EP4423428A1 - Kühlmodul und scheinwerfer - Google Patents

Kühlmodul und scheinwerfer

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Publication number
EP4423428A1
EP4423428A1 EP22783517.0A EP22783517A EP4423428A1 EP 4423428 A1 EP4423428 A1 EP 4423428A1 EP 22783517 A EP22783517 A EP 22783517A EP 4423428 A1 EP4423428 A1 EP 4423428A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
heat
headlight
cooling module
fan
Prior art date
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Pending
Application number
EP22783517.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Mueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Publication of EP4423428A1 publication Critical patent/EP4423428A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/42—Forced cooling
    • F21S45/43—Forced cooling using gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/2805—Cover glass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S45/42—Forced cooling
    • F21S45/43—Forced cooling using gas
    • F21S45/435—Forced cooling using gas circulating the gas within a closed system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F21V29/67—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V29/50—Cooling arrangements
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    • F21V29/677—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air characterised by the arrangement of fans the fans being used for discharging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/50—Waterproofing

Definitions

  • the invention relates to a cooling module with a cooling element according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a headlight with such a cooling module, in particular for a motor vehicle.
  • Modern headlights have many internal components that emit heat during operation. In addition to the LEDs typically used today as light sources, these are stepper motors and control units. Due to the sometimes very high currents, heat is also generated in the area of the lines and contacts due to the electrical resistance of the cabling. In order to avoid overheating of the typically self-contained interior volume of the headlight, since this would force a power reduction or could even cause component damage, this waste heat must be dissipated from the interior volume of the headlight. Typically, the heat is transported via the cover pane, which is also referred to as the front pane or cover glass.
  • the plastic housing of the headlamp itself also contributes to the heat transfer, but the materials used and the typical installation location with relatively small distances to surrounding components limit the efficient heat transfer. As a result, only a small part of the waste heat can be dissipated via the housing, for example into the engine compartment of the vehicle.
  • One approach to improve the dissipation of waste heat is typically to use cooling elements and a fan inside the headlight to cool the To transport waste heat in a targeted manner from the components producing the waste heat to the cover plate, in the area of which it can be released.
  • the prior art also discloses the use of a cooling element which has two sides, one of the sides being arranged inside the headlight and the other of the sides being outside.
  • a cooling element which has two sides, one of the sides being arranged inside the headlight and the other of the sides being outside.
  • a central part which is designed here as a thermoelectric cooler, i.e. for actively influencing the heat flow from the inside to the outside is.
  • JP 2015-103335 A describes the use of for cooling LEDs
  • Heat sinks which are flown with cooling air by two parallel fans. about a The baffle can be used to ensure that the air flows from the parallel fans do not mix unnecessarily before they reach the heatsink.
  • a very complex cooled headlight is known from WO 2020/053068 A1.
  • the headlight is cooled via an air conditioning circuit, which is connected to the interior of the headlight via a liquid heat exchanger or a liquid heat exchanger and cooling fins.
  • the structure is complex to manufacture, requires many components and a correspondingly large amount of space in order to position the components of the air conditioning circuit adjacent to the headlight.
  • the object of the present invention is now to specify an improved integrated cooling module which is improved compared to the structure mentioned in the prior art and which can preferably be used in an improved headlight.
  • this object is achieved by a cooling module having the features in claim 1.
  • Advantageous refinements and developments result from the dependent subclaims.
  • a headlight with the features in claim 7 and such a cooling module solves the problem.
  • advantageous refinements and developments of the headlight result from the dependent claims.
  • the cooling module according to the invention is an integrated cooling module with a cooling element on the one hand and a conveying device for air on the other.
  • the cooling element comprises a closed central part, which seals the areas on both sides of it from one another, and heat-conducting elements on the two sides of this central part.
  • the conveying device is designed as an integrated twin fan, which conveys ambient air from one side of the central part on the one hand and ambient air from the other side of the central part to the cooling device on the other hand.
  • the cooling device is therefore, for example, a plate with heat-conducting elements on one side and on the other.
  • these heat-conducting elements can be designed as heat-conducting ribs or fins or also as heat-conducting fingers, pins or knobs. Also a combination of these Elements or the combination with other measures that increase the surface area of the cooling element on the respective side, such as roughening the surface or the like, are conceivable.
  • Heat can now be transported from one side with the heat-conducting elements to the other side with the heat-conducting elements via this cooling element alone.
  • the twin fans allow both sides to flow in parallel, so that, for example, warm air is conveyed to the heat-conducting elements of the first side on the one hand for cooling and at the same time cooler air is conveyed on the other side to dissipate the waste heat transferred from the first side to the second side can be.
  • the twin fan has two fan wheels sealed against one another and a common electric drive motor for the two fan wheels.
  • This structure is extremely simple and efficient and allows good functionality with little hardware, space and energy consumption.
  • the one electric drive motor for the two fan wheels can preferably be arranged centrally between the two fan wheels.
