EP1792117A1 - Fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Fahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number
EP1792117A1
EP1792117A1 EP05772701A EP05772701A EP1792117A1 EP 1792117 A1 EP1792117 A1 EP 1792117A1 EP 05772701 A EP05772701 A EP 05772701A EP 05772701 A EP05772701 A EP 05772701A EP 1792117 A1 EP1792117 A1 EP 1792117A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pipe
vehicle headlight
light source
semiconductor light
headlight according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05772701A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Moisel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG, Daimler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1792117A1 publication Critical patent/EP1792117A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/143—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being parallel to the optical axis of the illuminating device
    • F21S41/145—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being parallel to the optical axis of the illuminating device the main emission direction of the LED being opposite to the main emission direction of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/30—Ventilation or drainage of lighting devices
    • F21S45/33—Ventilation or drainage of lighting devices specially adapted for headlamps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • F21S45/48—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings with means for conducting heat from the inside to the outside of the lighting devices, e.g. with fins on the outer surface of the lighting device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/51—Cooling arrangements using condensation or evaporation of a fluid, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/60—Heating of lighting devices, e.g. for demisting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a vehicle headlight according to the features of the preamble of claim 1.
  • a vehicle headlamp which is provided with a housing which has a transparent lens on its front.
  • an incandescent lamp is arranged, which serves as a light source and emits infrared radiation and visible light, which is emitted via the lens to the environment of the vehicle with the headlights so that it is targeted illuminated.
  • a heat sink in the form of a heat pipe is arranged, which cools the housing of the vehicle headlight.
  • This vehicle headlight proves to be too expensive and alsgxund the cost in its construction as little suitable for automotive series use.
  • the principle of a heat pipe as a heat sink, which is usually used for heat transfer, is well known.
  • the heat pipe represents a liquid cooling with phase change.
  • a heat pipe shows a closed cooling circuit, which does not require additional operating aggregates eg pumps.
  • the liquid coolant in the heatpipe In operation, when heated, it changes to gaseous state, when cooled back to liquid state.
  • In a hermetically sealed housing creates a heat cycle, which is driven by the evaporation or condensation of the liquid medium at the heat source and the heat sink.
  • the transport of the liquid medium to the evaporation point regularly assumes a capillary structure.
  • the invention has for its object to provide a vehicle headlamp, which shows a good light output, proves to be robust and is suitable for the automotive series use.
  • the vehicle headlight according to the invention is provided with a housing and a light source arranged in the interior of the housing.
  • the light source contains at least one semiconductor light source, consists exclusively of semiconductor light sources or represents a single semiconductor light source. These semiconductor light sources require a very efficient control of the
  • a heat pipe in the housing of the vehicle headlight is provided for this purpose, which thermally couples with the semiconductor light source (s) and selectively dissipates the heat generated by the semiconductor light sources from the place of origin of the semiconductor light source and thereby to the location of the semiconductor light source for operation ensure suitable temperature.
  • the heat pipe is formed so that it is completely in the interior of the housing or extends into the housing and possibly extends through the housing and reaches the environment of the housing.
  • semiconductor light sources as light sources in a vehicle headlight according to the invention, it is possible to very flexibly select the function of the vehicle headlight by suitable electronic control as a function of the respective operating situation. In particular, it is possible to avoid the dazzling effect by means of suitably clocked control, in particular when operating as an infrared radiation source for a pulsed night-vision device. It is also possible, by suitably controlling a plurality of semiconductor light sources in the vehicle headlight, to dynamically adapt the radiation behavior with respect to the spatial distribution of the visible light emitted by the vehicle headlight or the infrared radiation, for example in the manner of a cornering light, to the respective driving situation.
  • Such a flexible light guide is not possible by the known temperaturrobusten light sources in the manner of an incandescent lamp or a halogen light source.
  • the inventive design of the vehicle headlamp with the use of temperature-sensitive semiconductor light sources to be operated in conjunction with the arranged in the interior of the housing heat pipe it is possible to provide very bright and flexible vehicle headlights, which also prove to be very robust. Due to the integrated design of the vehicle headlamp as a unit that shows no complex attachments to the housing, this is particularly suitable for series production, in particular with regard to the production of a vehicle with a vehicle headlamp according to the invention.
  • semiconductor lasers and / or LEDs have been found.
  • the semiconductor lasers prove to be extremely fast and require a very effective cooling, which is achieved by the inventive choice and arrangement of the heat pipe as a heat sink.
  • the LEDs turn out to be low-cost, easy-to-use and robust light sources for use in a vehicle with lower light output, as long as the LEDs are provided with efficient and sufficient cooling.
  • the LEDs prove to be very temperature sensitive due to their used semiconductor materials. In particular, temperatures in the range of 100 0 C or above prove to be very critical, since these temperatures directly lead to the destruction of the LEDs or at least significantly reduce the lifetime of the LEDs.
  • LEDs that emit only visible light or only those that only emit infrared radiation and thus no visible light, but to combine LEDs that emit on the one hand infrared radiation and the other visible Emit light.
  • This combination of different LEDs creates a very flexible headlight according to the invention, which is suitable not only for illuminating the surroundings of the vehicle with electromagnetic radiation in the visible frequency range (visible light) but also in the range of invisible electromagnetic radiation in the infrared wavelength range (infrared radiation) is.
  • This type of combination has proven to be particularly advantageous because it combines the advantages mentioned with the robust and bright properties of the headlamp according to the invention.
  • the vehicle headlight it has been proven not to realize the LED light source of packaged LEDs, but to realize LED chips.
  • the use of the LED chips makes it possible to accommodate a larger number of LED light sources on a given area and to control electrically than is possible with packaged LEDs. This leads to a concentration of the waste heat of the LED chips in a small area.
  • the inventive thermal coupling of the LED chips with the heat pipe makes it possible to realize a very bright light source in the vehicle headlight, which is made possible by the particularly efficient cooling effect of the heat pipe.
  • a use of packaged LEDs does not allow this high light output at a given area for the light source.
  • the semiconductor light source directly on the heat pipe and thus to allow a particularly good thermal transition between the semiconductor light source, be it in the form of LEDs or semiconductor lasers or other semiconductor light sources, to the heat pipe.
  • the direct arrangement of the semiconductor light source on the heatpipe a particularly reliable and robust thermally very effective heat transfer is created, which allows a particularly efficient cooling and thus largely precludes overheating of the semiconductor light source, so that a very durable inventive vehicle headlamp is created.
  • At least one LED chip is used as the light source.
  • This at least one LED chip is arranged on a support which is formed, for example, from copper, steel, metallized ceramic or other ceramic, in particular based on silicon, AlN or BeO.
  • This carrier, on which at least one LED chip is arranged and thus absorbs the heat generated by the LED chip to a large extent, is arranged on the heat pipe so that the heat generated by the LED chip to a substantial extent on the carrier is delivered to the heat pipe and is derived by the heat pipe from the LED chip. This makes it possible to keep the temperature in the region of the LED chip by the choice of the carrier or its arrangement in a good operating condition.
