um die von der Halbleiterlichtquellenanordnung erzeugte Wärme über den Kühlkörper an die Umgebung abführen zu können. Zu diesem Zweck ist der Träger vorteilhafterweise auf einer Oberfläche des Kühlkörpers angeordnet, um einen großflächigen Kontakt zwischen Träger und Kühlkörper und damit eine gute thermische Kopplung zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise ist der Träger für die Halbleiterlichtquellenanordnung als Montageplatine ausgebildet. Dadurch können die Komponenten der Halbleiterlichtquellenanordnung auf einfache Weise auf einer Oberfläche der Montageplatine montiert und durch Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden werden. Alternativ kann der Träger aber auch als Leiterrahmen, der nachstehend auch als Leadframe bezeichnet wird, ausgebildet sein, um dieselben Vorteile zu erzielen. Im Fall eines als Leadframe ausgebildeten Trägers ist der Leadframe vorteilhafterweise als Bestandteil des Kühlkörpers ausgebildet.
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Die Halbleiterlichtquellenanordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine auf dem Träger angeordnete Halbleiterlichtquelle. Zusätzlich zur Halbleiterlichtquellenanordnung ist auf dem Träger eine Elektronik zum Betrieb der Halbleiterlichtquellenanordnung angeordnet, um die Beleuchtungseinrichtung ohne weitere Betriebsmittel an einer Spannungsquelle, beispielsweise an der Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs betreiben zu können.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise als LED-Retrofit ausgebildet und für Anwendungen im Kraftfahrzeug vorgesehen. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung kompatibel mit Glühlampen, die im Kraftfahrzeug als Rücklicht, Bremslicht, Blinklicht, Positionslicht oder Tagfahrlicht eingesetzt werden.
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Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung umfasst erfindungsgemäß Verfahrensschritte, während denen die elektrischen Anschlüsse und der Kühlkörper der Beleuchtungseinrichtung in eine Form eines Kunststoffspritzgusswerkzeugs eingelegt werden und Kunststoffmaterial um die elektrischen Anschlüsse und den Kühlkörper gespritzt wird, so dass das Kunststoffmaterial nach dem Erstarren eine Halterung bildet, in deren Material die elektrischen Anschlüsse und der Kühlkörper fixiert sind.
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Vorteilhafterweise wird zusätzlich zu den elektrischen Anschlüssen und dem Kühlkörper auch ein Träger für die Halbleiterlichtquellenanordnung in die Form des Kunststoffspritzgusswerkzeugs eingelegt und mit Kunststoffmaterial umspritzt, um möglichst viele Komponenten der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mittels eines Kunststoffspritzgussverfahrens in einer gemeinsamen Halterung zu fixieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 eine perspektivische Ansicht der in 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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In den 1 und 2 ist schematisch eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt eine auf einem Träger 10 angeordnete Halbleiterlichtquellenanordnung 1, einen Kühlkörper 3 zur Kühlung der Halbleiterlichtquellenanordnung 1, drei elektrische Anschlüsse 41, 42, 43 zur Energieversorgung der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und eine gemeinsame Halterung 2 für die elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 und den Kühlkörper 3. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für den Einsatz im Kraftfahrzeug zum Erzeugen des Bremslichts und Rücklichts vorgesehen.