  • the twin fan can be designed as a radial fan, so that it draws in the sucked-in air, for example, laterally in relation to the respective side or its surface of the cooling element and then releases it again over the surface of the respective side of the central part and preferably between the heat-conducting elements .
  • warm air can be efficiently conveyed to the heat-conducting elements, so that the heat is transported from one side to the other side, and at the same time, on the other side, cool air can be conveyed in the same way to move the heat from the first side to the second Efficiently dissipate heat transferred from the side.
  • the twin fan is designed in such a way that it conveys the ambient air from the respective side of the cooling element or its central part on the pressure side to the heat-conducting elements and correspondingly the ambient air, preferably as a radial fan in the above-mentioned configuration perpendicular to this direction, sucks accordingly.
  • a cooling module can always be used as an integrated cooling module where heat is to be transferred from one side to the other, especially in components with limited installation space, since this is where the highly integrated and compact design made possible by the cooling module according to the invention is possible , especially pays off.
  • the cooling module can be integrated into a housing, which has air inlet openings on two opposite sides for the air drawn in by the twin fan and spaced therefrom exhaust air openings for the exhaust air after it has flowed through the heat conducting elements of the cooling element .
  • the cooling element and twin fans can therefore be efficiently arranged in such a housing.
  • the housing can then be inserted into a suitable cut-out in a wall. Screwing or also clipping can be provided for this purpose, for example.
  • the heat can then be transported from one side of the wall to the other side of the wall. This can be done extremely easily and efficiently by merely connecting an electrical connection for one drive motor to a power source. Further measures, connections or the like are not necessary.
  • the power can be supplied from one side or the other side of the wall, depending on what is more convenient in terms of assembly.
  • a preferred use is in the area of a headlight.
  • a headlight with a self-contained interior volume, with a transparent cover pane and lighting means, which include at least light-emitting diodes, their control electronics and the like, can now be ideally cooled via the cooling module according to the invention.
  • the headlight according to the invention according to claim 7 provides that the central part of the cooling element of the cooling module forms part of the boundary of the inner volume, so that the heat-conducting elements on one side protrude into the inner volume and the heat-conducting elements on the other side protrude into the environment.
  • any heat that occurs can then be conducted via one side of the twin fan to the cooling element or its heat-conducting elements.
  • the heat then gets out of the completely sealable inner volume of the headlight through the cooling element or its central part on the other side to the heat conducting elements there. There it is released into the environment, which is supported by ambient air, which is guided from the other part of the twin fan via the corresponding heat-conducting elements in order to achieve cooling with forced assembly.
  • the twin fan is set up, on the one hand, to circulate air in the interior volume and to convey it to the cooling element of the cooling module and, on the other hand, to convey ambient air to the other side of the cooling element. Both air flows are materially separate, so the air does not mix.
  • the heat is dissipated from the headlight so efficiently that, in addition to dissipating heat via the cover pane, heat can also be dissipated in an additional area, for example an engine compartment or the like.
  • a headlight is used as a headlight in a vehicle, in particular in a motor vehicle and here preferably in a non-rail land vehicle such as a car or truck .
  • FIG. 1 shows a side view of a possible embodiment of a cooling module according to the invention in partial section
  • FIG. 2 shows a plan view of the cooling module according to FIG. 1 in a sectional representation
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a vehicle headlight in an embodiment according to the invention.
  • a side view of an integrated cooling module denoted in its entirety by 1 can be seen.
  • a housing 2 of the integrated cooling module 1 is partially shown in a sectional view in order to provide a view of a cooling element 3 with a few indicated cooling pins 4 on the side 5 facing the viewer.
  • a twin fan 6 is integrated into the housing 2, which is designed as a radial fan, with one of the radial fan wheels 7 being indicated in the housing in dashed lines, since it is covered by the actual housing 2.
  • the functionality can best be shown in the top view, which can be seen in the sectional view of FIG.
  • the housing 2 of the cooling module 1 is received in an opening 8 of a wall labeled 9 .
  • a peripheral seal 10 is provided between the wall 9 and a flange 11 on the housing.
  • the connection can be realized, for example, by gluing, screwing, riveting or the like.
  • it can be implemented by clipping, for which purpose clips 12 indicated in FIG. 2 can be seen as part of the housing. If the housing is pushed into the opening 8 from above in the illustration in FIG. 2, then it can be easily and efficiently clipped to the wall 9, preferably with deformation of the inserted seal 10, so that the structure is completely sealed.
  • the cooling element 3 has a closed central part 15 which is accommodated in the housing 2 in such a way that the area facing the inner volume 13 is sealed off from the area facing the outer volume 14.
  • the first side 5 of the cooling element 3 or its central part 15, which faces downwards here, carries some of the cooling pins 4, the opposite second side 16 likewise.
  • the sealing of the area adjacent to the two sides 5, 16 continues through the housing and is extended by an intermediate wall 17 which is arranged flush with the central part 15 of the cooling element 3.