  • the use of LED chips on the carrier makes it possible to achieve a high packing density of LED light sources and thus to allow a high light output for the vehicle headlight, without any significant impairment of the service life of the vehicle headlight is given.
  • the supply of the at least one semiconductor light source with electrical energy will preferably take place via the heat pipe.
  • electrical lines are preferably arranged in or on the surface of the heat pipe, via which the electrical energy is supplied. This leads to a simple and less prone construction of the headlight according to the invention.
  • the heat pipe has proved to be particularly advantageous to provide the heat pipe with a metallic or with a metallized surface, which allows a good thermal coupling between the heat pipe and the at least one semiconductor light source.
  • a mechanically very robust connection between the semiconductor light sources be it by means of a metallic carrier or by the direct application of the packaged LEDs or the LED chips or the semiconductor laser, for example Soldering or bonding or to allow in a similar way. This makes it possible to create a very robust vehicle headlight.
  • Vehicle headlights extends. This makes it possible to create a self-contained uniform less sensitive external structure of the vehicle headlight, which prevents damage to the heat pipe outside the housing. This creates a very robust headlamp, which is permanently functional even under extreme external conditions.
  • the area in which the heat pipe thermally couples with the housing of the vehicle headlight is selected so that the housing in this area in contact with the body of the vehicle and thereby an effective thermal transition between the heat pipe, the housing and the body of the Vehicle is created.
  • the range is selected so that it is in the region of a fastening of the
  • Vehicle headlights is because there is a mechanical reliable coupling is given to a particular metallic body part. On the one hand, this leads to one very robust vehicle headlight and beyond to a very effective dissipation of heat from the at least one semiconductor light source to the vehicle body trie.
  • the semiconductor light source in such a way that it extends from the at least one semiconductor light source into the region of the optical element.
  • the semiconductor light source can end in front of the optical element but can also terminate in the latter.
  • Vehicle headlights achieved.
  • a very effective dissipation of the heat generated is achieved because the optical element through which the light generated passes through and illuminates the surroundings of the vehicle headlight, in addition by the. Airstream is cooled. This ensures that the actual temperature at the optical element is lower than the temperature of the environment. The reason for this temperature reduction is the so-called chili effect.
  • the optical element can in particular represent a lens, a lens or an optical lens. This design of the headlamp according to the invention thus makes it possible to achieve two special effects.
  • the vehicle headlights according to the invention can be realized even smaller and more compact.
  • the heat pipe so that one end of the heat pipe for emitting the heat above the thermal coupling point between the heat pipe and the semiconductor light source is arranged.
  • This allows a particularly efficient transfer of heat within the heat pipe or the vaporized medium in the heat pipe in an increasing manner against gravity.
  • a particularly effective cooling and a particularly effective heat transfer is created, so that overheating of the semiconductor light source inside of the housing of the Vehicle headlights even under adverse circumstances at standstill in full light is not given.
  • the liquid medium in the heatpipe so that the boiling point lies in the region of the working temperature of at least one semiconductor light source.
  • the liquid medium is selected so that the boiling point is selected just above the most effective operating point of the semiconductor light source, in particular the LED.
  • liquid medium in the heatpipe according to the invention makes it possible to achieve particularly effective cooling in the temperature range in which it is required and to limit the cooling effect outside the range quickly: to bring the working temperature to ZUL and to keep it in this area, thus realizing a very efficient and robust light source headlamp.
  • the heat pipe is arranged so that it ends in the region of the optical element. This makes it possible, despite gas-tight design of the headlamp to prevent fogging of the headlight from the inside, as in the operation of the vehicle headlamp überr the heat pipe heat dissipated by the Halbleitlichtqi ⁇ elle prevents fogging or reversal. This is a reliable function of
  • Vehicle headlamps achieved by the inventive design of the heat pipe and the housing.
  • the heat pipe so that it terminates at the end, which transfers the heat supplied and transported through the heat pipe at a distance of more than 3 cm and in particular less than 25 cm to the at least one semiconductor light source.
  • a plurality of semiconductor light sources are each combined into groups. Within the respective group are the Semiconductor light sources electrically connected in series and the groups in turn electrically connected in parallel.
  • the semiconductor light sources are preferably designed as LED chips which emit either infrared radiation or visible light.
  • the arrayed semiconductor light sources are thermally connected to the heat pipe, so that they are cooled together via the heat pipe. By using the LED chips sic ⁇ i can realize a very compact array arrangement.
  • the number of series-connected semiconductor light sources is chosen so that the on-board voltage can be applied directly without the interposition of series resistors.
  • a group strength of five or six has proven to be particularly useful, whereas with the use of white light emitting LED chips a group strength of three or four pieces has been proven.
  • the number of groups to be connected in parallel is determined primarily by the desired light intensity or brightness in the different operating states of the vehicle headlight. Due to the thermal coupling of the entire. Arrays with the particular one heat pipe is a very compact and effective and robust semiconductor light source for a vehicle headlight created, which in turn leads to a robust, reliable and effective vehicle headlights.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of an exemplary headlight according to the invention and FIG. 2 shows exemplary arrangements of FIG
  • a vehicle headlight 1 is shown schematically. It shows a housing 2a, 2b, in the interior of which a reflector 5 is arranged. Furthermore, a light source 3 is arranged in the interior of the housing 2 a, 2 b, which is applied to a metallic surface of a heat pipe 4.
  • the semiconductor light source 3 consists of a multiplicity of LED chips, which are arranged in the form of an array and are fastened on the metallic surface of the heat pipe 4 and are supplied with electrical energy by way of these. For this sd.nd laid the electrical lines on the surface of Heatpijoe 4.
  • the semiconductor light source 3 emits visible light in the direction of the reflector 5, which is disposed inside the housing 2a, 2b. The emitted light is deflected by the reflector 5 and deflected in the direction of the opti seh transparent disc 2b of the housing 2a, 2b. This light penetrates the transparent pane 2 b and is used to illuminate the surroundings of the headlamp 1, respectively, of the vehicle with the headlamp according to the invention.
  • the heat generated in the generation of the emitted light is transmitted via the thermal coupling by the direct application of the semiconductor light source 3 on the Oberfläctxe the heat pipe 4 to the heat pipe 4, which in turn the heat through a evaporation and KondenstechniksnikLier to the other end of the heat pipe. 4 passes.
  • Heat pipe 4 connected to the reflector 5 and a heat conducting 6, which emits the heat generated by the semiconductor light source 3, which was derived via the heat pipe 4, to the interior in the region of the transparent plate 2b.
  • This heat emitted in this area of the banks 6 manages to heat the optically transparent disc 2b and ensure that fogging of the disc 2b can not take place from the inside. This heating is ensured by the rise of the heated air in the interior of the housing 2a, 2b in the form of a convection process.
