DE10227720B4

DE10227720B4 - LED-Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10227720B4
Application number: DE10227720A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berlitz; Thomas Klierl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: DE10227720A1

Abstract

LED-Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, bei dem eine LED-Trägerplatine mit einem Kühlkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) direkt oder indirekt durch gezielte Zuleitung von Fahrtluft als Kühlluft über Luftführungskanäle gekühlt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen LED-Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, bei dem eine LED-Trägerplatine mit einem Kühlkörper verbunden ist. Ein derartiger LED-Scheinwerfer ist bsp. aus der DE 39 29 955 A1 bekannt.

In ähnlicher Weise wie die gattungsbildende DE 39 29 955 ffenbart auch die DE 201 15 772 U1 einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, der einen Kühlkörper aufweisen kann.

In der DE 199 22 176 A1 ist eine Anordnung aus Leuchtdioden für einen Leuchtkörper eines Fahrzeugs mit einem geschlossenen Kühlsystem beschrieben, bei dem ein zylindrischer Kühlkörper zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr von einem Gas wie Luft oder einer geeigneten Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann.

Bei einem in der DE 195 28 459 C2 beschriebenen, mit LEDs bestückten Leuchtaggregat ist die Kühlung als beispielsweise aus Aluminium bestehender Kühlkörper mit Kühlrippen ausgebildet, auf den die Trägerplatte der LEDs aufgesetzt ist.

Aus der US 4 729 076 ist eine Lampe für Verkehrsampeln bekannt, bei der die Kühlung der Lampe mittels Konvektion oder mittels eines Gebläses über Lüftungsbohrungen erfolgt.

Ebenso ist aus der DE 200 07 235 U1 eine Allzwecklampe bsp. für eine Verkehrsampel bekannt, bei der ein durchgehender Spalt vorgesehen ist, um Konvektion mit der äußeren Kühlluft zu ermöglichen (passive Kühlung).

In der JP 2002-124123 A ist ein herkömmlicher Frontscheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Glühlampe beschrieben, der eine Kühlvorrichtung für eine Steuerungsschaltung aufweist.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen LED-Scheinwerfer der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine verbesserte Wärmeableitung ohne besondere aufwändige Kühlaggregate erreicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kühlkörper direkt oder indirekt durch gezielte Zuleitung von Fahrtluft als Kühlluft über Luftführungskanäle gekühlt wird.

Neben der Möglichkeit, dass die LED-Trägerplatine und/oder ihr Kühlkörper außerhalb des Scheinwerfergehäuses angeordnet ist und dort direkt durch gezielte Zuleitung von Fahrtluft gekühlt wird, besteht in Ausgestaltung der Erfindung auch die Möglichkeit, dass der Kühlkörper der Platine im Scheinwerfergehäuse in gutem thermischen Kontakt zum Scheinwerfergehäuse angeordnet ist, das einen angeformten oder aufgesetzten äußeren durch gezielte Luftführung gekühlten Gehäuse-Kühlkörper aufweist. In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Luftführungskanal zur direkten Zuleitung von Fahrtluft oberhalb und unterhalb des Kühlkörpers angeordnet ist, wobei der Kühlkörper auch mit einer angeformten Luftführung versehen sein kann.

Unabhängig davon, ob die Luftzuführung in Form von getrennten Luftführungskanälen oberhalb und unterhalb des Kühlkörpers ausgebildet ist oder aber als Luftführungskanal in geschlossener Bauweise den Kühlkörper mit umfasst, soll dabei die Ausführung bevorzugt so getroffen sein, dass ein Lufteinlasskanal nach vorne offen ist und Fahrtluft als Kühlluft zum Kühlkörper leitet.