  • This intermediate wall 17 has an opening for one electric drive motor 18, which is part of the twin fan 6 and drives two impellers with their respective vanes 7 in parallel.
  • the area of the two impellers is also sealed from one another by the intermediate wall 7 and the drive motor 18, so that when the housing 2 is installed in a sealed manner in the opening 8 of the wall 9, the inner volume 13 can be completely sealed off from the outer volume 14.
  • the cooling element 3 with its cooling pins 4 and the central part 15 can be made of aluminum, for example.
  • the heat is then conducted very well from the cooling pins 4 on the first side 5 of the central part 15 through the central part 15 to the cooling pins 4 on the second side 16 of the cooling element 3 or its central part 15 .
  • the twin fan 6 now moves, in addition to the impeller in the illustration in FIG. 2 below, the impeller with the guide vanes 7 in the illustration in FIG. 2 at the top.
  • both running wheels can be arranged on one and the same shaft of the common electric drive motor 18 and thus rotate at the same speed.
  • a gear for changing the rotational speed of one of the running wheels would also be conceivable in principle.
  • the impellers are preferably constructed analogously to one another.
  • the ambient air of the outer volume 14 is sucked in via the air inlet openings 19 located there and flows, comparable to the other part of the integrated cooling module 1, between the cooling pins 4 on the second side 16 through to the Exhaust air openings 20.
  • the ambient air from the outer volume 14 can absorb heat from the cooling pins 4 of the second side 16 of the cooling element 3 or its central part 15 and into the discharge environment. This enables efficient cooling of the inner volume 13 without the volumes being fluidically connected to one another. Rather, they can be completely sealed.
  • the headlight 21 shown in FIG. 3 which has already been mentioned.
  • Its structure consists of a housing 22 and a transparent cover plate 23. Below this cover plate 23, two fields 24 with light-emitting diodes are arranged purely by way of example.
  • a control device 25 and a stepping motor 26 are indicated as examples.
  • These elements in the interior volume 13 of the headlight 21 produce waste heat, which in practice can usually only be dissipated via the cover plate 23 .
  • the cooling module 1 as shown in FIG.
  • Heat is thus transferred via the cooling module 1 from the inner volume 13 of the headlight 21 into the volume surrounding the headlight 21, which correspondingly corresponds to the outer volume 14 in the structure according to FIG.
  • the interior volume 13 of the headlight 21 itself can also be hermetically sealed in order to prevent the ingress of moisture, which could damage the electrical and, in particular, optical components inside the headlight 21 .
  • the construction of the integrated cooling module 1 is extraordinarily efficient and compact. In addition to cooling via the cover pane 23, cooling is also made possible in other areas surrounding the headlight 21, for example in the area of an engine compartment, a body cavity or the like.
  • the construction is extraordinarily simple and efficient. It can be electrically connected both from the interior volume 13 of the headlight 21 and from the exterior volume 14 . All that is required is an electrical connection for the common drive motor 18, so that this common drive motor 18 starts working, for example when the light is switched on, without the need for complex open-loop or closed-loop control or the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul (1) mit einem Kühlelement (3), welches ein geschlossenes Mittelteil (15) und Wärmeleitelemente (4) auf zwei Seiten (5, 16) des Mittelteils aufweist, ferner mit einer Fördereinrichtung für Luft. Das erfindungsgemäße Kühlmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als integrierter Zwillingslüfter (6) ausgebildet ist, welcher einerseits Umgebungsluft von der einen Seite (5) des Mittelteils (15) und andererseits Umgebungsluft von der anderen Seite (16) des Mittelteils (15) zu dem Kühlelement (4) fördert.

Description

Kühlmodul und Scheinwerfer
Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul mit einem Kühlelement nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem solchen Kühlmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Moderne Scheinwerfer haben im Inneren viele Komponenten, die während des Betriebs Wärme abgeben. Das sind neben den heute typischerweise eingesetzten LEDs als Leuchtmittel Schrittmotoren und Steuergeräte. Durch die zum Teil sehr hohen Ströme entsteht auch durch den elektrischen Widerstand der Verkabelung Wärme im Bereich der Leitungen und Kontakte. Um nun ein Überhitzen des typischerweise in sich abgeschlossenen Innenvolumens des Scheinwerfers zu vermeiden, da dies zu einer Leistungsreduzierung zwingen würde oder sogar Bauteilschäden verursachen könnte, muss diese Abwärme aus dem Innenvolumen des Scheinwerfers abgeführt werden. Typischerweise dient dazu der Wärmetransport über die Abdeckscheibe, welche auch als Frontscheibe oder Deckglas bezeichnet wird. Vor allem beim Fahrzeugeinsatz ist es so, dass hierdurch eine entsprechende Umströmung mit dem Fahrtwind während der Fahrt des Fahrzeugs eine relativ große Wärmemenge abgeführt werden kann. Das Kunststoffgehäuse des Scheinwerfers trägt zwar selbst auch zum Wärmetransport bei, allerdings begrenzen hier die verwendeten Materialien und der typischerweise vorliegende Einbauort mit relativ geringen Abständen zu umgebenden Bauteilen den effizienten Wärmeübergang. Daher kann nur ein kleiner Teil der Abwärme über das Gehäuse beispielsweise in den Motorraum des Fahrzeugs abgegeben werden.
