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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
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Heutzutage sind in Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge in der Regel Lichtquellen mit hoher Leuchtkraft verbaut, um eine gute Ausleuchtung der Fahrbahn bzw. eine gute Erkennbarkeit des Kraftfahrzeugs durch andere Verkehrsteilnehmer zu gewährleisten. Hierdurch steigen die Anforderungen an eine effiziente Kühlung der Beleuchtungsvorrichtungen. Demzufolge werden die Lichtquellen in Kraftfahrzeugscheinwerfern häufig an Kühlkörpern angeordnet, welche sich auf der Rückseite des Scheinwerfergehäuses befinden. Dieser Bereich ist jedoch schlecht durch Umgebungsluft umströmt, so dass die Kühlung nicht sehr effizient ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich der Kühlkörper in einem Bereich des Kraftfahrzeugs in der Nähe des Motors befindet, da in diesem Fall der Motor selbst Wärme abgibt.
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In der Druckschrift
EP 1 979 673 B1 ist ein Kraftfahrzeug-Scheinwerfer beschrieben, bei dem die Wärme eines Leuchtmoduls des Scheinwerfers über eine Heatpipe zu einem Kühlkörper geleitet wird, der mit der Abdeckscheibe des Scheinwerfers auf deren Innenseite in Kontakt ist. Die Abgabe der Wärme über den Kühlkörper nach außen erfolgt somit unter Zwischenschaltung der Abdeckscheibe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welche eine effiziente Kühlung der darin verbauten Lichtquellen gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für einen PKW und gegebenenfalls auch für einen LKW vorgesehen. Sofern im Folgenden und insbesondere in den Patentansprüchen Wechselwirkungen zwischen der Beleuchtungsvorrichtung und dem Kraftfahrzeug bzw. Komponenten des Kraftfahrzeugs beschrieben werden, so ist dies immer dahingehend zu verstehen, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug auftritt.
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Die Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung, die eine entsprechende Wechselwirkung mit dem Kraftfahrzeug bzw. Bauteilen des Kraftfahrzeugs haben, sind somit derart ausgestaltet, dass die Wechselwirkung bei Anordnung bzw. Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug hervorgerufen wird.
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Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einem äußeren Gehäuseabschnitt, der bei Einbau der Beleuchtungsvorrichtung im Kraftfahrzeug an der Außenseite des Kraftfahrzeugs bzw. dessen Karosserie liegt. Dieser Gehäuseabschnitt umfasst eine Abdeckscheibe, welche für Licht aus dem Inneren des Gehäuses transmissiv ist. Der Begriff „transmissiv“ ist dabei weit zu verstehen und hierunter fällt auch eine teilweise Durchlässigkeit der Abdeckscheibe für Licht aus dem Inneren des Gehäuses. Vorzugsweise hat die Abdeckscheibe einen Transmissionsgrad von mehr als 50% und insbesondere von mehr als 90%. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckscheibe transparent, d.h. sie hat einen Transmissionsgrad von im Wesentlichen 100%.
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Im Inneren des Gehäuses der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind eine oder mehrere Leuchteinheiten vorgesehen, welche jeweils ein Lichterzeugungsmodul mit einer Lichtquelle sowie eine optische Einrichtung enthalten, wobei das Lichterzeugungsmodul und die optische Einrichtung derart wechselwirken, dass von der Lichtquelle stammendes Licht auf die optische Einrichtung fällt, die hieraus eine vorgegebene Lichtverteilung generiert, welche über die Abdeckscheibe abgestrahlt wird. Die optische Einrichtung wird oftmals auch als Sekundäroptik bezeichnet. Je nach Ausgestaltung kann es sich hierbei um eine Projektionsoptik oder eine Reflexionsoptik bzw. gegebenenfalls auch um eine Kombination aus Projektions- und Reflexionsoptik handeln.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Lichterzeugungsmodul für zumindest eine Leuchteinheit der oben definierten einen oder mehreren Leuchteinheiten mit einem Kühlkörper thermisch gekoppelt ist, der zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses am äußeren Gehäuseabschnitt, vorzugsweise an der Abdeckscheibe, angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Lichterzeugungsmodul an dem Kühlkörper, insbesondere in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper, angeordnet. Der Kühlkörper dient zur Ableitung von durch das Lichterzeugungsmodul generierter Wärme. Es handelt sich bei dem Kühlkörper um eine passive Kühleinrichtung. Vorzugsweise ist der Kühlkörper aus Metall, wie z.B. einer