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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbund aus wenigstens einem Scheinwerfer und einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solcher Verbund ist aus der
DE 10 2009 028 525 A1 bekannt. Aus der
DE 10 2011 011 700 A1 ist ein Kühlkonzept mit einem Wärmerohr bekannt. Die
DE 10 2004 025 640 A1 zeigt ein mit Wärmetauschern arbeitendes Kühlkonzept. Aus der
DE 10 2005 005 753 A1 ist ein Verbund aus wenigstens einem Scheinwerfer und einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei der Scheinwerfer wenigstens eine Halbleiterstrahlungsquelle und wenigstens einen Wärmetauscher aufweist. Der Wärmetauscher weist einen an den Kühlkreislauf hydraulisch angeschlossenen Eingang und einen an den Kühlkreislauf hydraulisch angeschlossenen Ausgang auf und ist mit vom Eingang zum Ausgang strömendem Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmbar.
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Die Flüssigkeitskühlung des bekannten Scheinwerfers hat den Vorteil, dass im Scheinwerfer kleinere Wärmetauscher verwendet werden können als dies ohne Flüssigkeitskühlung der Fall ist. Dies liegt daran, dass sich mit der Flüssigkeitskühlung größere Wärmemengen transportieren lassen als zum Beispiel mit einer Luftkühlung. Verbreitet sind Scheinwerfer, deren Halbleiterstrahlungsquellen für sichtbares Licht, Radar und Lidar (light detection and ranging) mit Lüftern (aktiv) oder mit großen Kühlkörpern (passiv) gekühlt werden. Eine Luftkühlung in Scheinwerfern gelingt nur dann, wenn es kalte Bereiche gibt, an denen eine Rückkühlung der erwärmten Scheinwerferluft erfolgen kann. Es gibt immer heißere Varianten von Verbrennungsmotoren in normalen Fahrzeugen. In diesem Umfeld müssen Scheinwerfermaterialien heute Temperaturen von - 40°C bis 105°C und vereinzelt auch bis 120°C über einen langen Betriebszeitraum (z.B. 12000 h) standhalten. Dabei tritt eine bei hohen Temperaturen schnellere Alterung von Scheinwerferkomponenten wie Halbleiterstrahlungsquellen wie Leuchtdioden und Laserdioden sowie von optischen Komponenten wie Linsen aus PMMA auf.
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Durch eine Integration mehrerer Funktionen wie die Erzeugung von Lichtverteilungen und die Überwachung der Fahrzeugumgebung mit Radar und Lidar-Sensoren werden entsprechend große Wärmemengen von den Lichtquellen und Sensoren erzeugt. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Genauigkeit von Größe und Form der Lichtverteilungen weiter an, um zum Beispiel Blendungen anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden.
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Bei bekannten Scheinwerfern, die scharfe Hell-Dunkel-Grenzen erzeugen sollen, haben sich im Betrieb unerwünschte Schwankungen der Schärfe gezeigt. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Scheinwerfers der eingangs genannten Art, bei dem diese Schwankungen vermieden oder zumindest reduziert werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dabei unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von dem bekannten Scheinwerfer durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Demnach weist der Kühlkreislauf außerhalb des Innenraums wenigstens ein zu kühlendes Objekt und einen Wärmetauscher auf, der dem Objekt entzogene Wärme, die mit flüssigem Kühlmittel des Kühlkreislaufs zum Wärmetauscher transportiert wird, an einen Kühlluftstrom abgibt. Der Scheinwerfer weist einen vom Gehäuse verschiedenen Rahmen auf, der dazu eingerichtet ist, an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt zu werden und an dem wenigstens ein Modul befestigt ist, das wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) aufweist.
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Die Erfindung basiert zunächst auf der Erkenntnis, dass die Schwankungen der Schärfe von Schwankungen der Temperatur der Scheinwerfer abhängig sind.
