EP3115679A1 - Beleuchtungseinrichtung und fahrzeug mit der beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung und fahrzeug mit der beleuchtungseinrichtung Download PDF

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EP3115679A1
EP3115679A1 EP16176690.2A EP16176690A EP3115679A1 EP 3115679 A1 EP3115679 A1 EP 3115679A1 EP 16176690 A EP16176690 A EP 16176690A EP 3115679 A1 EP3115679 A1 EP 3115679A1
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EP
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housing
heat sink
lighting device
heat
air
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EP16176690.2A
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Johannes Neukam
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device according to the preamble of claim 1 and a vehicle with the lighting device.
  • semiconductor light sources such as light-emitting diodes “LEDs”, laser diodes, etc.
  • LEDs light-emitting diodes
  • laser diodes etc.
  • the lighting devices for example, can be both signal lights and headlights.
  • the proportion of infrared radiation generated in semiconductor light sources is comparatively negligible, with the result that the housing of lighting devices (including its cover) with a semiconductor light source in their operation far less heated than is the case with conventional bulbs.
  • the windscreen exposed to the ambient air of the headlamp forms a comparatively cold zone.
  • semiconductor light source s
  • semiconductor light sources Since the lifetime of semiconductor light sources is highly temperature-dependent and if the semiconductor light source is destroyed when a predetermined threshold temperature is exceeded, it is particularly the case of headlamps, i. More generally, in semiconductor light sources having a comparatively high power, it is necessary to provide sufficient cooling of the semiconductor light source (s).
  • a headlight in which at least one semiconductor light source arranged in a housing is thermally connected to a heat sink by means of a heat pipe.
  • ventilation means for forced ventilation of the heat sink provided.
  • the heat sink may either be disposed in the housing, in which case the vent means comprise a fan, or it may be located outside the housing, in which case the vent means comprise air guide elements for forced ventilation by the airstream.
  • a headlamp for a motor vehicle comprising at least one heat source to be cooled and a cooling device having a heat sink coupled to the heat source and a fan with a blower housing, which generates a heat sink cooling the air flow.
  • the headlight is characterized in that the heat sink with the fan housing forms an integral structural heat sink fan housing unit.
  • the object of the invention is a light module for the headlamp of a vehicle which has at least one heat sink and a heat transfer device in heat transfer contact with the at least one heat sink, wherein the heat transfer device is movably mounted and at least one light source is attached to the heat transfer device, such that movement of the heat transfer device Heat transport device, the illumination in front of the vehicle can be changed by the mounted light source.
  • the heat transport device may be hollow inside, wherein preferably a radial fan creates a quasi-laminar flow in the interior and in countercurrent principle, the heat transport device cools from the inside.
  • the air flow can also serve to defrost and / or de-icing the lens of the headlight / lamp unit.
  • a heat sink flows in the interior of a headlight housing by means of a fan, however, flow profiles often develop in the headlight, which can increase the tendency of the headlight windshields to heat up due to their character. And is a heat sink according to the DE 10 2007 028 301 A1 Located outside the housing, so a wind is required to effect sufficient cooling. A wind is not given at a standstill of a vehicle.
  • a lighting device in particular a headlamp for a (power) vehicle is proposed, with a housing and housing therein housing air, at least one arranged in the housing semiconductor light source, which is attached to at least one heat transport device, wherein the at least one heat transport device in heat-transmitting contact with a cooling body device is provided and wherein a ventilation means for forced ventilation of the heat sink device is provided with housing air.
  • the illumination device according to the invention results in a number of previously unachievable advantages.
  • the use of a heat sink device the exhaust air is removed from the housing, interrupts or limits the air circulation inside the lighting device, which driven by free convection amplifies the condensation of the cover.
  • the induced volume flow through the heat sink device ensures a constant ventilation of the housing independently of a movement of the lighting device (eg of a vehicle in which the lighting device is arranged) and thus promotes the Enttauung the windscreen already in the state.
  • the at least one semiconductor light source arranged in the housing comprises a light-emitting diode (LED) and / or a laser diode.
  • LED light-emitting diode
  • the at least one heat transport device comprises a heat pipe, a heat-conducting metal body or a thermally conductive graphite body.
  • the lighting device according to the present invention can also be further developed in an advantageous manner in that the heat sink device comprises a metal heat sink with a rib-like structure, wherein the heat sink is optionally surrounded directly by a heat sink housing or arranged in a heat sink housing.
  • the ventilation means may advantageously comprise means for producing a synthetic jet, a radial fan or a tangential fan.
  • the lighting device according to the present invention may have a particle filter for filtering the ambient air to be conducted into the housing.
  • the illumination device can also have a control device by means of which the volume flow of housing air conducted by the ventilation means to the cooling body device can be controlled or regulated.
  • control device can in particular be set up to control the volume flow conducted to the heat sink device Housing air in response to a temperature of a semiconductor light source, a pressure difference between the first opening and the second opening and / or a speed of a vehicle to regulate, in which the illumination device is arranged.
  • the present invention also includes a vehicle, in particular a motor vehicle with a lighting device according to the invention or one of its advantageous developments.
  • the lighting device 1 a housing 2, in which housing air is located.
  • the lighting device 1 also has a cover plate 13, which may consist of glass or plastic depending on the intended use of the lighting device 1, colorless or colored, flat or curved, may have a smooth or textured surface.
  • the illumination device 1 has at least one semiconductor light source 3, 3 ', 3 "arranged in the housing 2, which is fastened to at least one heat transport device 4, 4'.
  • the number of semiconductor light sources 3, 3 ', 3 "of the illumination device 1 is not particularly limited and may comprise, for example, one, two, three, four or more semiconductor light sources 3, 3', 3", wherein each of the semiconductor light sources 3, 3 ', 3 "may comprise a single light-generating element or a plurality of light-generating elements (for example in the form of an LED array)
  • Preferred examples of a semiconductor light source 3, 3 ', 3" is a light-emitting diode (LED), an array of light-emitting diodes , a laser diode, an array of laser diodes and any combination of said semiconductor light sources 3, 3 ', 3 ".
  • the present invention is not limited to currently known semiconductor light sources 3, 3', 3".
  • the semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3 " can be fixed to the heat transport device 4, 4' in a positive, positive or material fit manner, advantageously a heat-transferring (heat-transporting) contact between the semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3 "and heat transport means 4, 4 'are provided.
  • the at least one heat transport device 4, 4 ' is provided to transport heat loss, which arises during operation of the at least one semiconductor light source 3, 3', 3 ", to the heat sink device 5.
  • the heat transport device 4, 4 ' made of a material having the highest possible thermal conductivity, ie with the lowest possible thermal resistance or includes this.
  • the heat transport device 4, 4 ' may be mentioned a heat pipe, a thermally conductive metal body or a thermally conductive graphite body, wherein the heat transport device (s) 4, 4' is generally formed longitudinally / are.
  • the heat transport devices 4, 4 ' can have any suitable geometry and size; in the case of a plurality of heat transport devices 4, 4 ', these can each have a different geometry and / or size.
  • a heat pipe comprises a heat pipe which is closed on all sides and which in the region of one of its ends is thermally connected to the device to be cooled.
  • the heat pipe contains a cooling medium, which becomes gaseous when heated and becomes liquid again when cooled down at cooler parts of the heat pipe (phase transition).
  • the liquid cooling medium is transported back to the heat source by a (capillary) structure, a wick system or by gravity.
