DE10258623B4 - Scheinwerfereinheit für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Scheinwerfereinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einem Gehäuse (2), das zur Befestigung an einer Karosserie (5) des Fahrzeugs ausgebildet ist, in dem wenigstens eine Lichtquelle (10, 11, 12) angeordnet ist und an dem eine Scheibe (4) angebracht ist, durch die von der wenigstens einen Lichtquelle (10, 11, 12) erzeugtes Licht aus dem Gehäuse (2) austritt,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die wenigstens eine Lichtquelle wenigstens eine LED (11) umfasst,
– dass die wenigstens eine LED (11) mit wenigstens einem Wärmeleitelement (23) wärmeübertragend verbunden ist, das sich innerhalb des Gehäuses (2) von der wenigstens einen LED (11) in einen Bereich (24) erstreckt, der für eine Wärmeabstrahlung zur Scheibe (4) geeignet ist,
– dass das Wärmeleitelement (23) im Gehäuse (2) so positioniert ist, dass die im Betrieb der wenigstens einen LED (11) vom Wärmeleitelement (23) abgestrahlte Wärme durch Konvektion eine Luftströmung (30) erzeugt, die entlang der...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Scheinwerfereinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 196 41 915 A1 ist eine Scheinwerfereinheit mit einem Gehäuse bekannt, das zu einer Befestigung an einer Karosserie des Fahrzeugs ausgebildet ist. In diesem Gehäuse ist wenigstens eine Lichtquelle angeordnet, die bei einer Frontscheinwerfereinheit zur Erzeugung eines Blinklichts, eines Abblendlichts, eines Nebellichts und/oder eines Fernlichts und bei einer Heckscheinwerfereinheit zur Erzeugung eines Blinklichts, eines Bremslichts, eines Rücklichts, eines Rückfahrlichts und/oder eines Nebelschlusslichts dienen kann. Am Gehäuse ist außerdem eine Scheibe angebracht, die zur Abdeckung des Gehäuses dient und optisch neutral oder als Streuscheibe gestaltet sein kann. Durch diese Scheibe kann das von der wenigstens einen Lichtquelle erzeugte Licht aus dem Gehäuse austreten.
  • Da eine Lichtquelle, insbesondere eine Glühbirne oder eine lichtemittierende Diode, kurz LED, im Betrieb neben Licht auch Wärme erzeugt, kann es bei leistungsstarken Lichtquellen, insbesondere beim Dauerbetrieb, im Gehäuse zu einem unerwünschten Temperaturanstieg kommen. Während erhöhte Temperaturen bei Glühbirnen relativ unproblematisch sind, können LED's bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen zerstört werden.
  • Neben dieser internen Wärmebeaufschlagung durch von den Lichtquellen erzeugte Wärme sind insbesondere Frontscheinwerfereinheiten aufgrund ihrer Einbausituation oftmals auch einer externen Wärmebeaufschlagung ausgesetzt, beispielsweise dann, wenn die Scheinwerfereinheit so in die Fahrzeugkarosserie eingebaut ist, dass sie zu einem Motorraum des Fahrzeugs hin offen ist, so dass die im Betrieb von der Brennkraftmaschine abgestrahlte Wärme auch das Gehäuse der Scheinwerfereinheit beaufschlagt und dieses erwärmt.
  • Aus der DE 196 41 915 A1 ist es bekannt, die Scheinwerfereinheit mit einer Belüftungsanordnung auszustatten, die einen Luftauslass und einen Lufteinlass aufweist und eine Belüftung des Gehäuses durch einen am Luftauslass anliegenden Unterdruck erzeugt, wobei in einem unteren Bereich des Gehäuses der Lufteinlass hinter dem Reflektor und der Luftauslass vor dem Reflektor angeordnet ist. Eine Belüftung des Gehäuses hat jedoch den Nachteil, dass die Luftströmung Verunreinigungen mitführen kann, die sich auf den optisch relevanten Bauteilen, wie zum Beispiel Lichtquellen, Scheibe, Reflektor, anlagern und dadurch die Qualität der Scheinwerfereinheit im Laufe der Zeit beeinträchtigen können.