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Bei üblichen Scheinwerfern dient das Gehäuse auch als ein Bindeglied zwischen dem Inventar des Scheinwerfers (Lichtquellen, optische Elemente, Kühlkörper) und der Karosserie. Die Gehäuse bestehen in der Regel aus Kunststoff. Kunststoffe weisen in der Regel eine thermische Längenänderung auf, die etwa um eine Größenordnung (Faktor 10) größer ist als die thermische Längenänderung von Metallen.
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Der große Bereich von Temperaturen, denen die Scheinwerfer im bestimmungsgemäßen Betrieb in Kraftfahrzeugen ausgesetzt sind, führt zu einem Temperatur-bedingten Verzug von Komponenten des Scheinwerfers und so auch des Kunststoffgehäuses. Durch den Verzug ändern sich auch Abstände von Teilen des Scheinwerferinventars voneinander, was im Ergebnis zu den beobachteten Schwankungen der Schärfe von Hell-Dunkelgrenzen führt.
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Dadurch, dass das Modul, das wenigstens eine Halbleiterstrahlungsquelle aufweist, an einem Rahmen befestigt ist, der von dem Gehäuse verschieden und der seinerseits dazu eingerichtet ist, an der Karosserie des Kraftfahrzeuges befestigt zu werden, wird das Kunststoffgehäuse aus der Toleranzkette herausgenommen. Als erwünschte Folge beeinträchtigen Temperatur-bedingte Änderungen von Abmessungen eines Kunststoffgehäuses die Schärfe von Hell-Dunkel-Grenzen nicht mehr.
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In Verbindung mit der Flüssigkeitskühlung ergibt sich der Vorteil, dass Wärmetauscher in Form von Kühlkörpern verwendet werden können, die kleiner sind als bei einer passiven Luftkühlung. Damit werden Bauraum, Materialkosten und Gewicht gespart. Es können große Wärmemengen abgeführt werden. Lüftergeräusche von Kühlgebläsen, wie sie zur Entwärmung von Scheinwerfern bekannt sind, und die wegen Körperschallleitung im Fahrzeug störend sein können, fallen weg oder werden zumindest verringert. Aufgrund der hohen Kühlleistungen können die Scheinwerfer insgesamt kompakter (also kleiner) sein als beim Stand der Technik. Beim Stand der Technik zur Kühlung verwendete Luftkanäle können wegfallen. Spaltmaße können kleiner ausfallen. Es ergibt sich weiter eine bessere Kontrolle der lichttechnischen Eigenschaften, wenn sich alle Halbleiterstrahlungsquellen auf einem ähnlichen, konstanten Temperaturniveau befinden. Mit gleichen Halbleiterstrahlungsquellen lässt sich bei verbesserter Kühlung 10% bis 20% mehr Licht erzeugen. Eine Abregelung von Lichtfunktionen wegen zu hoher Temperaturen kann vermieden werden.
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In Verbindung mit der Befestigung des Moduls an dem Rahmen ergibt sich der weitere Vorteil einer geringeren statischen Belastung und geringeren dynamischen Belastung, die in Verbindung mit im Fahrbetrieb auftretenden Beschleunigungen und daraus resultierenden Trägheitskräften auftreten. Als erwünschte Folge kann auch der Rahmen weniger massiv ausfallen, was ebenfalls Kosteneinsparungen und Gewichtseinsparungen ermöglicht.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Gehäuse in Bezug auf andere Eigenschaften als seine Festigkeit optimiert werden kann. Hier ist insbesondere an eine abschirmende Wirkung gegenüber vom Motorraum her einwirkenden thermischen Belastungen zu denken.
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Die transparente Abdeckscheibe des Scheinwerfers, die üblicherweise aus Kunststoff besteht und aus Haltbarkeitsgründen eine kratzfeste und teure Schutzlackierung aufweist, erfährt bei dem erfindungsgemäßen Verbund keine so hohen Temperaturen wie bei ungekühlten Scheinwerfern. Aus diesem Grund kann auf die teure Schutzlackierung verzichtet werden, was eine deutliche Kostenersparnis nach sich zieht.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rahmen aus Metall besteht. Metall weist bei hoher Festigkeit einen thermischen Längenänderungskoeffizienten auf, der zum Beispiel im Bereich von 1/10 bis 1/20 des Längenänderungskoeffizienten von Kunststoff beträgt. Entsprechend geringer fällt der nachteilige Verzug aus und umso weniger verändern sich Schärfe und Lage von Hell-Dunkelgrenzen der vom Scheinwerfer erzeugten Lichtverteilungen mit sich ändernden Temperaturen des Rahmens.
