EP2885573A1 - Lichtsystem mit einer kühlvorrichtung und einem optischen körper - Google Patents

Lichtsystem mit einer kühlvorrichtung und einem optischen körper

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EP2885573A1
EP2885573A1 EP13753832.8A EP13753832A EP2885573A1 EP 2885573 A1 EP2885573 A1 EP 2885573A1 EP 13753832 A EP13753832 A EP 13753832A EP 2885573 A1 EP2885573 A1 EP 2885573A1
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EP
European Patent Office
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cooling device
optical component
light
optical
counter
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EP13753832.8A
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EP2885573B1 (de
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Thomas Rettweiler
Martin Mügge
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Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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Publication date
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device, an optical component, a lighting system with a cooling device and an optical component and a
  • Lighting systems and cooling devices and optical components for lighting systems are known in principle. They are z. B. used in vehicles to form light modules or light units. In modern lighting systems LEDs are often used as lighting. Depending on which luminous intensity is to be achieved, very high powers must be provided by these LEDs. In particular, high-power LEDs with powers of one to several watts are in use. In addition to the light emission, heat is generated when these LEDs are activated. Because heat the
  • a cooling device which usually rib-like structures for
  • a light system with a cooling device and an optical component and such a cooling device and such an optical component and moreover to provide a method for assembling a lighting system, which in a cost effective and simple way a Generaleredutation for various optical light systems and thus allow for a variety of optical components.
  • Cooling device are described, of course, also in connection with the optical component according to the invention, the light system according to the invention and the method according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention is always reciprocally referred to or can be.
  • This heat sink is equipped with at least one contact surface for the absorption of heat from the at least one light source.
  • the heat sink has at least one cooling element for the delivery of the absorbed heat.
  • a cooling device according to the invention is characterized in that the heat sink has a mechanical interface which is designed for the optional arrangement at counter-intersections of at least two different optical components.
  • a cooling device is thus based on known cooling devices with regard to their cooling capacity.
  • these cooling devices are preferably plate-shaped, so that a first side as a contact surface and the opposite side are formed as a heat transfer surface with cooling elements.
  • the cooling elements can aim in particular at an increase in the surface, and z. B. have rib-like structures.
  • a cooling device is capable of being used for different, namely at least two different optical components.
  • the heat sink has a mechanical interface, which is designed for arranging, in particular even for fastening, the cooling body and thus the cooling device to at least two different optical components.
  • this mechanical interface is to be understood such that the user of a
  • Cooling device this optionally at least two
  • optical components can use different optical components.
  • the optical components are specifically adapted to different vehicles.
  • optical components are provided with a counter-interface, which cooperates with the mechanical interface of the cooling device according to the invention. In this way it is possible to use the cooling device both in one, as well as in the other mating interface of the respective optical component.
  • a counter-interface which cooperates with the mechanical interface of the cooling device according to the invention.
  • Cooling device can be used in a variety of different optical components.
  • This one cooling device can be used for various types of optical components z. B. are used in different vehicles. In this way one becomes Common part concept for the cooling device for various optical components possible.
  • the material of the heat sink, in particular between the contact surface and the cooling elements, is preferably with high thermal conductivity and
  • the lighting means Accordingly formed with low thermal resistance. Moreover, it is preferably possible that on the heat sink, the lighting means or a
  • the light source is preferably an LED, in particular a high-power LED with a power of more than one watt.
  • more than one light source or more than one light source can be used for a cooling device according to the invention.
  • Carrier board of the light source can preferably be arranged with fastening means on the cooling device, in particular on the heat sink.
  • fastening means on the cooling device in particular on the heat sink.
  • Heat transfer between the light sources on the board on the one hand and the cooling device, in particular the heat sink, on the other hand is possible.
  • a mechanical interface is in the context of the present invention, a geometric design of a portion of the heat sink.
  • a mechanical interface has at least one contact section, which can be supported on a mating abutment section of the optical component.
  • more complex designs in geometric terms for the mechanical interface and accordingly also for the mechanical counter-interfaces are possible.
  • not only an arrangement, but also a fastening takes place via the mechanical interface.
  • An optical component in the sense of the present invention is in particular a component which exerts a direct or an indirect influence on the light emitted by the light source.
  • An indirect influence is z. Legs Reflection surface, so that light emitted from the light source and impinging on the optical component, is deflected by the reflection surface.
  • Direct influencing of the light is also possible if the optical component is formed, at least in sections, as a light-conducting component, in particular as a so-called TIR (Total Internal Reflection) body.
  • a cooling device can be further developed such that the mechanical interface has at least one abutment surface for abutment against at least one counterstop surface of the optical component. These surfaces do not necessarily lie in one plane. However, it is advantageous if both the abutment surface, as well as the counter stop surface have a substantially planar extension. This leads to a particularly advantageous surface contact and lower production costs. Of course, more than one can
  • Stop surface and thus be provided more than a counter-stop surface, so that an even safer arrangement, preferably even a mounting of the cooling device to the optical component is possible. These are both at the stop surface, as well as at the counter stop surface to
  • a cooling device in the context of the present invention can be further developed such that the at least one abutment surface with the at least one counterstop surface forms a guide, which is designed in particular as a guide of a rib in a groove.
