DE102019124583B4 - Light module with heat exchange device with closed-cell metal foam - Google Patents

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Abstract

Lichtmodul (20) mit einer Wärmeaustauschvorrichtung (19) zum Kühlen mindestens einer Halbleiterlichtquelle (5), wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (19) mindestens eine Metallplatte (1) mit einer Oberseite (4) und einer Unterseite (7) umfasst und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (5) an der Oberseite (4) so angeordnet ist, dass sie sich in direktem thermischen Kontakt mit der Metallplatte (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite (7) ein geschlossenporiger, mit der Metallplatte (1) metallurgisch verbundener Metallschaum (2) angeordnet ist.Light module (20) with a heat exchange device (19) for cooling at least one semiconductor light source (5), wherein the heat exchange device (19) comprises at least one metal plate (1) with an upper side (4) and a lower side (7) and the at least one semiconductor light source ( 5) is arranged on the upper side (4) in such a way that it is in direct thermal contact with the metal plate (1), characterized in that on the underside (7) a closed-cell metal foam ( 2) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul mit einer Wärmeaustauschvorrichtung zum Kühlen mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Die Erfindung betrifft zudem einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug.The present invention relates to a light module with a heat exchange device for cooling at least one semiconductor light source. The invention also relates to a headlight for a vehicle and a vehicle.

Im Zusammenhang mit Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge besteht aktuell die Tendenz, Halogenscheinwerfer durch Lichtmodule zu ersetzen, wobei in dem Scheinwerfer reflektiertes LED-Licht zur Beleuchtung verwendet wird. Lichtmodule weisen häufig höhere Kosten und größeres Gewicht auf als Halogenscheinwerfer, sind aber deutlich energieeffizienter. Deshalb ist Kosten- und Gewichtsoptimierung im Zuge des LED-Einsatzes von enormer Bedeutung. Der entscheidende Kosten- und Gewichtsanteil im Zusammenhang mit einem Lichtmodul wird dabei durch das erforderliche Lichtmodul verursacht, welches typischerweise mindestens eine Wärmeaustauschvorrichtung, Leiterplatten und eine Anzahl LEDs umfasst. Dabei fällt der Hauptgewichtsanteil des Lichtmoduls auf die Wärmeaustauschvorrichtung. Typ und verwendetes Material für die Wärmeaustauschvorrichtung sind hierbei die treibenden Gewichtsfaktoren.In connection with headlights for motor vehicles, there is currently a tendency to replace halogen headlights with light modules, LED light reflected in the headlight being used for illumination. Light modules are often more costly and heavier than halogen headlights, but are significantly more energy-efficient. Therefore, cost and weight optimization in the course of the use of LEDs is of enormous importance. The decisive cost and weight share in connection with a light module is caused by the required light module, which typically comprises at least one heat exchange device, circuit boards and a number of LEDs. The main part of the weight of the light module falls on the heat exchange device. The type and material used for the heat exchange device are the driving weight factors.

Wärmeaustauschvorrichtungen, welche einen Metallschaum umfassen, sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2004 025 640 A1 , US 2014/0145107 A1 , US 6 761 211 B2 und US 9 103 605 B2 beschrieben. In dem Dokument DE 10 2015 118 787 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum-Verbundkörpern beschrieben.Heat exchange devices comprising a metal foam are for example in the documents DE 10 2004 025 640 A1 , US 2014/0145107 A1 , US 6,761,211 B2 and US 9 103 605 B2 described. In the document DE 10 2015 118 787 A1 a process for the production of metal foam composite bodies is described.

In dem Dokument DE 10 2004 025 640 A1 wird ein Wärmetauscher für ein Leuchtmittel, insbesondere Leuchtdioden für einen Scheinwerfer, beschrieben, wobei im Innenraum des Wärmetauschers offenporige Metallschäume angeordnet sein können (siehe Absätze [0025] und [0026]). Der offenporige Metallschaum nimmt eingeleitete Wärme auf und gibt diese über die große Gesamtoberfläche der inneren Metallstruktur an ein die Metallstruktur durchströmendes Kühlmedium ab (siehe Absatz [0026] und 5).In the document DE 10 2004 025 640 A1 describes a heat exchanger for a lamp, in particular light-emitting diodes for a headlight, it being possible for open-pore metal foams to be arranged in the interior of the heat exchanger (see paragraphs [0025] and [0026]). The open-pore metal foam absorbs introduced heat and transfers it over the large total surface of the inner metal structure to a cooling medium flowing through the metal structure (see paragraphs [0026] and 5 ).