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Eine Verstellung der im Rahmen aufgehängten Module, seien es sichtbares Licht ausstrahlende Lichtmodule für Scheinwerferlichtfunktionen, oder seien es Sensormodule für Infrarot- und/oder Radarstrahlung, kann, falls erforderlich, mit beweglichen Wellen oder ähnlichen Mitteln ausgeführt werden. In Verbindung mit leistungsstarkem Pixellicht und wesentlich verkleinerten Kühlkörpern kann eventuell ganz auf Verstellungen verzichtet werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkreislauf ein Elektronik-Kühlkreislauf oder ein Batteriekühlkreislauf des Kraftfahrzeugs ist. Ein Elektronik-Kühlkreislauf, wie er zunehmend in Kraftfahrzeugen zur Kühlung von Steuergeräten verwendet wird, arbeitet zum Beispiel mit einer Kühlmitteltemperatur zwischen 0°C und 30°C. Dies ist auch eine für die Halbleiterstrahlungsquellen des Scheinwerfers günstige Temperatur. Dies gilt auch noch für die Kühlmitteltemperatur eines Batterie-Kühlkreislaufs, wie er ebenfalls zunehmend verwendet wird. Diese Kühlmitteltemperatur liegt in der Regel unterhalb von 60°C. Diese Kühlkreisläufe eignen sich besser für die Kühlung (und ggf. auch Heizung) von Scheinwerfern als die üblichen Kühlkreise von Verbrennungsmotoren, die Verbrennungswärme abführen und/oder das Motoröl kühlen.
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Bevorzugt ist auch, dass das Gehäuse zumindest zu einem Teil eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die transparente Abdeckscheibe. Diese Eigenschaft verleiht dem Gehäuse eine thermisch isolierende Wirkung gegenüber seiner Umgebung, insbesondere gegenüber einem heißen Motorraum. Diese Eigenschaft trägt dazu bei, eine unerwünschte Aufheizung des Scheinwerfers zu verringern.
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Weiter ist bevorzugt, dass der wenigstens eine Wärmetauscher ein Strahlungsquellenwärmetauscher ist, der ein Bestandteil des wenigstens einen Moduls ist und als solcher Bestandteil wärmeleitend mit der Halbleiterstrahlungsquelle verbunden ist. Durch diese Ausgestaltung kann die in der (kleinen) Halbleiterstrahlungsquelle in deren Betrieb frei werdende Wärme auch bei leistungsstarken Strahlungsquellen punktuell und wirksam abgeleitet werden, was eine Anordnung von mehreren Strahlungsquellen auf engem Raum ermöglicht.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) eine Halbleiterstrahlungsquelle ist, mit der sichtbares Licht erzeugbar ist.
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Bevorzugt ist auch, dass wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) eine Halbleiterstrahlungsquelle ist, mit der Radarstrahlung erzeugbar ist. Eine solche Halbleiterstrahlungsquelle wird zum Beispiel als Bestandteil eines Radarsensors verwendet.
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Weiter ist bevorzugt, dass wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) eine Halbleiterstrahlungsquelle ist, mit der Infrarotstrahlung erzeugbar ist. Eine solche Halbleiterstrahlungsquelle wird zum Beispiel als Bestandteil eines Lidarsensors verwendet.