  • the heat pipe can be advantageously arranged in an illumination device 1 according to the present invention so that it has a gradient from the condensation region to the evaporation region of the heat pipe in the intended use of the illumination device 1 (for example as the headlight of a vehicle). In this way it can be achieved that the condensate formed in the heat pipe reliably flows back in the direction of the evaporation region.
  • the incline may be in the range of 5% to about 40%, but is not limited thereto.
  • the heat transport device (s) 4, 4 ' is / are not limited to heat pipes (or, more generally, to a heat transport device (s) using the principle of a phase transition) and may, for example, also in the form of a heat-conducting, preferably longitudinal metal body (eg ., Of copper, aluminum, a copper alloy or an aluminum alloy) or a thermally conductive, preferably elongated graphite body may be formed.
  • a heat-conducting preferably longitudinal metal body (eg ., Of copper, aluminum, a copper alloy or an aluminum alloy) or a thermally conductive, preferably elongated graphite body may be formed.
  • the graphite body may, but need not be, entirely made of graphite, but it is sufficient if it contains a proportion of graphite to have a sufficient heat-conducting property. Since graphite bodies are often comparatively brittle and can therefore easily break, it is advantageous if the graphite body is joined to another material along at least one side along its length or is supported by another material, such as a material made of one material Plastic, a ceramic or metal to withstand the mechanical stresses for which the lighting device. 1 is specified.
  • the heat transport device (s) 4, 4 'are / are in a heat-transmitting contact with the heat sink device 5.
  • the heat transfer in the simplest case by means of a contacting contact between a heat transport device 4, 4' and the heat sink device 5 done.
  • a heat transport device 4, 4 'and the heat sink device 5 can also be by means of force, form or material connection with each other in heat-transmitting connection to each other.
  • the heat transport device (s) 4, 4 ' is designed to be movable relative to the heat sink device 5, wherein at different positions of a heat transport device 4, 4' relative to the heat sink device 5, a heat-transferring contact must be ensured. It can also be provided that the combination of heat transport device (s) 4, 4 'and heat sink device 5 is designed to be movable relative to the housing 2.
  • the characteristic of the light emission of the illumination device 1 can be changed and thus can, for example, be included and the same lighting device 1, a greater number of light functions can be realized than would be the case with (one) semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3 "arranged immovably with respect to the housing 2.
  • a plurality of semiconductor light sources 3, 3 ', 3 "are mounted on a heat transport device 4, 4' and / or several heat transport devices 4, 4 'are in heat-transferring contact with only a heat sink device 5 are located.
  • the cooling body device 5 may in the simplest case be a heat sink 9. From the prior art, a large number of heatsink 9 are known, so that it need not be discussed in detail in the present application.
  • the heat sink device 5 comprises a metal heat sink 9 with rib-like structure or finger heat sink 9 (with my plurality of pins or pins, compared to a heat sink 9 with a ribbed structure may have a larger surface area).
  • This heat sink 9 can optionally be surrounded directly by a heat sink housing 10 or arranged in a heat sink housing 10.
  • FIGS. 1 to 3 each embodiment with a arranged in a heat sink housing 10 heat sink 9 are shown.
  • the present invention is not limited to such a configuration of the heat sink device 5.
  • the heat sink 9 is surrounded by a heat sink housing 10 or arranged in such, this is of course not completely closed, but has at least one air inlet opening 11 and at least one air outlet opening 12 at suitable locations. These openings 11, 12 are chosen so that the guided to the heat sink 9 air along the heat sink 9 along, in particular on cooling fins of the heat sink 9 along or through it flows or can flow.
  • the cooling fins may be shaped (for example bent over at their free ends), that they divert a larger proportion of the case air flowing past them in the direction of the second housing opening 8 than is the case with " simple "cooling fins is the case.
  • air guide elements air ducts
  • the housing 2 may be provided which support a steering of the housing air flowing to the heat sink device 5 in the direction of the second housing opening 8.
  • a heat sink housing 10 is provided inside the housing 2 or in the immediate vicinity of the housing 2, the housing 2 and the heat sink housing 10 may have at least one common wall. Also, as in Fig. 1 is schematically illustrated, for example, an opening, both the second housing opening 8 and the second opening 12 of the heat sink housing 10 form.
  • a ventilation means 6 6 ' which is provided for forced ventilation of the heat sink device 5 with housing air, are basically all flow devices that are capable of a gas flow, in particular a turbulent gas flow, preferably a highly turbulent gas flow, or to generate a gas flow at a particularly high speed.
  • aeration means 6, 6 ' mention may be made here of a radial fan, tangential fan or a device for producing a synthetic jet.
  • a device for producing a synthetic jet comprises a cavity (cavity) in which one end is closed by a flexible, periodically oscillatable membrane and which has an outlet opening at another end. With an increase in the volume of the cavity produced by the movement of the membrane, a negative pressure is created therein and it flows through the nozzle gas from the environment (housing air, more generally a fluid) into the cavity.
  • the inflowing gas volume (fluid volume) is ejected out of the cavity again.
  • the flow dissolves at the edges of the nozzle and a free shear layer forms between expelled gas and static environment.
  • a vortex is generated, which moves in the axial direction after exceeding an energy threshold.
  • gas from the environment ambient fluid
  • FIG Fig. 1 An example of a lighting device 1 with a device for producing a synthetic jet 6 is shown in FIG Fig. 1 shown schematically.
  • the device for producing a synthetic jet 6 in particular the nozzle shown as a conical element at a certain distance from the first opening 11 of an optional heat sink housing 10, so that a sufficient gas environment is given for generating the free jet.
  • the direction of the free jet is of course chosen in the direction of the first opening 11 of an optional heat sink housing 10. If the heat sink device 5 exclusively consists of a heat sink 9, then the device for producing a synthetic jet 6 is equivalent, ie the direction of the free jet is directed, for example, in the direction of the heat sink 9 or in the direction of the cooling fins of the heat sink 9.
  • the first opening 11 of the heat sink device 5, the second opening 12 of the heat sink device 5 and the second housing opening 8 (which is preferably identical or identical to the second opening 12 of the heat sink device 5) define the suction position in the lighting device 1 and the outlet position in the vicinity of the lighting device 1.
  • the boundary layers at the air-heat sink transition can be more or less disturbed or even destroyed. If a conventional radial or axial fan 6, 6 'used for the present invention, the boundary layers are comparatively little disturbed, so that a conventional size of the heat sink 9 will be selected.
  • a smaller compared to the prior art heat sink 9 can be selected if a ventilation means 6, 6 'is provided, which can generate a turbulent, highly turbulent and / or air flow with a particularly high speed or by which the boundary layers can be effectively disturbed or even destroyed at the air-heat sink transition.
  • a device for producing a synthetic jet as aeration means 6, 6 'with which a highly turbulent air flow can be generated It is likewise preferred to provide a ventilator as ventilation means 6, 6 ', which can generate a particularly high velocity of the air.
  • Radial and tangential fans 6, 6 ' may be mentioned as further examples of flow devices that may be used in accordance with the present invention.
  • a device for producing a synthetic jet 6, 6 ' has the advantage over a radial and tangential fan 6, 6' that a synthetic jet has a much higher service life compared to fans and thus lower failure rates and a lower maintenance outlay can be expected. Also, with a device for producing a synthetic jet 6, 6 'in a particularly simple and reliable manner, a highly turbulent flow can be generated.
  • the present invention is not limited to an arrangement of aeration means 6, 6 'and heat sink means 5 inside the housing 2, and it can the aeration means 6, 6' and / or the heat sink device 5 in any conceivable combination be arranged both inside and outside the housing 2.