  • This guide is used in particular a mounting movement in a mounting direction.
  • this guide may be formed as a rib in a groove, wherein the rib may have a shape that allows a variety of security directions.
  • only a single direction is defined as mounting direction and thus gives the only
  • the rib can z. B. be a simple extension with a substantially rectangular cross-section. Also dovetailed ribs, which are guided in a corresponding dovetail groove, are in the context of
  • z As a material for the cooling device, in particular the heat sink, z. As metal or plastic used. As metal z. As aluminum or copper as advantageous materials to name, in particular with regard to their
  • a cooling device can be further developed in that the guide has a mounting direction, wherein the guide in
  • Mounting direction has a reduction in the geometric dimensions. This makes it possible to increase the guiding force between the at least one abutment surface and the at least one counter abutment surface.
  • the leadership z. B. formed as a rib and groove this means that the rib in the mounting direction has a tapered free cross-section.
  • the rib with a constant cross-section will therefore be easily inserted on both sides during insertion with much play. If the groove progressively narrows in the mounting direction, the rib will finally come into contact with the side surfaces of the groove at least on one side, and later also on both sides. This increases friction and thus the contact pressure between rib and groove. In particular, therefore, a jamming and thereby a fixing arranging the rib in the groove.
  • Another object of the present invention is an optical component for influencing the direction of light from at least one light source in a lighting system.
  • Such an optical component has an optical body with at least an optically active surface for influencing the direction of the light.
  • Such an optical component is characterized in that the optical body has a mechanical counter-interface, which is designed for the arrangement of at least one cooling device.
  • the optical component thus serves, in particular, as a counterpart to the cooling device according to the invention, so that the two together can form a lighting system explained in more detail later.
  • An optically active surface in the sense of the present invention is an area which can influence the direction of light. This can be done by external
  • Reflections as is the case with indirect use of the optical component. Incident light is changed and reflected in direction. Direct influencing is also possible if the optical body is designed as a light-conducting component, in particular as a TIR body. This can z. B. take place by metallizing coating on the outside of the optical body internal reflection, whereby the direction of the light is changed.
  • An optical component according to the invention is able to interact via the mechanical counter-interface, in particular with a cooling device according to the invention. Accordingly, a cooling device can now be used for this optical component, which can be produced as a standardized component in large quantities. This reduces the cost of the lighting system equipped with such a specific optical component and a universal cooling device according to the invention.
  • An optical component according to the invention can be further developed such that the mechanical counter-interface is designed for the arrangement of at least one cooling device according to the present invention.
  • the optical body of the optical component, the counter-attack surface on or the mating interface as has been explained in detail to the cooling device according to the invention.
  • An optical component according to the invention thus brings with it the same advantages as have been described in detail with reference to a cooling device according to the invention.
  • the optical component according to the invention is preferably further developed such that the optical body is at least partially one of the following configurations:
  • - Lens or lens system in particular comprising at least one
  • the embodiments described above can also be combined with each other in an optical component.
  • light-guiding devices and TIR bodies are used for directly influencing the light
  • the reflector serves to indirectly influence the light.
  • Under direct influence is to be understood as an influence of light within the body, while an indirect influence affects light which impinges on the optics body from the outside.
  • Another object of the present invention is a lighting system with a cooling device and an optical component.
  • a lighting system is characterized in that the cooling device according to the present invention and / or the optical component according to the present invention are formed.
  • a lighting system according to the invention brings with it the same advantages as have been explained in detail with reference to an optical component according to the invention or with reference to a cooling device according to the invention.
  • Such a lighting system is thus preferably the situation in the installed state, so that a specific optical component is combined with a cooling device originating from a common-part concept and thus producible in a large number of pieces.
  • a lighting system according to the invention can be further developed such that a circuit board with the at least one light source is provided, which is arranged in particular contacting on a contact surface of a heat sink of the cooling device.
  • This contacting arrangement takes place in particular by means of Fasteners, which z. As screws, adhesive surfaces, rivets or other clip-like elements can represent. Also an attachment of the
  • a further subject of the present invention is a method for mounting a lighting system, in particular according to the present invention, comprising the following steps:
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a lighting system according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a cooling device according to the invention
  • 4 shows a further embodiment of a lighting system according to the invention
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a lighting system according to the invention
  • FIG. 7 is a partial view of a lighting system according to the invention.
  • FIG. 8 shows a further illustration of the embodiment according to FIG. 7,
  • Fig. 9 shows another embodiment of a light system according to the invention.
  • FIG. 10 shows a further embodiment of a lighting system according to the invention.
  • a cooling device 10 which has a contact surface 22 on its underside and a multiplicity of rib-like cooling elements 24 on its upper side.
  • the cooling elements 24 and the contact surface 22 are all components of a single heat sink 20, which is preferably made of metal, in particular aluminum or copper, or of plastic.
  • a mechanical member on both sides of the heat sink 20, as shown in Figure 1 on the lower left side well, is a mechanical member.
  • the mechanical interface 26 is formed here as a rib 28 and has on its top and on its underside each one
  • FIG. 1 has a possibility of an optical component 50 on the left side.