Durch diese gezielte Zuführung von Fahrtluft als Kühlluft, entsteht gegenüber der normalen Wärmezirkulation um einen Kühlkörper eine sehr viel stärkere Wärmeableitung, sodass auch sehr viel größere Verlustwärmeleistungen am Scheinwerfer problemlos und ohne die Gefahr einer unzulässigen Erwärmung der Versorgungschips der LEDs und der LEDs selbst abgeführt werden können. Die optimale Kühlwirkung ergibt sich dabei selbstverständlich nur während der Fahrt des Kraftfahrzeugs, die aber ja auch der eigentlichen Betriebszeit der LED-Scheinwerfer entspricht. Die kurzen Haltephasen, in denen die Scheinwerfer eingeschaltet sind, sind gegenüber der viel längeren Fahrtbetriebszeit vernachlässigbar. Darüber hinaus ergeben die erfindungsgemäßen Luftführungskanäle auch im Stand immer noch eine gleichgute Kühlung, wie dies bei bekannten Scheinwerferkühlkörpern ohne geführte Luftführung der Fall ist, bei denen diese ungünstigere Kühleigenschaft auch während der gesamten Fahrt des Kraftfahrzeugs nicht besser ist.

Der zweite Luftführungskanal (insbesondere der obere Luftführungskanal bzw. der Auslasskanal bei beschlossenem Aufbau) kann zur gerichteten Weiterleitung von Kühlluft an hinter den Scheinwerfern angeordnete Bauelemente (bsp. einen Ladeluftkühler) verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung können die LEDs auch ring- bzw. sternförmig um die Lichtaustrittsfläche im Scheinwerfergehäuse angeordnet sein, wobei sie mit ihren Kühlkörpern in den Fahrtluftstrom ragen. Bei dieser Ausgestaltung, bei der im Scheinwerfergehäuse bevorzugt Parabeläste als Reflektoren für die Lichtumlenkung angeordnet sind, ergibt sich eine besonders einfache Ausbildung der gezielten Luftzufüh rung in Form des Fahrtluftstroms der die radial aus dem Scheinwerfergehäuse herausragenden Kühlkörper der LED's sehr wirksam kühlen kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 den schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Scheinwerfers,
2 eine ebenfalls schematische Darstellung eines LED-Scheinwerfers bei dem der LED und sein Kühlkörper in einem Scheinwerfergehäuse angeordnet sind, das einen angeformten Kühlkörper aufweist,
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit im Scheinwerfergehäuse angeordneten LED und äußerem luftgekühlten Kühlkörper,
4 eine schematische Darstellung eines Kühlkörpers mit angeformten Luftführungen, insbesondere zur Kühlung des Scheinwerfergehäuses,
5 einen LED-Scheinwerfer mit Kühlkörper der in einem Halterahmen mit Luftführungsanformungen angeordnet ist,
6 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Scheinwerfers mit radial aus dem Scheinwerfergehäuse herausragenden LED-Platinen-Kühlkörpern, und
7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in 6.
Der schematisch in der 1 gezeigte LED-Scheinwerfer 1 ist mit LED's 2 bestückt, die üblicherweise auf einer Trägerplatine 3 angeordnet sind, die auch die Versorgungsschaltung mit trägt und die ihrerseits wiederum mit einem Kühlkörper 4 verbunden ist, beispielsweise einem Aluminiumklotz mit Kühlrippen. Erfindungsgemäß ist ein solcher LED-Scheinwerfer mit einem unteren Luftführungskanal 5 und einem oberen Luftführungskanal 6 versehen, wobei der untere Luftführungskanal im gezeigten Ausführungsbeispiel nach vorne offen ist, um Fahrtluft 7 gezielt um den Kühlkörper 4 zu leiten, wonach sie vom oberen Luftführungskanal 6 gerichtet auf weitere hinter dem Scheinwerfer angeordnete Bauelemente, beispielsweise einen Ladeluftkühler 9, gelenkt werden kann.
Während bei der Ausführungsform nach 1 der Kühlkörper der LED-Trägerplatine direkt durch gezielte Zuleitung von Luft gekühlt wird, sind in den 2 bis 5 Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen der Kühlkörper 4 für die LED nur indirekt durch eine Luftführung gekühlt wird. Die LED mit Platine und Kühlkörper 4 ist bei diesen Ausführungsbeispielen innerhalb eines Scheinwerfergehäuses 10 angeordnet, wobei der Kühlkörper 4 allerdings in gutem wärmeleitenden Kontakt mit diesem Scheinwerfergehäuse stehen soll, sei es dass er wie in 2 am angeformten Kühlkörper des Scheinwerfergehäuses 10 anliegt, sei es dass er wie in 3 über eine gut wärmeleitende Verbindung 12 mit der Rückfläche 13 des Scheinwerfergehäuses 10 verbunden ist, auf das wiederum ein gesonderter Gehäuse-Kühlkörper 14 aufgesetzt ist. Dieser Gehäuse-Kühlkörper 14 kann dabei, wie in 4 in einer um 90° gedrehten Ansicht dargestellt ist, als Kühlkörper mit angeformten Luftzufuhrkanälen 5' und Luftabführkanälen 6' versehen sein.
In 5 ist dabei eine besondere Variante dargestellt, bei der der LED-Scheinwerfer mit dem Gehäuse 10 in einen Halterahmen eingesetzt ist, der mit angeformten Luftzufuhrkanälen 5'' und Luftabführkanälen 6'' versehen ist, so dass die Fahrtluft als Kühlluft am eingesteckten Scheinwerfergehäuse 10 entlang streicht, das zweckmäßigerweise noch mit entsprechenden Kühlrippen ausgebildet sein kann, wie dies beispielsweise in 2 angedeutet ist.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach den 6 und 7 sind mehrere LED's mit ihren Platinen 3 und daran befestigten Kühlkörpern 4 sternförmig um die Lichtaustrittsfläche 17 des Scheinwerfergehäuses 10 angeordnet derart, dass sie radial ins Innere des Scheinwerfers einragen. Das Licht der LED's 2 wird dabei über parabelastförmige Reflektoren zur Lichtaustrittsfläche 17 geführt. Bei dieser Anordnung ragen die Kühlkörper radial aus dem Scheinwerfergehäuse 10 heraus direkt in den Fahrtluftstrom. Das Scheinwerfergehäuse 10 kann dabei, wie es in 6 angedeutet ist, beispielsweise direkt in einen Stoßfänger 18 oder auch ein Karosserieteil eingebaut sein. Neben der stern- oder kreisförmigen Anordnung der LED's wäre natürlich auch eine Anordnung in einer Rechteckkonfiguration möglich.