  • Embodiments of the lighting devices 1 according to the last two mentioned possibilities are the subject of Figures 2 and 3 . Should be in the embodiments according to the Figures 2 and 3 A device for producing a synthetic jet will be used, of course, a person skilled in the art will take appropriate precautions to achieve the object of the invention (for example, arranging the device for producing a synthetic jet at a distance from the openings 8, 11 in the embodiment according to FIG Fig.
  • a connection (rigid, flexible, tubular, etc.) is naturally provided between the gas outlet point (housing air) of the ventilation means 6, 6' and the heat sink device 5 , so that housing air from the aeration means 6, 6 'can be passed to the heat sink device 5.
  • the freedom in the arrangement of aeration means 6, 6 'and heat sink device 5 inside and / or outside the housing 2 may result in advantages in terms of the design of the lighting device 1 and the labor required in assembly and possible service and repair work is.
  • the lighting device 1 may further be provided that it has a particle filter through which ambient air (outside air) must pass before it can get into the interior of the housing 2.
  • the (not shown in the figures) particulate filter can be arranged either directly in the first opening 7 of the housing 2 or at a distance thereto. In the latter case it can be provided that a tubular or tubular connection between the particle filter and the first opening 7 of the housing 2 is provided.
  • Particulate filters are known from the prior art.
  • the illumination device 1 may advantageously also have a control device by means of which the size of the volume flow of housing air conducted by the ventilation means 6, 6 'to the cooling body device 5 can be controlled or regulated.
  • a control of the size of the volume flow of housing air by the control device may, for example.
  • a pressure difference between the first opening 7 and the second opening 8 of the housing 2 and / or a speed of Vehicle done in which the lighting device 1 is arranged may be controlled or regulated.
  • the latter two options take on the fact that at a pressure difference between the first opening 7 and the second opening 8 and / or a moving lighting device 1 (in which in a suitable arrangement of the first housing opening 7 or of the particulate filter and the second opening 8 sets a pressure difference between the openings 7, 8) already sets a certain volumetric flow through the housing 2 through the pressure difference, which is used to dissipate the light emitted by the semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3
  • the performance of the aerating means 6, 6 ' can advantageously be reduced (reduced), which may result in advantages in terms of the life of the aerating means 6, 6' and the energy consumption of the lighting device 1.
  • the present invention also encompasses a vehicle having a lighting device 1 according to the invention or one of its advantageous developments.
  • the vehicle may be any type of rail or non-rail land vehicle, watercraft or aircraft;
  • a preferred example of a vehicle is a motor vehicle.
  • the illumination device 1 can be any type of illumination device 1 with a semiconductor light source 3, 3 ', 3 ", in particular signal lamps and headlamps.
  • a mixture of semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3 "and conventional bulbs (incandescent bulbs, halogen bulbs, gas discharge lamps, etc.) may also be provided in the illumination device 1. It is also not required according to the invention that all semiconductor light sources 3, 3 ', 3 "of a lighting device 1 are connected to a heat transport device 4, 4'.
  • the term "to direct at least a portion of the housing air moved to it to a second part of the heat sink device 5," this "proportion” may include all (ie 100%) of the housing air moved to it appropriate proportion thereof, about 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30% or less.
  • the lighting device 1 taking into account the amount of heat to be dissipated via the heat transport device (s) 4, 4 ', of course also with regard to the proportion of housing air to be dissipated, so that the lighting device 1 achieves the object according to the invention, ie in particular overheating Semiconductor light source (s) 3, 3 ', 3 "is reliably prevented.
  • the present invention thus provides a particularly advantageous, combined solution for cooling and ventilating a lighting device 1, in particular a headlight.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1), insbesondere Scheinwerfer für ein (Kraft)Fahrzeug, mit einem Gehäuse (2) und darin befindlicher Gehäuseluft, wenigstens einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Halbleiterlichtquelle (3, 3', 3"), die an wenigstens einer Wärmetransporteinrichtung (4, 4') befestigt ist, wobei die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung (4, 4') sich in wärmeübertragendem Kontakt mit einer Kühlkörpereinrichtung (5) befindet und wobei ein Belüftungsmittel (6, 6') zur zwangsweisen Belüftung der Kühlkörpereinrichtung (5) mit Gehäuseluft vorgesehen ist, wobei
- das Gehäuse (2) über wenigstens eine erste Öffnung (7) verfügt, über die Umgebungsluft in das Gehäuse (2) eintreten kann,
- das Gehäuse (2) über wenigstens eine zweite Öffnung (8) verfügt, über die Gehäuseluft aus dem Gehäuse (2) austreten kann,
- das Belüftungsmittel (6, 6') dazu eingerichtet ist, Gehäuseluft zu der Kühlkörpereinrichtung (5) zu bewegen, und
- die Kühlkörpereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Anteil der zu ihr bewegten Gehäuseluft aus der Beleuchtungseinrichtung (1) austreten zu lassen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Fahrzeug mit der Beleuchtungseinrichtung.
  • Bereits seit einiger Zeit werden Halbleiterlichtquellen (etwa Licht emittierende Dioden "LEDs", Laserdioden, etc.) in Beleuchtungseinrichtungen von (Kraft)Fahrzeugen verwendet, wobei es sich bei den Beleuchtungseinrichtungen bspw. sowohl um Signalleuchten als auch um Scheinwerfer handeln kann.
  • Anders als bei herkömmlichen Leuchtmitteln, wie etwa Glühbirnen, Halogenlampen oder Gasentladungslampen, ist der Anteil an erzeugter Infrarotstrahlung bei Halbleiterlichtquellen vergleichsweise bzw. vernachlässigbar gering, was zur Folge hat, dass sich das Gehäuse von Beleuchtungseinrichtungen (einschließlich dessen Abdeckscheibe) mit einer Halbleiterlichtquelle bei deren Betrieb weit weniger erwärmt, als dies bei herkömmlichen Leuchtmitteln der Fall ist.
  • Auf der anderen Seite werden auch bei Halbleiterlichtquellen nach dem derzeitigen Stand der Technik nur etwa 20% der zugeführten elektrischen Energie in Licht umgewandelt, die restlichen etwa 80% bewirken in Form von Verlustwärme eine Erwärmung der Halbleiterlichtquelle(n).
  • Der geringe Anteil an Infrarotstrahlung von Halbleiterlichtquellen führt somit zu "Hotspots" thermischer Leistung im Bereich der Halbleiterlichtquellen. Bei Scheinwerfern mit Halbleiterlichtquelle(n) ist/sind diese oftmals in dessen hinteren Bereich angeordnet, so dass auch in diesem hinteren Bereich der/die "Hotspot(s)" ausgebildet werden.
  • Die der Umgebungsluft ausgesetzte Frontscheibe des Scheinwerfers bildet dagegen eine vergleichsweise kalte Zone. Beim Betrieb eines Scheinwerfers mit Halbleiterlichtquelle(n) steigt daher oftmals warm-feuchte Luft im hinteren Bereich des Scheinwerfers auf und sinkt an der vergleichsweise kühlen Frontscheibe ab, was eine Betauung der Frontscheibe bewirken kann.
  • Da die Lebensdauer von Halbleiterlichtquellen stark temperaturabhängig ist und bei einem Überschreiten einer vorgegebenen Schwellentemperatur die Halbleiterlichtquelle zerstört wird, ist es vor allem bei Scheinwerfern, d.h. allgemeiner ausgedrückt bei Halbleiterlichtquellen mit einer vergleichsweise hohen Leistung erforderlich, für eine ausreichende Kühlung der Halbleiterlichtquelle(n) zu sorgen.