Ein Ansatz, um die Abfuhr der Abwärme zu verbessern, besteht typischerweise darin, innerhalb des Scheinwerfers Kühlelemente und einen Lüfter einzusetzen, um die Abwärme gezielt von den die Abwärme produzierenden Bauteilen hin zu der Abdeckscheibe zu transportieren, in deren Bereich sie abgegeben werden kann. In diesem Zusammenhang kann auf einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer Kühlluftführung gemäß der DE 10 2013 113 529 A1 hingewiesen werden.
Alles in allem ist es jedoch so, dass der Wärmetransport über die Abdeckscheibe nicht unendlich gesteigert werden kann, insbesondere bei geringen Fahrtgeschwindigkeiten oder einem stehenden Fahrzeug und höheren Temperaturen. Ein Worst-Case-Szenario wäre beispielsweise ein eingeschaltetes Fernlicht bei einem stehenden Fahrzeug und zusätzlicher Sonneneinstrahlung auf die Abdeckscheiben der Scheinwerfer. Aber nicht nur in einem solchen Szenario, sondern auch in vielen alltäglich auftretenden Szenarien, insbesondere solchen mit geringerer Fahrtgeschwindigkeit, ist es so, dass innerhalb des Scheinwerfers höhere Temperaturen vorliegen als eigentlich sinnvoll oder erwünscht sind. Dies führt in der Praxis dazu, dass bei den erhöhten Temperaturen die Effizienz der Bauteile sinkt, sodass deren Leistung reduziert werden muss, um einerseits das Bauteil zu schützen, und um andererseits nicht noch mehr Abwärme zu produzieren.
Aus dem Stand der Technik ist daher neben dem Betrieb eines Lüfters im Inneren des abgeschlossenen Volumens des Scheinwerfers auch der Einsatz eines Kühlelements bekannt, welches zwei Seiten aufweist, wobei eine der Seiten im Innern des Scheinwerfers angeordnet ist und die andere der Seiten außerhalb. In diesem Zusammenhang kann auf die DE 10 2007 057 056 A1 hingewiesen werden. Darin wird ein solches Kühlelement grundlegend beschrieben, wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen den in der Umgebung befindlichen Abschnitten und den im Inneren des Scheinwerfers befindlichen Abschnitten über ein Mittelteil erfolgt, welcher hier als thermoelektrischer Kühler, also zur aktiven Beeinflussung des Wärmeflusses von innen nach außen, ausgebildet ist. Dieser Aufbau zusammen mit dem im Innenvolumen des Scheinwerfers angeordneten Lüfter kann zwar die Temperatur in dem Aufbau senken, ist insgesamt jedoch sehr aufwändig und benötigt sowohl die Ansteuerung dieses thermoelektrischen Kühlers einerseits als auch des in dem Innenvolumen verbauten Lüfters andererseits.
Die JP 2015-103335 A beschreibt zur Kühlung von LEDs die Verwendung von
Kühlkörpern, welche durch zwei parallele Lüfter mit Kühlluft angeströmt werden. Über ein Leitblech kann dafür gesorgt werden, dass die Luftströmungen der parallelen Lüfter sich vor dem Erreichen der Kühlkörper nicht unnötig stark mischen.
Ein sehr komplexer gekühlter Scheinwerfer ist aus der WO 2020/053068 A1 bekannt. Der Scheinwerfer wird dabei über einen Klimakreislauf gekühlt, welcher über Flüssigkeitswärmetauscher oder einen Flüssigkeitswärmetauscher und Kühlrippen mit dem Innenbereich des Scheinwerfers in Verbindung steht. Der Aufbau ist komplex in der Herstellung, benötigt viele Bauteile und entsprechend viel Bauraum, um die Komponenten des Klimakreislaufs benachbart zu dem Scheinwerfer zu positionieren.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes integriertes Kühlmodul anzugeben, welches gegenüber dem im Stand der Technik genannten Aufbau verbessert ist, und welches sich vorzugsweise in einem verbesserten Scheinwerfer einsetzen lässt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Kühlmodul mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Scheinwerfer mit den Merkmalen im Anspruch 7 und einem derartigen Kühlmodul die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Scheinwerfers aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Kühlmodul stellt ein integriertes Kühlmodul mit einem Kühlelement einerseits und einer Fördereinrichtung für Luft andererseits dar. Das Kühlelement umfasst ein geschlossenes Mittelteil, welches die auf seinen beiden Seiten liegenden Bereiche gegeneinander abgedichtet, und Wärmeleitelemente auf den zwei Seiten dieses Mittelteils. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Fördereinrichtung als integrierter Zwillingslüfter ausgebildet ist, welcher einerseits Umgebungsluft von der einen Seite des Mittelteils und andererseits Umgebungsluft von der anderen Seite des Mittelteils zu der Kühleinrichtung fördert. Die Kühleinrichtung ist also beispielsweise eine Platte mit Wärmeleitelementen auf der einen und auf der anderen Seite. Diese Wärmeleitelemente können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des integrierten Kühlmoduls gemäß der Erfindung als Wärmeleitrippen bzw. -finnen oder auch als Wärmeleitfinger, -pins oder -noppen ausgebildet sein. Auch eine Kombination dieser Elemente oder die Kombination mit anderen die Oberfläche des Kühlelements auf der jeweiligen Seite vergrößernde Maßnahmen, wie beispielsweise ein Aufrauen der Oberfläche oder ähnliches, sind denkbar.
