DE202013001467U1 - Kühlkörper für LED-Scheinwerfer - Google Patents

Abstract

Kühlkörper (12) für einen Lichtmodul (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) ein Konvektionsteil (14) aufweist, an das ein Montageteil (15) aus Kunststoff angeformt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
• Ein derartiger Kühlkörper dient nach der DE 10 2010 048 595 A1 zugleich als Träger für einen mit einer Hochleistungs-LED und ihrem Schaltungsanschluss bestückten Lichtmodul. Der, mit kräftigen Konvektionsrippen zur Oberflächenvergrößerung ausgestattete, Kühlkörper ist ein geometrisch kompliziertes Aluminium-Druckgussprofil, das aufwändig spanend nachgearbeitet werden muss, um zum Einhalten von Toleranzanforderungen präzise Montageflächen und Bohrungen an laschenförmig abstehenden Anschlussprofilen anbringen zu können. Solche Bearbeitung ist sehr kostenintensiv nicht nur hinsichtlich der erforderlichen Bearbeitungszeiten, sondern auch hinsichtlich des Werkzeugaufwandes und des durch die Bearbeitung verlorengehenden Materialeinsatzes. Denn passgenaue Montage und geringer Wärmeübergangswiderstand bedingen exakt geschlichtete Anschlussflächen am Kühlkörper, die konstruktionsbedingt in unterschiedlichen Ebenen ausgerichtet und zuweilen mit Werkzeugen schlecht erreichbar sind. Davon abgesehen weist das gut wärmeleitende Aluminium den Nachteil auch guter elektrischer Leitfähigkeit auf, weshalb örtlich elektrische Isolatoren eingefügt werden müssen, die aber den Wärmeübergang beeinträchtigen und außerdem zusätzliche logistische Anforderungen im Produktionsablauf bedingen.
• In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, einen Kühlkörper vorstehend charakterisierter Gattung kostengünstiger auszulegen.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach wird die Wärmesenke in Form des geometrisch kompliziert gestalteten Druckgussprofil-Kühlkörpers durch ein technologisch unproblematisches, einfach ablängbares Aluminium-Strangpressprofil als separatem Konvektionsteil ersetzt. Das weist mehrere in Längsrichtung zueinander parallel verlaufende Konvektionsrippen auf, die unter einem, quer dazu überstehenden, Gurt angeformt sind. Das – mit hinreichend großer Oberfläche für eine Kühlanforderung abgelängte – Konvektionsteil wird als Einleger in einer Spritzgussform zum Ausbilden eines Montageteiles bereichsweise mit Kunststoff umspritzt. Die Kunststoffspritzgusstechnologie gewährleistet höchste Präzision und Maßhaltigkeit, so dass praktisch keine Nachbearbeitungen erforderlich werden. Allenfalls sind etwa vereinzelt Löcher auf Maß aufzuweiten, was, im Gegensatz zum spanenden Nachbearbeiten an einem metallenen Druckgussprofilkörper, kostengünstig rasch realisierbar ist.
• Im Vergleich zur Präzisionsbearbeitung eines Druckguss-Kühlkörpers ist dieses Anspritzen eines präzisen Montageteiles an ein Strangpress-Konvektionsteil also wesentlich billiger und verfahrenstechnisch weniger kritisch. Die Funktion des Konvektionsteiles kann im Wesentlichen auf die Kühlwirkung abgestellt werden, wenn die anderen Funktionalitäten des bisherigen Kühlkörpers, wie insbesondere Passungen und Toleranzen in Zusammenhang mit erschütterungsfestem Einbau in eine Funktionsumgebung, in sein kostengünstig präzise fertigbares Kunststoff-Montageteil verlegt werden. Zusätzlich kann letzteres, wegen seiner elektrisch isolierenden Materialeigenschaften, problemlos mit elektromechanischen Elementen wie Steckern und Kupplungen bestückt werden. Im Ergebnis lässt die Beschränkung des Konvektionsteiles auf im Wesentlichen seine Kühlfunktion nicht nur produktionstechnische Einsparungen erwarten, sondern auch Materialeinsparungen am Metallteil und dadurch wünschenswerte Volumen- und Gewichtsminderungen.
• Zusätzliche Weiterbildungen und Alternativen im Rahmen vorliegender Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeispieles zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt etwa maßstabsgerecht auf das Funktionswesentliche abstrahiert in Schrägansicht skizziert eine zweiteilige Kühlkörper-Baugruppe.
• Die einbaufertig skizzierte Baugruppe 11 gemäß der Zeichnung trägt auf einem Kühlkörper 12 einen Lichtmodul 13 beliebiger Konfiguration mit wenigstens einer sehr hell abstrahlenden Halbleiterdiode (LED). Der Kühlkörper 12 ist aus einem metallenen Konvektionsteil 14 und einem ihm im Kunststoff-Spritzguss angeformten Montageteil 15 zusammengefügt.
• Das Konvektionsteil 14 ist ein einstückiger Abschnitt aus einem kostengünstig herstellbaren metallischen Strangpressprofil (bevorzugt aus Leichtmetall wie Aluminium) mit einem angeformten Paket aus mehreren in Profil-Längsrichtung unter gegenseitigem lateralem Abstand verlaufenden Konvektionsrippen 16. Die sind längs ihrer in der Darstellung oben gelegenen Enden über einen in Längsrichtung des Strangpressprofiles angeform verlaufenden Gurt 17 miteinander verbunden. Quer zu dieser Längsrichtung kragt der Gurt 17 beiderseits über das Konvektionsrippen-Paket vor, wodurch in der Ebene des Gurtes 17 zwei seitliche, in Längsrichtung sich erstreckenden Federn 18 für noch zu beschreibende Nut-Feder-Verbindungen an das Konvektionsteil 14 des Kühlkörpers 12 angeformt sind.