  • Daher ist es bekannt, die thermische Leistung von Halbleiterlichtquellen mittels Kühlkörper abzuführen, die direkt mit dem zu kühlenden elektrischen Bauteil verbunden sind.
  • Eine einfache Verwendung von Kühlkörpern in direktem Kontakt mit einer Halbleiterlichtquelle führt jedoch - wie bei jedem Luft-Kühlkörper-Übergang - zur Ausbildung von Grenzschichten am Übergang Luft-Kühlkörper und somit zu einem vergleichsweise geringen Wärmeübergang und erfordert daher einen groß dimensionierten Kühlkörper, was nachteilig im Hinblick auf dessen Gewicht und Volumen ist.
  • Vor diesem Hintergrund wurden Lösungen entwickelt, bei denen Kühlkörper mit einem Lüfter oder mittels Fahrtwind angeströmt werden. Je nach Geschwindigkeit der anströmenden Luft können hierbei die Grenzschichten laminar oder turbulent sein.
  • So beschreibt die DE 10 2007 028 301 A1 einen Scheinwerfer, bei dem mindestens eine in einem Gehäuse angeordnete Halbleiterlichtquelle mittels einer Heatpipe thermisch mit einem Kühlkörper verbunden ist. Es sind Belüftungsmittel zur zwangsweisen Belüftung des Kühlkörpers vorgesehen. Der Kühlkörper kann entweder in dem Gehäuse angeordnet sein, in welchem Fall die Belüftungsmittel einen Ventilator umfassen, oder er kann außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, in welchem Fall die Belüftungsmittel Luftleitelemente zur Zwangsbelüftung durch den Fahrtwind umfassen.
  • Aus der DE 10 2009 033 909 A1 ist ein Frontscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit wenigstens einer zu kühlenden Wärmequelle und einer Kühleinrichtung, die einen thermisch mit der Wärmequelle gekoppelten Kühlkörper sowie ein Gebläse mit einem Gebläsegehäuse aufweist, das einen den Kühlkörper kühlenden Luftstrom erzeugt. Der Frontscheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass der Kühlkörper mit dem Gebläsegehäuse eine einstückige bauliche Kühlkörper-Gebläsegehäuse-Einheit bildet.
  • Und die DE 10 2012 103 631 A1 hat ein Lichtmodul für den Scheinwerfer eines Fahrzeugs zum Gegenstand, das wenigstens einen Kühlkörper und eine mit dem wenigstens einen Kühlkörper in wärmeübertragendem Kontakt stehende Wärmetransportvorrichtung aufweist, wobei die Wärmetransportvorrichtung beweglich gelagert und wenigstens eine Lichtquelle an der Wärmetransportvorrichtung befestigt ist, so dass mit der Bewegung der Wärmetransportvorrichtung die Ausleuchtung vor dem Fahrzeug durch die befestigte Lichtquelle verändert werden kann. Die Wärmetransportvorrichtung kann innen hohl sein, wobei vorzugsweise ein Radiallüfter eine quasi laminare Strömung im Inneren erzeugt und im Gegenstromprinzip die Wärmetransportvorrichtung von innen kühlt. Der Luftstrom kann auch zur Enttauung und/oder Enteisung der Abschlussscheibe der Scheinwerfer-/Leuchteneinheit dienen.
  • Wird zur Erhöhung des Wärmeübergangs ein Kühlkörper im Inneren eines Scheinwerfergehäuses mittels eines Ventilators angeströmt, entstehen jedoch oftmals Strömungsprofile im Scheinwerfer, die durch ihren Charakter die Betauungsneigung der Scheinwerferfrontscheiben erhöhen können. Und ist ein Kühlkörper gemäß der DE 10 2007 028 301 A1 außerhalb des Gehäuses angeordnet, so ist ein Fahrtwind erforderlich, um eine ausreichende Kühlung zu bewirken. Ein Fahrtwind ist bei einem Stillstand eines Fahrzeugs jedoch nicht gegeben.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Halbleiterlichtquelle zur Verfügung zu stellen, mit dem die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise überwunden werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einer solchen Beleuchtungseinrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie das Fahrzeug gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Beleuchtungseinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß wird eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere ein Scheinwerfer für ein (Kraft)Fahrzeug vorgeschlagen, mit einem Gehäuse und darin befindlicher Gehäuseluft, wenigstens einer in dem Gehäuse angeordneten Halbleiterlichtquelle, die an wenigstens einer Wärmetransporteinrichtung befestigt ist, wobei die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung sich in wärmeübertragendem Kontakt mit einer Kühlkörpereinrichtung befindet und wobei ein Belüftungsmittel zur zwangsweisen Belüftung der Kühlkörpereinrichtung mit Gehäuseluft vorgesehen ist.
  • Die Beleuchtungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass
    • das Gehäuse über wenigstens eine erste Öffnung verfügt, über die Umgebungsluft in das Gehäuse eintreten kann,
    • das Gehäuse über wenigstens eine zweite Öffnung verfügt, über die Gehäuseluft aus dem Gehäuse austreten kann,
    • das Belüftungsmittel dazu eingerichtet ist, Gehäuseluft zu der Kühlkörpereinrichtung zu bewegen, und
    • die Kühlkörpereinrichtung dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Anteil der zu ihr bewegten Gehäuseluft aus der Beleuchtungseinrichtung (und damit auch aus dem Gehäuse) austreten zu lassen.
  • Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ergeben sich eine Reihe von bisher nicht erzielbaren Vorteilen. So unterbricht oder limitiert die Verwendung einer Kühlkörpereinrichtung, deren Abluft aus dem Gehäuse entfernt wird, die Luftumwälzung im Inneren der Beleuchtungseinrichtung, die durch freie Konvektion getrieben die Betauung der Abdeckscheibe verstärkt.
  • Der induzierte Volumenstrom durch die Kühlkörpereinrichtung sorgt für eine konstante Durchlüftung des Gehäuses unabhängig von einer Bewegung der Beleuchtungseinrichtung (bspw. eines Fahrzeugs, in dem die Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist) und fördert somit die Enttauung der Frontscheibe bereits im Stand.
  • Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Beleuchtungseinrichtung sind bei dieser
    • das Belüftungsmittel und die Kühlkörpereinrichtung im Inneren des Gehäuses angeordnet,
    • das Belüftungsmittel außerhalb des Gehäuses und die Kühlkörpereinrichtung im Inneren des Gehäuses,
    • das Belüftungsmittel im Inneren des Gehäuses und die Kühlkörpereinrichtung außerhalb des Gehäuses, oder
    • das Belüftungsmittel und die Kühlkörpereinrichtung außerhalb des Gehäuses angeordnet.
  • Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der Beleuchtungseinrichtung umfasst die wenigstens eine in dem Gehäuse angeordnete Halbleiterlichtquelle eine Licht emittierende Diode (LED) und/oder eine Laserdiode.
  • Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der Beleuchtungseinrichtung umfasst die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung eine Heatpipe, einen wärmeleitenden Metallkörper oder einen wärmeleitenden Graphitkörper.
  • Die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch dahin in vorteilhafter Weise weitergebildet sein, dass die Kühlkörpereinrichtung einen metallenen Kühlkörper mit rippenartiger Struktur umfasst, wobei der Kühlkörper wahlweise unmittelbar von einem Kühlkörpergehäuse umgeben oder in einem Kühlkörpergehäuse angeordnet ist.