  • the headlight 1 Due to the design of the headlight 1 with a gas-tight closed housing 2a, 2b, it is possible to prevent the ingress of moisture and thereby ensure the functionality of the headlamp 1 according to the invention, even under difficult conditions, especially at high external humidity in particular. Also, the special form of complete integration of the heat pipe 4 into the housing 2a, 2b of the headlamp 1 achieves particularly efficient cooling of the semiconductor light source 3, so that the semiconductor light source 3 can be operated in the region of its optimum operating temperature and not overheating of the semiconductor light source 3 is to be feared. This is achieved in particular by the fact that the liquid medium in the heat pipe 4 is selected so that the boiling point in the range of the desired operating temperature of the semiconductor light source 3 is selected.
  • FIG. 2 shows various embodiments of the light sources on a heat pipe 4.
  • the particularly preferred embodiment is shown, in which the semiconductor light source realized as a plurality of LED chips 3 is arranged directly on the heat pipe. This allows a particularly good thermal transition between the LED chips 3 to the heat pipe and thereby largely precludes overheating of the semiconductor light source.
  • a plurality of LED chips 3 are arranged on a carrier 3a, which is formed, for example, from an aluminum-nitride ceramic.
  • This carrier 3a is arranged on the heat pipe 4 by soldering that the heat generated by the LED chip is emitted to a substantial extent via the carrier 3a to the heat pipe 4 and is derived by the heat pipe 4 of the LED chips 3.
  • the LED chips 3 are each arranged on a metallic intermediate piece 3b.
  • This intermediate piece 3b is permanently connected to the heat pipe 4 by soldering.
  • the LED chips are mounted on the spacers 3b by gluing and bonding.
  • the heat generated by the LED chips 3 is discharged via the metallic intermediate pieces 3b to the heat pipe 4 and discharged through the heat pipe 4. This makes it possible to keep the temperature in the region of the LED chip 3 at a low level in a good operating condition and thereby achieve a long service life of the vehicle headlamp according to the invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer (1) mit einem Gehäuse (2a, 2b) und einer im Innenraum des Gehäuses (2a, 2b) angeordneten Halbleiterlichtquelle (3). Die durch die Lichtquelle emittierte infrarote Strahlung und/oder das emittierte sichtbare Licht wird durch ein optisches Element (2b) an die Umgebung des Fahrzeugscheinwerfers (1) abgegeben. Im Innenraum des Fahrzeugscheinwerfers (1) ist eine Heatpipe angeordnet, auf deren Oberfläche die Halbleiterlichtquelle (3) befestigt und somit thermisch mit dieser verbunden ist. Die durch die Halbleiterlichtquelle erzeugte schädliche Wärme wird durch die Heatpipe (4) von dieser weggeleitet, so dass die Halbleiterlichtquelle sich nicht überhitzt und somit vor einer Zerstörung durch Überhitzung bewahrt ist. Durch diese Ausbildung ist ein sehr robuster und beständiger Fahrzeugscheinwerfer (1) geschaffen.

Description

Fahrzeugscheinwerfer
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 30 40 869 Al ist ein Fahrzeugscheinwerfer bekannt, der mit einem Gehäuse versehen ist, welches an seiner Vorderseite eine durchsichtige Streuscheibe aufweist. Im Innenraum des Gehäuses ist eine Glühlampe angeordnet, welche als Lichtquelle dient und infrarote Strahlung und sichtbares Licht emittiert, welche über die Streuscheibe an die Umgebung des Fahrzeuges mit dem Scheinwerfer so abgegeben wird, dass diese zielgerichtet beleuchtet wird. An der Außenseite des Gehäuses ist ein Kühlkörper in der Form einer Heatpipe angeordnet, die das Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers kühlt. Dieser Fahrzeugscheinwerfer erweist sich in seinem Aufbau als zu aufwendig und aufgxund der Kosten als wenig geeignet für den automobilen Serieneinsatz.
Das Prinzip einer Heatpipe als Kühlkörper, welcher meistens zum Wärmetransport eingesetzt wird, ist eingehend bekannt. Die Heatpipe stellt eine Flüssigkeitskühlung mit Phasenwechsel dar. Eine Heatpipe zeigt einen geschlossenen Kühlkreislauf, der ohne zusätzliche Betriebsaggregate z.B. Pumpen usw. auskommt. Das flüssige Kühlmedium in der Heatpipe wechselt im Betrieb bei der Erwärmung in der gasförmigen, bei der Abkühlung wieder zurück in den flüssigen Zustand. In einem hermetisch dichten Gehäuse entsteht ein Wärmekreislauf, der durch das Verdampfen bzw. Kondensieren des flüssigen Mediums an der Wärmequelle und der Wärmesenke angetrieben wird. Den Transport des flüssigen Mediums an die Verdampfungsstelle übernimmt regelmäßig eine Kapillarstruktur. Diese Heatpipes zeigen einen deutlich geringeren thermischen Widerstand gegenüber gut wärmeleitenden Festkörpern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugscheinwerfer zu schaffen, der eine gute Lichtausbeute zeigt, sich als robust erweist und für den automobilen Serieneinsatz geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugscheinwerfer ist mit einem Gehäuse und einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Lichtquelle versehen. Die Lichtquelle enthält wenigstens eine Halbleiterlichtquelle, besteht ausschließlich aus Halbleiterlichtquellen oder stellt eine einzige Halbleiterlichtquelle dar. Diese Halbleiterlichtquellen erfordern eine sehr effiziente Regelung der
Betriebstemperatur der Halbleiterlichtquellen, da sie typisch Temperaturen von über 100 0C nicht ohne Schaden überstehen. Da sie aber im Betrieb erhebliche Wärme erzeugen bzw. abgeben, entsteht in ihrem direkten Umfeld eine beträchtliche Temperatur, die eine wirksame Kühlung erforderlich macht. Erfindungsgemäß wird hierzu eine Heatpipe in dem Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers vorgesehen, die thermisch mit der oder den Halbleiterlichtquellen koppelt und die von den Halbleiterlichtquellen erzeugte Wärme zielgerichtet von dem Ort der Entstehung also von der Halbleiterlichtquelle weg abführt und dadurch an den Ort der Halbleiterlichtquelle eine für den Betrieb geeignete Temperatur sicherstellen. Dabei ist die Heatpipe so ausgebildet, dass sie sich vollständig im Innenraum des Gehäuses befindet oder sich in das Gehäuse hinein erstreckt und sich ggfs. durch das Gehäuse hinaus erstreckt und die Umgebung des Gehäuses erreicht.