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Die Erfindung erlaubt insbesondere die Integration leistungsstarker Strahlungsquellen auf einem engen Bauraum in einem Scheinwerfer.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Wärmetauscher ein Abdeckscheibenwärmetauscher ist, der im Innenraum des Scheinwerfers vor der Abdeckscheibe angeordnet ist. Ein solcher Abdeckscheibenwärmetauscher kann je nach Kühlmitteltemperatur und Scheinwerfertemperatur entweder zur Heizung oder zur Kühlung der Abdeckscheibe verwendet werden. Durch die Kühlung wird insbesondere die Temperatur der Abdeckscheibe nach oben begrenzt. Als Folge der Begrenzung kann die Abdeckscheibe aus dem preiswerten Kunststoff PMMA und ohne eine kratzfeste und teure Lackierung hergestellt werden. Dadurch ergibt sich eine große Kostenersparnis.
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Bevorzugt ist auch, dass der Scheinwerfer eine untere Hälfte und eine obere Hälfte aufweist und dass der Abdeckscheibenwärmetauscher in der unteren Hälfte im Innenraum vor der Abdeckscheibe angeordnet ist. Dieser Ort begünstigt insbesondere bei einem als Heizung wirkenden Abdeckscheibenwärmetauscher die Entstehung einer an der Innenseite der Abdeckscheibe entlang streichenden Konvektionsströmung erwärmter Luft, mit der an der ggf. kalten Abdeckscheibe kondensierte und ggf. auch gefrorene Feuchtigkeit von der Abdeckscheibe weg transportiert werden kann.
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Weiter ist bevorzugt, dass in dem Innenraum mehrere Wärmetauscher angeordnet sind, von denen flüssigem einer ein Abdeckscheibenwärmetauscher ist und von denen wenigstens ein anderer Wärmetauscher ein Strahlungsquellenwärmetauscher ist. Diese Ausgestaltung verbindet die geschilderten Vorteile der Kühlung der Strahlungsquellen und der Kühlung oder Heizung der Abdeckscheibe miteinander.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Abdeckscheibenwärmetauscher ein von jedem Strahlungsquellenwärmetauscher separates Bauteil ist. Diese Ausgestaltung erlaubt eine räumlich getrennte Anordnung beider Wärmetauscher, die eine Optimierung der Dimensionierung der Kühlung der Halbleiterstrahlungsquellen und der Heizung/Kühlung der Abdeckscheibe erlaubt.
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Bevorzugt ist auch, dass in dem Innenraum genau ein an den Kühlkreislauf angeschlossener und mit Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmbarer Strahlungsquellenwärmetauscher angeordnet ist und dass mehr als eine Halbleiterstrahlungsquelle in einem thermischen Kontakt zu dem Strahlungsquellenwärmetauscher an dem Kühlkörper befestigt angeordnet ist. Dadurch wird gewissermaßen ein kühlbares Zentralmodul bereitgestellt, das mit einem Minimum an Kühlmittelleitungen, nämlich einem Zufluss und einem Abfluss, auskommt.
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Alternativ ist bevorzugt, dass in dem Scheinwerfer mehr als ein mit dem Kühlmittel des Kreislaufs durchströmbarer Strahlungsquellenwärmetauscher angeordnet ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil einer größeren Freiheit der Anordnung der Strahlungsquellen im Scheinwerfer.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Scheinwerfer wenigstens zwei mit dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmbare Strahlungsquellenwärmetauscher angeordnet sind, deren Eingänge stromaufwärts von den beiden Strahlungsquellenwärmetauschern hydraulisch miteinander verbunden und deren Ausgänge stromabwärts von den beiden Strahlungsquellenwärmetauscher hydraulisch miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine hydraulische Parallelschaltung realisiert. Dies hat den Vorteil, dass beide Strahlungsquellenwärmetauscher Kühlmittel mit gleicher Temperatur aufnehmen, so dass sich eine gleiche Kühlwirkung erzielen lässt oder, durch verschiedene Strömungsquerschnitte, auch eine vorbestimmte Aufteilung des Kühlmitteldurchflusses durch beide Strahlungsquellenwärmetauscher einstellen lässt.