  • Bei der Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Belüftungsmittel in vorteilhafter Weise eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet, einen Radiallüfter oder einen Tangentiallüfter umfassen.
  • Ebenso kann die Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Partikelfilter zur Filterung der in das Gehäuse zu leitenden Umgebungsluft aufweisen.
  • Die Beleuchtungseinrichtung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung auch eine Steuereinrichtung aufweisen, mittels der der von dem Belüftungsmittel zu der Kühlkörpereinrichtung geleitete Volumenstrom an Gehäuseluft gesteuert oder geregelt werden kann.
  • Hierbei kann die Steuereinrichtung insbesondere dazu eingerichtet sein, eine Regelung des zu der Kühlkörpereinrichtung geleiteten Volumenstroms an Gehäuseluft in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Halbleiterlichtquelle, einem Druckunterschied zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung und/oder einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu regeln, in dem die Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildungen.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    eine erstes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 2
    eine zweites Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
    Fig. 3
    ein drittes Ausführungsbeispiel der Beleuchtungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Darstellungen in den Figuren sind rein schematisch und nicht maßstabsgerecht. Innerhalb der Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
  • Die in der obigen Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen, Ausführungsbeispielen und der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Wie in allen drei Figuren gezeigt, weist die Beleuchtungseinrichtung 1, ein Gehäuse 2 auf, in der sich Gehäuseluft befindet. In aller Regel weist die Beleuchtungseinrichtung 1 auch eine Abdeckscheibe 13 auf, die je nach Verwendungszweck der Beleuchtungseinrichtung 1 aus Glas oder Kunststoff bestehen kann, farblos oder farbig, plan oder gekrümmt, eine glatte oder strukturierte Oberfläche aufweisen kann.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 1 weist wenigstens eine in dem Gehäuse 2 angeordneten Halbleiterlichtquelle 3, 3', 3" auf, die an wenigstens einer Wärmetransporteinrichtung 4, 4' befestigt ist.
  • Die Zahl der Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" der Beleuchtungseinrichtung 1 ist nicht besonders beschränkt und kann bspw. ein, zwei, drei, vier oder mehr Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" umfassen, wobei jede der Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" ein einzelnes lichterzeugendes Element oder mehrere lichterzeugende Elemente (bspw. in Form eines LED-Array) umfassen kann. Bevorzugte Beispiele für eine Halbleiterlichtquelle 3, 3', 3" ist eine Licht emittierende Diode (LED), ein Array an Licht emittierenden Dioden, eine Laserdiode, ein Array an Laserdioden und eine beliebige Kombination der genannten Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3". Die vorliegende Erfindung ist nicht auf derzeit bekannte Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" beschränkt.
  • Die Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" können kraft-, form- oder stoffschlüssig an der Wärmetransporteinrichtung 4, 4' befestigt sein. In vorteilhafter Weise ist ein wärmeübertragender (wärmetransportierender) Kontakt zwischen Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" und Wärmetransporteinrichtung 4, 4' vorgesehen.
  • Die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung 4, 4' ist dazu vorgesehen, Verlustwärme, die beim Betrieb der wenigstens einen Halbleiterlichtquelle 3, 3', 3" entsteht, zu der Kühlkörpereinrichtung 5 zu transportieren.
  • Daher ist es von Vorteil, wenn die Wärmetransporteinrichtung 4, 4' aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit, d.h. mit einem möglichst geringen Wärmeleitwiderstand besteht oder dieses umfasst. Als vorteilhafte Beispiele für die Wärmetransporteinrichtung 4, 4' seien eine Heatpipe, ein wärmeleitender Metallkörper oder ein wärmeleitender Graphitkörper erwähnt, wobei die Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' in der Regel längsförmig ausgebildet ist/sind. Die Wärmetransporteinrichtungen 4, 4' können jede geeignete Geometrie und Größe aufweisen; bei mehreren Wärmetransporteinrichtungen 4, 4' können diese jeweils eine unterschiedliche Geometrie und/oder Größe aufweisen.
  • Bekanntermaßen umfasst eine Heatpipe ein allseitig geschlossenes Wärmeleitrohr, das im Bereich eines seiner Enden thermisch mit der zu kühlenden Einrichtung verbunden wird. Die Heatpipe enthält ein Kühlmedium, das bei Erwärmung gasförmig wird und bei Abkühlung an kühleren Stellen der Heatpipe wieder flüssig wird (Phasenübergang). Das flüssige Kühlmedium wird durch eine (Kapillar)Struktur, ein Dochtsystem oder durch die Schwerkraft zur Wärmequelle zurücktransportiert.
  • Die Heatpipe kann in einer Beleuchtungseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise so angeordnet sein, dass sie beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Beleuchtungseinrichtung 1 (bspw. als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs) ein Gefälle vom Kondensationsbereich zum Verdampfungsbereich der Heatpipe hin aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, dass das in der Heatpipe gebildete Kondensat zuverlässig in Richtung des Verdampfungsbereichs zurück fließt. Bei einem Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs kann bspw. das Gefälle in einem Bereich von 5% bis etwa 40% betragen, ohne hierauf jedoch beschränkt zu sein.
  • Die Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' ist/sind nicht auf Heatpipes (oder allgemeiner ausgedrückt auf (eine) Wärmetransporteinrichtung(en) unter Anwendung des Prinzips eines Phasenübergangs) beschränkt und kann bspw. auch in Form eines wärmeleitenden, bevorzugt längsförmigen Metallkörpers (bspw. aus Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung) oder eines wärmeleitenden, bevorzugt längsförmigen Graphitkörpers ausgebildet sein.
  • Der Graphitkörper kann, muss jedoch nicht ausschließlich aus Graphit bestehen, sondern es ist ausreichend, wenn dieser einen Anteil an Graphit enthält, um eine ausreichende Wärmeleiteigenschaft aufzuweisen. Da Graphitkörper oftmals vergleichsweise spröde sind und daher leicht brechen können, ist es von Vorteil, wenn der Graphitkörper an zumindest einer Seite entlang seiner Längserstreckung mit einem anderen Material verbunden oder von einem anderen Material gestützt (unterstützt) wird, wie bspw. einem Material aus einem Kunststoff, einer Keramik oder Metall, um den mechanischen Belastungen standzuhalten, für die die Beleuchtungseinrichtung 1 spezifiziert ist.
  • Die Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' befindet/befinden sich in einem wärmeübertragendem Kontakt mit der Kühlkörpereinrichtung 5. Hierbei kann die Wärmeübertragung im einfachsten Fall mittels eines berührenden Kontakts zwischen einer Wärmetransporteinrichtung 4, 4' und der Kühlkörpereinrichtung 5 erfolgen. Eine Wärmetransporteinrichtung 4, 4' und die Kühlkörpereinrichtung 5 können jedoch auch mittels Kraft-, Form- oder Stoffschluss miteinander in wärmeübertragender Verbindung zueinander stehen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' gegenüber der Kühlkörpereinrichtung 5 beweglich ausgebildet ist/sind, wobei bei unterschiedlichen Stellungen einer Wärmetransporteinrichtung 4, 4' gegenüber der Kühlkörpereinrichtung 5 ein wärmeübertragender Kontakt sichergestellt sein muss. Auch kann vorgesehen sein, dass die Kombination aus Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' und Kühlkörpereinrichtung 5 gegenüber dem Gehäuse 2 beweglich ausgebildet ist. Durch eine Bewegung der Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' mit der/den daran befestigten Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" gegenüber dem Gehäuse 2 kann die Charakteristik der Lichtabstrahlung der Beleuchtungseinrichtung 1 geändert werden und können somit bspw. mit ein und derselben Beleuchtungseinrichtung 1 eine größer Anzahl an Lichtfunktionen realisiert werden, als dies bei (einer) gegenüber dem Gehäuse 2 unbeweglich angeordneten Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" der Fall wäre.