Durch die Verwendung von Halbleiterlichtquellen als Lichtquellen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer ist es möglich, die Funktion des Fahrzeugscheinwerfers durch geeignete elektronische Ansteuerung sehr flexibel abhängig von der jeweiligen Betriebssituation zu wählen. Insbesondere ist es möglich, durch geeignete getaktete Ansteuerung die Blendwirkung insbesondere bei einem Betrieb als Infrarotstrahlungsquelle für ein gepulsten Nachtsichtgerätes zu vermeiden. Auch ist es möglich, durch geeignete Ansteuerung mehrerer Halbleiterlichtquellen in dem Fahrzeugscheinwerfer das Strahlverhalten im Hinblick auf die räumliche Verteilung des durch den Fahrzeugscheinwerfer abgegebenen sichtbaren Lichts oder der infraroten Strahlung beispielsweise in der Art eines Kurvenlichtes dynamisch der jeweiligen Fahrsituation anzupassen. Eine solche flexible Lichtführung ist durch die bekannten temperaturrobusten Lichtquellen in der Art einer Glühlampe oder einer Halogenlichtquelle nicht möglich. Erst durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Fahrzeugscheinwerfers mit der Verwendung von temperaturempfindlichen hochflexibel zu betreibenden Halbleiterlichtquellen in Verbindung mit der im Innenraum des Gehäuses angeordneten Heatpipe wird es möglich, sehr lichtstarke und flexible Fahrzeugscheinwerfer anzugeben, die sich darüber hinaus als sehr robust erweisen. Durch die integrierte Ausbildung des Fahrzeugscheinwerfers als eine Einheit, die keine aufwendigen Anbauten an das Gehäuse zeigt, ist dieser für den Serieneinsatz insbesondere hinsichtlich der Fertigung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer besonders geeignet.
Als bevorzugte Halbleiterlichtquellen haben sich Halbleiterlaser und/oder LEDs herausgestellt. Die Halbleiterlaser erweisen sich dabei als extrem lichtstark und benötigen eine sehr wirkungsvolle Kühlung, die durch die erfindungsgemäße Wahl und Anordnung der Heatpipe als Kühlkörper erreicht wird. Die LEDs erweisen sich bei geringerer Lichtleistung als sehr kostengünstige und einfach zu verarbeitende wie auch robuste Lichtquellen für den Einsatz in einem Fahrzeug, so weit auch die LEDs mit einer wirksamen und ausreichenden Kühlung versehen sind. Die LEDs erweisen sich aufgrund ihrer verwendeten Halbleitermaterialien als sehr temperaturempfindlich. Insbesondere erweisen sich Temperaturen im Bereich von 100 0C oder darüber als sehr kritisch, da diese Temperaturen unmittelbar zur Zerstörung der LEDs führen oder zumindest die Lebenszeit der LEDs deutlich senken. Es hat sich besonders bewährt, nicht nur LEDs zu wählen, die ausschließlich sichtbares Licht emittieren, oder nur solche zu wählen, die nur infrarote Strahlung und damit kein sichtbares Licht emittieren, sondern LEDs zu kombinieren, welche zum einen infrarote Strahlung emittieren und zum anderen sichtbares Licht emittieren. Durch diese Kombination der verschiedenen LEDs ist ein sehr flexibler erfindungsgemäßer Scheinwerfer geschaffen, der nicht nur zur Beleuchtung der Umgebung des Fahrzeuges mit elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Frequenzbereich (sichtbares Licht) sondern auch im Bereich der nicht sichtbaren elektromagnetischen Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich (infrarote Strahlung) geeignet ist. Diese Art der Kombination hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da er die genannten Vorteile mit den robusten und lichtstarken Eigenschaften des erfindungsgemäßen Scheinwerfers kombiniert.
Als bevorzugte Ausbildung des Fahrzeugscheinwerfers hat es sich bewährt, die LED-Lichtquelle nicht aus gehäusten LEDs zu realisieren, sondern aus LED-Chips zu realisieren. Durch die Verwendung der LED-Chips gelingt es, eine größere Anzahl von LED-Lichtquellen auf einer vorgegebenen Fläche unterzubringen und elektrisch anzusteuern als es mit gehäusten LEDs möglich ist. Dies führt zu einer Konzentration der Abwärme der LED- Chips auf einer kleinen Fläche. Gerade durch die erfindungsgemäße thermische Kopplung der LED-Chips mit der Heatpipe gelingt es, eine sehr lichtstarke Lichtquelle in dem Fahrzeugscheinwerfer zu realisieren, die durch die besonders effiziente Kühlwirkung der Heatpipe erst ermöglicht ist. Eine Verwendung von gehäusten LEDs ermöglicht diese hohen Lichtleistungen bei vorgegebener Fläche für die Lichtquelle nicht. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Halbleiterlichtquelle direkt auf der Heatpipe anzuordnen und somit einen besonders guten thermischen Übergang zwischen der Halbleiterlichtquelle sei es in Form von LEDs oder Halbleiterlasern oder anderen Halbleiterlichtquellen, zu der Heatpipe zu ermöglichen. Durch die direkte Anordnung der Halbleiterlichtquelle auf die Heatpipe ist ein besonders verlässlicher und robuster thermisch sehr wirkungsvoller Wärmeübergang geschaffen, der eine besonders effiziente Kühlung ermöglicht und dadurch ein Überhitzen der Halbleiterlichtquelle weitgehend ausschließt, so dass ein sehr beständiger erfindungsgemäßer Fahrzeugscheinwerfer geschaffen ist.
Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung wird wenigstens ein LED-Chip als Lichtquelle verwendet. Dieser wenigstens eine LED-Chip ist auf einem Träger angeordnet, der beispielsweise aus Kupfer, Stahl, metallisierter Keramik oder auch sonstiger Keramik, insbesondere auf Silizium-Basis, AlN oder BeO, gebildet ist. Dieser Träger, auf dem wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist und somit in einem großen Umfang die durch den LED-Chip erzeugte Wärme aufnimmt, ist auf der Heatpipe so angeordnet, dass die vom LED-Chip erzeugte Wärme in einem wesentlichen Umfang über den Träger an die Heatpipe abgegebene wird und durch die Heatpipe von dem LED-Chip abgeleitet wird. Hierdurch gelingt es, die Temperatur im Bereich des LED-Chips durch die Wahl des Trägers bzw. dessen Anordnung in einem betriebsgünstigen Zustand zu halten. Durch die Verwendung von LED-Chips auf dem Träger gelingt es, eine hohe Packungsdichte an LED-Lichtquellen zu erreichen und damit eine hohe Lichtausbeute für den Fahrzeugscheinwerfer zu ermöglichen, ohne dass eine wesentliche Beeinträchtigung der Lebensdauer des Fahrzeugscheinwerfers gegeben ist. Vorzugsweise wird die Versorgung der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle mit elektrischer Energie über die Heatpipe erfolgen. Dazu werden bevorzugt in oder auf der Oberfläche der Heatpipe elektrische Leitungen angeordnet, über welche die elektrische Energie zugeführt wird. Die führt zu einem einfachen und wenig anfälligen Aufbau des erfindungsgemäßen Scheinwerfers.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Heatpipe mit einer metallischen oder mit einer metallisierten Oberfläche zu versehen, was eine gute thermische Kopplung zwischen der Heatpipe und der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle ermöglicht. Gerade durch die Ausbildung der Heatpipe mit einer metallischen oder metallisierten Oberfläche gelingt es, darüber hinaus eine mechanisch sehr robuste Verbindung zwischen den Halbleiterlichtquellen sei es mit Hilfe eines metallischen Trägers oder durch das direkte Aufbringen der gehäusten LEDs oder der LED-Chips oder der Halbleiterlasers beispielsweise durch Löten oder Bonden oder auf einer vergleichbaren Weise zu ermöglichen. Damit gelingt es, einen sehr robusten Fahrzeugscheinwerfer zu schaffen.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Heatpipe des erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers vollständig in dem Fahrzeugscheinwerfer unterzubringen, so dass die Heatpipe sich nicht nach außen in die Umgebung des
Fahrzeugscheinwerfers erstreckt. Hierdurch gelingt es, eine in sich geschlossene einheitliche wenig empfindliche äußere Struktur des Fahrzeugscheinwerfers zu schaffen, die eine Beschädigung der Heatpipe außerhalb des Gehäuses verhindert. Hierdurch ist ein sehr robuster Scheinwerfer geschaffen, der auch unter extremen äußeren Bedingungen dauerhaft funktionsfähig ist. Alternativ hat es sich bewährt, die Heatpipe so auszubilden, dass sie sich von der Halbleiterlichtquelle im Inneren des Gehäuses des Fahrzeugscheinwerfers durch den Innenraum hindurch durch das Gehäuse bis in die Umgebung des Fahrzeugscheinwerfers erstreckt. Hierdurch gelingt es, die typisch deutlich tiefere Umgebungstemperatur des Fahrzeugscheinwerfers zu nutzen und dadurch eine wirksame Wärmesenke an dem Ende der Heatpipe zu realisieren, welche sich außerhalb des Gehäuses befindet. Vorzugsweise wird dieses Ende durch zusätzliche Gehäusebleche vor einer Beschädigung durch Steinschlag oder ähnliches geschützt.