  • the optical body 60 is two
  • an optically active surface 62 facing away from the viewer is directed away.
  • the counter interface 66 can be seen in a roof-like structure of the optic body 60 on the inside. This mating interface 66 is formed here as a groove 68, and has on the top and the bottom corresponding Counter stop surfaces 66a on. With a thick arrow and the reference M, the mounting direction of the cooling device 10 in the optical component 50 is shown.
  • a board 70 is provided, which has downwardly facing and therefore unrecognizable light sources 1 0. It is inserted together with the cooling device 10 in the mating interface 66. The insertion takes place in the direction of the mounting direction M. In this way, a fixing arranging takes place, in particular a fixing of the cooling device 10 relative to the board 70 and in particular relative to the optical component 50.
  • FIGS. 4, 9 and 10 each show a lighting system 100, in which the cooling device 10 is mounted on the optical component 50. It can be seen in all three cases, the cooling elements 24 on top of the cooling device 10. In addition, you can see optically active surfaces 62 of the heat sink 60, which in different ways and thus with different influencing scenarios for the
  • emitting light can be equipped.
  • Figures 2 and 3 show two different embodiments of a
  • Cooling devices 10 can be selected depending on the number and power of the light sources 110 on the board 70. In Figure 2, longitudinal ribs are arranged, while in Figure 3 pin-like extensions are used. In all cases, in addition to the heat dissipation performance and a visual change of the cooling device 10 is possible, so that design considerations can also be perceived.
  • FIGS. 5 and 6 show a further embodiment of a light system 100 according to the invention. While the remaining figures show an indirect influence on the light, a direct influence of the light of the light sources 110 in the optical body 60 is provided here.
  • the optic body 60 is designed as a light-conducting component and has an optically active surface 62 as a decoupling surface Pillow look on.
  • the light sources 110 are again arranged on a circuit board 70 which is in contact with a contact surface 22 of the cooling device 10 in areas.
  • the optical component 50 has counter-intersections 66, which are hook-shaped extensions. These are pushed over corresponding flat sections as mechanical interfaces 26 of the heat sink 20, so that an assembled situation arises, as shown in Figures 5 and 6.
  • FIGS 7 and 8 show partial views in which the board 70 is clearly visible.
  • two light sources 110 in the form of LEDs are mounted here, which are in surface contact with the heat sink 20 of the cooling device 10 at the top.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (10) für zumindest eine Lichtquelle (110) in einem Lichtsystem (100), mit einem Kühlkörper (20), aufweisend wenigstens eine Kontaktfläche (22) für die Aufnahme von Wärme von der zumindest einen Lichtquelle (110) und zumindest ein Kühlelement (24) für die Abgabe der aufgenommenen Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (20) eine mechanische Schnittstelle (26) aufweist, welche für die wahlweise Anordnung an Gegenschnittstellen (66) von zumindest zwei unterschiedlichen optischen Bauteilen (50) ausgebildet ist.

Description

Lichtsystem mit einer Kühlvorrichtung und einem optischen Körper
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, ein optisches Bauteil, ein Lichtsystem mit einer Kühlvorrichtung und einem optischen Bauteil sowie ein
Verfahren zur Montage eines Lichtsystems.
Lichtsysteme sowie Kühlvorrichtungen und optische Bauteile für Lichtsysteme sind grundsätzlich bekannt. Sie werden z. B. bei Fahrzeugen eingesetzt, um Lichtmodule bzw. Lichteinheiten auszubilden. Bei modernen Lichtsystemen werden häufig LEDs als Leuchtmittel eingesetzt. Je nachdem, welche Lichtstärke erzielt werden soll, sind sehr hohe Leistungen von diesen LEDs zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sind Hochleistungs-LEDs mit Leistungen von ein bis mehreren Watt im Einsatz. Neben der Lichtemission entsteht bei der Aktivierung dieser LEDs Wärme. Da Wärme die
Leistung der LED beeinträchtigt und auch die Standzeit negativ beeinflusst, muss diese Wärme abgeführt werden. Daher wird bei bekannten Lichtsystemen eine Kühlvorrichtung verwendet, welche üblicherweise rippenartige Strukturen zur
Vergrößerung der Oberfläche aufweist. Durch direkten Kontakt zwischen dieser Kühlvorrichtung mit den Kühlrippen und der LED kann die Wärme in adäquater Weise abgeführt werden.