  • Wie aus den Figuren ebenfalls ersichtlich ist, ist von der Erfindung selbstverständlich auch umfasst, dass mehrere Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" auf einer Wärmetransporteinrichtung 4, 4' befestigt sind und/oder mehrere Wärmetransporteinrichtungen 4, 4' sich in wärmeübertragendem Kontakt mit nur einer Kühlkörpereinrichtung 5 befinden.
  • Bei der Kühlkörpereinrichtung 5 kann es sich im einfachsten Fall um einen Kühlkörper 9 handeln. Aus dem Stand der Technik sind eine große Anzahl an Kühlkörper 9 bekannt, so dass hierauf in der vorliegenden Anmeldung nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht.
  • In vorteilhafterweise umfasst die Kühlkörpereinrichtung 5 einen metallenen Kühlkörper 9 mit rippenartiger Struktur oder Fingerkühlkörper 9 (mit meiner Mehrzahl an Pins bzw. Stiften; im Vergleich zu einem Kühlkörper 9 mit einer rippenartigen Struktur kann dieser eine größere Oberfläche aufweisen). Dieser Kühlkörper 9 kann wahlweise unmittelbar von einem Kühlkörpergehäuse 10 umgeben oder in einem Kühlkörpergehäuse 10 angeordnet sein. In den Figuren 1 bis 3 sind jeweils Ausführungsbeispiele mit einem in einem Kühlkörpergehäuse 10 angeordneten Kühlkörper 9 dargestellt. Es soll jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausgestaltung der Kühlkörpereinrichtung 5 beschränkt ist.
  • Ist der Kühlkörper 9 von einem Kühlkörpergehäuse 10 umgeben oder in einem solchen angeordnet, so ist dieses selbstverständlich nicht vollständig geschlossen, sondern weist an geeigneten Stellen wenigstens eine Lufteintrittsöffnung 11 und wenigstens eine Luftaustrittsöffnung 12 auf. Diese Öffnungen 11, 12 sind dabei so gewählt, dass die zu dem Kühlkörper 9 geführte Luft an dem Kühlkörper 9 entlang, insbesondere an Kühlrippen des Kühlkörpers 9 entlang oder durch sie hindurch strömt oder strömen kann.
  • Umfasst die Kühlkörpereinrichtung 5 ausschließlich einen Kühlkörper 9, können bspw. die Kühlrippen so ausgeformt sein (bspw. an ihren freien Enden umgebogen sein), dass diese einen größeren Anteil der an ihnen vorbeiströmenden Gehäuseluft in Richtung der zweiten Gehäuseöffnung 8 lenken, als dies bei "einfachen" Kühlrippen der Fall ist.
  • Auch können in dem Gehäuse 2 (in den Figuren nicht dargestellte) Luftleitelemente (Luftführungen) vorgesehen sein, die eine Lenkung der zu der Kühlkörpereinrichtung 5 strömenden Gehäuseluft in Richtung der zweiten Gehäuseöffnung 8 unterstützen.
  • Ist ein Kühlkörpergehäuse 10 im Inneren des Gehäuses 2 vorgesehen oder in unmittelbarer Nachbarschaft des Gehäuses 2, so kann das Gehäuse 2 und das Kühlkörpergehäuse 10 zumindest eine gemeinsame Wandung aufweisen. Auch kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, bspw. eine Öffnung sowohl die zweite Gehäuseöffnung 8 als auch die zweite Öffnung 12 des Kühlkörpergehäuses 10 ausbilden.
  • Als Belüftungsmittel 6 6', das zur zwangsweisen Belüftung der Kühlkörpereinrichtung 5 mit Gehäuseluft vorgesehen ist, eignen sich grundsätzlich alle Strömungseinrichtungen, die in der Lage sind, eine Gasströmung, insbesondere eine turbulente Gasströmung, bevorzugt eine hoch turbulente Gasströmung, oder eine Gasströmung mit einer besonders hohen Geschwindigkeit zu erzeugen.
  • Als bevorzugte Beispiele für Belüftungsmittel 6, 6' seien hier ein Radiallüfter, Tangentiallüfter oder eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet erwähnt.
  • Eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet umfasst einen Hohlraum (Kavität), bei dem ein Ende mit einer flexiblen, in periodische Schwingung versetzbare Membran verschlossen ist und die an einem anderen Ende eine Austrittsöffnung aufweist. Bei einer durch die Bewegung der Membran erzeugten Vergrößerung des Volumens des Hohlraums entsteht in diesem ein Unterdruck und es strömt durch die Düse Gas aus der Umgebung (Gehäuseluft; allgemeiner ausgedrückt ein Fluid) in den Hohlraum hinein.
  • Während der anschließenden Verringerung des Volumens wird das eingeströmte Gasvolumen (Fluidvolumen) wieder aus dem Hohlraum ausgestoßen. Die Strömung löst sich an den Kanten der Düse ab und es bildet sich eine freie Scherschicht zwischen ausgestoßenem Gas und ruhender Umgebung aus.
  • Dabei wird ein Wirbel erzeugt, welcher sich nach Überschreiten einer Energieschwelle in axialer Richtung bewegt. Hierbei wird Gas aus der Umgebung (Umgebungsfluid) mitgerissen und es kommt zur Ausbildung eines Freistrahls (Jet).
  • Ein Beispiel einer Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet 6 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Hierbei weist die Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet 6, insbesondere die als konisches Element dargestellte Düse einen gewissen Abstand zur ersten Öffnung 11 eines gegebenenfalls vorhandenen Kühlkörpergehäuses 10 auf, damit eine ausreichende Gasumgebung zur Erzeugung des Freistrahls gegeben ist. Die Richtung des Freistrahls ist selbstverständlich in Richtung der ersten Öffnung 11 eines gegebenenfalls vorhandenen Kühlkörpergehäuses 10 gewählt. Besteht die Kühlkörpereinrichtung 5 ausschließlich aus einem Kühlkörper 9, so gilt für die Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet 6 entsprechendes, d.h. die Richtung des Freistrahls ist bspw. in Richtung des Kühlkörpers 9 oder in Richtung der Kühlrippen des Kühlkörpers 9 gerichtet.
  • Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel definieren die erste Öffnung 11 der Kühlkörpereinrichtung 5, die zweite Öffnung 12 der Kühlkörpereinrichtung 5 und die zweite Gehäuseöffnung 8 (die bevorzugt mit der zweite Öffnung 12 der Kühlkörpereinrichtung 5 fluchtet oder mir dieser identisch ist) die Ansaugposition in der Beleuchtungseinrichtung 1 und die Auslassposition in die Umgebung der Beleuchtungseinrichtung 1.
  • Je nach Art des vorgesehenen Belüftungsmittels 6, 6' können die Grenzschichten am Luft-Kühlkörperübergang mehr oder weniger stark gestört oder gar zerstört werden. Wird ein herkömmlicher Radial- oder Axiallüfter 6, 6' für die vorliegende Erfindung verwendet, so werden die Grenzschichten vergleichsweise wenig gestört, so dass eine herkömmliche Größe des Kühlkörpers 9 zu wählen sein wird.
