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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Kühlkörper mit an einer Rückseite des Kühlkörpers ausgebildeten Kühlrippen zur Abführung von Wärme, wobei an einer Vorderseite des Kühlkörpers eine Leiterkarte mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle zur Abgabe von Licht in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung angeordnet ist, und wobei eine Optikhalterung zur Aufnahme eines optischen Bauteils vorgesehen ist, in das das Licht der Halbleiterlichtquelle einstrahlbar ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lichtmodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
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STAND DER TECHNIK
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Zur Abführung von Betriebswärme von Beleuchtungseinrichtungen und Lichtmodulen für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik aktive und passive Kühlvorrichtungen bekannt. Insbesondere bei einem Betrieb von Halbleiterlichtquellen in Lichtmodulen für Kraftfahrzeugscheinwerfer entsteht im Bereich der Halbleiterlichtquelle viel Wärme auf geringem Raum. Diese Wärme muss abgeführt werden, um einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer des Lichtmoduls mit der Halbleiterlichtquelle zu gewährleisten. Gleichwohl besteht der Bedarf, Lichtmodule kostengünstig bereitzustellen und mit geringen Abmessungen zu realisieren, sodass der Kühlkörper des Lichtmoduls trotz notwendiger Entwärmung der Halbleiterlichtquelle möglichst klein ausfallen sollte.
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In der
DE 10 2010 045 435 A1 ist ein Projektionsscheinwerfer offenbart. Eine Vorderseite eines Kühlkörpers weist eine Flachseite auf, an der ein Lichtquellenträger (LED-Schaltungsträger) montiert ist. Der Lichtquellenträger ist eben und starr ausgebildet und bildet eine Leiterplatte zur Aufnahme von LED-Lichtquellen. An einer Rückseite des Kühlkörpers sind Kühlrippen zur Abführung von Wärme ausgebildet.
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Ein Verstellrahmen mit einem Linsenhalter ist mit dem Kühlkörper an Befestigungspunkten durch Verschraubung reversibel verbunden.
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Die
DE 10 2014 109 115 A1 offenbart ein Lichtmodul einer Beleuchtungsvorrichtung. Offenbarungsgemäß dient ein Kühlkörper als Träger für eine Substrat an dem eine Lichtquelle positioniert ist. Das Lichtmodul weist einen Linsenhalter sowie eine in einem Abstand in Hauptabstrahlrichtung angeordnete Linse auf. Der Linsenhalter ist an dem Kühlkörper befestigt.
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Ein Nachteil solcher Kühlkörper ist, dass die Kühlleistung durch die Größe des Kühlkörpers und der Kühlrippen beschränkt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges dahingehend zu verbessern, dass bei einer kompakten Abmessung eine hohe Kühlleistung gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kühlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Optikhalterung thermisch leitend an dem Kühlkörper angeordnet und aus Metall ausgebildet ist.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass die Optikhalterung zur Abführung von Wärme zusätzlich zum eigentlichen Kühlkörper genutzt werden kann. Somit wird bei gleichem Raumbedarf zusätzliche Fläche zur Abführung von Wärme bereitgestellt und eine Kühlleistung wird erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich die Optikhalterung ausgehend von dem Kühlkörper in Richtung der Hauptabstrahlrichtung über der Vorderseite des Kühlkörpers. Die Optikhalterung kann sich insbesondere auch ausgehend von dem Kühlkörper in einer abgewinkelten Richtung zur Hauptabstrahlrichtung erstrecken. Dadurch wird ungenutzter Raum vor der Vorderseite des Kühlkörpers genutzt und ein kompaktes Lichtmodul bereitgestellt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Optikhalterung an der Vorderseite des Kühlkörpers befestigt ist. Insbesondere kann die Optikhalterung auf der Vorderseite angeschraubt oder angenietet sein. Bei einer Anbringung an der Vorderseite ist eine Montage der Optikhalterung besonders einfach. Eine Anbringung mittels Schraubverbindung ermöglicht dabei einen einfachen Austausch. Eine Anbringung mittels Nietverbindung ist besonders zuverlässig.
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Mit einem Vorteil ist die Optikhalterung im zur Anordnung der Leiterkarte benachbarten Bereich an der Vorderseite des Kühlkörpers thermisch leitend befestigt und die Leiterkarte mit der Halbleiterlichtquelle wenigstens teilweise überspannt. Durch die Anordnung im benachbarten Bereich der Leiterkarte, insbesondere innerhalb von 30mm, kann besonders viel Wärme von der erwärmten Halbleiterlichtquelle über die Optikhalterung abgeführt werden. Dadurch wird eine Kühlleistung erhöht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Optikhalterung wenigstens einen Fuß, der wärmeübertragend mit dem Kühlkörper verbunden ist. Der Fuß liegt dabei flächig auf dem Kühlkörper auf. Vorteilhafterweise kann zwischen der Optikhalterung und dem Kühlkörper und insbesondere zwischen dem Fuß und dem Kühlkörper eine Wärmeleitpaste eingebracht sein. Durch den flächig auf dem Kühlkörper aufliegenden Fuß und die Wärmeleitpaste wird eine Wärmeableitung verbessert.