Vor dem oben beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Lichtmodul mit einer Wärmeaustauschvorrichtung zum Kühlen mindestens einer Halbleiterlichtquelle zur Verfügung zu stellen, welches insbesondere eine verbesserte Gewichts- und Kosteneffizienz aufweist.Against the background described above, the object of the present invention is to provide an improved light module with a heat exchange device for cooling at least one semiconductor light source, which in particular has improved weight and cost efficiency.

Diese Aufgabe wird durch ein Lichtmodul gemäß Patentanspruch 1, einen Scheinwerfer gemäß Patentanspruch 8 und ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by a light module according to claim 1, a headlight according to claim 8 and a vehicle according to claim 10. The dependent claims contain further advantageous embodiments of the invention.

Das erfindungsgemäße Lichtmodul umfasst eine Wärmeaustauschvorrichtung zum Kühlen mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Die Wärmeaustauschvorrichtung umfasst mindestens eine Metallplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite. An der Unterseite der Metallplatte ist ein geschlossenporiger Metallschaum angeordnet, welcher mit der Metallplatte metallurgisch verbunden ist. Der Metallschaum und die Metallplatte sind also mit anderen Worten einstückig ausgestaltet und durch ein metallverarbeitendes Verfahren miteinander verbunden. Geschlossenporig bedeutet dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass im Inneren des Metallschaums angeordnete Poren in sich geschlossen sind, also strömungstechnisch nicht miteinander in Verbindung stehen. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ist an der Oberseite so angeordnet, dass sie sich in direktem thermischen Kontakt mit der Metallplatte befindet.The light module according to the invention comprises a heat exchange device for cooling at least one semiconductor light source. The heat exchange device comprises at least one metal plate with a top and a bottom. A closed-cell metal foam, which is metallurgically bonded to the metal plate, is arranged on the underside of the metal plate. In other words, the metal foam and the metal plate are designed in one piece and are connected to one another by a metalworking process. In connection with the present invention, closed-pore means that pores arranged in the interior of the metal foam are closed in themselves, that is to say are not connected to one another in terms of flow. The at least one semiconductor light source is arranged on the upper side in such a way that it is in direct thermal contact with the metal plate.

Das erfindungsgemäße Lichtmodul hat den Vorteil, dass es ein geringeres Gewicht aufweist, als bisher übliche Lichtmodule. Weiterhin ist insbesondere durch die geschlossenporige Ausgestaltung der Wärmeaustauschvorrichtung eine einfache und damit kostengünstige Herstellung möglich. Wärmeaustauschvorrichtungen mit Metallschaum, insbesondere zur Kühlung von Halbleiterlichtquellen, wie insbesondere von LEDs, werden bisher aufgrund der vergleichsweise hohen Herstellungskosten und Montagekosten im Zusammenhang mit Fahrzeugbeleuchtungen nicht angewendet. Üblicherweise werden Wärmeaustauschvorrichtungen zur Kühlung von Halbleiterlichtquellen mittels Druckguss oder durch Extrusion hergestellt oder es werden thermoplastische Wärmetauschvorrichtungen verwendet. Demgegenüber weist Metallschaum, insbesondere geschlossenporiger Metallschaum, eine sehr geringe Dichte und eine gute Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringeren Materialkosten und geringem Gewicht auf. Weiterhin ist aufgrund der geringen Herstellungskosten eine Anwendung im Zusammenhang mit in Massenproduktion herstellbaren Produkten leicht möglich.The light module according to the invention has the advantage that it has a lower weight than conventional light modules. Furthermore, the closed-pore design of the heat exchange device enables simple and thus inexpensive manufacture. Heat exchange devices with metal foam, in particular for cooling semiconductor light sources, such as LEDs in particular, have so far not been used due to the comparatively high production costs and assembly costs in connection with vehicle lighting. Heat exchange devices for cooling semiconductor light sources are usually produced by means of die casting or extrusion, or thermoplastic heat exchange devices are used. In contrast, metal foam, in particular closed-cell metal foam, has a very low density and good thermal conductivity with, at the same time, lower material costs and low weight. Furthermore, because of the low manufacturing costs, it can easily be used in connection with products that can be mass-produced.