  • Ferner ist aus der DE 199 63 337 A1 eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, wobei zur Lichterzeugung eine nicht näher beschriebene Lichtquelle über Lichtleiter mit Lichtauskoppelelementen verbunden ist, die das Licht abstrahlen. Die Lichtauskoppelelemente sind von einer Blende eingefasst und zur Wagenaußenseite hin durch eine lichtdurchlässige Scheibe abgedeckt. Zur Beheizung der Scheibe sind auf der der Scheibe zugewandten Seite der Blende ein oder mehrere Heizelemente angeordnet, die z. B. als Heizdrähte ausgebildet und von einem muldenförmigen Kanal der Blende einfasst sein können, wobei der Kanal mit Aluminium bedampft ist, um eine gerichtete Wärmeabstrahlung zu ermöglichen.
  • Aus der US 6 419 382 B1 ist eine Scheinwerfereinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die bekannte Scheinwerfereinheit umfasst ein Scheinwerfergehäuse mit einer Scheibe, durch welche von einer im Gehäuse angeordneten Gasentladungslampe erzeugtes Licht aus dem Gehäuse austritt. Um bei einer hohen Luftfeuchtigkeit und/oder niedriger Umgebungstemperatur ein Beschlagen der Scheibe zu vermeiden, ist es erforderlich, die Scheibe zu beheizen. Hierzu wird mit Hilfe einer Trennwand in Verbindung mit einem abgewinkelten Flansch des Reflektors ein Kanalsystem geschaffen, das warme Luft von einer am Gehäuseboden angeordneten Spannungsversorgung der Gasentladungslampe bis zum unteren Ende der Scheibe führt, von dem aus die Warmluft entlang der Scheibe nach oben aufsteigt, um die notwendige Beheizung der Scheibe zu erzielen.
    •
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Scheinwerfereinheit der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, bei der unter Beibehaltung einer Beschlagfreihaltung der Scheibe eine besonders kompakte Bauweise des Scheinwerfergehäuses realisierbar ist.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass als Lichtquelle eine LED vorgesehen ist, die mit wenigstens einem Wärmeleitelement Wärme übertragend gekoppelt ist, wobei dieses Wärmeleitelement innerhalb des Gehäuses so positioniert wird, dass sich eine konvektive Luftströmung zur Beaufschlagung der Scheibe ausbilden kann.
  • Diese Maßnahme senkt die Gefahr einer Temperaturüberhöhung im Gehäuse, da die von der LED erzeugte Wärme noch innerhalb des Gehäuses an einen Ort transportiert wird, der sich für eine Abstrahlung der Wärme nach außen, also aus dem Gehäuse heraus, besonders gut eignet. Diese Bauweise nutzt dabei die Erkenntnis, dass bei normalen Betriebsbedingungen die Scheibe vom Fahrtwind beaufschlagt und somit intensiv gekühlt ist. Die Scheibe kann dadurch eine Wärmesenke bilden, durch welche die ihr zugeführte Wärme aus dem Gehäuse nach außen abtransportiert werden kann. Die Lösung kommt ohne eine zusätzliche Belüftung des Gehäuses aus. Da im Betrieb der wenigstens einen LED die vom Wärmeleitelement abgestrahlte Wärme durch Konvektion eine Luftströmung erzeugt, die entlang der Scheibe von unten nach oben steigt, kann ein besonders großer Flächenanteil der Scheibe zur Wärmeübertragung an die Umgebung genutzt werden.
  • Darüber hinaus ergibt sich der besonders vorteilhafte Effekt, dass die Scheibe durch die Beaufschlagung mit der erzeugten Warmluftströmung erwärmt wird, wodurch die Scheibe von sich unter Umständen daran niederschlagendem Kondensat befreit werden kann und wodurch es außerdem möglich ist, die Scheibe gegebenenfalls von Eis zu befreien, das sich an deren Innenseite und insbesondere an deren Außenseite bilden kann. Bei einer entsprechenden Dimensionierung kann somit eine Art Defrosterfunktion für die Scheibe realisiert werden.
  • Das Gehäuse der Scheinwerfereinheit kann thermisch isoliert sein. Durch diese Bauweise kann ein Temperaturanstieg im Gehäuse aufgrund einer Wärmebeaufschlagung von außen, zum Beispiel aus dem Motorraum, reduziert werden. Von besonderem Interesse ist hierbei, dass zur Begrenzung des Wärmeanstiegs im Gehäuse keine Belüftung des Gehäuses erforderlich ist.
  • Vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung, bei welcher eine Wandung des Gehäuses doppelwandig ausgestaltet ist, derart, dass zwischen den Wänden ein thermisch isolierender Abstand entsteht. Durch die Doppelwandigkeit lässt sich besonders einfach eine effektive thermische Isolierung erzeugen.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • 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.
    •
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
  • 1 einen stark vereinfachten Längsschnitt durch eine Scheinwerfereinheit nach der Erfindung,
  • 2 eine perspektivische Ansicht auf die Scheinwerfereinheit.
  • Entsprechend 1 besitzt eine Scheinwerfereinheit 1 ein Gehäuse 2, das einen Innenraum 3 umschließt und mit einer Scheibe 4 verschlossen ist. In ihrem Einbauzustand ist die Scheinwerfereinheit 1 an einer nur teilweise dargestellten Karosserie 5 eines im Übrigen nicht gezeigten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, befestigt. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 2 zur Befestigung an der Karosserie 5 ausgebildet. Beispielsweise sind am Gehäuse 2 Befestigungselemente 6 bzw. 7 ausgebildet, mit deren Hilfe das Gehäuse 2 an geeigneten Bestandteilen, hier Querträger 8 bzw. 9, der Fahrzeugkarosserie 5 fixierbar ist, zum Beispiel mittels Verschraubungen.
  • Im Inneren 3 des Gehäuses 2 sind wenigstens eine, hier mehrere Lichtquellen 10, 11 bzw. 12 angeordnet. Bei der einen Lichtquelle 10 kann es sich um eine herkömmliche Glühbirne oder um einen Kaltlichtstrahler handeln, wobei dieser Lichtquelle 10 eine Auskopplungseinheit 13 und eine Optik, insbesondere eine Fresneloptik 14, zugeordnet ist. Auskopplungseinheit 13 und Optik 14 bilden eine Baugruppe, die bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Scheinwerfereinheit 1 um eine horizontale, auf der Zeichnungsebene stehende Schwenkachse 15 und/oder um eine vertikale, in der Zeichnungsebene liegende Drehachse 16 schwenkverstellbar sind. Eine Schwenkverstellung um die Schwenkachse 15 ermöglicht eine Sichtweitenanpassung an die jeweilige Neigung des Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn. Eine Schwenkverstellung um die Drehachse 16 ermöglicht ein Kurvenlicht, das dem Lenkeinschlag des Fahrzeugs folgt. Es ist klar, dass dann entsprechende Stellglieder und Steuerungen vorgesehen sind.
  • Wie aus 2 hervorgeht, kann die Scheinwerfereinheit 11 auch mehrere solche Lichtquellen 10 enthalten.
  • Die anderen Lichtquellen 11 und 12 bestehen gemäß 1 jeweils aus einer einzelnen LED oder jeweils aus einer Reihe parallel geschalteter LED's. Insbesondere die unteren LED's 11 können zur Erzeugung eines Tagfahrlichts ausgebildet sein, also eines Lichts, das im Betrieb des mit der Scheinwerfereinheit 11 ausgestatteten Fahrzeugs permanent, also auch tagsüber, eingeschaltet ist.
  • Das von der jeweiligen Lichtquelle 10, 11, 12 erzeugte Licht kann durch die transparente Scheibe 4 aus dem Gehäuse 2 austreten. Die Scheibe 4 kann dabei eine optisch neutrale Abdeckscheibe bilden oder eine die Lichtausbreitung beeinflussende Streuscheibe.
  • Erfindungsgemäß ist nun das Gehäuse 2 thermisch isolierend ausgestaltet. Zu diesem Zweck kann eine Wandung 17 des Gehäuses 2 mit einer thermischen Isolierung ausgestattet sein. Beispielsweise handelt es sich bei einer solchen thermischen Isolierung um ein wärmedämmendes Material. Bevorzugt wird jedoch die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher die Wandung 17 des Gehäuses 2 doppelwandig ausgebildet ist, so dass die Wandung 17 zwei Wände 18, 19 aufweist, die so nebeneinander angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein Abstand 20 entsteht. Durch diese Bauweise besitzt die Doppelwand 17 eine thermisch isolierende Wirkung, die einen Wärmeaustausch zwischen dem Inneren 3 des Gehäuses 2 und einer Umgebung 21 des Gehäuses 2 behindert. Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann die Doppelwandung 17 so gestaltet sein, dass sich zwischen ihren Wänden 18, 19 ein geschlossener Hohlraum 22 ausbildet, der gegenüber dem Inneren 3 und gegenüber der Umgebung 21 abgedichtet ist. Zu Steigerung der isolierenden Wirkung ist dieser Hohlraum 22 evakuiert.