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Bevorzugt ist auch, dass in dem Scheinwerfer n mit dem Kühlmittel des Kreislaufs durchströmbare Strahlungsquellenwärmetauscher angeordnet sind, von denen wenigstens zwei hydraulisch in Reihe geschaltet sind. Gegenüber einer Parallelschaltung hat dies den Vorteil, dass weniger Kühlmittelleitungsabschnitte und weniger Kühlmittelverzweigungs- und Kühlmittelvereinigungsabschnitte benötigt werden, was die Herstellung vereinfacht und die Fehleranfälligkeit verringert.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 einen Verbund aus einem Scheinwerfer und einem Kühlkreislauf;
- 2 eine Ausgestaltung mit genau einem Strahlungsquellenwärmetauscher und mehreren Halbleiterstrahlungsquellen;
- 3 eine Ausgestaltung mit mehreren hydraulisch in Reihe liegenden Strahlungsquellenwärmetauschern;
- 4 eine Ausgestaltung mit mehreren hydraulisch parallel liegenden Strahlungsquellenwärmetauschern;
- 5 eine Ausgestaltung, in welcher der Verbund einen inneren, hydraulisch separaten Kühlkreislauf im Innenraum des Scheinwerfers aufweist.
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Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbund 10 aus einem Scheinwerfer 12 und einem Kühlkreislauf 14 eines Kraftfahrzeugs. Der Scheinwerfer 12 weist wenigstens eine Halbleiterstrahlungsquelle 16 und wenigstens einen Wärmetauscher 17 und/oder 18 auf. Der Wärmetauscher 18 ist ein zur Kühlung der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle 16 dienender Strahlungsquellenwärmetauscher 18. Er weist einen an den Kühlkreislauf 14 hydraulisch angeschlossenen Eingang 20 und einen an den Kühlkreislauf 14 hydraulisch angeschlossenen Ausgang 22 auf und ist mit vom Eingang 20 zum Ausgang 22 strömendem flüssigen Kühlmittel des Kühlkreislaufs 14 durchströmbar.
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Der Scheinwerfer 12 weist ein Gehäuse 24 und eine transparente Abdeckscheibe 26 auf, die eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 24 abdeckt und zusammen mit dem Gehäuse 24 einen Innenraum 28 des Scheinwerfers 12 begrenzt. Der Wärmetauscher 17 ist ein zur Beheizung und/oder Kühlung der Abdeckscheibe 26 dienender Abdeckscheibenwärmetauscher 17. Er weist einen Eingang 21 und einen Ausgang 23 auf und ist mit vom Eingang 21 zum Ausgang 23 strömendem Kühlmittel des Kühlkreislaufs 14 durchströmbar. Der Abdeckscheibenwärmetauscher 17 ist entweder hydraulisch direkt mit dem Kühlkreislauf 14 oder hydraulisch indirekt über den Strahlungsquellenwärmetauscher 18 mit dem Kühlkreislauf verbunden.
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Der Scheinwerfer 12 weist einen vom Gehäuse 24 verschiedenen Rahmen 30 auf, der dazu eingerichtet ist, an einer Karosserie 32 des Kraftfahrzeugs befestigt zu werden. Das Gehäuse 24 ist bevorzugt direkt an dem Rahmen befestigt. Der Rahmen 30 besteht bevorzugt aus Metall. Er kann aber auch aus einem Kunststoff bestehen.
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An dem Rahmen 30 ist wenigstens ein Modul 34 befestigt, das wenigstens eine Halbleiterstrahlungsquelle 16 aufweist. Wegen der Befestigung des Moduls 34 an dem Rahmen 30 weist das Gehäuse 24 keine das Modul 34 haltende Funktion auf und kann daher in Bezug auf andere Eigenschaften als eine Tragfähigkeit optimiert werden.