Das Anbringen, insbesondere die Befestigung, der Halbleiterlichtquelle erfolgt vorzugsweise so, dass zwischen der Metallplatte und der Halbleiterlichtquelle Wärme übertragen werden kann. Die Metallplatte ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass an ihrer Oberseite mindestens eine Halbleiterlichtquelle und/oder mindestens eine Leiterplatte und/oder mindestens ein Reflektorelement und/oder mindestens eine Linse befestigt werden kann. Dazu kann insbesondere an der Oberseite der Metallplatte eine Vorrichtung zur Befestigung mindestens eines der genannten Bauelemente angeordnet sein.The attachment, in particular the fastening, of the semiconductor light source is preferably carried out in such a way that heat can be transferred between the metal plate and the semiconductor light source. The metal plate is preferably designed such that at least one semiconductor light source and / or at least one circuit board and / or at least one reflector element and / or at least one lens can be attached to its top side. For this purpose, a device for fastening at least one of the components mentioned can be arranged in particular on the upper side of the metal plate.

In einer weiteren Variante umfasst die Metallplatte und/oder der Metallschaum Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Metallplatte und/oder der Metallschaum Titan und/oder eine Titanlegierung umfassen Die Verwendung der genannten Metalle hat den Vorteil, dass bei ihrer Verwendung die Wärmeaustauschvorrichtung ein geringes Gewicht bei einer gleichzeitig hohen Wärmeleitfähigkeit aufweist.In a further variant, the metal plate and / or the metal foam comprises aluminum and / or an aluminum alloy. Additionally or alternatively, the metal plate and / or the metal foam can comprise titanium and / or a titanium alloy. The use of the metals mentioned has the advantage that, when they are used, the heat exchange device has a low weight with high thermal conductivity at the same time.

Weiterhin kann der Metallschaum eine Anzahl an Aussparungen bzw. Vertiefungen umfassen. Vorzugsweise umfasst der Metallschaum eine der Metallplatte abgewandte Seite, wobei eine Anzahl an Aussparungen bevorzugt an der der Metallplatte abgewandten Seite angeordnet ist. Der Metallschaum kann zudem eine der Metallplatte zugewandte Seite umfassen, wobei die der Metallplatte zugewandte Seite des Metallschaums mit der Metallplatte metallurgisch verbunden ist.Furthermore, the metal foam can comprise a number of recesses or depressions. The metal foam preferably comprises a side facing away from the metal plate, a number of cutouts preferably being arranged on the side facing away from the metal plate. The metal foam can also comprise a side facing the metal plate, the side of the metal foam facing the metal plate being metallurgically bonded to the metal plate.

Die Aussparungen bzw. Vertiefungen in dem Metallschaum haben den Vorteil, dass dadurch der Wärmeaustausch zwischen dem Metallschaum und der Umgebung verbessert wird, Wärme also zusätzlich zur Wärmeleitung durch Konvektion bzw. Wärmeströmung von der Wärmeaustauschvorrichtung abgeführt werden kann.The recesses or depressions in the metal foam have the advantage that the heat exchange between the metal foam and the environment is improved, so heat can be removed from the heat exchange device in addition to heat conduction by convection or heat flow.

In einer weiteren Variante umfasst die Oberseite der Metallplatte eine Oberfläche mit einer Oberflächennormale. Dabei ragt die Metallplatte vorzugsweise in mindestens einer Richtung senkrecht zu der Oberflächennormale über den Metallschaum hinaus. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sowohl die Oberseite, als auch der über den Metallschaum hinausragende Teil der Unterseite der Metallplatte für eine Montage der Wärmeaustauschvorrichtung zur Verfügung steht.In a further variant, the upper side of the metal plate comprises a surface with a surface normal. The metal plate preferably protrudes beyond the metal foam in at least one direction perpendicular to the normal to the surface. Such a configuration has the advantage that both the top side and the part of the bottom side of the metal plate protruding beyond the metal foam are available for mounting the heat exchange device.

Weiterhin kann auf der Oberseite der Metallplatte mindestens ein Reflektorelement und/oder mindestens eine Linse angeordnet, vorzugsweise befestigt, sein. Dabei kann das Reflektorelement und/oder die Linse die mindestens eine Halbleiterlichtquelle überragen. Unter einem Reflektorelement wird dabei ein Licht- und/oder ein Wärmestrahlung reflektierendes Bauteil, z.B. eine Metallplatte verstanden. Das Reflektorelement kann zu der mindestens einen Halbleiterlichtquelle hin konkav gekrümmt ausgestaltet sein. Mittels des Reflektorelements oder einer Linse kann beispielsweise, das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahlte Licht reflektiert oder gebündelt werden. Gleichzeitig kann mittels des Reflektorelements oder der Linse Wärmestrahlung von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle weg emittiert werden.Furthermore, at least one reflector element and / or at least one lens can be arranged, preferably fastened, on the upper side of the metal plate. The reflector element and / or the lens can project beyond the at least one semiconductor light source. A reflector element is understood to mean a component that reflects light and / or heat radiation, e.g. a metal plate. The reflector element can be designed so as to be concave towards the at least one semiconductor light source. By means of the reflector element or a lens, for example, the light emitted by the at least one semiconductor light source can be reflected or bundled. At the same time, thermal radiation can be emitted away from the at least one semiconductor light source by means of the reflector element or the lens.