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Die Halbleiterlichtquellenanordnung 1 besteht aus fünf Leuchtdioden, die gemeinsam mit einer Elektronik 13 zum Betreiben der Leuchtdioden und einer Primäroptik 14 für das von den Leuchtdioden emittierte Licht auf einer Montageplatine 10 angeordnet sind. Die Montageplatine 10 dient als gemeinsamer Träger 10 für die Leuchtdioden der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und die Elektronik 13 sowie die Optik 14. Die Leuchtdioden und die Elektronik 13 sind auf einer Oberfläche der Montageplatine 10 montiert und durch Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden. Die Elektronik 13 ist als Treiberschaltung, insbesondere als sogenannter Lineartreiber, das heißt, als linearer Spannungsregler ausgebildet. Die fünf Leuchtdioden emittieren während des Betriebs rotes Licht. Vier Leuchtdioden sind an den Ecken eines fiktiven Quadrats auf der Oberfläche der Montageplatine 10 angeordnet. Die fünfte Leuchtdiode ist im Zentrum dieses fiktiven Quadrats angeordnet. Die Leuchtdioden werden von einer halbkugelförmigen, transparenten Kuppel 14 abgedeckt, die auf der Oberfläche der Montageplatine 10 angeordnet ist und als Primäroptik sowie zum Schutz für die Leuchtdioden dient. Die an den Ecken des fiktiven Quadrats angeordneten Leuchtdioden dienen gemeinsam zum Erzeugen des Bremslichts. Die zentrale Leuchtdiode dient zum Erzeugen des Schlusslichts.
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Die Halterung 2 ist einteilig, als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und besitzt einen zylindrischen Halterungsabschnitt 200 sowie einen als Buchse ausgebildeten Halterungsabschnitt 201, in dem als Kontaktstifte ausgebildete Enden der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 angeordnet sind. Die Halterung 2 besteht beispielsweise aus Polyamide (PA).
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Der zylindrische Halterungsabschnitt 200 besitzt eine Stirnseite mit einer eben ausgebildeten ringscheibenförmigen Stirnfläche 20, die als Referenzebene für die Ausrichtung der Leuchtdioden der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 bezüglich der Halterung 2 und bezüglich der optischen Achse der Fassung einer Kraftfahrzeugleuchte dient, in welche die Beleuchtungseinrichtung eingesetzt wird. Entlang des äußeren Umfangs der ringscheibenförmigen Stirnfläche 20 sind drei Verriegelungselemente 21, 22, 23 angeordnet, die radial von der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 abstehen und eine Bajonettverriegelung mit entsprechend geformten Gegenstücken einer Fassung der Kraftfahrzeugleuchte bilden. Zur Aktivierung der Bajonettverriegelung wird die Beleuchtungseinrichtung in die Fassung der Kraftfahrzeugleuchte gesteckt und anschließend im Uhrzeigersinn um die Zylinderachse des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 gedreht. Ein Verriegelungselement 23 weist zur Begrenzung der vorgenannten Drehbewegung einen Anschlag auf, der in der Fassung bzw. Montageöffnung der Kraftfahrzeugleuchte nach der Bajonettverriegelung anliegt. Innerhalb des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 ist die Montageplatine 10 mit der darauf montierten Halbleiterlichtquellenanordnung 1 angeordnet. Die Montageplatine 10 ist senkrecht zur Zylinderachse des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 angeordnet. Der zylindrische Halterungsabschnitt 200 bildet an seiner äußeren Mantelfläche eine Aufnahme für einen Dichtungsring 5 aus, der nach der Montage der Beleuchtungseinrichtung in der Fassung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers anliegt.
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Der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 ist abgewinkelt gegenüber der Zylinderachse des zylindrisch ausgebildeten Halterungsabschnitts 200 angeordnet. Die als Kontaktstifte ausgebildeten Enden der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 sind in einer Ebene, senkrecht zur Zylinderachse des zylindrisch ausgebildeten Halterungsabschnitts 200 innerhalb der Buchse 201 angeordnet. Die elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 bestehen aus Metall und sind abschnittweise im Kunststoffmaterial der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildeten Halterung 2 eingebettet, so dass ihre Enden für eine elektrische Kontaktierung frei zugänglich sind. Ein erstes Ende der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 ist jeweils als Kontaktstift ausgebildet und innerhalb der Buchse 201 angeordnet. Ein zweites Ende der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 ist jeweils durch einen Durchbruch in der Montageplatine 10 hindurchgeführt und mit einer Leiterbahn auf der Montageplatine 10 elektrisch kontaktiert, um eine elektrische Verbindung zur Halbleiterlichtquellenanordnung 1 herzustellen.