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Das Modul 34 weist weiter eine optische Vorrichtung 35 auf, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, von der Halbleiterstrahlungsquelle 16 ausgehende Strahlung, sei es sichtbares Licht, Infrarotstrahlung oder Radarstrahlung, durch die Abdeckscheibe 26 hindurch in einen vor dem Scheinwerfer 12 liegenden Raum zu richten. Die optische Vorrichtung 35 weist im dargestellten Beispiel ein optisches Element in Form eines Reflektors auf. Alternativ oder ergänzend kann die optische Vorrichtung auch eine Linse oder eine katadioptrische Optik aufweisen. In dem in der 1 dargestellten Beispiel weist das Modul 34 weiter den Strahlungsquellenwärmetauscher 18 und den Abdeckscheibenwärmetauscher 17 auf. Die beiden Wärmetauscher 17 und 18 können auch getrennt voneinander als Bestandteile von voneinander verschiedenen Modulen angeordnet sein.
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Der Kühlkreislauf 14 ist ein Elektronik-Kühlkreislauf oder ein Batteriekühlkreislauf des Kraftfahrzeugs. Der Kühlkreislauf weist entsprechend wenigstens ein zu kühlendes Objekt 36 und einen Wärmetauscher 38 auf, der dem Objekt 36 entzogene Wärme, die mit dem bevorzugt flüssigen Kühlmittel 37 des Kühlkreislaufs zum Wärmetauscher 38 transportiert wird, zum Beispiel an einen Kühlluftstrom abgibt. Das zu kühlende Objekt 36 ist zum Beispiel ein Steuergerät oder eine Mehrzahl von Steuergeräten oder eine Batterie des Kraftfahrzeugs.
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Das Gehäuse 24 weist zumindest zu einem Teil eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf als die transparente Abdeckscheibe 26. Der eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisende Teil 24.1 des Gehäuses 24 ist zum Beispiel eine Rückwand oder eine Seitenwand oder ein Verbund aus mehreren solchen Wänden. Eine solche Wand oder ein solcher Verbund von Wänden besteht insbesondere aus solchen Wänden, die im eingebauten Zustand dem im Betrieb des Kraftfahrzeugs von einem heißen Verbrennungsmotor aufgeheizten Motorraum des Kraftfahrzeugs zugewandt sind.
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Der Wärmetauscher 18 des Scheinwerfers 12 ist als ein Strahlungsquellenwärmetauscher als ein Bestandteil des wenigstens einen Moduls 34 wärmeleitend mit wenigstens einer Halbleiterstrahlungsquelle 16 verbunden. Die Halbleiterstrahlungsquelle 16 ist in einer Ausgestaltung eine Halbleiterstrahlungsquelle, mit der sichtbares Licht erzeugbar ist.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung ist wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) eine Halbleiterstrahlungsquelle, mit der Radarstrahlung erzeugbar ist. In einer weiteren alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung ist wenigstens eine der wenigstens einen Halbleiterstrahlungsquelle(n) 16 eine Halbleiterstrahlungsquelle, mit der Infrarotstrahlung erzeugbar ist.
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Der Scheinwerfer 12 weist eine untere Hälfte 12.1 und eine obere Hälfte 12.2 auf. Die Ortsangaben „oben“ und „unten“ beziehen sich dabei auf eine Anordnung des Scheinwerfers im Raum, die seiner Anordnung in einem in ein Straßenkraftfahrzeug eingebauten Zustand entspricht.
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Der Abdeckscheibenwärmetauscher 17 ist im Innenraum 28 des Scheinwerfers 12 vor der Abdeckscheibe 26 angeordnet. Der Abdeckscheibenwärmetauscher ist bevorzugt in der unteren Hälfte 12.1 des Scheinwerfers angeordnet. Ist ein Zierrahmen 19 im Scheinwerfer vorhanden, ist der Abdeckscheibenwärmetauscher 17 bevorzugt unterhalb des Zierrahmens 19 angeordnet, um von außen möglichst nicht sichtbar zu sein.
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In der Ausgestaltung, die in der 1 dargestellt ist, sind in dem Innenraum 28 demnach mehrere Wärmetauscher angeordnet, von denen wenigsten einer ein Abdeckscheibenwärmetauscher 17 ist und von denen wenigstens ein anderer Wärmetauscher ein Strahlungsquellenwärmetauscher 18 ist.