In einer weiteren Variante kann an der von der ersten Metallplatte abgewandten Seite des Metallschaums eine zweite Metallplatte angeordnet sein. Dabei ist die zweite Metallplatte vorzugsweise ebenso wie die erste Metallplatte mit dem Metallschaum metallurgisch verbunden. Es wird auf diese Weise somit eine Sandwichanordnung realisiert. Die Ausgestaltung mit mindestens zwei Metallplatten, welche den Metallschaum von mindestens zwei Seiten umschließen bzw. umgrenzen, hat den Vorteil, dass die Montage der Wärmeaustauschvorrichtung vereinfacht wird, da insbesondere zwei Metallplatten zur Befestigung sowohl von zu kühlenden Bauelementen, als auch zur Befestigung der Wärmeaustauschvorrichtung in oder an einem weiteren Bauteil zur Verfügung stehen.In a further variant, a second metal plate can be arranged on the side of the metal foam facing away from the first metal plate. The second metal plate, like the first metal plate, is preferably metallurgically connected to the metal foam. A sandwich arrangement is thus realized in this way. The design with at least two metal plates, which enclose or delimit the metal foam from at least two sides, has the advantage that the assembly of the heat exchange device is simplified, since in particular two metal plates for fastening both components to be cooled and for fastening the heat exchange device in or are available on another component.

Das erfindungsgemäße Lichtmodul kann unter anderem für Straßenbeleuchtung, mobile Lampen jeglicher Art oder Scheinwerfer verwendet werden.The light module according to the invention can be used for street lighting, mobile lamps of any kind or headlights, among other things.

Der erfindungsgemäße Scheinwerfer für ein Fahrzeug, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, umfasst mindestens ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Lichtmodul. Vorzugsweise ist mindestens eine LED und/oder mindestens eine Leiterplatte auf mindestens einer Metallplatte der Wärmeaustauschvorrichtung angeordnet, vorzugsweise befestigt. Bei dem Scheinwerfer kann es sich zum Beispiel um einen Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug handeln. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer hat die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul bereits beschriebenen Merkmale und Vorteile.The headlight according to the invention for a vehicle, for example for a motor vehicle, comprises at least one previously described light module according to the invention. At least one LED and / or at least one printed circuit board is preferably arranged, preferably fastened, on at least one metal plate of the heat exchange device. The headlight can be, for example, a headlight for a motor vehicle. The headlight according to the invention has the features and advantages already described in connection with the light module according to the invention.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst mindestens einen zuvor beschriebenen Scheinwerfer. Es hat die bereits genannten Vorteile. Bei dem Fahrzeug kann es sich zum Beispiel um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Motorrad, ein Moped, einen Bus oder Kleinbus, oder ein Schiff handeln.The vehicle according to the invention comprises at least one previously described headlight. It has the advantages already mentioned. The vehicle can be, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car, a truck, a motorcycle, a moped, a bus or minibus, or a ship.