Über dieses Kühlelement alleine kann nun Wärme von der einen Seite mit den Wärmeleitelementen zu anderen Seite mit den Wärmeleitelementen transportiert werden. Durch den Zwillingslüfter lassen sich beide Seiten parallel anströmen, sodass beispielsweise auf der einen Seite warme Luft zur Abkühlung an die Wärmeleitelemente der ersten Seite gefördert wird und gleichzeitig auf der anderen Seite kühlere Luft zur Abfuhr der von der ersten Seite auf die zweite Seite übertragenen Abwärme gefördert werden kann.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Zwillingslüfter zwei gegeneinander abgedichtete Lüfterräder und einen gemeinsamen elektrischen Antriebsmotor für die beiden Lüfterräder aufweist. Dieser Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient und erlaubt eine gute Funktionalität mit wenig Hardware-, Platz- und Energieaufwand.
Vorzugsweise kann der eine elektrische Antriebsmotor für die beiden Lüfterräder dabei mittig zwischen den beiden Lüfterrädern angeordnet sein.
Der Zwillingslüfter kann gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung als Radiallüfter ausgebildet sein, sodass er die angesaugte Luft beispielsweise seitlich bezogen auf die jeweilige Seite bzw. deren Fläche des Kühlelements ansaugt und dann über die Oberfläche der jeweiligen Seite des Mittelteils und vorzugsweise zwischen den Wärmeleitelementen hindurch wieder abgibt. So kann auf der einen Seite warme Luft effizient zu den Wärmeleitelementen gefördert werden, sodass die Wärme von der einen Seite zur anderen Seite transportiert wird, und gleichzeitig kann auf der anderen Seite Kühlluft in derselben Art gefördert werden, um die von der ersten Seite zur zweiten Seite transferierte Wärme effizient abzuführen.
In dieser besonders günstigen Ausgestaltung ist es dann also so, dass der Zwillingslüfter so ausgebildet ist, dass er die Umgebungsluft von der jeweiligen Seite des Kühlelements bzw. dessen Mittelteils druckseitig zu den Wärmeleitelementen fördert und entsprechend die Umgebungsluft, bei der oben genannten Ausgestaltung als Radiallüfter vorzugsweise senkrecht zu dieser Richtung, entsprechend ansaugt. Prinzipiell lässt sich ein solches Kühlmodul als integriertes Kühlmodul immer dort einsetzten, wo Wärme von einer Seite auf die andere übertragen werden soll, insbesondere in Bauteilen mit beengtem Bauraum, da sich hier der hochintegrierte und kompakte Aufbau, welcher durch das Kühlmodul gemäß der Erfindung möglich wird, besonders auszahlt.
Dabei ist es so, dass gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kühlmoduls dieses in ein Gehäuse integriert ausgeführt sein kann, welches auf zwei gegenüberliegenden Seiten Zuluftöffnungen für die angesaugte Luft des Zwillingslüfters und beabstandet hierzu Abluftöffnungen für die Abluft nach dem Durchströmen der Wärmeleitelemente des Kühlelements aufweist. Kühlelement und Zwillingslüfter können also in einem solchen Gehäuse effizient angeordnet werden. Das Gehäuse kann dann in einen passenden Ausschnitt einer Wand eingesetzt werden. Dazu kann beispielsweise ein Verschrauben oder auch ein Verclipsen vorgesehen werden. Die Wärme kann dann von der einen Seite der Wand auf die andere Seite der Wand transportiert werden. Dies kann außerordentlich einfach und effizient erfolgen, indem lediglich ein elektrischer Anschluss für den einen Antriebsmotor mit einer Leistungsquelle verbunden wird. Weitere Maßnahmen, Anschlüsse oder dergleichen sind nicht notwendig. Die Zuführung der Leistung kann sowohl von der einen Seite als auch von der anderen Seite der Wand aus erfolgen, je nachdem, was bezüglich der Montage günstiger ist.