Magnesium-Aluminium-Legierung, gefertigt. Durch die Anordnung zumindest eines Teils des Kühlkörpers an dem äußeren Gehäuseabschnitt wird seine Kühlung durch Umgebungsluft an der Außenseite des Kraftfahrzeugs bewirkt. Die Kühlung ist somit wesentlich effizienter als bei der Anordnung des Kühlkörpers in einem Bereich im Inneren des Kraftfahrzeugs oder an der Innenseite der Abdeckscheibe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist der Kühlkörper zumindest abschnittsweise und gegebenenfalls auch komplett an der Abdeckscheibe in einem Bereich angeordnet, der bei Draufsicht auf den Kühlkörper in Blickrichtung auf die Abdeckscheibe hin zum Inneren des Gehäuses mit keiner optischen Einrichtung der einen oder mehreren Leuchteinheiten überlappt. Man macht sich hierbei die Erkenntnis zunutze, dass in heutigen Beleuchtungsvorrichtungen oftmals nicht alle Bereiche der Abdeckscheibe für den Lichtaustritt benötigt werden und stattdessen Designfunktionalität haben. In solchen Bereichen kann ohne Störung der Lichtfunktionen der entsprechende Kühlkörper der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist der Kühlkörper zumindest abschnittsweise und gegebenenfalls auch komplett in einem nicht zur Abdeckscheibe gehörigen Bereich des äußeren Gehäuseabschnitts angeordnet. Es können somit anstatt der Abdeckscheibe auch andere Bereiche des äußeren Gehäuseabschnitts zur Anordnung eines Kühlkörpers verwendet werden, sofern die Beleuchtungsvorrichtung solche anderen Gehäusebereiche umfasst.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kühlkörper in einer Öffnung im äußeren Gehäuseabschnitt befestigt, wobei die Befestigung vorzugsweise dichtend erfolgt. Das heißt, die Öffnung ist abgedichtet, so dass über die Öffnung keine Schmutzpartikel oder dergleichen von der Umgebung in das Innere des Gehäuses dringen können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Kühlkörper vorstehende Kühlelemente, insbesondere Kühlstifte und/oder Kühllamellen, wobei diese Kühlelemente zumindest teilweise und vorzugsweise komplett außerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Mit diesen vorstehenden Kühlelementen wird eine große Kühloberfläche und damit eine effiziente Kühlung erreicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Kühlkörper eine strukturierte Oberfläche und insbesondere eine Wabenstruktur, wobei die strukturierte Oberfläche zumindest teilweise und vorzugsweise komplett außerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Mittels solcher strukturierter Oberflächen kann neben einer effizienten Kühlung auch ein ansprechendes Design der Beleuchtungsvorrichtung erreicht werden.
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In einer weiteren Variante ist das Lichterzeugungsmodul für die zumindest eine Leuchteinheit mit der optischen Einrichtung über zumindest einen Lichtleiter gekoppelt, welcher derart ausgestaltet ist, dass er das von der Lichtquelle stammende Licht zu der optischen Einrichtung leitet. Mit dieser Variante der Erfindung können das Lichterzeugungsmodul und die entsprechende optische Einrichtung an unterschiedlichen Positionen in der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet werden. Vorzugsweise ist der Lichtleiter dabei ein flexibler Lichtfaserleiter, wodurch dessen Einbau in die Beleuchtungsvorrichtung vereinfacht wird. Nichtsdestotrotz können das Lichterzeugungsmodul und die optische Einrichtung auch ohne Lichtleiter miteinander gekoppelt sein. Zum Beispiel können beide Einheiten ein gemeinsames Modul bilden, wobei das Licht der Lichtquelle direkt in die optische Einrichtung, z.B. von oben, eingestrahlt wird.
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Je nach Ausgestaltung kann die Lichtquelle des Lichterzeugungsmoduls für die zumindest eine Leuchteinheit unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise umfasst die Lichtquelle eine oder mehrere LEDs und/oder eine oder mehrere Laserdioden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ein Scheinwerfer. Vorzugsweise ist die zumindest eine Leuchteinheit dabei zur Generierung einer Abblendlichtverteilung und/oder einer Fernlichtverteilung und/oder eines Abbiegelichts und/oder eines Tagfahrlichts und/oder eines Blinklichts vorgesehen. Die entsprechende Leuchteinheit kann eine jeweilige der genannten Lichtfunktionen gegebenenfalls auch nur zum Teil erzeugen, d.h. es ist in diesem Fall noch eine andere Leuchteinheit vorgesehen, um die Lichtfunktion als Ganzes zu generieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine Heckleuchte, wobei die zumindest eine Leuchteinheit vorzugsweise zur Generierung eines Schlusslichts und/oder eines Rückfahrlichts und/oder eines Blinklichts vorgesehen ist.