Bei bekannten Lichtsystemen ist es jedoch nachteilhaft, dass die Kühlvorrichtung exakt an die jeweilige Einbausituation angepasst sein muss. Somit muss für jede neue Einsatzsituation nicht nur ein neues optisches Bauteil in Form eines Lichtleiters oder eines TIR-Körpers bzw. eines Reflexionskörpers ausgeführt werden, sondern darüber hinaus auch eine entsprechende Kühlvorrichtung entwickelt und hergestellt werden. Dies bedeutet auf Konstruktionsseite erhöhten Aufwand. Auch für die Fertigung wird der Kostenaufwand vergrößert, da neue Werkzeuge erstellt und getestet werden müssen. Insbesondere widerspricht die bisherige Lösung bekannter Lichtsysteme für Einzelkühlvorrichtungen für die entsprechende Einsatzsituation dem gewünschten Gleichteilekonzept, also der Reduktion unterschiedlicher Bauteile über verschiedene Baureihen hinweg. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtsystem mit einer Kühlvorrichtung und einem optischen Bauteil sowie eine solche Kühlvorrichtung und ein solches optisches Bauteil und darüber hinaus ein Verfahren zur Montage eines Lichtsystems zur Verfügung zu stellen, welche in kostengünstiger und einfacher Weise eine Teilereduktion für verschiedenste optische Lichtsysteme und damit für verschiedenste optische Bauteile ermöglichen.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein optisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 5, ein Lichtsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen optischen Bauteil, dem erfindungsgemäßen Lichtsystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für zumindest eine Lichtquelle in einem Lichtsystem weist einen Kühlkörper auf. Dieser Kühlkörper ist mit wenigstens einer Kontaktfläche für die Aufnahme von Wärme von der zumindest einen Lichtquelle ausgestattet. Darüber hinaus weist der Kühlkörper zumindest ein Kühlelement für die Abgabe der aufgenommenen Wärme auf. Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkörper eine mechanische Schnittstelle aufweist, welche für die wahlweise Anordnung an Gegenschnittstellen von zumindest zwei unterschiedlichen optischen Bauteilen ausgebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung basiert also hinsichtlich ihrer Kühlleistung auf bekannten Kühlvorrichtungen. So sind diese Kühlvorrichtungen vorzugsweise plattenförmig ausgebildet, so dass eine erste Seite als Kontaktfläche und die gegenüberliegende Seite als Wärmeabgabefläche mit Kühlelementen ausgebildet sind. Die Kühlelemente können dabei insbesondere auf eine Vergrößerung der Oberfläche hinzielen, und z. B. rippenartige Strukturen aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist jedoch in der Lage für unterschiedliche, nämlich wenigstens zwei unterschiedliche optische Bauteile eingesetzt zu werden. Dafür weist der Kühlkörper eine mechanische Schnittstelle auf, die zum Anordnen, insbesondere sogar zum Befestigen des Kühlköpers und damit der Kühlvorrichtung an wenigstens zwei unterschiedlichen optischen Bauteilen ausgebildet ist. Dabei ist diese mechanische Schnittstelle derart zu verstehen, dass der Verwender einer
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung diese wahlweise bei wenigstens zwei
unterschiedlichen optischen Bauteilen einsetzen kann. So sind die optischen Bauteile beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuge spezifisch angepasst. Diese
spezifische Anpassung ist insbesondere hinsichtlich der optischen Eigenschaften dieser optischen Bauteile zu verstehen. Darüber hinaus sind diese optischen Bauteile mit einer Gegenschnittstelle versehen, die mit der mechanischen Schnittstelle der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zusammenwirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlvorrichtung sowohl bei der einen, als auch bei der anderen Gegenschnittstelle des jeweiligen optischen Bauteils einzusetzen. Selbstverständlich können auch deutlich mehr als zwei unterschiedliche optische Bauteile mit entsprechenden
Gegenschnittstellen ausgebildet sein, so dass eine erfindungsgemäße
Kühlvorrichtung bei einer Vielzahl von unterschiedlichen optischen Bauteilen eingesetzt werden kann. Die Schnittstelle der Kühlvorrichtung und die
Gegenschnittstellen der optischen Bauteile sind also insbesondere bidirektional universell zueinander.
Damit wird es möglich, die Kühlvorrichtung, insbesondere den Kühlkörper, in hohen Stückzahlen zu fertigen. Auch muss diese Kühlvorrichtung nur ein einziges Mal konfigurierend ausgelegt werden. Die hohen Stückzahlen führen neben dem reduzierten Konstruktionsaufwand zu deutlich reduzierten Teilekosten. Diese eine Kühlvorrichtung kann für unterschiedlichste Arten von optischen Bauteilen z. B. bei unterschiedlichen Fahrzeugen eingesetzt werden. Auf diese Weise wird ein Gleichteilekonzept für die Kühlvorrichtung für verschiedenste optische Bauteile möglich.
Das Material des Kühlkörpers, insbesondere zwischen der Kontaktfläche und den Kühlelementen, ist dabei vorzugsweise mit hoher Wärmeleitfähigkeit und
dementsprechend mit geringem Wärmeleitwiderstand ausgebildet. Darüber hinaus ist es vorzugsweise möglich, dass an dem Kühlkörper die Leuchtmittel bzw. eine
Leuchtmittel tragende Platine direkt angeordnet werden kann. Bei der Lichtquelle handelt es sich als Leuchtmittel vorzugsweise um eine LED, insbesondere um eine Hochleistungs-LED mit einer Leistung von mehr als einem Watt. Selbstverständlich können auch mehr als eine Lichtquelle bzw. mehr als ein Leuchtmittel für eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zum Einsatz kommen. Die entsprechende
Trägerplatine der Lichtquelle kann vorzugsweise mit Befestigungsmitteln an der Kühlvorrichtung, insbesondere am Kühlkörper angeordnet werden. So kann ein Verkleben, ein Verschrauben oder ein anderweitiges Fixieren einer Platine mit LEDs auf der Kontaktfläche der Kühlvorrichtung erfolgen, so dass eine ideale
Wärmeübertragung zwischen den Lichtquellen auf der Platine einerseits und der Kühlvorrichtung, insbesondere dem Kühlkörper, andererseits ermöglicht ist.