  • Ein im Vergleich zum Stand der Technik kleinerer Kühlkörper 9 kann gewählt werden, wenn eine Belüftungsmittel 6, 6' vorgesehen ist, das einen turbulenten, hoch turbulenten und/oder einen Luftstrom mit einer besonders hohen Geschwindigkeit erzeugt bzw. erzeugen kann, durch den die Grenzschichten am Luft-Kühlkörperübergang wirksam gestört oder gar zerstört werden können.
  • Daher ist es erfindungsgemäß bevorzugt, eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet als Belüftungsmittel 6, 6' vorzusehen, mit der ein hoch turbulenter Luftstrom erzeugt werden kann. Ebenfalls bevorzugt ist es, einen Lüfter als Belüftungsmittel 6, 6' vorzusehen, der eine besonders hohe Geschwindigkeit der Luft erzeugen kann.
  • Insbesondere bei Anströmung des Kühlkörpers 9 durch einen synthetischen Jet 6, 6' wird/werden durch dessen primäre Strömung die Grenzschicht(en) zerstört und somit der Wärmeübergang an die Luft erhöht. Die induzierte sekundäre Strömung, die durch den Primärstrahl entsteht wird genutzt, um Gehäuseluft aus dem Inneren des Gehäuses 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 anzusaugen und mittels einer Öffnung 8, 12 am Ende der Kühlkörpereinrichtung 5 aus dem Gehäuse 2 zu befördern.
  • Als weitere Beispiele für Strömungseinrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, seien Radial- und Tangentiallüfter 6, 6' erwähnt.
  • Eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet 6, 6' hat gegenüber einem Radial- und Tangentiallüfter 6, 6' den Vorteil, dass ein synthetischer Jet gegenüber Lüftern eine um ein Vielfaches höhere Lebensdauer aufweist und somit geringere Ausfallraten und ein geringerer Wartungsaufwand zu erwarten sind. Auch kann mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet 6, 6' auf besonders einfache und zuverlässige Weise eine hoch turbulente Strömung erzeugt werden.
  • Wie in den Figuren 2 und 3 schematisch dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung aber nicht auf eine Anordnung von Belüftungsmittel 6, 6' und Kühlkörpereinrichtung 5 im Inneren des Gehäuses 2 beschränkt, und es können das Belüftungsmittel 6, 6' und/oder die Kühlkörpereinrichtung 5 in jeder beliebigen, denkbaren Kombination sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein.
  • Dies bedeutet, dass in vorteilhafter Weise auch
    • das Belüftungsmittel 6, 6' außerhalb des Gehäuses 2 und die Kühlkörpereinrichtung 5 im Inneren des Gehäuses 2, oder
    • das Belüftungsmittel 6, 6' im Inneren des Gehäuses 2 und die Kühlkörpereinrichtung 5 außerhalb des Gehäuses 2, oder
    • das Belüftungsmittel 6, 6' und die Kühlkörpereinrichtung 5 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein können.
  • Ausführungsformen der Beleuchtungseinrichtungen 1 gemäß der beiden letzten genannten Möglichkeiten sind Gegenstand der Figuren 2 und 3. Soll bei den Ausführungsformen gemäß der Figuren 2 und 3 eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet verwendet werden, so wird ein Fachmann selbstverständlich entsprechende Vorkehrungen treffen, damit diese die erfindungsgemäße Aufgabe lösen (bspw. Anordnen der Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet in einem Abstand zu den Öffnungen 8, 11 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2; Vorsehen eines "Tunnels" mit einem ausreichend groß dimensionierten Durchmesser zwischen Gehäuse 2 und Kühlkörpergehäuse 10, in dem die Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet angeordnet ist, so dass durch die Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet Gehäuseluft aus dem Gehäuse 2 abgesaugt und in Richtung der ersten Öffnung 11 des Kühlkörpergehäuses 10 geleitet werden kann, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3).
  • Ist das Belüftungsmittel 6, 6' außerhalb und die Kühlkörpereinrichtung 5 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, so ist selbstverständlich eine Verbindung (starr, flexibel, schlauchförmig, etc.) zwischen der Gasaustrittsstelle (Gehäuseluft) des Belüftungsmittels 6, 6' und der Kühlkörpereinrichtung 5 vorgesehen, so dass Gehäuseluft von dem Belüftungsmittel 6, 6' zu der Kühlkörpereinrichtung 5 geleitet werden kann.
  • Durch die Freiheit in der Anordnung von Belüftungsmittel 6, 6' und Kühlkörpereinrichtung 5 innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses 2 können sich Vorteile in Bezug auf das Design der Beleuchtungseinrichtung 1 und den Arbeitsaufwand ergeben, der bei der Montage und möglichen Service- und Reparaturarbeiten erforderlich ist.
  • Bei der Beleuchtungseinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass diese einen Partikelfilter aufweist, durch den hindurch Umgebungsluft (Außenluft) hindurchtreten muss, bevor sie in das Innere des Gehäuses 2 gelangen kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Verunreinigung des Inneren des Gehäuses 2 vermieden oder doch verringert werden. Der (in den Figuren nicht dargestellte) Partikelfilter kann entweder direkt in der ersten Öffnung 7 des Gehäuses 2 oder in einem Abstand dazu angeordnet sein. In letzterem Fall kann vorgesehen sein, dass eine rohr- bzw. schlauchförmigen Verbindung zwischen dem Partikelfilter und der ersten Öffnung 7 des Gehäuses 2 vorgesehen ist. Partikelfilter sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 1 kann in vorteilhafter Weise auch eine Steuereinrichtung aufweisen, mittels der die Größe des von dem Belüftungsmittel 6, 6' zu der Kühlkörpereinrichtung 5 geleiteten Volumenstroms an Gehäuseluft gesteuert oder geregelt werden kann. Eine Regelung der Größe des Volumenstroms an Gehäuseluft durch die Steuereinrichtung kann bspw. in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Halbleiterlichtquelle 3, 3', 3", einem Druckunterschied zwischen der ersten Öffnung 7 und der zweiten Öffnung 8 des Gehäuses 2 und/oder einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs erfolgen, in dem die Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnet ist.
  • Die letzteren beiden Optionen machen sich den Umstand zu eigen, dass bei einem Druckunterschied zwischen der ersten Öffnung 7 und der zweiten Öffnung 8 und/oder einer sich in Bewegung befindlichen Beleuchtungseinrichtung 1 (bei der sich bei einer geeigneten Anordnung der ersten Gehäuseöffnung 7 bzw. des Partikelfilters und der zweiten Öffnung 8 ein Druckunterschied zwischen den Öffnungen 7, 8 einstellt) durch den Druckunterschied bereits ein gewisser Volumenstrom durch das Gehäuse 2 hindurch einstellt, der zur Ableitung der durch die Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" erzeugten Wärme beiträgt. In einem solchen Fall kann die Leistung des Belüftungsmittels 6, 6' in vorteilhafter Weise reduziert (heruntergeregelt) werden, wodurch sich Vorteile in Bezug auf die Lebensdauer des Belüftungsmittels 6, 6' und des Energieverbrauchs der Beleuchtungseinrichtung 1 ergeben können.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 oder einer ihrer vorteilhaften Weiterbildung. Bei dem Fahrzeug kann es sich um jede Art von schienengebundenem oder nicht schienengebundenem Landfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug handeln; ein bevorzugtes Beispiel für ein Fahrzeug ist ein Kraftfahrzeug.