Ein bevorzugter Einsatz liegt im Bereich eines Scheinwerfers. Ein solcher Scheinwerfer mit einem in sich abgeschlossenen Innenvolumen, mit einer transparenten Deckscheibe und Beleuchtungsmitteln, welche zumindest lichtemittierende Dioden, deren Steuerungselektronik und dergleichen umfassen, können nun über das erfindungsgemäße Kühlmodul ideal gekühlt werden. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer gemäß Anspruch 7 sieht es dabei vor, dass das Mittelteil des Kühlelements des Kühlmoduls einen Teil der Begrenzung des Innenvolumens ausbildet, sodass die Wärmeleitelemente der einen Seite in das Innenvolumen und die Wärmeleitelemente der anderen Seite in die Umgebung ragen. In einem vollständig abgedichteten Innenvolumen des Scheinwerfers kann dann anfallende Wärme über die eine Seite des Zwillingslüfters zu dem Kühlelement bzw. seinen Wärmeleitelementen geführt werden. Die Wärme gelangt dann aus dem vollständig abdichtbaren Innenvolumen des Scheinwerfers heraus durch das Kühlelement bzw. dessen Mittelteil auf die andere Seite zu den dortigen Wärmeleitelementen. Sie wird dort in die Umgebung abgegeben, was durch Umgebungsluft unterstützt wird, welche von dem anderen Teil des Zwillingslüfters über die entsprechenden Wärmeleitelemente geführt wird, um so eine Kühlung mit Zwangskonfektion zu erreichen.
Dementsprechend ist es gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung des Scheinwerfers vorgesehen, dass der Zwillingslüfter dazu eingerichtet ist, einerseits Luft in dem Innenvolumen umzuwälzen und zu dem Kühlelement des Kühlmoduls zu fördern und andererseits Umgebungsluft zu der anderen Seite des Kühlelements zu fördern. Beide Luftströmungen sind dabei stofflich getrennt, die Luft mischt sich also nicht. Die Wärme wird so effizient aus dem Scheinwerfer abgeführt, sodass zusätzlich zu einer Wärmeabgabe über die Deckscheibe auch eine Wärmeabgabe in einen zusätzlichen Bereich, zum Beispiel einem Motorraum oder dergleichen, erfolgen kann.
Auch wenn prinzipiell der Einsatz eines solchen Scheinwerfers für alle möglichen Anwendungen geeignet ist, kann es insbesondere vorgesehen sein, dass dieser als Frontscheinwerfer in einem Fahrzeug eingesetzt wird, insbesondere in einem Kraftfahrzeug und hier vorzugsweise in einem nicht-schienengebundenen Landfahrzeug wie beispielsweise einem Pkw oder Lkw.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlmoduls und des Scheinwerfers gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer möglichen Ausführungsform eines Kühlmoduls gemäß der Erfindung im Teilschnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Kühlmodul gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung. In der Darstellung der Figur 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes integriertes Kühlmodul in einer Seitenansicht zu erkennen. Ein Gehäuse 2 des integrierten Kühlmoduls 1 ist dabei teilweise in einer Schnittdarstellung gezeigt, um den Blick auf ein Kühlelement 3 mit einigen angedeuteten Kühlpins 4 auf der dem Betrachter zugewandten Seite 5 freizugeben. Zusätzlich zu diesem Kühlelement 3 ist in das Gehäuse 2 ein Zwillingslüfter 6 integriert, welcher als Radiallüfter ausgebildet ist, wobei in dem Gehäuse eines der radialen Lüfterräder 7 gestrichelt, da von dem eigentlichen Gehäuse 2 verdeckt, angedeutet ist.
Die Funktionalität lässt sich dabei am besten an der Draufsicht, welche in der Schnittdarstellung der Figur 2 zu erkennen ist, darstellen. Das Gehäuse 2 des Kühlmoduls 1 ist dabei in einer Öffnung 8 einer mit 9 bezeichneten Wand aufgenommen. Hierfür ist eine umlaufende Dichtung 10 zwischen der Wand 9 und einem Flansch 11 an dem Gehäuse vorgesehen. Die Verbindung kann beispielsweise durch Kleben, Schrauben, Nieten oder dergleichen realisiert werden. Insbesondere kann sie durch Verclipsen realisiert werden, wozu in der Darstellung der Figur 2 angedeutete Clips 12 als Teil des Gehäuses zu erkennen sind. Wird das Gehäuse in der Darstellung der Figur 2 von oben in die Öffnung 8 eingeschoben, dann lässt es sich einfach und effizient mit der Wand 9 verclipsen, vorzugsweise unter Verformung der eingelegten Dichtung 10, sodass der Aufbau komplett abgedichtet ist.