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Mit weiterem Vorteil weist die Optikhalterung zumindest einen Trägerarm auf, an dem eine Optikaufnahme zur Aufnahme des optischen Bauteils angeordnet ist und der endseitig den Fuß aufweist. Synergetisch werden dadurch mehrere Funktionen in einem Bauteil vereint und eine besonders kostengünstige Lösung für ein Lichtmodul erzielt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Trägerarme an diametral gegenüberliegenden Seiten der Optikaufnahme ausgebildet und an gegenüberliegenden Seiten der Leiterkarte mit den endseitigen Füßen am Kühlkörper angeordnet. Dadurch wird eine besonders stabile und zuverlässige Halterung einer optischen Linse oder eines sonstigen optischen Bauteiles gewährleistet. Insbesondere können die Trägerarme in einem Bereich nahe des Außenumfanges und distanziert von der Leiterkarte mit der Wärmequelle angeordnet sein. Durch die Anordnung der Trägerarme in einem peripheren Bereich des Kühlkörpers, im Bereich des Außenumfanges des Kühlkörpers, können wärmebedingte Verformungen der Optikhalterung vermieden und somit eine vorbestimmte Lichtverteilung und Hell-Dunkel-Grenze gewährleistet werden.
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Mit weiterem Vorteil sind drei oder mehr Trägerarme mit unterschiedlicher Orientierung an der Optikhalterung ausgebildet. Dadurch wird eine besonders stabile Optikhalterung und effiziente Raumnutzung gewährleistet.
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Mit Vorteil sind die Optikaufnahme und die Trägerarme mit den endseitigen Füßen aus einem einteiligen Metallbauteil oder mehrteiligen Metallbauteil zur Bildung der Optikhalterung ausgebildet. Insbesondere ist die Optikhalterung aus Blech ausgebildet. Eine solche einteilige Optikaufnahme ist besonders einfach in der Handhabung und kostengünstig herzustellen. Weiterhin ist eine gute Wärmeableitung gewährleistet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Kühlkörper eine Grundplatte aus einem metallischen Material auf. An der Rückseite der Grundplatte sind Kühlrippen aus metallischem Material angeordnet oder einteilig angeformt. Insbesondere ist das metallische Material ein Flachmaterial. Mit weiterem Vorteil ist die Optikhalterung dabei auf der Vorderseite der Grundplatte angeordnet. Dadurch wird ein kostengünstiges kompaktes Lichtmodul mit einer effektiven Kühlung bereitgestellt.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 in einer Perspektivansicht ein Lichtmodul mit einem Kühlkörper, einer Leiterkarte und einer Optikhalterung,
- 2 in einer Schnittdarstellung entlang Schnittlinie A-A in einer Seitenansicht das Lichtmodul mit dem Kühlkörper, der Leiterkarte und der Optikhalterung,
- 3 in einer isolierten Perspektivansicht die Optikhalterung mit zwei Trägerarmen, zwei Füßen und einer Optikaufnahme.