  • Bei der Beleuchtungseinrichtung 1 kann es sich um jede Art von Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Halbleiterlichtquelle 3, 3', 3" handeln, insbesondere um Signalleuchten und Scheinwerfer. Scheinwerfer können bezüglich ihrer Lichtabstrahlung in die Umgebung auf jedem beliebigen Prinzip beruhen, bspw. als Reflexions- oder Projektionsscheinwerfer ausgebildet sein. Auch kann bei der Beleuchtungseinrichtung 1 eine Mischung aus Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" und herkömmlichen Leuchtmitteln (Glühbirnen, Halogenbirnen, Gasentladungslampen, etc.) vorgesehen sein. Auch ist es erfindungsgemäß nicht erforderlich, dass sämtliche Halbleiterlichtquellen 3, 3', 3" einer Beleuchtungseinrichtung 1 mit einer Wärmetransporteinrichtung 4, 4' verbunden sind.
  • Sofern in der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck verwendet wird, "wenigstens einen Anteil der zu ihr bewegten Gehäuseluft zu einem zweiten Teil der Kühlkörpereinrichtung 5 zu leiten", so kann dieser "Anteil" die gesamte zu ihr bewegten Gehäuseluft umfassen (d.h. 100%) oder einen geeigneten Anteil davon, etwa 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30% oder weniger. Der Fachmann wird die Beleuchtungseinrichtung 1 unter Berücksichtigung der Menge an über die Wärmetransporteinrichtung(en) 4, 4' abzuführenden Wärme natürlich auch im Hinblick auf den Anteil an abzuführender Gehäuseluft so auslegen, dass die Beleuchtungseinrichtung 1 die erfindungsgemäße Aufgabe löst, insbesondere also eine Überhitzung der Halbleiterlichtquelle(n) 3, 3', 3" sicher verhindert wird.
  • Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich zusammenfassend insbesondere folgenden Vorteile:
    • Die Verwendung eines Kühlkörpers 9 bzw. einer Kühlkörpereinrichtung 5, dessen/deren Abluft aus dem Gehäuse 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 entfernt wird, unterbricht oder limitiert die Luftumwälzung im Inneren des Gehäuses 2, die durch freie Konvektion getrieben die Betauung der Abdeckscheibe 13 (Frontscheibe) verstärkt;
    • ist als Belüftungseinrichtung 6, 6' eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet vorgesehen, so können geringe Ausfallraten und ein geringer Serviceaufwand (Reparaturaufwand) erwartet werden, da eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet eine um ein Vielfaches höhere Lebensdauer als ein Lüfter aufweist;
    • der induzierte Volumenstrom durch die Kühlkörpereinrichtung 5 bzw. den Kühlkörper 9 sorgt für eine konstante Durchlüftung des Gehäuses 2 unabhängig von der Bewegung der Beleuchtungseinrichtung 1 bzw. des Fahrzeugs, in dem die Beleuchtungseinrichtung 1 angeordnet ist, und fördert somit die Enttauung der Abdeckscheibe (Frontscheibe) 13 bereits im Stand;
    • der erhöhte Wärmeübergang, der insbesondere bei Verwendung einer Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet oder eines Lüfters mit einer sehr hohen Geschwindigkeit der Luft erreicht wird, erlaubt die Verringerung der Dimension der Kühlkörpereinrichtung 5 bzw. des Kühlkörpers 9 und erlaubt infolgedessen eine Minimierung des Gewichtes und des Volumens;
    • das Design der Luftführung erlaubt eine Beeinflussung des Luftstroms im Inneren des Gehäuses 2 der Beleuchtungseinrichtung 1 durch den Konstrukteur; und
    • es ergeben sich Synergieeffekte der Kühlkörpereinrichtung 5 bzw. des Kühlkörpers 9 für Wärmequellen, die zeitlich begrenzt aktiviert werden und/oder nicht gleichzeitig betrieben werden.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine besonders vorteilhafte, kombinierte Lösung zur Kühlung und Durchlüftung einer Beleuchtungseinrichtung 1, insbesondere eines Scheinwerfers zur Verfügung gestellt.

Claims (10)

  1. Beleuchtungseinrichtung (1), insbesondere Scheinwerfer für ein (Kraft)Fahrzeug, mit einem Gehäuse (2) und darin befindlicher Gehäuseluft, wenigstens einer in dem Gehäuse (2) angeordneten Halbleiterlichtquelle (3, 3', 3"), die an wenigstens einer Wärmetransporteinrichtung (4, 4') befestigt ist, wobei die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung (4, 4') sich in wärmeübertragendem Kontakt mit einer Kühlkörpereinrichtung (5) befindet und wobei ein Belüftungsmittel (6, 6') zur zwangsweisen Belüftung der Kühlkörpereinrichtung (5) mit Gehäuseluft vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Gehäuse (2) über wenigstens eine erste Öffnung (7) verfügt, über die Umgebungsluft in das Gehäuse (2) eintreten kann,
    - das Gehäuse (2) über wenigstens eine zweite Öffnung (8) verfügt, über die Gehäuseluft aus dem Gehäuse (2) austreten kann,
    - das Belüftungsmittel (6, 6') dazu eingerichtet ist, Gehäuseluft zu der Kühlkörpereinrichtung (5) zu bewegen, und
    - die Kühlkörpereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Anteil der zu ihr bewegten Gehäuseluft aus der Beleuchtungseinrichtung (1) austreten zu lassen.
  2. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - das Belüftungsmittel (6, 6') und die Kühlkörpereinrichtung (5) im Inneren des Gehäuses (2),
    - das Belüftungsmittel (6, 6') außerhalb des Gehäuses (2) und die Kühlkörpereinrichtung (5) im Inneren des Gehäuses (2),
    - das Belüftungsmittel (6, 6') im Inneren des Gehäuses (2) und die Kühlkörpereinrichtung (5) außerhalb des Gehäuses (2), oder
    - das Belüftungsmittel (6, 6') und die Kühlkörpereinrichtung (5) außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind.
  3. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die wenigstens eine in dem Gehäuse (2) angeordnete Halbleiterlichtquelle (3, 3', 3") eine Licht emittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode umfasst.
  4. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die wenigstens eine Wärmetransporteinrichtung (4, 4') eine Heatpipe, einen wärmeleitenden Metallkörper oder einen wärmeleitenden Graphitkörper umfasst.
  5. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kühlkörpereinrichtung (5) einen metallenen Kühlkörper (9) mit rippenartiger Struktur oder Fingerkühlkörper (9) umfasst, wobei der Kühlkörper (9) wahlweise unmittelbar von einem Kühlkörpergehäuse (10) umgeben oder in einem Kühlkörpergehäuse (10) angeordnet ist.
  6. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Belüftungsmittel (6, 6') eine Einrichtung zur Erzeugung eines synthetischen Jet, einen Radiallüfter oder Tangentiallüfter umfasst.
  7. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sie einen Partikelfilter zur Filterung der in das Gehäuse (2) zu leitenden Umgebungsluft aufweist.
  8. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    sie weiter eine Steuereinrichtung aufweist, mittels der die Größe des von dem Belüftungsmittel (6, 6') zu der Kühlkörpereinrichtung (5) geleiteten Volumenstroms an Gehäuseluft gesteuert oder geregelt werden kann.
  9. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß Patentanspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Größe des Volumenstroms in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Halbleiterlichtquelle (3, 3', 3"), einem Druckunterschied zwischen der ersten Öffnung (7) und der zweiten Öffnung (8) und/oder einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu regeln, in dem die Beleuchtungseinrichtung (1) angeordnet ist.
  10. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug mit einer Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche.
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