Eine mechanische Schnittstelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine geometrische Ausbildung eines Abschnitts des Kühlkörpers. So weist eine solche mechanische Schnittstelle insbesondere wenigstens einen Anlageabschnitt auf, welcher sich an einem Gegenanlageabschnitt des optischen Bauteils abstützen kann. Selbstverständlich sind auch komplexere Ausbildungen in geometrischer Hinsicht für die mechanische Schnittstelle und dementsprechend auch für die mechanischen Gegenschnittstellen möglich. Vorzugsweise erfolgt über die mechanische Schnittstelle nicht nur ein Anordnen, sondern auch ein Befestigen. So kann ein Einrasten bzw. ein Einschieben mittels der mechanischen Schnittstelle in der entsprechenden
Gegenschnittstelle des optischen Bauteils erfolgen.
Ein optisches Bauteil ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Bauteil, welches einen direkten oder einen indirekten Einfluss auf das von der Lichtquelle emittierte Licht ausübt. Ein indirekter Einfluss ist z. B. eine Reflexionsfläche, so dass Licht, welches von der Lichtquelle emittiert wird und auf dem optischen Bauteil auftrifft, von der Reflexionsfläche umgelenkt wird. Auch eine direkte Beeinflussung des Lichts ist möglich, wenn das optische Bauteil zumindest abschnittsweise als Lichtleitbauteil, insbesondere als sogenannter TIR (Total-Internal- Reflection)-Körper ausgebildet ist.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die mechanische Schnittstelle wenigstens eine Anschlagsfläche zur Anlage an zumindest einer Gegenanschlagsfläche des optischen Bauteils aufweist. Diese Flächen müssen nicht zwangsläufig in einer Ebene liegen. Jedoch ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Anschlagsfläche, als auch die Gegenanschlagsfläche eine im Wesentlichen ebene Erstreckung aufweisen. Dies führt zu einem besonders vorteilhaften flächigen Kontakt und geringeren Herstellkosten. Selbstverständlich können auch mehr als eine
Anschlagsfläche und damit auch mehr als eine Gegenanschlagsfläche vorgesehen sein, so dass eine noch sicherere Anordnung, vorzugsweise sogar eine Befestigung der Kühlvorrichtung an dem optischen Bauteil möglich wird. Dabei handelt es sich sowohl bei der Anschlagsfläche, als auch bei der Gegenanschlagsfläche um
geometrisch besonders ausgebildete Abschnitte des optischen Bauteils bzw. des Kühlkörpers.
Eine Kühlvorrichtung im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann dahingehend weitergebildet werden, dass die wenigstens eine Anschlagsfläche mit der zumindest einen Gegenanschlagsfläche eine Führung ausbildet, welche insbesondere als Führung einer Rippe in einer Nut ausgebildet ist. Diese Führung dient insbesondere einer Montagebewegung in einer Montagerichtung. So kann diese Führung als Rippe in einer Nut ausgebildet sein, wobei die Rippe eine Form aufweisen kann, die verschiedenste Sicherungsrichtungen zulässt. Vorzugsweise ist nur eine einzige Richtung als Montagerichtung definiert und gibt damit den einzigen
Bewegungsfreiraum für die Korrelation zwischen der Kühlvorrichtung und dem optischen Bauteil vor. Die Rippe kann z. B. ein einfacher Fortsatz mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt sein. Auch schwalbenschwanzförmige Rippen, die in einer entsprechenden Schwalbenschwanznut geführt sind, sind im Rahmen der
vorliegenden Erfindung denkbar. Selbstverständlich können auch andere Kombinationen zwischen Rippe und Nut eine entsprechende Führung zur Verfügung stellen, um z. B. ein zusätzliches Zentrieren der Kühlvorrichtung in der
entsprechenden Gegenschnittstelle des optischen Bauteils zu ermöglichen. Als Material kommt für die Kühlvorrichtung, insbesondere den Kühlkörper, z. B. Metall oder Kunststoff zum Einsatz. Als Metall sind z. B. Aluminium oder Kupfer als vorteilhafte Materialien zu nennen, die insbesondere hinsichtlich ihrer
Wärmeleitfähigkeit Vorteile mit sich bringen.
Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann dahingehend weitergebildet werden, dass die Führung eine Montagerichtung aufweist, wobei die Führung in
Montagerichtung eine Reduktion der geometrischen Abmessungen aufweist. Dies ermöglicht es, die Führungskraft zwischen der wenigstens einen Anschlagsfläche und der zumindest einen Gegenanschlagsfläche zu erhöhen. Ist die Führung z. B. als Rippe und Nut ausgebildet, so bedeutet dies, dass die Rippe in Montagerichtung einen sich verjüngenden freien Querschnitt aufweist. Die Rippe mit konstantem Querschnitt wird also beim Einschieben zuerst mit viel Spiel auf beiden Seiten leicht einschiebbar bleiben. Verjüngt sich die Nut in Montagerichtung immer weiter, so wird die Rippe schließlich zumindest an einer Seite, später auch an beiden Seiten in Kontakt mit den Seitenflächen der Nut gelangen. Dadurch erhöht sich Reibung und damit auch der Anpressdruck zwischen Rippe und Nut. Insbesondere erfolgen also ein Verklemmen und dadurch ein fixierendes Anordnen der Rippe in der Nut. Auf diese Weise ist ein besonders kostengünstiges Befestigen der Kühlvorrichtung in der entsprechenden Gegenschnittstelle des optischen Bauteils möglich. Darüber hinaus kann in der Gegenschnittstelle nicht nur die Kühlvorrichtung, sondern auch eine Platine, welche die LEDs trägt, eingeschoben werden. Durch einen verjüngenden Querschnitt einer solchen Nut kann damit auch der Anpressdruck zwischen der Platine und der Kontaktfläche erhöht werden, so dass die
Wärmeübertragungskapazität durch das Vermeiden von Spalten zwischen
Kontaktfläche und Platine ebenfalls verbessert wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Bauteil für die Beeinflussung der Richtung von Licht von zumindest einer Lichtquelle in einem Lichtsystem. Ein solches optisches Bauteil weist einen Optikkörper mit wenigstens einer optisch aktiven Fläche zur Beeinflussung der Richtung des Lichts auf. Ein solches optisches Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass der Optikkörper eine mechanische Gegenschnittstelle aufweist, welche für die Anordnung zumindest einer Kühlvorrichtung ausgebildet ist. Das optische Bauteil dient also insbesondere als Gegenstück zu der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, so dass beide zusammen ein später noch näher erläutertes Lichtsystem ausbilden können.
Eine optisch aktive Fläche ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Fläche, welche die Richtung von Licht beeinflussen kann. Dies kann durch äußere
Reflexionen von statten gehen, wie dies bei einer indirekten Verwendung des optischen Bauteils der Fall ist. Einfallendes Licht wird hinsichtlich der Richtung geändert und reflektiert. Auch eine direkte Beeinflussung ist möglich, wenn der Optikkörper als Lichtleitbauteil, insbesondere als TIR-Körper, ausgebildet ist. Damit kann z. B. durch metallisierende Beschichtung auf der Außenseite des Optikkörpers eine interne Reflexion stattfinden, wodurch die Richtung des Lichts verändert wird.
Ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil ist in der Lage über die mechanische Gegenschnittstelle insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zusammenzuwirken. Dementsprechend kann nun für dieses optische Bauteil eine Kühlvorrichtung verwendet werden, welche als standardisiertes Bauteil in großer Stückzahl hergestellt werden kann. Dies reduziert die Kosten des Lichtsystems, welches mit einem solchen spezifischen optischen Bauteil und einer universellen erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ausgestattet ist.
Ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die mechanische Gegenschnittstelle ausgebildet ist für die Anordnung zumindest einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Damit weist der Optikkörper des optischen Bauteils die Gegenanschlagsfläche auf bzw. die Gegenschnittstelle, wie dies ausführlich zur erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung erläutert worden ist. Ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung beschrieben worden sind. Das erfindungsgemäße optische Bauteil ist vorzugsweise dahingehend weitergebildet, dass es sich bei dem Optikkörper wenigstens abschnittsweise um eine der folgenden Ausbildungen handelt:
- Lichtleitbauteil
- TIR-Körper (Total-Internal-Reflection)
- Reflektor
- Linse oder Linsensystem, insbesondere aufweisend zumindest eine
Fresnellinse
Selbstverständlich können die voranstehend beschriebenen Ausbildungsformen auch miteinander in einem optischen Bauteil kombiniert werden. Während Lichtleitbauteile und TIR-Körper für eine direkte Beeinflussung des Lichts verwendet werden, dient der Reflektor für eine indirekte Beeinflussung des Lichts. Unter direkter Beeinflussung ist dabei eine Beeinflussung von Licht innerhalb des Körpers zu verstehen, während eine indirekte Beeinflussung Licht beeinflusst, welches von außen auf den Optikkörper auftrifft.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtsystem mit einer Kühlvorrichtung und ein optisches Bauteil. Ein solches Lichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und/oder das optische Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Lichtsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil bzw. mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind. Ein solches Lichtsystem ist also vorzugsweise die Situation im eingebauten Zustand, so dass ein spezifisches optisches Bauteil mit einer aus einem Gleichteilekonzept stammenden und damit in einer großen Stückzahl herstellbaren Kühlvorrichtung kombiniert ist.