• An dieses Konvektionsteil 14 ist ein Kunststoff-Spritzling in Gestalt des Montageteiles 15 angegossen. Dazu wird die Kavität einer Spritzgussform (nicht dargestellt) mit dem Konvektionsteil 14 als Einleger bestückt. Der Guss bildet an einem Stirnende des auf Maß abgelängten Stranggussprofiles des Konvektionsteiles 14 eine gelochte oder mit sonstigen angeformten Befestigungsprofilen ausgestattete Montagewand 19 grundsätzlich beliebiger, an einer Einbauumgebung orientierbarer räumlicher Gestaltung aus. Diese Montagewand 19 endet oberhalb der Federn 18 des Konvektionsteiles 14, so dass die dortigen Stirnöffnungen von Längsnuten 21 an der Montagewand 19 nicht vom Randbereich der Montagewand 19 verdeckt werden. Bei diesen beiden unteren, den Federn 18 benachbarten, Eckenbereichen der Montagewand 19 ist ihr nämlich je ein etwa orthogonal vorkragender, im Querschnitt U-förmiger Arm 20 mit aufeinander zu sowie stirnseitig geöffneten Längsnuten 21 angeformt, welche beim Umspritzen des Konvektionsteiles 14 dessen jeweilige Feder 18 in sich aufnehmen. Zur Stabilisierung des Anschlusses der Arme 20 an die Montagewand 19 verlaufen zwischen ihnen, wie in der Zeichnung berücksichtigt etwa dreieckförmig berandet, angeformte Versteifungsrippen 24.
• Bei der längsrillenförmigen und dadurch in Querrichtung formschlüssigen Verbindung 25 zwischen wenigstens einer Oberfläche der jeweiligen Feder 18 und dem benachbarten U-Schenkel 26 der Längsnut 21 kann eine längs der Feder 18 auf ihrer jeweiligen Oberfläche verlaufende Quetschkontur 27 vorgesehen sein, die durch die Matrize der Strangpressanlage hervorgerufen wurde. Diese Verbindung 25 gewährleistet ein Abdichten gegen unerwünschtes Überspritzen in der Kavität des Spritzgusswerkzeuges. Der Abdichtvorgang erfolgt im Zuge des Zusammenfahrens der beiden Werkzeughälften, indem dann eine harte Kontur am Werkzeug die leicht verformbare Quetschkontur 27 im dagegen weicheren Strangpressmaterial einflacht. Es genügt die dadurch bewirkte Abdichtung der Ober- und der Unterseite des Konvektionsteiles 14; dessen aus dem Ablängen des Strangpressprofiles resultierenden Stirnseiten müssen nicht so genau bemessen sein, weshalb hier auf eine vergleichbare Abdichtung verzichtet werden kann.
• Die sich durch den Einguss ergebende, schienenartige Nut-Feder-Verbindung 18/21 zwischen Konvektionsteil 14 und Montageteil 15 ist dadurch nicht in sich längsbeweglich, dass in wenigstens eine der beiden Strangguss-Federn 18, bevorzugt etwa mittig zu ihren Längserstreckungen, ein Loch 22 eingebracht wurde, durch das Spritzgussmaterial des Montageteiles 15 quer zur Längserstreckung der jeweiligen Längsnut 21 hindurchtritt und dann zu einer kurzen Säule 23 zwischen den beiden U-Schenkeln erstarrt. Über diese Säule 23 ist die jeweilige Feder 18 in der Längsnut 21 des ihr zugeordneten Armes 20 fest verankert, ohne in Längsrichtung eingespannt zu sein. Die Säule 23 verhindert dadurch ein temperaturbedingtes Auswandern des Konvektionsteiles 14 relativ zum Montageteil 15 mit ihren unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten beim Abkühlen in der Kavität ebenso wie bei Erwärmung während Scheinwerferbetriebes. Aber temperaturbedingt können sich die Längsnuten 21 relativ zu ihren Federn 18 von den mittigen Anbindungen durch die jeweilige Säule 23 aus, von dieser nach beiden Seiten fort gerichtet, schienenartig verlagern, ohne dadurch mechanische Längsspannungen in das Kunststoff-Montageteil 15 einzubringen oder dadurch die Position der in der Nähe einer Säule 23 montierten LED zu verschieben.
• Auf die freie Oberfläche des Gurtes 17 über den Konvektionsrippen 16 wird schließlich der LED-Lichtmodul 13 montiert, etwa irreversibel aufgeklebt oder reversibel mit Stiften in Löchern verankert, bevorzugt verschraubt – erforderlichenfalls unter Zwischenlage einer elektrisch isolierenden aber möglichst gut wärmeleitenden Schicht aus Klebstoff, Lack oder Folie. Der Lichtmodul 13 kann ein mit der LED bestückter Schaltungsträger sein; der Lichtmodul 13 kann aber auch die LED selbst sein, die ohne Schaltungsträger direkt auf das Konvektionsteil 14 aufgebracht wird. Wenn aber der Lichtmodul 13 mit Abstand zum Konvektionsteil 14, beispielsweise auf einen U-Schenkel 26 des Kunststoff-Montageteiles 15, montiert wird, dann ist unter der LED ein mit wärmeleitendem Material ausgestatteter Durchstieg zur metallischen Oberfläche des Konvektionsteiles 14 vorzusehen.
• Ein Kühlkörper 12 für den Lichtmodul 13 eines LED-Scheinwerfers ist also erfindungsgemäß apparativ und funktional in ein abgelängtes leichtmetallisches Strangpressprofil-Konvektionsteil 14 und ein bei einem dessen Stirnenden im Kunststoff-Spritzguss angeformtes Montageteil 15 getrennt. Die beiden Teile sind nach Art von Nut-Feder-Eingriffen längs Armen 20 miteinander verbunden, welche von einer stirnseitigen Montagewand 19 vorkragen. Das Konvektionsteil 14 ist vorzugsweise im Wesentlichen auf Kühlwirkung für den darauf montierten Lichtmodul 13 ausgelegt, während möglichst alle anderen Funktionalitäten dieses zweiteiligen Kühlkörpers 12 – wie insbesondere Montagehilfen, Passungen und Toleranzen – zum Kunststoff-Montageteil 15 hin verlegt sind, die über mittig fixierte Nut-Feder-Eingriffe 21/18 miteinander verbunden sind.
• Bezugszeichenliste