Unterhalb der Wand 9 soll nun ein mit 13 bezeichnetes Innenvolumen liegen, oberhalb ein mit 14 bezeichnetes Außenvolumen in der Umgebung des Kühlmoduls 1. Über das Kühlmodul 1 soll nun Wärme von dem einen in das andere der beiden Volumen 13, 14 übertragen werden, beispielsweise von dem Innenvolumen 13 in das die Umgebung des Aufbaus bildenden Außenvolumen 14. Das Kühlelement 3 weist dabei ein geschlossenes Mittelteil 15 auf, welches so in dem Gehäuse 2 aufgenommen ist, dass der dem Innenvolumen 13 zugewandte Bereich von dem dem Außenvolumen 14 zugewandten Bereich abgedichtet ist. Die erste hier nach unten gewandte Seite 5 des Kühlelements 3 bzw. seines Mittelteils 15 trägt dabei einige der Kühlpins 4, die gegenüberliegende zweite Seite 16 ebenfalls. Die Abdichtung des zu den beiden Seiten 5, 16 benachbarten Bereichs zieht sich durch das Gehäuse weiter fort und wird durch eine Zwischenwand 17 verlängert, welche fluchtend zu dem Mittelteil 15 des Kühlelements 3 angeordnet ist. Diese Zwischenwand 17 weist eine Öffnung für einen elektrischen Antriebsmotor 18 auf, welcher Teil des Zwillingslüfters 6 ist und zwei Laufräder mit ihren jeweiligen Leitschaufeln 7 parallel antreibt. Der Bereich der beiden Laufräder ist dabei durch die Zwischenwand 7 und den Antriebsmotor 18 ebenfalls gegeneinander abgedichtet, sodass bei einem abgedichteten Einbau des Gehäuses 2 in die Öffnung 8 der Wand 9 eine vollständige Abdichtung des Innenvolumens 13 gegenüber dem Außenvolumen 14 möglich ist.
Auf der dem Innenvolumen 13 zugewandten unteren Seite des gezeigten Kühlmoduls 1 wird nun Luft aus dem Innenvolumen 13 über Zuluftöffnungen 19 angesaugt und von den rotierenden Leitschaufeln 7 zwischen den Kühlpins 4 der ersten Seite 5 des Kühlelements 3 hindurchgefördert. Die Luft tritt dann entsprechend abgekühlt, da sie Wärme an die Kühlpins 4 des Kühlelements 3 abgegeben hat, aus Austrittsöffnungen 20 der dem Innenvolumen zugewandten Seite des Gehäuses 2 wieder aus. Hierdurch wird eine Umwälzung der Luft in dem Innenvolumen 13, wie beispielsweise dem Innenvolumen 13 eines Scheinwerfers 21 , wie er in Figur 3 noch dargestellt ist, ermöglicht. Gleichzeitig mit der Umwälzung wird eine Abkühlung der umgewälzten Luft im Bereich der Kühlpins 4 des Kühlelements 3 bewirkt.
Das Kühlelement 3 mit seinen Kühlpins 4 und dem Mittelteil 15 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen. Die Wärme wird dann sehr gut von den Kühlpins 4 auf der ersten Seite 5 des Mittelteils 15 durch das Mittelteil 15 hindurch zu den Kühlpins 4 auf der zweiten Seite 16 des Kühlelements 3 bzw. dessen Mittelteils 15 geleitet. Der Zwillingslüfter 6 bewegt nun zusätzlich zu dem Laufrad in der Darstellung der Figur 2 unten das Laufrad mit den Leitschaufeln 7 in der Darstellung der Figur 2 oben. Beide Laufräder können dazu auf ein und derselben Welle des gemeinsamen elektrischen Antriebsmotors 18 angeordnet sein und laufen damit gleich schnell um. Auch ein Getriebe zum Verändern der Rotationsgeschwindigkeit eines der Laufräder wäre prinzipiell denkbar. Die Laufräder sind vorzugsweise analog zueinander aufgebaut. In dem in Figur 2 oben dargestellten durch den Zwillingslüfter 6 belüfteten Bereich wird nun die Umgebungsluft des Außenvolumens 14 über die dort befindlichen Zuluftöffnungen 19 angesaugt und strömt vergleichbar wie im anderen Teil des integrierten Kühlmoduls 1 zwischen den Kühlpins 4 auf der zweiten Seite 16 hindurch zu den Abluftöffnungen 20. Die Umgebungsluft aus dem Außenvolumen 14 kann dabei Wärme von den Kühlpins 4 der zweiten Seite 16 des Kühlelements 3 bzw. seines Mittelteils 15 aufnehmen und in die Umgebung abführen. Hierdurch ist eine effiziente Kühlung des Innenvolumens 13 möglich, ohne das die Volumina fluidisch miteinander verbunden sind. Sie können vielmehr vollständig abgedichtet sein.