Daneben hat es sich besonders bewährt, die Heatpipe von der Halbleiterlichtquelle durch den Innenraum des Gehäuses zu führen und in dem Gehäuse bzw. unmittelbar an der Innenwand des Gehäuses enden zu lassen. Hierdurch ist eine sehr wirkungsvolle Ableitung der Wärme von der Halbleiterlichtquelle zum Gehäuse, welches auf einem thermisch deutlich niedrigen Potenzial als die HalbleIterlichtquelle liegt, geschaffen. Hierdurch ist eine verlas suche Kühlung der thermisch empfindlichen Halbleiterlichtquelle geschaffen, ohne dass diese Anordnung zu einer Veränderung des Gehäuses aufgrund der integrierten Heatpipe erforderlich macht. Vorzugsweise ist der Bereich, in dem die Heatpipe mit dem Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers thermisch koppelt, so gewählt, dass das Gehäuse in diesem Bereich mit der Karosserie des Fahrzeuges in Kontakt steht und dadurch ein wirksamer thermischer Übergang zwischen der Heatpipe, dem Gehäuse und der Karosserie des Fahrzeuges geschaffen ist. Vorzugsweise wird der Bereich so gewählt, dass er im Bereich einer Befestigung des
Fahrzeugscheinwerfers liegt, da gerade dort eine mechanische verlässliche Kopplung zu einem insbesondere metallischen Karosserieteil gegeben ist. Dies führt einerseits zu einem sehr robusten Fahrzeugscheinwerfer und darüber hinaus zu einer sehr wirkungsvollen Ableitung der Wärme von der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle zu der Fahrzeugkarosse-trie.
Darüber hinaus hat es sich besonders bewährt, die Halbleiterlicht<quelle so zu wählen und anzuordnen, dass sie sich von der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle bis in den Bereich des optischen Elementes erstreckt. Dabei kann die Halbleiterlicht<quelle vor dem optischen Element enden aber auch in diesem enden. Durch diese Ausbildung der Heatpipe gelingt es, die von der wenigstens einen
Halbleiterlicht<quelle erzeugten, abzuführenden Wärme von dieser wegzuleiten und zu dem optischen Element des Fahrzeugscheinwerfers zu transportieren. Dort wird diese Wärme an die Umgebung des Endes der Heatpipe abgegeben, da diese auf niedrigerem thermischem Potenzial liegt. Durch diese abgegebene Wärme gelingt, das optische Element relativ zur Umgebungstemperatur zu erwärmen, was ein Beschlagen des optischen Elementes weitgehend ausschließt. Hierdurch ist ein sehr sicherer Betrieb des erfindungsgemäßen
Fahrzeugscheinwerfers erreicht. Darüber hinaus ist eine sehr wirkungsvolle Ableitung der erzeugten Wärme erreicht, da das optische Element, durch welches das erzeugte Licht hindurch tritt und die Umgebung des Fahrzeugscheinwerfers beleuchtet, zudem durch den. Fahrtwind gekühlt wird. Dieser sorgt dafür, dass die tatsächliche Temperatur an dem optischen Element niedriger als die Temperatur der Umgebung ist. Ursächlich für diese Temperaturerniedrigung ist der so genannte Chili- Effekt. Das Optische Element kann dabei insbesondere eine Abschlussscheibe, eine Streuscheibe oder eine optische Linse darstellen. Durch diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers gelingt es also, zwei besondere Wirkungen zu erreichen. Einerseits wird ein Beschlagen des optischen Elementes verhindert, was eine unerwünschtes Verändern der gewünschten Lichtverteiliαng bewirken würde, und andererseits wird eine sehr wirksame Kühlung der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle erreicht, was grundsätzlich eine größere Lichtleistung und damit eine größere abzuführende Wärme im Bereich der Lichtquelle ermöglicht. Hierdurch können die erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer noch kleiner und kompakter realisiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen das Ende der Heatpipe, welches der wenigstens einen HalbleiterLichtquelle abgewandt ist und über welches die Wärme von der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle abgegeben wird, mit ei_nem Wärmeleitblech zu versehen und dadurch die Abgabe der Wärme zu steuern. Durch das Wä.rmeleitblech ist eine gezd_elte Wärmeabgabe an die gasgefüllte Umgebung im Innenraum des Scheinwerfers gegeben, die eine von dem Gestallt des Wärmeleitbleches abhängige Konvektion im Innenraum des Scheinwerfers bewirkt.