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Der Kühlkörper 3 besitzt einen hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31, der im Bereich des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 im Kunststoffmaterial der Halterung 2 eingebettet ist und an seiner der Stirnfläche 20 des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 zugewandten Seite eine ebene Oberfläche 30 für die Montageplatine 10 der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 ausbildet. Die Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 ist identisch mit der Zylinderachse des zylindrischen Halterungsabschnitts 201. Die als Auflagefläche für die Montageplatine 10 dienende Oberfläche 30 des Kühlkörpers 3 ist senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 angeordnet und mit der Montageplatine 10 der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 mit elektrisch isolierendem, wärmeleitfähigem Klebstoff (nachstehend auch als Wärmeleitpaste bezeichnet) verklebt. Die Oberfläche 30 des hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitts 31 weist einen Durchbruch 300 auf, durch den jeweils ein zweites Ende der drei elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 hindurchgeführt ist.
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Die zweiten Enden der drei elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 bilden mit der Montageplatine 10 eine Presspassung. Alternativ oder zusätzlich zur Presspassung können die zweiten Enden der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 aber auch durch Löten jeweils mit einem elektrischen Kontakt der Montageplatine 10 verbunden sein.
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Der Kühlkörper 3 besitzt außerdem einen ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32, der an dem hohlzylindrisch geformten Kühlkörperabschnitt 31 angeformt ist und dessen Ringachse mit der Zylinderachse des hohlzylindrischen Kühlkörperabschnitts 31 zusammenfällt. An den ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 sind entlang seines Umfangs angeordnete Kühlrippen 33 angeformt. Die Kühlrippen 33 sind von dem ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 jeweils um einen Winkel von 90 Grad abgewinkelt und erstrecken sich jeweils parallel zur Ringachse des ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitts 32. Der Außenrand des ringscheibenförmig ausgebildeten Kühlkörperabschnitt 32 und die daran angeformten Kühlrippen 33 ragen aus dem Kunststoffmaterial der Halterung 2 bzw. des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 heraus. Der Kühlkörper 3 besteht aus Metall, beispielsweise aus Edelstahlblech, und ist einteilig, als Tiefziehbiegeteil ausgebildet. Die Kühlrippen 33 bilden eine Aussparung, durch den sich der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 erstreckt.
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Zur Herstellung der in den 1 und 2 schematisch abgebildeten Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die als Kontaktstifte ausgebildeten elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 in eine Formhälfte eines Kunststoffspritzgusswerkzeugs eingelegt, so dass ihre Enden jeweils aus der Form herausragen. Der Kühlkörper 3 wird ebenfalls in diese Formhälfte eingelegt, so dass Teile seines hohlzylindrischen Abschnitts 31 und seines ringscheibenförmigen Abschnitts 32 in der Formhälfte angeordnet sind. Anschließend wird die Form geschlossen und Kunststoffmaterial wird um die von der Form umschlossenen Abschnitte der elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 und um die in der Form angeordneten Teile der Kühlkörperabschnitte 31, 32 gespritzt. Außerdem werden mittels der Form des Kunststoffspritzgusswerkzeugs nach dem Einfüllen und anschlie0enden Erstarren lassen des Kunststoffmaterials die Halterung 2 und insbesondere ihr zylindrischer Halterungsabschnitt 200 sowie ihr als Buchse ausgebildeter Halterungsabschnitt 201 geformt. Auf die aus dem Kunststoffmaterial der Halterung 2 herausragende Oberfläche 30 des Kühlkörpers 3 wird eine Wärmeleitpaste aufgebracht und die mit der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und der Optik 14 sowie der Elektronik 13 versehene Montagplatine 10 wird durch eine Presspassung mit den zweiten Enden der Kontaktstifte 41, 42, 43 auf der Oberfläche 30 des Kühlkörpers 3 fixiert. Zusätzlich kann die Montageplatine 10 mittels einer Heißprägung mit dem zylindrischen Halterungsabschnitt 200 verbunden werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher beschriebene Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann die Montageplatine 10 mit der darauf montierten Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und Optik 14 sowie Elektronik 13 ebenfalls mittels Kunststoffspritzgusstechnik in dem Kunststoffmaterial der Halterung 2, insbesondere im Bereich des zylindrischen Halterungsabschnitts 200, eingebettet und fixiert sein. Außerdem kann der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 auch eine andere Form aufweisen. Beispielsweise kann er sich parallel zur Zylinderachse des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 erstrecken und die die in der Buchse 201 angeordneten Enden der Kontaktstifte 41, 42, 43 können sich ebenfalls parallel zur Zylinderachse des zylindrischen Halterungsabschnitts 200 erstrecken.