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Auch in dieser Variante kann die entsprechende Leuchteinheit nur zur Generierung eines Teils der jeweiligen Lichtfunktion dienen.
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Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein Kraftfahrzeug, welches eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtungen bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten dieser Beleuchtungsvorrichtungen umfasst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt im Horizontalschnitt eine Variante einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in der Form eines Frontscheinwerfers eines Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt den linken Frontscheinwerfer 1 eines Kraftfahrzeugs, wobei die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs durch den Pfeil P angedeutet ist. Der Frontscheinwerfer ist in der Stoßfängerverkleidung 17 des Kraftfahrzeugs integriert und enthält im Inneren mehrere Leuchteinheiten, von denen nur die Leuchteinheit 2 mit zugeordneter Sekundäroptik 3 im Detail gezeigt ist. Die Sekundäroptik 3 sowie auch die weiteren Sekundäroptiken 4 und 5 entsprechen optischen Einrichtungen im Sinne der Patentansprüche. In der hier beschriebenen Variante des Scheinwerfers übernimmt die Leuchteinheit 2 die Erzeugung von Fernlicht. Darüber hinaus sind noch weitere Leuchteinheiten vorgesehen, von denen jeweils nur die Sekundäroptiken 4 und 5 gezeigt sind. Die Leuchteinheit mit der Sekundäroptik 4 dient zur Erzeugung von Abblendlicht und die Leuchteinheit mit der Sekundäroptik 5 zur Erzeugung von Abbiegelicht. Darüber hinaus ist auch noch eine Leuchteinheit in der Form eines Blinkers vorgesehen, welche nicht aus dem Horizontalschnitt der 1 ersichtlich ist. Je nach Ausführungsform können die Sekundäroptiken 3, 4 und 5 jeweils als Projektionsoptik aus einer oder mehreren Linsen bzw. als Reflexionsoptik aus einem oder mehreren Reflektoren bzw. gegebenenfalls auch als eine Kombination aus Projektions- und Reflexionsoptik ausgestaltet sein.
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Die Leuchteinheiten des Scheinwerfers 1 sind innerhalb eines Gehäuses 6 angeordnet, welches einen vorderen Gehäuseabschnitt 7 und einen hinteren Gehäuseabschnitt 8 umfasst. Zur Unterscheidung der Gehäuseabschnitte ist der hintere Gehäuseabschnitt gestrichelt wiedergegeben. Der vordere Gehäuseabschnitt 7 stellt eine Abdeckscheibe dar, welche für das durch die Leuchteinheiten generierte Licht transmissiv ist. Wie bereits oben erwähnt, kann die Abdeckscheibe dabei auch nur teilweise lichtdurchlässig sein, d.h. sie kann auch einen Transmissionsgrad von weniger als 100% aufweisen.
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Die Leuchteinheit 2 verwendet zur Generierung des Fernlichts eine Lichtquelle 9 aus mehreren Laserdioden (z.B. drei Laserdioden), welche auf einer Halbleiterplatine 10 angeordnet sind. Die Platine beinhaltet auch die Steuerelektronik für die Laserdioden. Die Lichtquelle 9 und die Platine 10 bilden ein Lichterzeugungsmodul im Sinne der Ansprüche. Anstatt einer Lichtquelle in der Form von Laserdioden können in abgewandelten Ausführungsformen auch andere Arten von Lichtquellen, z.B. in der Form von LEDs oder einer Kombination aus Laserdioden und LEDs, eingesetzt werden. Im Betrieb der Leuchteinheit 2 wird das über die Lichtquelle 9 generierte Laserlicht mittels eines flexiblen Lichtfaserleiters 11 zu der entsprechenden Sekundäroptik 3 geleitet. Zum Eintritt in den Lichtfaserleiter 11 wird das Licht dabei über einen optischen Kollimator 12 gebündelt. Das Licht wird in dem Lichtfaserleiter über Totalreflexion zu dem Ende des Lichtfaserleiters entfernt von der Lichtquelle 9 transportiert. Dort tritt das Licht in die Sekundäroptik, welche hieraus eine Fernlichtverteilung generiert.
