EP4508367A1 - Temperierungsmodul und scheinwerfer - Google Patents

Temperierungsmodul und scheinwerfer

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Publication number
EP4508367A1
EP4508367A1 EP23710975.6A EP23710975A EP4508367A1 EP 4508367 A1 EP4508367 A1 EP 4508367A1 EP 23710975 A EP23710975 A EP 23710975A EP 4508367 A1 EP4508367 A1 EP 4508367A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
headlight
volume
control module
heat
temperature control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23710975.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Mueller
Anton Nelson
Janik KAISER
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Publication of EP4508367A1 publication Critical patent/EP4508367A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/42—Forced cooling
    • F21S45/43—Forced cooling using gas
    • 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
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    • 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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    • F21V29/677—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

Definitions

  • the invention relates to a temperature control module with a separating 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 temperature control module, in particular for a motor vehicle.
  • Modern headlights have many components inside that emit heat during operation. In addition to the LEDs typically used today, these include stepper motors and control devices. Due to the sometimes very high currents, heat is also generated in the area of the cables and contacts due to the electrical resistance of the cabling. In order to avoid overheating of the typically self-contained internal volume of the headlight, as this would force a reduction in power or could even cause component damage, this waste heat must be removed from the internal volume of the headlight. Typically this is done by transporting heat via the cover pane, which is also referred to as a front pane or cover glass. Especially when using a vehicle, a relatively large amount of heat can be dissipated by a corresponding flow around the airstream while the vehicle is moving.
  • the plastic housing of the headlight itself also contributes to heat transport, but the materials used and the typical installation location with relatively small distances to surrounding components limit the efficient heat transfer. Therefore, only a small part of the waste heat can be released via the housing, for example into the engine compartment of the vehicle.
  • One approach to improving the dissipation of waste heat is typically to use separating elements and a fan within the headlight in order to specifically transport the waste heat away from the components that produce the waste heat.
  • a separating element which has two sides, one of the sides being arranged inside the headlight and the other of the sides outside.
  • a separating element is fundamentally described therein, whereby the heat-conducting connection between the sections located in the surroundings and the sections located inside the headlight takes place via 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.
  • thermoelectric element together with the fan arranged in the interior volume of the headlight, can lower the temperature in the structure and also heat it up.
  • the structure depends on various environmental conditions, as a constant supply of air to the thermoelectric element must be guaranteed.
  • the object of the present invention is to provide an improved integrated temperature control module, which is improved compared to the structure mentioned in the prior art, and which can preferably be used in an improved headlight. According to the invention, this object is achieved by a temperature control module with the features in claim 1. Advantageous refinements and further developments result from the dependent claims. In addition, a headlight with the features in claim 4 and such a temperature control module solves the problem. Here too, advantageous refinements and further developments of the headlight result from the dependent claims. A method for operating the temperature control module is specified in claim 12.
  • the temperature control module represents an integrated temperature control module with a separating element on the one hand and a conveying device for air on the other hand.
  • the separating element comprises a closed middle part and heat-conducting elements on two sides of this middle part.
  • the conveying device is designed as an integrated twin fan, which, on the one hand, conveys ambient air from one side of the middle part and, on the other hand, ambient air from the other side of the middle part to the separating element.
  • the middle part of the separating element is, for example, a plate with heat-conducting elements on one side and on the other.
  • a Peltier element is integrated into the middle part or the middle part is formed directly by such a Peltier element. By applying an electrical voltage or power, heat can be generated on one side and cold on the other.
  • the sides can be swapped if necessary by reversing the polarity electrically.
  • the temperature control module with the Peltier element can thus generate either heat or cold on the one hand and thus heat or cool the air conveyed by the twin fan via the Peltier element or the middle part and the heat-conducting elements.
  • the temperature control module enables efficient heating or cooling. In addition to active heating or cooling through the Peltier element, this also enables the naturally occurring heat flow from one side to the other to be strengthened or promoted depending on the polarity used, so that waste heat can be transported away even more quickly.
  • the twin fans are set up to, on the one hand, blow air to circulate in the internal volume and to convey it to the separating element of the temperature control module and, on the other hand, to convey ambient air to the other side of the separating element. Both air flows are materially separated, so the air does not mix.