Darüber hinaus hat es sich besonders bewährt, die Heatpipe so anzuordnen, dass ein Ende der Heatpipe zur Abgabe der Wärme oberhalb der thermischen Koppelstelle zwischen der Heatpipe und der Halbleiterlichtquelle angeordnet ist. Hierdurch ist ein besonders effizienter Transfer der Wärme innerhalb der Heatpipe respektive des verdampften Mediums in der Heatpipe in ansteigender Weise entgegen der Gravitation ermöglicht. Gerade in Verbindung mit einer Anordnung und Ausbildung der Heatpipe mit einem Ende oberhalb der Halbleiterlichtquelle bzw. der Halbleiterlichtquellen im Bereich des optischen Elementes beispielsweise in Form einer Streuscheiloe ist eine besonders wirksame Kühlung und ein besonders wirksamer Wärmetransport geschaffen, so dass eine Überhitzung der Halbleiterlichtquelle im Innern des Gehäuses des Fahrzeugscheinwerfers auch unter widrigen Umständen im Stillstand bei Volllicht nicht gegeben ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich, erwiesen, das Flüssigkeitsmedium in der Heatpip<e so zu wählen, dass der Siedepunkt im Bereich der Arbeits-temperatur der wenigsten einen Halbleiterlichtquelle liegt . Vorzugsweise wird dabei das Flüssigkeitsmedium so gewählt , dass der Siedepunkt knapp oberhalb des effektivsten Arbeitspunktes der Halbleiterlichtquelle insbesondere der LED gewählt ist. Hierdurch gelingt es, die Heatpipe in dem Temperaturbereich bevorzugt zu betreiben, in dem einerseits eine effiziente Kühlwirkung gewünscht ist und andererseits die Heatpipe eine besonders große Wärmetransportleistung aufweist. Unterhalb der Arbeitstemperatur ist die Wärmetransportleistung deutl ich geringer und bei einer Temperatur deutlich oberhalb der Arbeitstemperatur der Halbleiterlichtquelle ist die Wärmetransportleistung aufgrund einer flächigen Verdampfung des Flüssigkeitsmediums in der Heatpipe im Bereich der thermischen Kopplung zu der HaIbL eiterlichtquelle deutlich, erniedrigt. Durch die erfindungsg"emäße Wahl des Flüssigkeitsmediums in der HeatpLpe abhängig von der Wahl der Halbleiterlichtquelle gelingt es, eine besonders wirkungsvolle Kühlung in dem Temperaturbereich, in dem si& erforderlich ist, zu erreichen und außerhalb des Bereiches die Kühlwirkung einzuschränken. Hierdurch gelingt es, die Halbleiterlichtquelle schnell auf: die Arbeitstemperatur ZUL bringen und diese in diesem BerezLch zu halten und damit eiLnen sehr effizienten und robusten Farirzeugscheinwerfer zu realisieren.
Darüber hinaus hat es sich besonders bewährt, die Heatpipe so auszubilden, dass sie sich vollständig in dem Fahrzeugscheinwerfer erstreckt und nicht über das Gehäuse in die Umgebung des Fahrzeugscheinwerfers hinausragt, wobei das Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers gasdicht ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird dabei die Heatpipe so angeordnet, dass sie im Bereich des optischen Elementes endet. Hierdurch gelingt es, trotz gasdichter Ausbildung des Scheinwerfers ein Beschlagen des Scheinwerfers von Innen zu verhindern, da im Betrieb des Fahrzeugscheinwerfers die überr die Heatpipe abgeführte Wärme von der Halbleiterlichtqiαelle ein Beschlagen des optischen Elementes verhindert oder rückgängig macht. Hierdurch ist eine verlässliche Funktion des
Fahrzeugscheinwerfers durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Heatpipe und des Gehäuses erreicht.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, die Heatpipe so auszubilden, dass sie mit dem Ende, welches die zugeführte und durch die Heatpipe transportierte Wärme in einem Abstand von mehr als 3 cm und insbesondere weniger als 25 cm zu der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle endet. Durch die Ausbildung der Heatpipe in der Form, dass dieser Abstand erreicht ist, ist gewährleistet, dass eine ausreichende Separierung bzw. Ableitung der Wärme von der Halbleiterlichtquelle gegeben ist und dadurch eine unerwünscht hohe Temperatur der Halbleiteirlichtquelle verhindert werden kann. Bereits in dem Abstand von 3 cm zu der Halbleiterlichtquelle ist eine ausreichende Wärmeverteilung durch Konvektion in dem Fahrzeugscheinwerfer erreicht, die eine Überhitzung der HalbledLterlichtquelle und damit eine Zerstörung oder Beschädigung der Halbleiterlichtquelle verhindert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, mehrere Halbleiterlichtquellen zu einem Array anzuordnen. Dabei sind mehrere Halbleiterlichtquellen jeweils zu Gruppen zusammengefasst. Innerhalb der jeweiligen Gruppe sind die Halbleiterlichtquellen elektrisch in Reihe geschaltet und die Gruppen wiederum elektrisch parallel zueinander verschaltet. Vorzugsweise sind die Halbleiterlichtquellen dabei ais LED- Chips ausgebildet, die entweder infrarote Strahlung oder sichtbares Licht emittieren. Die zu einem Array angeordneten Halbleiterlichtquellen sind dabei mit der Heatpipe thermisch verbunden, so dass diese gemeinsam über die Heatpipe gekühlt werden. Durch die Verwendung der LED-Chips lässt sicϊi eine sehr kompakte Array-Anordnung realisieren. Die Anzahl der in Reihe geschalteten Halbleiterlichtquellen ist dabei so gewählt, dass die Bordspannung ohne Zwischenschaltung von Vorwiderständen direkt angelegt werden kann. Bei der Verwendung von IR-LED-Chips hat sich eine Gruppenstä rke von fünf oder sechs besonderes bewährt, wohingegen bei der Verwendung von weißes Licht emittierenden LED-Chips eine Gruppenstärke von drei oder vier Stück bewährt hat . Die Anzahl der parallel zu verschaltenden Gruppen wird primär durch die gewünschte Lichtstärke bzw. Helligkeit in den unterschiedlichen Betriebszuständen des Fahrzeugscheinwerfers bestimmt. Durch die thermische Kopplung des gesamten. Arrays mit der insbesondere einen einzigen Heatpipe ist eine sehr kompakte und wirkungsvolle und robuste Halbleiterlichtquelle für einen Fahrzeugscheinwerfer geschaffen, die wiederum zu einem robusten, verlässlichen und wirkungsvollen Fahrzeugscheinwerfer führt.
Im Folgenden wird die Erfindung an einer beispielhafft ausgewählten Ausbildung der Erfindung näher erläuterrt. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausbildung beschränkt. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines beispielhaften erfindungsgemäßen Scheinwerfers und Fig. 2 beispielhafte Anordnungen von
Halbleiterlichtquellen auf einer Heatpipe,
In Fig. 1 ist ein Fahrzeugscheinwerfer 1 schematisch dargestellt. Er zeigt ein Gehäuse 2a, 2b, in dessen Innenraum ein Reflektor 5 angeordnet ist. Weiterhin ist im Innenraum des Gehäuses 2a, 2b eine Lichtquelle 3 angeordnet, die auf einer metallischen Oberfläche einer Heatpipe 4 aufgebracht ist.
Die Halbleiterlichtquelle 3 besteht aus einer Vielzahl von LED-Chips, die arrayförmig angeordnet sind und auf der metallischen Oberfläche der Heatpipe 4 befestigt und übeαr diese mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu sd.nd die elektrischen Leitungen auf der Oberfläche der Heatpijoe 4 verlegt. Die Halbleiterlichtquelle 3 emittiert sichtbares Licht in Richtung des Reflektors 5, der im Inneren des Gehäuses 2a, 2b angeordnet ist. Das emittierte Licht wird durch den Reflektor 5 umgelenkt und in Richtung der opti seh transparenten Scheibe 2b des Gehäuses 2a, 2b umgelenkt. Dieses Licht durchdringt die transparente Scheibe 2b und wird zur Beleuchtung der Umgebung des Scheinwerfers 1 respekt ive des Fahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer verwendet.