11

Baugruppe (aus 12 und 13)

12

Kühlkörper (für 13)

13

Lichtmodul (auf 12)

14

Konvektionsteil (von 12)

15

Montageteil (von 12)

16

Konvektionsrippen (an 14)

17

Gurt (längsseits über 16)

18

Feder (quer an 17)

19

Montagewand (von 15, stirnseitig vor 14)

20

Arm (an 19)

21

Längsnut (in 20)

22

Loch (durch 18)

23

Säule (in 20 durch 22/18)

24

Versteifungsrippe (zwischen 19 und 20)

25

Verbindung (längs 18 mit 21)

26

U-Schenkel (um 21)

27

Quetschkontur (bei 25, beiderseits 18)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010048595 A1 [0002]

Claims (10)

1. Kühlkörper (12) für einen Lichtmodul (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (12) ein Konvektionsteil (14) aufweist, an das ein Montageteil (15) aus Kunststoff angeformt ist.
2. Kühlkörper nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsteil (14) ein Leichtmetall-Strangpressprofil ist.
3. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsteil (14) über einen Gurt (17) miteinander verbundene Konvektionsrippen (16) aufweist, der seitlich zu einer überstehend längsverlaufenden Feder (18) vorkragt.
4. Kühlkörper nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (18) von einem Loch (22) durchquert ist.
5. Kühlkörper nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (18) mit einer Quetschkontur (27) ausgebildet ist.
6. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageteil (15) eine Montagewand (19) aufweist, an die über vorkragende Arme (20) das Konvektionsteil (14) angebunden ist.
7. Kühlkörper nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Arme (20) mit aufeinander zu sich öffnenden Längsnuten (21) ausgebildet sind, die Federn (18) zu einer Nut-Feder-Verbindung aufnehmen, welche längs des Konvektionsteiles (14) verlaufen.
8. Kühlkörper nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnenden der Längsnuten (21) bei der Montagewand (19) offen sind.
9. Kühlkörper nach einem der drei vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Montagewand (19) und den Armen (20) Versteifungsrippen (24) vorgesehen sind.
10. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konvektionsteil (14) im Wesentlichen auf Kühlwirkung für das darauf montierte Lichtmodul (13) ausgelegt ist, während alle anderen Funktionalitäten des Kühlkörpers (12) – wie Montagehilfen, Passungen und Toleranzen – zum Kunststoff-Montageteil (15) hin verlegt sind.

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