Ein erfindungsgemäßes Lichtsystem lässt sich dahingehend weiterbilden, dass eine Platine mit der zumindest einen Lichtquelle vorgesehen ist, welche insbesondere an einer Kontaktfläche eines Kühlkörpers der Kühlvorrichtung kontaktierend angeordnet ist. Diese kontaktierende Anordnung erfolgt insbesondere mithilfe von Befestigungsmitteln, welche z. B. Schrauben, Klebeflächen, Nieten oder andere klammerartige Elemente darstellen können. Auch eine Befestigung der
kontaktierenden Anordnung zwischen Platine und Kühlkörper während der Montage, also z. B. beim Einschieben in eine gemeinsame Führungsnut, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Montage eines Lichtsystems, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte:
- Zur Verfügung stellen einer Kühlvorrichtung, insbesondere gemäß der
vorliegenden Erfindung,
- Auswählen eines optischen Bauteils, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Anordnen der Kühlvorrichtung über eine mechanische Schnittstelle an einer Gegenschnittstelle des optischen Bauteils.
Diese Möglichkeit einer Auswahl eines optischen Bauteils für eine universell einsetzbare Kühlvorrichtung wird erst durch ein erfindungsgemäßes Lichtsystem ermöglicht. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes
Lichtsystem, ein erfindungsgemäßes optisches Bauteil und eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung erläutert worden sind.
Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten
Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten„links",„rechts",„oben" und„unten" beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems,
Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems,
Fig. 6 die Ausführungsform der Fig. 5 in rückwärtiger Ansicht,
Fig. 7 eine Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Lichtsystems,
Fig. 8 eine weitere Darstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 7,
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems und
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems.
In Figur 1 wird das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung deutlich. So ist hier zum einen eine Kühlvorrichtung 10 dargestellt, die auf ihrer Unterseite eine Kontaktfläche 22 und auf ihrer Oberseite eine Vielzahl von rippenartigen Kühlelementen 24 aufweist. Die Kühlelemente 24 und die Kontaktfläche 22 sind alle Bestandteile eines einzelnen Kühlkörpers 20, welcher vorzugsweise aus Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, oder aus Kunststoff ausgebildet ist. Auf beiden Seiten des Kühlkörpers 20, wie in Figur 1 auf der unteren linken Seite gut zu erkennen, ist eine mechanische
Schnittstelle 26 vorgesehen. Die mechanische Schnittstelle 26 ist hier als Rippe 28 ausgebildet und weist auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite jeweils eine
Anschlagsfläche 26a auf.
Darüber hinaus weist die Ausführungsform der Figur 1 auf der linken Seite eine Möglichkeit eines optischen Bauteils 50 auf. Der Optikkörper 60 ist mit zwei
Grundbestandteilen versehen. So ist im unteren Bereich des Optikkörpers 60 eine optisch aktive Fläche 62 nach hinten zeigend vom Betrachter weggerichtet. Auf der Oberseite ist in dachartiger Struktur des Optikkörpers 60 auf der Innenseite die Gegenschnittstelle 66 zu erkennen. Diese Gegenschnittstelle 66 ist hier als Nut 68 ausgebildet, und weist auf der Oberseite und der Unterseite entsprechende Gegenanschlagsflächen 66a auf. Mit einem dicken Pfeil und dem Bezugszeichen M ist die Montagerichtung der Kühlvorrichtung 10 im optischen Bauteil 50 dargestellt.
Darüber hinaus ist bei dieser Ausführungsform eine Platine 70 vorgesehen, welche nach unten zeigende und daher nicht erkennbare Lichtquellen 1 0 aufweist. Sie wird gemeinsam mit der Kühlvorrichtung 10 in die Gegenschnittstelle 66 eingeschoben. Das Einschieben erfolgt in Richtung der Montagerichtung M. Auf diese Weise erfolgt ein festlegendes Anordnen, insbesondere ein Fixieren der Kühlvorrichtung 10 relativ zur Platine 70 und insbesondere relativ zum optischen Bauteil 50.
Im Ergebnis kann nach der Montage der Ausführungsform der Figur 1 ein Lichtsystem 100 entstehen, wie es z. B. die Figuren 4, 9 und 10 darstellen. In den Figuren 4, 9 und 10 ist jeweils ein Lichtsystem 100 dargestellt, bei welchem die Kühlvorrichtung 10 am optischen Bauteil 50 montiert ist. Man sieht in allen drei Fällen die Kühlelemente 24 auf der Oberseite der Kühlvorrichtung 10. Darüber hinaus sieht man optisch aktive Flächen 62 des Kühlkörpers 60, welche in unterschiedlichster Weise und damit dementsprechend mit unterschiedlichsten Beeinflussungsszenarien für das
emittierende Licht ausgestattet sein können.
Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen einer
erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 10. Sie ist vorzugsweise mit identischen
Schnittstellen 26 versehen, so dass auch hier eine Auswahl unterschiedlicher
Kühlvorrichtungen 10 je nach Anzahl und Leistung der Lichtquellen 110 auf der Platine 70 ausgewählt werden kann. In Figur 2 sind Längsrippen angeordnet, während in Figur 3 stiftartige Fortsätze verwendet werden. In allen Fällen wird neben der Wärmeabfuhrleistung auch eine optische Veränderung der Kühlvorrichtung 10 möglich, so dass Designgesichtspunkte ebenfalls wahrgenommen werden können.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtsystems 100. Während die übrigen Figuren eine indirekte Beeinflussung des Lichts zeigen, ist hier eine direkte Beeinflussung des Lichts der Lichtquellen 110 im Optikkörper 60 vorgesehen. Der Optikkörper 60 ist als lichtleitendes Bauteil ausgebildet und weist eine optisch aktive Fläche 62 als Auskoppelfläche mit Kissenoptik auf. Die Lichtquellen 110 sind wieder auf einer Platine 70 angeordnet, welche in Flächen kontakt mit einer Kontaktfläche 22 der Kühlvorrichtung 10 steht. Bei dieser Ausführungsform weist das optische Bauteil 50 Gegenschnittstellen 66 auf, welche hakenförmige Fortsätze sind. Diese werden über entsprechende flächige Abschnitte als mechanische Schnittstellen 26 des Kühlkörpers 20 übergeschoben, so dass eine montierte Situation entsteht, wie sie die Figuren 5 und 6 zeigen.
Die Figuren 7 und 8 zeigen Teildarstellungen, bei welchen die Platine 70 gut zu erkennen ist. Hier sind jeweils zwei Lichtquellen 110 in Form von LEDs angebracht, welche nach oben hin im flächigen Kontakt zum Kühlkörper 20 der Kühlvorrichtung 10 stehen.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Kühlvorrichtung
20 Kühlkörper
22 Kontaktfläche
24 Kühlelement
26 Mechanische Schnittstelle
26a Anschlagsfläche
28 Rippe
50 Optisches Bauteil
60 Optikkörper
62 Optisch aktive Fläche
66 Gegenschnittstelle
66a Gegenanschlagsfläche
68 Nut
70 Platine
100 Lichtsystem
110 Lichtquelle
M Montagerichtung

Claims

Lichtsystem mit einer Kühlvorrichtung und einem optischen Körper Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung (10) für zumindest eine Lichtquelle (110) in einem
Lichtsystem (100), mit einem Kühlkörper (20), aufweisend wenigstens eine Kontaktfläche (22) für die Aufnahme von Wärme von der zumindest einen Lichtquelle (110) und zumindest ein Kühlelement (24) für die Abgabe der aufgenommenen Wärme,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkörper (20) eine mechanische Schnittstelle (26) aufweist, welche für die wahlweise Anordnung an Gegenschnittstellen (66) von zumindest zwei unterschiedlichen optischen Bauteilen (50) ausgebildet ist.
2. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanische Schnittstelle (26) wenigstens eine Anschlagsfläche (26a) zur Anlage an zumindest einer Gegenanschlagsfläche (66a) des optischen Bauteils (50) aufweist.
3. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Anschlagsfläche (26a) mit der zumindest einen Gegenanschlagsfläche (66a) eine Führung ausbildet, welche insbesondere als Führung einer Rippe (28) in einer Nut (68) ausgebildet ist.
4. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führung eine Montagerichtung (M) aufweist, wobei die Führung in Montagerichtung (M) eine Reduktion der geometrischen Abmessungen aufweist, um die Führungskraft zwischen der wenigstens einen
Anschlagsfläche (26a) und der zumindest einen Gegenanschlagsfläche (66a) zu erhöhen.
5. Optisches Bauteil (50) für die Beeinflussung der Richtung von Licht von zumindest einer Lichtquelle (110) in einem Lichtsystem (100), aufweisend einen Optikkörper (60) mit wenigstens einer optisch aktiven Fläche (62) zur Beeinflussung der Richtung des Lichts,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Optikkörper (60) eine mechanische Gegenschnittstelle (62) aufweist, welche für die Anordnung zumindest einer Kühlvorrichtung (10) ausgebildet ist.
6. Optisches Bauteil (50) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanische Gegenschnittstelle (66) ausgebildet ist für die Anordnung zumindest einer Kühlvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 4.
7. Optisches Bauteil (50) nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Optikkörper (60) wenigstens abschnittsweise um eine der folgenden Ausbildungen handelt:
- Lichtleitbauteil
- TIR-Körper (Total-Internal-Reflection)
- Reflektor
- Linse oder Linsensystem, insbesondere aufweisend zumindest eine Fresnellinse
8. Lichtsystem (100) mit einer Kühlvorrichtung (10) und einem optischen Bauteil
(50),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlvorrichtung (10) die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 4 und/oder das optische Bauteil (50) die Merkmale eines der Ansprüche 5 bis 7 aufweist.
9. Lichtsystem (100) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Platine (70) mit der zumindest einen Lichtquelle (110) vorgesehen ist, welche insbesondere an einer Kontaktfläche (22) eines Kühlkörpers (20) der Kühlvorrichtung (10) kontaktierend angeordnet ist.
Verfahren zur Montage eines Lichtsystems (100), insbesondere mit den Merkmalen eines der Ansprüche 8 oder 9, aufweisend die folgenden Schritte:
- Zur Verfügung stellen einer Kühlvorrichtung (10), insbesondere mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 4,
- Auswählen eines optischen Bauteils (50), insbesondere mit den
Merkmalen eines der Ansprüche 5 bis 7,
- Anordnen der Kühlvorrichtung (10) über eine mechanische Schnittstelle (26) an einer Gegenschnittstelle (66) des optischen Bauteils (50).
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