Dies spielt nun insbesondere bei dem bereits angesprochenen in Figur 3 gezeigten Scheinwerfer 21 eine entscheidende Rolle. Dessen Aufbau besteht aus einem Gehäuse 22 und einer transparenten Deckscheibe 23. Unter dieser Deckscheibe 23 sind rein beispielhaft zwei Felder 24 mit lichtemittierenden Dioden angeordnet. Daneben ist innerhalb des Gehäuses 22 und damit in dem Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 ein Steuergerät 25 sowie ein Schrittmotor 26 exemplarisch angedeutet. Diese Elemente im Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 produzieren dabei Abwärme, welche in der Praxis meistens nur über die Deckscheibe 23 abgeführt werden kann. Um hier die Kühlung zu verbessern, sodass eine hohe Leistungsfähigkeit der Komponenten innerhalb des Innenvolumens 13 des Scheinwerfers 21 zu erreichen, ohne diese Komponenten zu überhitzen, ist nun das Kühlmodul 1, wie es in der Figur 3 dargestellt ist, in den Scheinwerfer 21 integriert. Teile seines Gehäuses 22 bilden dabei die in Figur 2 gezeigte Wand 9 aus. Über das Kühlmodul 1 wird also Wärme von dem Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 in das den Scheinwerfer 21 umgebende Volumen, welches dementsprechend dem Außenvolumen 14 im Aufbau gemäß Figur 2 entspricht, übertragen. Das Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 selbst kann dabei weiterhin hermetisch abgedichtet sein, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, welches die elektrischen und insbesondere optischen Komponenten innerhalb des Scheinwerfers 21 schädigen könnte.
Der Aufbau des integrierten Kühlmoduls 1 ist dabei außerordentlich effizient und kompakt. Zusätzlich zu einer Abkühlung über die Deckscheibe 23 wird so eine Abkühlung auch in andere den Scheinwerfer 21 umgebende Bereiche ermöglicht, beispielsweise in den Bereich eines Motorraums, eines Karosseriehohlraums oder dergleichen. Der Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient. Er kann sowohl vom Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 her, als auch vom Außenvolumen 14 aus elektrisch angeschlossen werden. Es ist lediglich ein elektrischer Anschluss für den gemeinsamen Antriebsmotor 18 notwendig, sodass dieser gemeinsame Antriebsmotor 18 beispielsweise beim Einschalten des Lichts seine Arbeit aufnimmt, ohne dass hier eine aufwändige Steuerung, Regelung oder dergleichen notwendig wäre.

Claims

Patentansprüche Kühlmodul (1) mit einem Kühlelement (3), welches ein geschlossenes Mittelteil (15) aufweist, welches die auf seinen beiden Seiten (5, 16) liegenden Bereiche gegeneinander abgedichtet und Wärmeleitelemente (4) auf den zwei Seiten (5, 16) des Mittelteils (15) aufweist, ferner mit einer Fördereinrichtung für Luft, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung als integrierter Zwillingslüfter (6) ausgebildet ist, welcher einerseits Umgebungsluft von der einen Seite (5) des Mittelteils (15) und andererseits Umgebungsluft von der anderen Seite (16) des Mittelteils (15) zu dem Kühlelement (3) fördert, wobei der Zwillingslüfter (6) zwei gegeneinander abgedichtete Lüfterräder und einen elektrischen Antriebsmotor (18) für die beiden Lüfterräder aufweist. Kühlmodul (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (18) mittig zwischen den beiden Lüfterrädern angeordnet ist. Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwillingslüfter (6) als Radiallüfter ausgebildet ist. Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwillingslüfter (6) so ausgebildet ist, dass er die Umgebungsluft von der jeweiligen Seite (5, 16) des Mittelteils (15) druckseitig zu den Wärmeleitelementen (4) der jeweiligen Seite (5, 16) fördert. Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (4) als Kühlrippen oder Kühlfinger ausgebildet sind. Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch seine Integration in ein Gehäuse (2) mit Zuluftöffnungen (19) und Abluftöffnungen (20) für jede der Seiten des Mittelteils (15), welche auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) und/oder in gegenüberliegenden Abschnitten einer Seite des Gehäuses (2) angeordnet sind. Scheinwerfer (21) mit einem in sich abgeschlossenen Innenvolumen (13), mit einer transparenten Deckscheibe (23), und mit Beleuchtungsmitteln (24) sowie Mitteln (25, 26) zur mechanischen und/oder elektrischen Ansteuerung derselben, ferner mit einem Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dessen Mittelteil (15) einen Teil der Begrenzung des Innenvolumens (13) ausbildet, sodass die Wärmeleitelemente (4) der einen Seite (5) in das Innenvolumen und die Wärmeleitelemente (4) der anderen Seite (16) in die Umgebung (14) ragen. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwillingslüfter (6) dazu eingerichtet ist, einerseits Luft in dem Innenvolumen
(14) umzuwälzen und zu der einen Seite (5) des Kühlelements (3) zu fördern und andererseits Umgebungsluft zu der anderen Seite (16) des Kühlelements (3) zu fördern. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs.
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