Die bei der Erzeugung des emittierten Lichtes entstandene Wärme wird über die thermische Kopplung durch das direkte Aufbringen der Halbleiterlichtquelle 3 auf die Oberfläctxe der Heatpipe 4 auf die Heatpipe 4 übertragen, die wiederum die Wärme durch einen Verdampfungs- und KondensierungskreisLauf an das andere Ende der Heatpipe 4 leitet. Dort ist die Heatpipe 4 mit dem Reflektor 5 und einem Wärmeleitblech 6 verbunden, das die von der Halbleiterlichtquelle 3 erzeugte Wärme, welche über die Heatpipe 4 abgeleitet wurde, an den Innenraum im Bereich der transparenten Scheibe 2b abgibt. Durch diese in diesem Bereich abgegebene Wärme des Wärmeleitbleches 6 gelingt es, die optisch transparente Scheibe 2b zu erwärmen und sicherzustellen, dass ein Beschlagen der Scheibe 2b von innen nicht stattfinden kann. Diese Erwärmung wird durch das Aufsteigen der erwärmten Luft im Innenraum des Gehäuses 2a, 2b in Form eines Konvektionsprozesses sichergestellt.
Durch die Ausbildung des Scheinwerfers 1 mit einem gasdicht geschlossenen Gehäuse 2a, 2b gelingt es, das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und dadurch die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Scheinwerfers 1 auch unter schwierigen Bedingungen insbesondere bei hoher äußerer Luftfeuchtigkeit in besonderem Maße sicherzustellen. Auch ist durch die spezielle Form der vollständigen Integration der Heatpipe 4 in das Gehäuse 2a, 2b des Scheinwerfers 1 eine besonders effiziente Kühlung der Halbleiterlichtquelle 3 erreicht, so dass die Halbleiterlichtquelle 3 im Bereich ihrer optimalen Arbeitstemperatur betrieben werden kann und nicht eine Überhitzung der Halbleiterlichtquelle 3 zu befürchten ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das Flüssigkeitsmedium in der Heatpipe 4 so gewählt ist, dass der Siedepunkt im Bereich der gewünschten Arbeitstemperatur der Halbleiterlichtquelle 3 gewählt ist.
Durch diesen Aufbau des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist ein sehr robuster Scheinwerfer 1 gegeben, der auch unter sehr schwierigen äußeren Bedingungen sehr wirkungsvoll arbeitet und durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen LED-Chips der Halbleiterlichtquelle 3 ein sehr flexibles und lichtstarkes Licht zur Beleuchtung der Fahrzeugumgebung zur Verfügung stellt. Durch den einfachen Aufbau des Scheinwerfers mit einer geschlossenen einheitlichen Oberflächenstruktur des Gehäuses 2a, 2b ist ein sehr robuster Fahrzeugscheinwerfer 1 gegeben, der sich darüber hinaus als sehr geeignet für den Serieneinsatz herausstellt. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Verbaubarkeit wie auch der Kosten des erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers 1.
In Figur 2 sind verschiedene Ausbildungen der Lichtquellen auf einer Heatpipe 4 dargestellt.
Links ist die besonders bevorzugte Ausbildung dargestellt, bei der die als mehrere LED-Chips 3 realisierte Halbleiterlichtquelle direkt auf der Heatpipe angeordnet ist . Damit einen besonders guter thermischen Übergang zwischen den LED-Chips 3 zu der Heatpipe zu ermöglicht und dadurch ein Überhitzen der Halbleiterlichtquelle weitgehend ausgeschlossen.
Nach der mittleren in Figur 2 dargestellten Ausbildung sind mehrere LED-Chips 3 auf einem Träger 3a angeordnet, der beispielsweise aus einer Aluminium-Nitrid-Keramik gebildet ist. Dieser Träger 3a ist auf die Heatpipe 4 so durch Verlöten angeordnet, dass die vom LED-Chip erzeugte Wärme in einem wesentlichen Umfang über den Träger 3a an die Heatpipe 4 abgegebene wird und durch die Heatpipe 4 von den LED-Chips 3 abgeleitet wird. Hierdurch gelingt es, die Temperatur im Bereich des LED-Chips 3 in einem betriebsgünstigen Zustand zu halten und dadurch zusätzlich eine hohe Packungsdichte an LED-Lichtquellen zu erreichen, was zu einer hohen Lichtausbeute für den Fahrzeugscheinwerfer führt, ohne dass eine wesentliche Beeinträchtigung der Lebensdauer des Fahrzeugscheinwerfers gegeben ist. Nach der rechten in Figur 2 dargestellten Ausbildung sind die LED-Chips 3 jeweils auf einem metallischen Zwischenstück 3b angeordnet. Dieses Zwischenstück 3b ist mit der Heatpipe 4 durch Verlöten dauerhaft verbunden. Die LED-Chips sind auf den Zwischenstücken 3b durch Verkleben und Bonden befestigt. Die von den LED-Chips 3 erzeugte Wärme über die metallischen Zwischenstücke 3b an die Heatpipe 4 abgegeben und durch die Heatpipe 4 abgeleitet wird. Hierdurch gelingt es, die Temperatur im Bereich des LED-Chips 3 auf niedrigem Niveau in einem betriebsgünstigen Zustand zu halten und dadurch eine hohe Lebensdauer des erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugscheinwerfer mit einem Gehäuse und einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Lichtquelle, deren emittierte Strahlung und/oder emittiertes Licht durch ein optisches Element das Gehäuse verlässt, wobei eine Heatpipe zur Kühlung des Fahrzeugscheinwerfers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe sich zumindest teilweise in den Innenraum des Gehäuses erstreckt, dass die Lichtquelle wenigstens eine Halbleiterlichtquelle enthält und dass die Halbleiterlichtquelle im Innenraum des Gehäuses mit der Heatpipe thermisch gekoppelt ist.
2. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbleiterlichtquelle als Halbleiterlaser ausgebildet ist.
3. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halbleiterlichtquelle als LED ausgebildet ist.
4. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine LED als LED-Chip ausgebildet ist, die infrarote Strahlung oder sichtbares Licht aussendet.
5. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Halbleiterlichtquelle direkt auf der Heatpipe angeordnet und mit dieser thermisch verbunden ist.
6. Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine LED-Chip auf einem Träger angeordnet ist und dieser Träger auf der Heatpipe so angeordnet ist, dass der wenigstens eine LED-Chip mit der Heatpipe thermisch verbunden ist.
7. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe eine metallische oder metallisierte Oberfläche aufweist.
8. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Heatpipe von der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle zu dem optischen Element erstreckt.
9. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Heatpipe von der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle zu einem Bereich einer Befestigung des Fahrzeugscheinwerfers erstreckt.
10. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Heatpipe vollständig in dem
Fahrzeugscheinwerfer erstreckt.
11. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Heatpipe durch das Gehäuse des
Fahrzeugscheinwerfer erstreckt.
12. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe mit einem Ende zur Abgabe der Wärme oberhalb der thermischen Koppelstelle zu der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle angeordnet ist.
13. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe mit einem Ende zur Abgabe der Wärme in einem Abstand von mehr als 3 cm zu der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle endet.
14. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkeitsmedium in der Heatpipe einen Siedepunkt im Bereich der Arbeitstemperatur der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle zeigt.
15. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zu einem Array angeordnete Halbleiterlichtquellen vorgesehen sind, die jeweils gruppenweise elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Gruppen elektrisch parallel zueinander verschaltet sind und die insbesondere als LED-Chips ausgebildeten Halbleiterlichtquellen mit der Heatpipe thermisch verbunden sind.
16. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Heatpipe im Bereich des optischen Elementes endet und der Fahrzeugscheinwerfer gasdicht ausgebildet ist.
17. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle abgewandte Ende der Heatpipe mit einem Wärmeleitblech zur Beeinflussung der Konvektion im Scheinwerfer versehen ist. 8. Fahrzeugscheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe mit elektrischen Leitungen zur Versorgung der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle versehen ist.,
EP05772701A 2004-09-24 2005-08-18 Fahrzeugscheinwerfer Withdrawn EP1792117A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004046764A DE102004046764A1 (de) 2004-09-24 2004-09-24 Fahrzeugscheinwerfer
PCT/EP2005/008941 WO2006034755A1 (de) 2004-09-24 2005-08-18 Fahrzeugscheinwerfer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1792117A1 true EP1792117A1 (de) 2007-06-06

Family

ID=35044828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05772701A Withdrawn EP1792117A1 (de) 2004-09-24 2005-08-18 Fahrzeugscheinwerfer

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1792117A1 (de)
DE (1) DE102004046764A1 (de)
WO (1) WO2006034755A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005041065A1 (de) * 2005-02-16 2006-08-24 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Beleuchtungseinrichtung
DE102005054508A1 (de) * 2005-11-16 2007-05-31 Hella Kgaa Hueck & Co. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge
DE102006010977A1 (de) * 2006-02-01 2007-12-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Kfz-Scheinwerfer
DE102006059592A1 (de) * 2006-12-16 2008-06-19 Bayerische Motoren Werke Ag Kraftfahrzeugschweinwerfer
DE102006059904B4 (de) * 2006-12-19 2017-02-16 Hella Kgaa Hueck & Co. Fahrzeugleuchte
DE102007016441B4 (de) 2007-04-05 2017-08-17 Volkswagen Ag Fahrzeugleuchte, welche als Frontscheinwerfer ausgebildet ist, mit wenigstens einer LED als Lichtquelle
DE102007016442B4 (de) 2007-04-05 2017-02-16 Volkswagen Ag LED-Leuchte für ein Kraftfahrzeug
DE102008003915A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-23 Heinrich-Beck-Institut Gmbh LED-Fernscheinwerfer
WO2009090700A1 (ja) 2008-01-17 2009-07-23 Mitsubishi Electric Corporation 車載用ヘッドランプ
DE102008008664B4 (de) * 2008-02-12 2011-03-31 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugscheinwerfer mit schneller Beseitigung eines Feuchtigkeitsbeschlages oder einer Eisschicht auf seiner Deckscheibe
DK2276973T3 (da) 2008-05-23 2013-01-14 Huizhou Light Engine Ltd Ikke-blændende reflektiv ledbelysningsindretning med varmeoptagende montering
US9234646B2 (en) 2008-05-23 2016-01-12 Huizhou Light Engine Ltd. Non-glare reflective LED lighting apparatus with heat sink mounting
DE102011011700A1 (de) 2011-02-18 2012-08-23 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) LED-Scheinwerfer, Kraftfahrzeug mit einem LED-Scheinwerfer und Verfahren zur Kühlung eines LED-Scheinwerfers
DE102014203144A1 (de) 2014-02-21 2015-08-27 Carl Zeiss Smt Gmbh Baugruppe eines optischen Systems, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage
DE102014217043B4 (de) 2014-08-27 2025-02-13 Volkswagen Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040869A1 (de) * 1980-10-30 1982-06-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Scheinwerfer fuer fahrzeuge, insbesondere kraftfahrzeug-scheinwerfer
US7075112B2 (en) * 2001-01-31 2006-07-11 Gentex Corporation High power radiation emitter device and heat dissipating package for electronic components
DE10213042A1 (de) * 2002-03-23 2003-10-02 Joachim Dohmann Fahrzeugleuchte
US7048412B2 (en) * 2002-06-10 2006-05-23 Lumileds Lighting U.S., Llc Axial LED source
JP2004127782A (ja) * 2002-10-04 2004-04-22 Ichikoh Ind Ltd 車両用灯具および灯火装置
JP4102240B2 (ja) * 2003-04-08 2008-06-18 株式会社小糸製作所 車両用前照灯
US6910794B2 (en) * 2003-04-25 2005-06-28 Guide Corporation Automotive lighting assembly cooling system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2006034755A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004046764A1 (de) 2006-04-06
WO2006034755A1 (de) 2006-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1979673B1 (de) Kfz-scheinwerfer
EP1792117A1 (de) Fahrzeugscheinwerfer
DE102004017454B4 (de) Scheinwerfer für Fahrzeuge
DE10311853B4 (de) Scheinwerfer für ein Fahrzeug
EP3021041B1 (de) Lichtquellenmodul für einen fahrzeugscheinwerfer
EP1923627B1 (de) Integrierte Ansteuerung von LED-Anordnungen
DE102011084114B4 (de) Kraftfahrzeugscheinwerfer
DE102010028229A1 (de) LED Lampe
DE102008013604A1 (de) Kühlvorrichtung für ein Steuergerät einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs
DE102009021353A1 (de) Scheinwerfer
DE19932051A1 (de) Fahrzeugleuchte
EP2834552B1 (de) Beleuchtungsvorrichtung für ein kraftfahrzeug
DE102007016442B4 (de) LED-Leuchte für ein Kraftfahrzeug
EP2722579B1 (de) Kraftfahrzeugscheinwerfer mit Lichtquelle und einer Kühleinrichtung für die Lichtquelle
DE102017222086B4 (de) Thermisch justierbare vorrichtung, scheinwerfer und verfahren
DE102009048662B4 (de) Gekühltes Beleuchtungssystem mit oberflächenmontierter Lichtquelle
EP2375136A1 (de) Kraftfahrzeugleuchte
DE102014113387A1 (de) Kraftfahrzeugscheinwerfer mit thermisch optimierter Displayeinheit
DE102010005534A1 (de) Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einem Kunststoffmaterial aufweisenden Gehäuse
EP2900038B1 (de) Leuchtmittel und hiermit ausgestattete Kraftfahrzeugleuchte
DE102004036931B4 (de) Automobiler Scheinwerfer
DE102017114466A1 (de) Kühlkörper aus Aluminium zum Abführen von Wärme von Halbleiter-Lichtquellen und Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung mit einem solchen Kühlkörper
DE102009006220A1 (de) Enttauungsvorrichtung für Lichteinheiten
DE202015007310U1 (de) Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102007062388A1 (de) Außenleuchte für Kraftfahrzeuge

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070316

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: DAIMLER AG

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 20080425

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20091217