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Der wenigstens eine Abdeckscheibenwärmetauscher 17 ist bevorzugt ein von jedem Strahlungsquellenwärmetauscher 18 separates Bauteil. Der Abdeckscheibenwärmetauscher 17 kann ein Bestandteil des Moduls 34 sein, er kann aber auch ein vom Modul 34 separates Bauteil sein, das direkt am Rahmen befestigt ist. In der dargestellten Ausgestaltung ist der Abdeckscheibenwärmetauscher 17 mit dem Strahlungsquellenwärmetauscher 18 hydraulisch so verbunden, dass beide Wärmetauscher 17, 18 mit demselben Kühlmittelstrom durchströmt werden. Der Strahlungsquellenwärmetauscher 18 wird in der dargestellten Ausgestaltung auf dem Hinweg der Kühlflüssigkeit zum Abdeckscheibenwärmetauscher 17 und auf dem Rückweg der Kühlflüssigkeit vom Abdeckscheibenwärmetauscher 17 mit der Kühlflüssigkeit durchströmt. Dies ist nicht zwingend, aber deshalb vorteilhaft, weil der Strahlungsquellenwärmetauscher Wärme an die Kühlflüssigkeit abgeben soll, während der Abdeckscheibenwärmetauscher Wärme aus der Kühlflüssigkeit aufnehmen und an die Abdeckscheibe abgeben soll.
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2 zeigt eine Ausgestaltung, bei der in dem Innenraum 28 des Scheinwerfers 12 genau ein an den Kühlkreislauf 14 angeschlossener und mit Kühlmittel des Kühlkreislaufs 14 durchströmbarer Strahlungsquellenwärmetauscher 18 angeordnet ist. Die Ausgestaltung gemäß der 2 zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Strahlungsquellenwärmetauscher 18 mehrere Halbleiterstrahlungsquellen 16.1, 16.2, 16.3 in einem thermischen Kontakt zu dem Strahlungsquellenwärmetauscher 18 befestigt angeordnet sind. Ein Abdeckscheibenwärmetauscher kann ebenfalls vorhanden sein.
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3 zeigt eine Ausgestaltung, bei der in dem in Innenraum des Scheinwerfers mehr als ein mit dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs 14 durchströmbarer Strahlungsquellenwärmetauscher 18.1, 18.2, 18.3 angeordnet ist. Beim Gegenstand der 3 sind n gleich 3 mit dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmbare Strahlungsquellenwärmetauscher 18.1, 18.2, 18.3 in dem Scheinwerfer angeordnet. Die n Strahlungsquellenwärmetauscher 18.1, 18.2, 18.3 sind dabei hydraulisch in Reihe geschaltet. Das heißt, dass ein Eingang eines ersten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.1 der n Strahlungsquellenwärmetauscher hydraulisch mit dem Kühlkreislauf 14 verbunden ist, und der Ausgang des ersten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.1 hydraulisch mit einem Eingang eines zweiten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.2 der n Strahlungsquellenwärmetauscher verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.2 ist hydraulisch mit einem Eingang des dritten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.3 verbunden. Der Ausgang des dritten Strahlungsquellenwärmetauschers 18.3 ist hydraulisch mit einem Eingang des Kühlkreislaufs 14 verbunden. Alternativ zu der Verbindung mit dem Kühlkreislauf 14 kann der Ausgang des dritten Strahlungsquellenwärmetauschers auch mit einem Eingang eines weiteren durchströmbaren Strahlungsquellenwärmetauschers verbunden sein.
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Beim Gegenstand der 3 kann die Kühlflüssigkeit von einem zentralen Zulauf von Wärmetauscher zu Wärmetauscher mit Schläuchen geleitet werden und an einem zentralen Ablauf wieder aus dem Scheinwerfer herausgeführt werden. Als Vorteil ergibt sich eine minimale Wärmetauschergröße.