  • the heat is thus efficiently dissipated from the headlight with the support of the Peltier element, so that in addition to heat being released via the cover plate, heat can also be released into an additional area, for example an engine compartment or the like.
  • a further very favorable embodiment of the temperature control module according to the invention can also provide that a collecting volume for condensate is arranged on one of the sides.
  • a collecting volume for condensate is arranged on one of the sides.
  • the heat-conducting elements can be designed as heat-conducting ribs or fins or as heat-conducting fingers, pins or knobs.
  • a combination of these elements or the combination with other measures that increase the surface of the separating element on the respective side, such as roughening the surface or similar, are also conceivable.
  • the twin fan has two fan wheels that are sealed from 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 expenditure.
  • the one electric drive motor for the two fan wheels can be arranged centrally between the two fan wheels.
  • the twin fan can preferably be designed as a radial fan, so that it sucks in the air sucked in, for example laterally relative to the respective side or its surface of the separating element and then releases it again over the surface of the respective side of the middle part and preferably between the heat-conducting elements.
  • warm air can be efficiently conveyed to the heat-conducting elements in order to cool them down, for example.
  • the resulting waste heat is transported from one side to the other side, and at the same time cooling air can be conveyed on the other side in the same way in order to efficiently dissipate the heat transferred from the first side to the second side.
  • the twin fan is designed in such a way that it conveys the ambient air from the respective side of the separating element or its middle part on the pressure side to the heat-conducting elements and correspondingly the ambient air, preferably as a radial fan in the above-mentioned embodiment perpendicular to this direction, sucks accordingly.
  • such a temperature control module can be used as an integrated temperature control module wherever 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 structure is made possible by the temperature control module according to the invention , particularly pays off.
  • this can be designed to be integrated into a housing, which has supply air openings on two opposite sides for the air sucked in by the twin fan and, spaced apart from this, exhaust air openings for the exhaust air after it flows through the heat-conducting elements of the separating element.
  • the separating element and twin fans can therefore be arranged efficiently in such a housing.
  • the housing can then be inserted into a suitable section of a wall. For this purpose, for example, screwing or clipping can be provided.
  • 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 simply connecting one electrical connection for one drive motor and one for the Peltier element to a power source.
  • the delivery of the power can be done from one side or the other side of the wall, whichever is more convenient in terms of installation.
  • a preferred use is in the area of a headlight.
  • a headlight with a self-contained internal volume, with a transparent cover plate and lighting means, which include at least light-emitting diodes, their control electronics and the like, can now be ideally cooled or heated via the temperature control module according to the invention.
  • the headlight according to the invention according to claim 4 provides that the middle part of the separating element of the temperature control module forms part of the boundary of the internal volume with the Peltier element, so that the heat-conducting elements on one side protrude into the internal volume and the heat-conducting elements on the other side protrude into the environment.
  • the middle part with the Peltier element or the middle part formed by the Peltier element therefore forms part of the housing of the headlight and can therefore be integrated into the headlight in a very space-saving manner.
  • One side with one half of the twin fan is then inside and can cool or heat there if necessary.
  • the other side is located outside, for example in the area of the engine compartment, and can be used to dissipate heat in the case of cooling the headlight or to provide heat from the engine compartment in the case of heating the headlight.
  • the Peltier element can, on the one hand, actively cool or heat and, on the other hand, increase existing temperature differences in order to enable improved heat conduction between its sides for cooling or heating.
  • the headlight according to the invention, this is now combined with an embodiment of the temperature control module according to the invention with the collecting volume.
  • the collecting volume which according to the invention is arranged in the internal volume of the headlight, can then be connected via a line element for condensate removal to a collecting volume for the condensate outside the internal volume.
  • Moisture that accumulates in the interior volume of the headlight for example because it is not completely sealed or because moisture has entered the interior of the headlight through the plastic material of the housing, is collected in the collection volume as condensate when the headlight is cooled.
  • the Peltier element then works both as a cooling element and as a cold trap.
  • the condensate then passes in its liquid state via the line element for condensate removal into a collecting volume located outside the internal volume of the headlight and from there can be easily and efficiently discharged into the environment. This allows moisture that has penetrated the interior volume of the headlight to be efficiently removed if necessary.
  • the line element ends in the direction of gravity at the top of the collecting volume when used as intended.