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Ferner kann die Halterung 2 als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, das mittels eines mehrstufigen Kunststoffspritzgussverfahrens hergestellt wurde. Beispielsweise können während einer ersten Stufe des Kunststoffspritzgussverfahrens die elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 in eine erste Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden, so dass während der ersten Verfahrensstufe der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 mit den darin fixierten elektrischen Anschlüssen 41, 42, 43 gebildet wird. Anschließend könnten der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 zusammen mit den darin fixierten elektrischen Anschlüssen 41, 42, 43 und zusammen mit dem Kühlkörper 3 in eine zweite Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoff umspritzt werden, um die vollständige Halterung 2 mit dem zusätzlichen, zylindrischen Halterungsabschnitt 200 zu formen. Dieses zweistufige Kunststoffspritzgussverfahren hat den Vorteil, dass der als Buchse ausgebildete Halterungsabschnitt 201 und der zylindrische Halterungsabschnitt 200 aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien bestehen können.
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Weiterhin könnte beispielsweise während der vorgenannten zweiten Verfahrensstufe oder aber mittels einer dritten Verfahrensstufe des Kunststoffspritzgussverfahrens auch der Träger 10 mir den darauf platzierten Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und Elektronik 13 sowie Optik 14 in das Kunststoffmaterial der Halterung abschnittweise eingebettet werden.
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Der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann ferner einen Kühlkörperabschnitt besitzen, der aus phasenänderndem Material besteht, das bei Erwärmung seinen Aggregatzustand ändert. Der aus phasenänderndem Material bestehende Kühlkörperschnitt ist beispielsweise vollständig im Kunststoffmaterial der Halterung eingeschlossen und ändert bei Erwärmung seinen Aggregatzustand beispielsweise von fest zu flüssig und kehrt bei Abkühlung wieder in den festen Zustand zurück.
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Außerdem kann der Träger 10 anstatt als Montageplatine auch als Leadframe ausgebildet sein und dieser Leadframe kann ferner als Bestandteil des Kühlkörpers 3 ausgebildet sein. Die elektrischen Anschlüsse 41, 42, 43 können ebenfalls als Bestandteil des Leadframes ausgebildet sein. Ferner können die Komponenten der Elektronik 13 unmittelbar auf das Leadframe gelötet sein. Teile des Kühlkörpers 3 bzw. der Leadframe können metallisch veredelt sein, beispielsweise mittels Vernickelung oder Vergoldung oder durch Verwendung von Messing- oder Bronzeblech.
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Der Kühlkörper 3, der Leadframe oder die Montageplatine 10 können ferner mechanische Referenzelemente aufweisen, um eine Justierung der räumlichen Lage der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 bezüglich der Verriegelungselemente 21, 22, 23 festzulegen und damit auch die räumliche Lage der Halbleiterlichtquellenanordnung 1 bezüglich einer Lampenfassung im Kraftfahrzeug festzulegen, in welche die Beleuchtungseinrichtung eingesetzt ist.
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Außerdem kann die Halterung 2 aus Kunststoffmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen, um die Kühlfunktion des Kühlkörpers 3 zu unterstützen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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