Claims

LED-Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, bei dem eine LED-Trägerplatine mit einem Kühlkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) direkt oder indirekt durch gezielte Zuleitung von Fahrtluft als Kühlluft über Luftführungskanäle gekühlt wird.
LED-Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) im Scheinwerfergehäuse (10) in gutem thermischen Kontakt zu diesem angeordnet ist, das einen angeformten oder aufgesetzten äußeren, durch gezielte Luftzuführung gekühlten Gehäuse-Kühlkörper (11, 14) aufweist.
LED-Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb und unterhalb des Kühlkörpers (4) ein Luftführungskanal (5, 6) zur direkten Zuleitung von Luft angeordnet ist.
LED-Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4; 11, 14) mit einer angeformten Luftführung (5', 6'; 5'', 6'') versehen ist.
LED-Scheinwerfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftführungskanal, vorzugsweise der untere (5), nach vorne offen ist und Fahrtluft (7) als Kühlluft zum Kühlkörper (4) zuleitet.
LED-Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, vorzugsweise der obere Luftführungskanal (6) oder der Luftabführkanal (6', 6''), die Kühlluft (8) an hinter dem Scheinwerfer (1) angeordnete Bauelemente, z. B. einen Ladeluftkühler (9), gerichtet weiterleitet.
LED-Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (4) ein mit Kühlrippen versehener Aluminiumträgerkörper für die die Versorgungsschaltung der LED's (2) enthaltende Tragplatte zur Montage der LED's (2) ist.
LED-Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED's (2) ring- oder sternförmig um die Lichtaustrittsfläche im Scheinwerfergehäuse (10) angeordnet sind und mit ihren Kühlkörpern (4) in den Fahrtluftstrom ragen.
LED-Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Scheinwerfergehäuse (10) parabelastförmige Reflektoren (18) für die Lichtumlenkung angeordnet sind.