Die Wärmeaustauschvorrichtung kann mittels eines pulvermetallurigschen Verfahrens wie folgt hergestellt werden. Ein Metallpulver und ein Hydrid werden auf mindestens eine Metallplatte aufgebracht. Die mindestens eine Metallplatte mit dem darauf angeordneten Metallpulver und dem Hydrid wird bis zu mindestens einer festgelegten Temperatur erhitzt, beispielsweise in einem Hochofen. Dabei ist die Temperatur so festgelegt, dass bei ihr das Metallpulver und das Hydrid miteinander reagieren und aufschäumen bzw. einen Schaum bilden und der Schaum eine metallurgische Verbindung mit der mindestens einen Metallplatte bildet. Erfindungsgemäß wird also eine direkte, metallurgische Verbindung zwischen der mindestens einen Metallplatte und dem geschlossenen Schaum durch hohe Temperatur gebildet. Das Metallpulver und das Hydrid können auch zwischen mindestens zwei Metallplatten angeordnet werden.The heat exchange device can be manufactured by means of a powder metallurgy process as follows. A metal powder and a hydride are applied to at least one metal plate. The at least one metal plate with the metal powder and the hydride arranged thereon is heated to at least one specified temperature, for example in a blast furnace. The temperature is set such that the metal powder and the hydride react with one another and foam or form a foam and the foam forms a metallurgical bond with the at least one metal plate. According to the invention, a direct, metallurgical connection between the at least one metal plate and the closed foam is thus formed by high temperature. The metal powder and the hydride can also be arranged between at least two metal plates.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Unterseite bzw. die von der mindestens einen, beispielsweise einer ersten Metallplatte abgewandten Seite des Metallschaums mittels einer Matrix bzw. Negativform strukturiert werden. Es kann also mit anderen Worten mittels einer Matrix oder Negativform eine Anzahl an Vertiefungen in der Unterseite bzw. der einer Metallplatte abgewandten Seite des Metallschaums erzeugt werden. In einer weiteren Variante können mittels geeigneter Formen auch Durchgangsöffnungen in dem Metallschaum erzeugt werden. Dies hat insbesondere im Zusammenhang mit einer Sandwichkonstruktion den Vorteil, dass eine Wärmeströmung durch den Metallschaum bei gleichzeitig geschlossenporiger Ausgestaltung ermöglicht wird. Als Matrix kann beispielsweise eine Graphitmatrix verwendet werden.Additionally or alternatively, the underside or the side of the metal foam facing away from the at least one, for example a first metal plate, can be structured by means of a matrix or negative mold. In other words, a number of depressions can be produced in the underside or on the side of the metal foam facing away from a metal plate by means of a matrix or negative mold. In a further variant, through openings can also be produced in the metal foam by means of suitable shapes. This has the advantage, in particular in connection with a sandwich construction, that a heat flow through the metal foam with a closed-cell design is made possible at the same time. A graphite matrix, for example, can be used as the matrix.

Das verwendete Metallpulver kann Aluminium und/oder Titan und/oder eine Aluminiumlegierung und/oder eine Titanlegierung umfassen. Als Hydrid kann zum Beispiel Titandihydrid verwendet werden.The metal powder used can comprise aluminum and / or titanium and / or an aluminum alloy and / or a titanium alloy. Titanium dihydride, for example, can be used as the hydride.

Geschlossenporiger Metallschaum kann nach dem bevorzugten pulvermetallurgischen Verfahren, beispielsweise als Sandwichkonstruktion, deutlich günstiger gefertigt werden als offene Metallschäume. Konventionell werden zur Herstellung von offenen Metallschäumen entweder Sintern oder das Ausgießen von vorgebildeten Kunststoff- oder Salzformen angewendet. Beide konventionell verwendeten Verfahrensgruppen weisen mehr Fertigungsschritte und höhere Kosten auf, als dies beim Metallschäumen gemäß dem beschriebenen Verfahren der Fall ist. Zudem werden im Gegensatz zu offenem Schaum kein nachträgliches Elektroplattieren, Kleben oder sonstige Fügetechniken benötigt.Closed-cell metal foam can be manufactured significantly more cheaply than open metal foams using the preferred powder-metallurgical process, for example as a sandwich construction. Conventionally, either sintering or the pouring of pre-formed plastic or salt molds are used to produce open metal foams. Both groups of methods used conventionally have more production steps and higher costs than is the case with metal foaming according to the method described. In addition, in contrast to open foam, no subsequent electroplating, gluing or other joining techniques are required.

Die Erfindung hat zusammenfassend folgende Vorteile: Die Anzahl der Verfahrensschritte zur Herstellung der Wärmeaustauschvorrichtung sind reduziert. Damit sind die Kosten zur Herstellung und gleichzeitig die Kosten für die Wärmaustauschvorrichtung und somit des Lichtmoduls reduziert. Weiterhin können zu kühlende Bauelemente, beispielsweise die mindestens eine Halbleiterlichtquelle und/oder mindestens eine Leiterplatte, unmittelbar auf mindestens einer der Metallplatten ohne weitere Bauelemente befestigt werden. Es wird also eine direkte und kostengünstige Befestigung von Reflektoren, Linsen und Halbleiterlichtquellen auf der Metallplatte der Wärmeaustauschvorrichtung möglich. Die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Metallschaum und der Metallplatte ist durch die direkte Verbindung, welche durch den pulvermetallurgischen Prozess zwischen dem Metallschaum und der Metallplatte erzeugt wird, verbessert. Weiterhin wird eine Gewichtsreduzierung ermöglicht. Die Wärmeleitfähigkeit kann zudem durch eine Anpassung der Dichte des Schaums und des verwendeten Materials an die jeweiligen Anforderungen der beabsichtigten Anwendung angepasst werden.In summary, the invention has the following advantages: The number of process steps for producing the heat exchange device are reduced. This reduces the production costs and, at the same time, the costs of the heat exchange device and thus of the light module. Furthermore, components to be cooled, for example the at least one semiconductor light source and / or at least one printed circuit board, can be fastened directly to at least one of the metal plates without further components. A direct and inexpensive fastening of reflectors, lenses and semiconductor light sources on the metal plate of the heat exchange device is thus possible. The thermal conductivity between the metal foam and the metal plate is improved by the direct connection that is created between the metal foam and the metal plate through the powder metallurgical process. Furthermore, a weight reduction is made possible. The thermal conductivity can also be adapted to the respective requirements of the intended application by adjusting the density of the foam and the material used.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Although the invention is illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.The figures are not necessarily true to detail and true to scale and can be enlarged or reduced in order to provide a better overview. The functional details disclosed here are therefore not to be understood as restrictive, but merely as an illustrative basis which offers the person skilled in the art in this field of technology guidance in order to use the present invention in a wide variety of ways.