  • Mit Hilfe des thermisch isolierten Gehäuses 2 ist es möglich, die Scheinwerfereinheit 1 am Fahrzeug auch so zu montieren, dass das Gehäuse 2 im Einbauzustand anderen Wärmequellen ausgesetzt ist. Beispielsweise kann das Gehäuse 2 in einen Motorraum hineinragen, in dem eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs untergebracht ist und die im Betrieb relativ viel Wärme in die Umgebung abstrahlt. Durch das isolierte Gehäuse 2 gelangt diese Wärme nicht oder nur reduziert in das Gehäuseinnere 3.
  • Um die Erwärmung im Gehäuseinneren 3 zu reduzieren, können auch die Befestigungselemente 6, 7 in geeigneter Weise positioniert und gewählt sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem einen Befestigungselement 6 um ein thermisch isolierend ausgebildetes Befestigungselement 6, beispielsweise dann, wenn es an einem Bauteil, hier an dem Querträger 8, befestigt ist, das im Betrieb des Fahrzeugs unzulässig warm wird. Eine Wärmeübertragung von diesem Bauteil 8 auf das Gehäuse 2 wird somit reduziert.
  • Im Unterschied dazu kann das andere Befestigungselement 7 als thermisch leitendes Verbindungselement ausgestaltet sein, beispielsweise dann, wenn es an einer Zone 33 an einem Bauteil, hier am Querträger 9, wärmeübertragend befestigt ist, das im Betrieb des Fahrzeugs eine vergleichsweise niedrige Temperatur besitzt, so daß sich die Zone 33 zur Wärmeableitung aus dem Gehäuse 2 eignet.
  • Bei der erfindungsgemäßen Scheinwerfereinheit 1 ist die untere LED 11 bzw. sind die unteren LED's 11 wärmeübertragend mit wenigstens einem Wärmeleitelement 23 verbunden. Dieses Wärmeleitelement 23 verläuft dabei im Inneren 3 des Gehäuses 2 und erstreckt sich bis in einen Bereich 24 des Innerens 3. Dieser spezielle Bereich 24 ist dabei so gewählt, dass er sich für eine Wärmeabstrahlung zur Scheibe 4 hin eignet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das Wärmeleitelement 23 innerhalb eines durch eine geschweifte Klammer gekenn zeichneten unteren Abschnitts 25 des Gehäuses 2 bis zu einem unteren Randbereich 26 der Scheibe 4.
  • Das Wärmeleitelement 23 ist vorteilhaft so gestaltet, dass es im Betrieb der damit wärmeübertragend verbundenen LED's 11 die Wärme, die von den zugehörigen LED's 11 erzeugt wird, aufnimmt, von den LED's 11 abführt und entsprechend Pfeilen 27 zumindest teilweise zur Scheibe 4 hin abstrahlt. Durch diese Bauweise wird die von den LED's 11 erzeugte Wärme vom Entstehungsort wegtransport, an einen Ort, von dem aus die Wärme besonders leicht aus dem Gehäuse 2 austreten kann, nämlich über die Scheibe 4.
  • Entsprechend den 1 und 2 ist das Wärmeleitelement 23 unterhalb einer Blende 28 positioniert, die mehrere Durchtrittsöffnungen 29 besitzt. Die Blende 28 verdeckt somit das Wärmeleitelement 23 und kann in Abhängigkeit von Designwünschen gestaltet sein. Die Durchtrittsöffnungen 29 gewährleisten dabei die Funktion des wenigstens einen Wärmeleitelements 23, so dass die vom Wärmeleitelement 23 abgestrahlte Wärme durch die Durchtrittsöffnungen 29 hindurchtreten und somit zur Scheibe 4 gelangen kann.