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1 zeigt in einer Perspektivansicht ein Lichtmodul 100 mit einem aus Aluminium gefertigten Kühlkörper 10. Der Kühlkörper 10 ist aus einer Grundplatte 11 und daran angeordneten Kühlrippen 19 gebildet. Eine Leiterkarte 12 mit Halbleiterlichtquellen 16 ist auf eine ebene Vorderseite 14 der Grundplatte 11 des Kühlkörpers 10 aufgeklebt. Die Klebeverbindung ist thermisch leitend. Die Leiterkarte 12 umfasst mehrere Halbleiterlichtquellen 16 zur Abgabe von Licht in eine Hauptabstrahlrichtung H. Die Hauptabstrahlrichtung H verläuft quer zu der planen Ebene der Vorderseite 12 der Grundplatte 10. An einer Rückseite 18 der Grundplatte des Kühlkörpers 10 sind die Kühlrippen 19 ausgeformt. Eine Optikhalterung 20 ist an der Vorderseite 12 des Kühlkörpers 10 angeordnet und erstreckt sich von dem Kühlkörper 10 ausgehend in Richtung der Hauptabstrahlrichtung H. Dabei überspannt die Optikhalterung die Leiterkarte 12 mit den Halbleiterlichtquellen 16. Die Optikhalterung 20 ist einteilig aus Blech gefertigt und umfasst zwei Füße 22, zwei Trägerteile 24 sowie eine Optikaufnahme 26 zur Aufnahme einer optischen Linse. Die Füße 22 liegen flächig auf der der Vorderseite 14 der Grundplatte 11 auf und sind an der Grundplatte 11 angenietet. Die Füße 22 liegen im Bereich eines Außenumfanges der Grundplatte 11 an. Von den Füßen 22 ausgehend erstrecken sich die Trägerteile 24 im wesentlichen quer zu der planen Ebene der Grundplatte 11 und parallel zu der Hauptabstrahlrichtung H von der Grundplatte 11 weg. Die Optikaufnahme 26 schließt an den, von der Grundplatte 11 abgelegenen, Enden der Trägerteile 24 an. Die blecherne Optikaufnahme 26 ist aus einem umlaufenden Rahmen mit kreisabschnittsförmigen Schenkeln und zwei geraden Abschnitten gebildet. Eine Öffnung der Optikaufnahme 26 liegt in Hauptabstrahlrichtung H zentral und beabstandet vor den Halbleiterlichtquellen 16. Im Leuchtbetrieb sind die Halbleiterlichtquellen Wärmequellen. Dabei wird Wärme von den Halbleiterlichtquellen 16 in die Grundplatte 11, die Kühlrippen 19 sowie in die Optikhalterung 20 geleitet und abgeführt. Dabei entsteht ein Wärmefluss von dem Grundplatte 11 über die Füße 22 in die Trägerteile 24. Die Temperaturverteilung in dem Trägerteil 24 ist dabei derart gleichmäßig, dass eine wärmebedingte Verformung verhindert wird. Ein Wärmegradient in dem Trägerteil 24 liegt nur in Richtung der Hauptabstrahlrichtung H vor. Somit verbleibt die Optikaufnahme 26 auch bei einer Erwärmung der Optikhalterung 20 zentral und ohne geänderte Ausrichtung über der Halbleiterlichtquelle 16 positioniert.
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2 zeigt das Lichtmodul 100 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1 in einer Seitenansicht in die Ebene der Grundplatte 11 des Kühlkörpers 10. An der Rückseite 18 der Grundplatte 11 sind die Kühlrippen 19 abstehend ausgebildet. Die Leiterkarte 12 mit den Halbleiterlichtquellen 16 ist auf der ebenen Vorderseite 12 der Grundplatte 11 aufgeklebt. Die Optikhalterung 20 ist mittels der Füße 22 mechanisch und wärmeleitend mit dem Kühlkörper 10 verbunden. Die Trägerteile 24 schließen sich an die Füße 22 an und erstrecken sich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung H und quer zu der planen Ebene der Grundplatte 11 von dieser weg. Die Optikaufnahme 26 verbindet die beiden Trägerteil 24 an den von dem Kühlkörper 10 abgelegenen Ende. Die Optikhalterung 20 ist relativ zu der Leiterkarte 12 äquidistant angeordnet. Somit ergibt sich bei der Wärmeableitung von den Halbleiterlichtquellen 16 eine gleichmäßige Wärmeverteilung, sodass es zwar zu temperaturbedingter Expansion und Kontraktion, nicht jedoch zu einer Verformung oder Verzug in den Komponenten der Optikhalterung 20 kommt.
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3 zeigt die aus Blech gestanzte und geformte Optikhalterung 20 in einer perspektivischen Einzelansicht. Von dem Trägerteil 24 sind einerends der Fuß 22 und anderenends die Optikaufnahme 26 abgebogen. Der Fuß 22 weist zwei Löcher 28 zum Anschrauben an den Kühlkörper auf. Das Trägerteil 24 weist Öffnungen 30, sowie eine Zunge 32 zur Verbindung mit weiteren Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung auf. Das Trägerteil 24 weist entlang seiner Erstreckung Rinnen 34 zur strukturellen Verstärkung und Verbesserung der Wärmeabfuhr auf. Zur formschlüssigen Halterung einer Linse sind and dem Rahmen der Optikaufnahme 26 vier Laschen 36 aus Blech ausgeformt. Die Laschen 36 können über eine, in die Optikaufnahme 26, eingesetzte optische Linse gebogen werden.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumlichen Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich, als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lichtmodul
- 10
- Kühlkörper
- 11
- Grundplatte
- 12
- Leiterkarte
- 14
- Vorderseite
- 16
- Halbleiterlichtquelle
- 18
- Rückseite
- 19
- Kühlrippe
- 20
- Optikhalterung
- 22
- Fuß
- 24
- Trägerteil
- 26
- Optikaufnahme
- 28
- Löcher
- 30
- Öffnung
- 32
- Zunge
- 34
- Rinne
- 36
- Lasche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010045435 A1 [0004]
- DE 102014109115 A1 [0006]