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elementen verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Wärmeaustauschvorrichtung in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht.
  • 2 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht.
  • 3 zeigt schematisch noch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht.
  • 4 zeigt schematisch noch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht.
  • 5 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht.
  • 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
The term "and / or" as used herein, when used in a series of two or more items, means that any of the listed items can be used alone, or any combination of two or more of the listed items can be used. For example, if a composition is described that it contains components A, B and / or C, the composition A alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or A, B, and C in combination.
  • 1 shows schematically a heat exchange device according to the invention in a perspective, partially sectioned view.
  • 2 shows schematically a further variant of a heat exchange device according to the invention in a perspective, partially sectioned view.
  • 3 shows schematically yet another variant of a heat exchange device according to the invention in a sectional view.
  • 4th shows schematically yet another variant of a heat exchange device according to the invention in a sectional view.
  • 5 shows schematically a further variant of a heat exchange device according to the invention in a sectional view.
  • 6th shows schematically a vehicle according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 20 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Ansicht. Das Lichtmodul 20 umfasst eine Wärmeaustauschvorrichtung 19 und mindestens eine Halbleiterlichtquelle 5, zum Beispiel eine LED. Die Wärmeaustauschvorrichtung 19 umfasst eine erste Metallplatte 1, welche direkt, insbesondere metallurgisch mit einem geschlossenporigen Metallschaum 2 verbunden ist. Die direkte, insbesondere metallurgische Verbindung wird bevorzugt über ein pulvermetallurgisches Verfahren erzeugt. Auf diese Weise wird eine einstückige Wärmeaustauschvorrichtung aus Metallplatte 1 und Metallschaum 2 erzeugt. Die Metallplatte 1 weist eine Oberseite 4 mit einer Oberflächennormale 14 auf. An der Unterseite 7 der Metallplatte 1 ist der Metallschaum 2 angeordnet. Auf der Oberseite 4 der Metallplatte 1 sind in der gezeigten Variante eine Halbleiterlichtquelle 5 und eine Leiterplatte 6 angeordnet. Die Halbleiterlichtquelle 5 soll durch die Wärmeaustauschvorrichtung 19 gekühlt werden. Es können prinzipiell auch andere oder mehrere Bauelemente bzw. zu kühlende Bauelemente auf der Oberseite 4 angeordnet, insbesondere befestigt sein bzw. werden.the 1 shows schematically a light module according to the invention 20th in a perspective, partially sectioned view. The light module 20th comprises a heat exchange device 19th and at least one semiconductor light source 5 , for example an LED. The heat exchange device 19th comprises a first metal plate 1 which directly, in particular metallurgically, with a closed-cell metal foam 2 connected is. The direct, in particular metallurgical, connection is preferably produced via a powder metallurgical process. In this way, a one-piece heat exchange device is made of metal plate 1 and metal foam 2 generated. The metal plate 1 has a top 4th with a surface normal 14th on. On the bottom 7th the metal plate 1 is the metal foam 2 arranged. On the top 4th the metal plate 1 are a semiconductor light source in the variant shown 5 and a circuit board 6th arranged. The semiconductor light source 5 should through the heat exchange device 19th be cooled. In principle, there can also be other or more components or components to be cooled on the upper side 4th arranged, in particular fastened or will be.