  • Durch die Auswahl der Positionierung des oder der Wärmeleitelemente 23 sowie der Positionierung und Gestaltung der Durchtrittsöffnungen 29 kann im Betrieb der mit dem Wärmeleitelement 23 wärmeübertragend gekoppelten LED's 11 ein Zustand erzeugt werden, bei dem die vom Wärmeleitelement 23 abgestrahlte Wärme durch Konvektion eine hier durch Pfeile angedeutete warme Luftströmung 30 generiert. Diese Warmluftströmung oder Konvektionsströmung 30 beginnt dabei am unteren Randabschnitt 26 der Scheibe 4 und steigt entlang der Scheibe 4 nach oben. Dabei erwärmt die Luftströmung 30 die Scheibe 4, was damit einhergeht, dass die Luftströmung 30 abkühlt. An einem oberen Randabschnitt 31 fällt die Strömung 30 dann entlang einer Trennwand 32 nach unten, wo sie im Bereich der Durchtrittsöffnungen 29 erneut erwärmt wird. Diese Konvektions strömung 30 kann zur Enteisung der Scheibe 4 genutzt werden. Ebenso kann die Konvektionsströmung 30 die Scheibe 4 trocknen, wenn diese an ihrer Innenseite beschlagen ist. Durch die gezielte Positionierung des wenigstens einen Wärmeleitelements 23 innerhalb des Gehäuses 2 kann somit eine vorteilhafte Zusatzfunktion in die Scheinwerfereinheit 1 integriert werden.
  • Die obere LED 12 bzw. die oberen LED's 12 können auf geeignete Weise in einem hier durch den gewählten Schnitt nicht erkennbaren Abschnitt des Gehäuses 2 ebenfalls wärmeübertragend mit dem Wärmeleitelement 23 verbunden sein, so dass auch die im Betrieb der oberen LED's 12 erzeugte Wärme am unteren Randbereich 26 der Scheibe 4 in Richtung Scheibe 4 abgestrahlt wird.

Claims (11)

  1. Scheinwerfereinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einem Gehäuse (2), das zur Befestigung an einer Karosserie (5) des Fahrzeugs ausgebildet ist, in dem wenigstens eine Lichtquelle (10, 11, 12) angeordnet ist und an dem eine Scheibe (4) angebracht ist, durch die von der wenigstens einen Lichtquelle (10, 11, 12) erzeugtes Licht aus dem Gehäuse (2) austritt, dadurch gekennzeichnet, – dass die wenigstens eine Lichtquelle wenigstens eine LED (11) umfasst, – dass die wenigstens eine LED (11) mit wenigstens einem Wärmeleitelement (23) wärmeübertragend verbunden ist, das sich innerhalb des Gehäuses (2) von der wenigstens einen LED (11) in einen Bereich (24) erstreckt, der für eine Wärmeabstrahlung zur Scheibe (4) geeignet ist, – dass das Wärmeleitelement (23) im Gehäuse (2) so positioniert ist, dass die im Betrieb der wenigstens einen LED (11) vom Wärmeleitelement (23) abgestrahlte Wärme durch Konvektion eine Luftströmung (30) erzeugt, die entlang der Scheibe (4) von unten nach oben steigt.
  2. Scheinwerfereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmeleitelement (23) bis zu einem unteren Randbereich (26) der Scheibe (4) erstreckt.
  3. Scheinwerfereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Wärmeleitelement (23) in einem unteren Abschnitt (25) des Gehäuses (2) bis zu einem unteren Randbereich (26) der Scheibe (4) erstreckt.
  4. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass sich das Wärmeleitelement (23) unterhalb einer Blende (28) erstreckt, – dass die Blende (28) Durchtrittsöffnungen (29) enthält, durch welche vom Wärmeleitelement (23) abgestrahlte Wärme zur Scheibe (4) gelangt.
  5. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine LED (11) zur Erzeugung eines Tagfahrlichtes ausgebildet ist.
  6. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) thermisch isolierend ausgestaltet ist.
  7. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (17) des Gehäuses (2) mit einer thermischen Isolierung versehen ist.
  8. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (17) des Gehäuses (2) doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen den Wänden (18, 19) ein Abstand (20) ausgebildet ist.
  9. Scheinwerfereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wänden (18, 19) ein geschlossener Hohlraum (22) ausgebildet ist, der evakuiert ist.
  10. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Einbauzustand der Scheinwerfereinheit (1) mit wenigstens einem thermisch isolierenden Befestigungselement (6) an der Fahrzeugkarosserie (5) befestigt ist.
  11. Scheinwerfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Einbauzustand der Scheinwerfereinheit (1) mit wenigstens einem thermisch leitenden Verbindungselement (7) mit wenigstens einer Zone (33) der Fahrzeugkarosserie (5), die für eine Wärmeableitung vom Gehäuse (2) geeignet ist, wärmeübertragend verbunden ist.
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