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4 zeigt eine Ausgestaltung, bei der in dem Scheinwerfer n = 2 zwei mit dem Kühlmittel des Kühlkreislaufs durchströmbare Strahlungsquellenwärmetauscher 18.4, 18.5 angeordnet sind, deren Eingänge stromaufwärts von den beiden Strahlungsquellenwärmetauschern 18.4, 18.5 hydraulisch miteinander verbunden und deren Ausgänge stromabwärts von den beiden Strahlungsquellenwärmetauschern 18.4, 18.5 hydraulisch miteinander verbunden sind. Die beiden Strahlungsquellenwärmetauscher 18.4, 18.5 sind daher hydraulisch parallel mit dem übrigen Kühlkreislauf 14 verbunden.
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5 zeigt eine Ausgestaltung, in welcher der Verbund aus Scheinwerfer und Kühlkreislauf einen inneren, hydraulisch separaten Kühlkreislauf 40 im Innenraum 28 des Scheinwerfers 12 aufweist. Der innere Kühlkreislauf 40 ist über einen Wärmetauscher 42 mit einem äußeren Kühlkreislauf 44 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Rückkühlung erfolgt bei dieser Ausgestaltung über den äußeren Kühlkreislauf 44 ohne dass dieser mit dem inneren Kühlkreislauf 42 des Scheinwerfers 12 hydraulisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der innere Kühlkreislauf 40 wegen des Fehlens einer hydraulischen Verbindung zu dem äußeren Kühlkreislauf 44 mit einem anderen Kühlmitteldruck, insbesondere mit einem geringeren Kühlmitteldruck als der äußere Kühlmittelkreislauf 44 betrieben werden kann, was die Gefahr einer Beschädigung des Scheinwerfers durch Undichtigkeiten des Kühlmittelkreislaufs verringert.
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Bei dieser Ausgestaltung wird für den inneren Kühlkreislauf bevorzugt eine Umwälzpumpe 46 verwendet, um eine Zirkulation des Kühlmittels in dem inneren Kühlkreislauf 40 anzutreiben. Die Umwälzpumpe 46 wird in einer Ausgestaltung als Stellglied einer Temperaturregelung verwendet und dazu von einem dazu programmierten Steuergerät angesteuert. Als Istwert für die Regelung kann zum Beispiel ein Innenwiderstandswert von wenigstens einer Halbleiterstrahlungsquelle 16 verwendet werden.
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Um den Scheinwerfer 12 nach einem Fahrzeugstillstand schnell wieder auf eine Betriebstemperatur zu bringen, weist eine Ausgestaltung eines Scheinwerfers, der einen inneren, hydraulisch abgeschlossenen Kühlkreislauf aufweist, zusätzlich eine elektrische Heizung auf, mit der die Kühlflüssigkeit des inneren Kühlkreislaufs schnell auf eine Betriebstemperatur des Scheinwerfers 12 bringen, bei der sich im Innenraum 28 eine Temperatur von 30°C bis 70°C einstellt.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem rechten Scheinwerfer und einem linken Scheinwerfer sind in einer Ausgestaltung beide Kühlkreisläufe mit jeweils einem inneren Kühlkreislauf ausgestattet. Bevorzugt sind dann beide inneren Kühlkreisläufe mit Leitungen in Form von biegeschlaffen Schläuchen oder (formstabilen) Rohren hydraulisch zu einem erweiterten inneren Kühlkreislauf miteinander verbunden. Für einen solchen erweiterten inneren Kühlkreislauf ist nur eine Umwälzpumpe 46 und nur eine optional vorhandene elektrische Heizung erforderlich.
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Bei einer Leitungslänge der Schläuche und/oder Rohre von ca. 4 m und einem Schlauchinnendurchmesser von 10 mm sind ca. 0,5 Liter Kühlflüssigkeit im erweiterten inneren Kühlkreislauf, so dass die zur Erwärmung der Kühlflüssigkeit erforderliche Energie sehr begrenzt ist. Außerdem heizen die Halbleiterstrahlungsquellen selbst den inneren, bzw. den erweiterten inneren Kühlkreislauf auch sehr schnell auf, so dass die für eine Enteisung und Enttauung der Abdeckscheibe erforderliche Betriebstemperatur in wenigen Sekunden bis wenigen Minuten erreicht ist.