In der gezeigten Variante weist der Metallschaum 2 eine der Metallplatte 1 zugewandte Seite 17 auf, an welcher der Metallschaum 2 mit der Metallplatte 1 metallurgisch verbunden ist, und eine der Metallplatte 1 abgewandte Seite 16 auf. An der der Metallplatte 1 abgewandten Seite 16 sind Vertiefungen 3 bzw. Aussparungen angeordnet, welche die Konvektion und damit insgesamt die Wärmeabfuhr durch die Wärmeaustauschvorrichtung 19 verbessern.In the variant shown, the metal foam 2 one of the metal plate 1 facing side 17th on which the metal foam 2 with the metal plate 1 is metallurgically bonded, and one of the metal plate 1 remote side 16 on. On the metal plate 1 remote side 16 are depressions 3 or recesses arranged, which the convection and thus overall the heat dissipation through the heat exchange device 19th improve.

In der in der 2 gezeigten Variante überragt die Metallplatte 1 den Metallschaum 2 teilweise in einer Richtung 15 senkrecht zur Oberflächennormale 14. Dadurch wird eine verbesserte Montagefähigkeit des Lichtmoduls 20, insbesondere der Wärmeaustauschvorrichtung 19, erzielt. Weiterhin ist bei der in der 2 gezeigten Variante auf der Oberseite 14 ein Reflektorelement 9 befestigt, beispielsweise mittels Befestigungselementen 10, insbesondere Schrauben oder Nieten. Das Reflektorelement 9 überragt die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 5 und die Leiterplatte 6 zumindest teilweise. Dabei ist das Reflektorelement 9 konkav in Richtung der Halbleiterlichtquelle 5 gekrümmt. Auf diese Weise kann das durch die Halbleiterlichtquelle 5 abgestrahlte Licht insbesondere im Zusammenhang mit einer Scheinwerferanwendung reflektiert werden. Gleichzeitig kann das Reflektorelement 9 zur Kühlung der Halbleiterlichtquelle 5 beitragen.In the in the 2 The variant shown protrudes beyond the metal plate 1 the metal foam 2 partly in one direction 15th perpendicular to the surface normal 14th . This improves the ease of assembly of the light module 20th , especially the heat exchange device 19th , scored. Furthermore, in the 2 shown variant on the top 14th a reflector element 9 attached, for example by means of fasteners 10 , especially screws or rivets. The reflector element 9 projects beyond the at least one semiconductor light source 5 and the circuit board 6th at least partially. Here is the reflector element 9 concave in the direction of the semiconductor light source 5 curved. In this way, the semiconductor light source can do this 5 emitted light are reflected in particular in connection with a headlight application. At the same time, the reflector element 9 for cooling the semiconductor light source 5 contribute.

In der in der 3 gezeigten Variante ist abweichend von der in der 2 gezeigten Variante anstelle des Reflektorelements eine Linse 8 auf der ersten Metallplatte 1 angeordnet. Die Linse 8 überragt die mindestens eine Halbleiterlichtquelle 5 und die Leiterplatte 6 zumindest teilweise.In the in the 3 The variant shown differs from the one in the 2 shown variant instead of the reflector element a lens 8th on the first metal plate 1 arranged. The Lens 8th projects beyond the at least one semiconductor light source 5 and the circuit board 6th at least partially.

Die 4 und 5 zeigen weitere Varianten eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 20 in einer geschnittenen Ansicht. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Varianten ist eine zweite Metallplatte 11 an der der ersten Metallplatte 1 abgewandten Seite 16 des Metallschaums 2 angeordnet. Die zweite Metallplatte 11 ist ebenso wie die erste Metallplatte 1 direkt, insbesondere metallurgisch, mit dem Metallschaum 2 verbunden. Auf diese Weise wird eine Sandwichkonstruktion realisiert, welche vor allem verbesserte Montage und günstige Ver- bzw. Bearbeitungsmöglichkeiten aufweist. In der in der 5 gezeigten Variante sind Durchgangsöffnungen 12 in dem Metallschaum 2 vorgesehen, welche analog zu den Vertiefungen 3 in den oben beschriebenen Varianten eine Konvektion bzw. Wärmeströmung ermöglichen.the 4th and 5 show further variants of a light module according to the invention 20th in a sectioned view. In contrast to the variants described above, there is a second metal plate 11th at that of the first metal plate 1 remote side 16 of the metal foam 2 arranged. The second metal plate 11th is just like the first metal plate 1 directly, in particular metallurgically, with the metal foam 2 connected. In this way, a sandwich construction is realized which, above all, has improved assembly and favorable processing and processing options. In the in the 5 The variant shown are through openings 12th in the metal foam 2 provided, which is analogous to the wells 3 enable convection or heat flow in the variants described above.