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Um eine effiziente Kühlung der Laserdioden der Lichtquelle 9 zu erreichen, ist die Platine 10 mit einem Kühlkörper 14 verbunden und hierdurch thermisch an den Kühlkörper gekoppelt. Der Kühlkörper 14 umfasst einen äußeren Kühlkörperabschnitt 15 mit einer Vielzahl von Kühlstiften 15a sowie einen inneren Kühlkörperabschnitt 16 in der Form eines Vollkörpers, der z.B. zylindrisch ausgestaltet sein kann. Der Vollkörper 16 ist über eine Dichtung 13 in einer Öffnung in der Abdeckscheibe 7 positioniert und wird dort über geeignete Befestigungsmittel, z.B. mittels nicht gezeigter Schrauben, gehalten. Ein wichtiges Merkmal des gezeigten Scheinwerfers besteht darin, dass ein Teil des Kühlkörpers 14, nämlich der äußere Kühlkörperabschnitt 15, an der Außenseite der Abdeckscheibe 7 und damit an der Außenseite des Kraftfahrzeugs liegt. Dies hat zur Folge, dass eine sehr gute Anströmung des Kühlkörpers durch Umgebungsluft bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs und damit eine sehr effiziente Kühlung erreicht wird.
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In der Beleuchtungsvorrichtung der 1 wird die Erkenntnis genutzt, dass die Abdeckscheibe 7 des Gehäuses 6 einen Bereich aufweist, aus dem kein bzw. nur ein geringer Anteil des durch die Sekundäroptiken 3 bis 5 generierten Lichts tritt. In dem Beispiel der 1 liegt dieser Bereich an einem innen liegenden Abschnitt der Abdeckscheibe. Dieser Abschnitt überlappt in Draufsicht (d.h. mit Blick entgegengesetzt zur Fahrtrichtung P) nicht mit den Sekundäroptiken und genau dort ist der oben beschriebene Kühlkörper 14 platziert. Durch eine ansprechende Gestaltung des äußeren Kühlabschnitts 15 kann der Kühlkörper auch noch eine Designfunktion übernehmen.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Leuchteinheit 2 stellt eine erfindungswesentliche Komponente der Beleuchtungsvorrichtung 1 dar. Wie dargelegt, zeichnet sie sich durch einen Kühlkörper 14 aus, der abschnittsweise außerhalb des Gehäuses 6 an der Außenseite des Kraftfahrzeugs positioniert ist. Der Kühlkörper bewirkt dabei die Kühlung einer Lichtquelle in der Form von Laserdioden, welche im Vergleich zu LEDs deutlich niedrigere Betriebstemperaturen benötigen, so dass hohe Anforderungen an die Kühlung zu stellen sind. Nichtsdestotrotz kann das Konzept der Kühlung mit außen liegendem Kühlkörper gegebenenfalls auch für andere Leuchteinheiten eingesetzt werden, welche zusätzlich oder anstatt von Laserdioden andere Leuchtmittel, z.B. LEDs, enthalten. Gegebenenfalls kann das Kühlkonzept der Leuchteinheit 2 auch in den weiteren Leuchteinheiten der Beleuchtungsvorrichtung 1 umgesetzt werden, d.h. auch für diese Leuchteinheiten kann ein Kühlkörper an der Außenseite des Kraftfahrzeugs zur Kühlung der entsprechenden Lichtquellen vorgesehen sein.
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In einer abgewandelten Ausführungsform kann eine ansprechende Gestaltung des Scheinwerfers dadurch erreicht werden, dass anstatt von Kühlstiften 15a eine strukturierte Oberfläche, z.B. in der Form einer Wabenstruktur, an der Außenfläche des äußeren Kühlkörpers 15 vorgesehen ist.
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Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine sehr effiziente Kühlung einer Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung dadurch geschaffen, dass ein Kühlkörper zur Kühlung der entsprechenden Lichterzeugungsmodule zumindest zum Teil in einem äußeren Gehäuseabschnitt vorgesehen ist, der durch Umgebungsluft umströmt wird. Das erfindungsgemäße Kühlkonzept wurde dabei anhand eines Scheinwerfers beschrieben. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und kann gegebenenfalls auch für andere Außenbeleuchtungen am Kraftfahrzeug, wie z.B. Heckleuchten, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheinwerfer
- 2
- Leuchteinheit
- 3, 4, 5
- optische Einrichtungen
- 6
- Gehäuse
- 7
- äußerer Gehäuseabschnitt
- 8
- innerer Gehäuseabschnitt
- 9
- Lichtquelle
- 10
- Platine
- 11
- Lichtleiter
- 12
- optischer Kollimator
- 13
- Dichtung
- 14
- Kühlkörper
- 15
- äußerer Kühlkörperabschnitt
- 15a
- Kühlstifte
- 16
- innerer Kühlkörperabschnitt
- 17
- Stoßfängerverkleidung
- P
- Fahrtrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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