Die 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 21, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, welches mindestens einen Scheinwerfer 22 aufweist, welcher mindestens ein im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschriebenes Lichtmodul 20 umfasst.the 6th shows a vehicle according to the invention 21 , for example a motor vehicle, which has at least one headlight 22nd has, which at least one in connection with the 1 until 5 described light module 20th includes.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
erste Metallplattefirst metal plate
22
MetallschaumMetal foam
33
VertiefungenIndentations
44th
OberseiteTop
55
HalbleiterlichtquelleSemiconductor light source
66th
LeiterplatteCircuit board
77th
Unterseitebottom
88th
Linselens
99
ReflektorelementReflector element
1010
BefestigungselementFastener
1111th
zweite Metallplattesecond metal plate
1212th
DurchgangsöffnungenThrough openings
1414th
OberflächennormaleSurface normals
1515th
Richtung senkrecht zur OberflächennormaleDirection perpendicular to the surface normal
1616
der Metallplatte abgewandte Seitethe side facing away from the metal plate
1717th
der Metallplatte zugewandte Seitethe side facing the metal plate
1919th
WärmeaustauschvorrichtungHeat exchange device
2020th
LichtmodulLight module
2121
Fahrzeugvehicle
2222nd
ScheinwerferHeadlights

Claims (10)

Lichtmodul (20) mit einer Wärmeaustauschvorrichtung (19) zum Kühlen mindestens einer Halbleiterlichtquelle (5), wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (19) mindestens eine Metallplatte (1) mit einer Oberseite (4) und einer Unterseite (7) umfasst und die mindestens eine Halbleiterlichtquelle (5) an der Oberseite (4) so angeordnet ist, dass sie sich in direktem thermischen Kontakt mit der Metallplatte (1) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite (7) ein geschlossenporiger, mit der Metallplatte (1) metallurgisch verbundener Metallschaum (2) angeordnet ist.Light module (20) with a heat exchange device (19) for cooling at least one semiconductor light source (5), wherein the heat exchange device (19) comprises at least one metal plate (1) with an upper side (4) and a lower side (7) and the at least one semiconductor light source ( 5) is arranged on the top (4) in such a way that it is in direct thermal contact with the metal plate (1), characterized in that a closed-pore metal foam ( 2) is arranged. Lichtmodul (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte (1) und/oder der Metallschaum (2) Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung und/oder Titan und/oder eine Titanlegierung umfasst.Light module (20) Claim 1 , characterized in that the metal plate (1) and / or the metal foam (2) comprises aluminum and / or an aluminum alloy and / or titanium and / or a titanium alloy. Lichtmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (2) eine Anzahl an Vertiefungen (3) umfasst.Light module (20) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the metal foam (2) comprises a number of depressions (3). Lichtmodul (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (2) eine der Metallplatte (1) abgewandte Seite (16) umfasst, wobei die Anzahl an Vertiefungen (3) an der der Metallplatte (1) abgewandten Seite (16) angeordnet ist.Light module (20) Claim 3 , characterized in that the metal foam (2) comprises a side (16) facing away from the metal plate (1), the number of depressions (3) being arranged on the side (16) facing away from the metal plate (1). Lichtmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (4) der Metallplatte (1) eine Oberfläche mit Oberflächennormale (14) umfasst und die Metallplatte (1) in mindestens einer Richtung (15) senkrecht zur Oberflächennormale (14) über den Metallschaum (2) hinaus ragt.Light module (20) according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the top (4) of the metal plate (1) comprises a surface with surface normal (14) and the metal plate (1) protrudes in at least one direction (15) perpendicular to the surface normal (14) beyond the metal foam (2) . Lichtmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite (4) der Metallplatte (1) mindestens ein Reflektorelement (9) und/oder mindestens eine Linse (8) angeordnet ist.Light module (20) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that at least one reflector element (9) and / or at least one lens (8) is arranged on the upper side (4) of the metal plate (1). Lichtmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Metallplatte (11) an der von der ersten Metallplatte (1) abgewandeten Seite (16) des Metallschaums (2) angeordnet ist.Light module (20) according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that a second metal plate (11) is arranged on the side (16) of the metal foam (2) facing away from the first metal plate (1). Scheinwerfer (22) für ein Fahrzeug (21), welcher ein Lichtmodul (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.Headlight (22) for a vehicle (21) which has a light module (20) according to one of the Claims 1 until 7th includes. Scheinwerfer (22) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterplatte (6) auf der Metallplatte (1) angeordnet ist.Headlight (22) Claim 8 , characterized in that at least one circuit board (6) is arranged on the metal plate (1). Fahrzeug (21), welches mindestens einen Scheinwerfer (22) nach Anspruch 8 oder 9 umfasst.Vehicle (21), which has at least one headlight (22) after Claim 8 or 9 includes.
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