  • the condensate can then drip from the end of the line element into the collecting volume. There is therefore no direct connection between the line element and the liquid condensate collecting in the direction of gravity at the bottom of the collecting volume given the filling quantities that typically occur.
  • the collecting volume is sealed in itself and is connected to the environment on the one hand via the line element and on the other hand via a meander-shaped tube arranged at the bottom in the direction of gravity.
  • a meander-shaped tube allows an efficient connection with the environment, so that if there is excess pressure within the internal volume of the headlight, the condensate is pushed out of the collecting volume via the tube into the environment.
  • air can also be sucked in via the meander-shaped tube and “sucked back” into the headlight or its internal volume. when the pressure conditions are reversed.
  • the meandering tube Due to its meandering structure, the meandering tube has the advantage that it can very efficiently prevent the penetration of dirt into the area of the collecting volume and thus at least indirectly into the area of the internal volume of the headlight.
  • the flow-through cross section of the meandering tube has a grid or filter element.
  • a grid or filter element can be used to prevent, for example, coarser dirt particles from clogging the meandering tube, insects from nesting, or the like.
  • the temperature control module is arranged below a cover in the interior volume, at least with regard to the air flow conveyed by it, when the headlight is used as intended, which has ventilation openings.
  • a cover can therefore be arranged in such a way that the air flow conveyed by the temperature control module within the headlight reaches the area of the cover from below when the headlight is used as intended, for example in which the air is conveyed directly from below or from behind under the cover and then directed upwards via ventilation openings within the cover.
  • the cover can be arranged below the cover plate, so that this cover plate can be targeted with the conveyed air flow from below through the ventilation openings. This has particular advantages when it comes to heating the headlight, for example to get it free of ice or to keep it free of ice, or to efficiently remove fogging on the cover glass, especially on the inside of the cover glass, and to prevent fogging from occurring again .
  • the headlight has at least one temperature sensor, which, together with a control device for controlling the Peltier element and the twin fan of the temperature control module according to the invention, is set up to: To influence the temperature of the headlight.
  • a heating or cooling requirement in the internal volume of the headlight can be determined via the temperature sensor or sensors and this can be monitored and regulated accordingly, preferably by further temperature sensors, at least one of which is arranged in the area of the air flowing out of the temperature control module.
  • a headlight is used as a headlight in a vehicle, in particular in a motor vehicle and here preferably in a non-rail-bound land vehicle such as a car or truck .
  • the method according to the invention for operating a temperature control module according to the invention in a headlight according to the invention provides that, in the event of a cooling requirement, the Peltier element is used in a first electrical polarity to cool the first side and to dissipate the heat to the second side to cool the internal volume and/or to collect condensate in the collection volume of the temperature control module. Furthermore, the method provides that, in the event of a need for heat, the Peltier element is used in a reversed polarity to heat the first side in order to keep it free of fog or to dissolve fog that has already occurred or to ensure an ice-free cover pane, i.e. if necessary to thaw and then keep it free of ice.
  • FIG. 1 shows a side view of a possible embodiment of a temperature control module according to the invention in partial section
  • FIG. 2 shows a top view of the temperature control module according to FIG. 1 in a sectional view
  • 3 shows a schematic representation of a vehicle headlight in an embodiment according to the invention
  • Fig. 4 is an enlarged view of a device for pressure equalization and condensate removal in and from this headlight.
  • an integrated temperature control module designated in its entirety by 1 can be seen in a side view.
  • a housing 2 of the integrated temperature control module 1 is partially shown in a sectional view in order to reveal a separating element 3 with some indicated heat-conducting elements 4 on the side 5 facing the viewer.
  • These heat-conducting elements 4 can be designed, for example, as cooling pins.
  • a twin fan 6 is integrated into the housing 2, which is designed as a radial fan, one of the radial fan wheels 7 being indicated by dashed lines in the housing because it is covered by the actual housing 2.
  • the functionality can best be illustrated in the top view, which can be seen in the sectional view of Figure 2.
  • the housing 2 of the temperature control module 1 is accommodated in an opening 8 in a wall designated 9.
  • a circumferential 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 realized by clipping, for which clips 12 indicated in the illustration in FIG. 2 can be seen as part of the housing. If the housing is inserted into the opening 8 from above in the illustration in Figure 2, then it can be easily and efficiently clipped to the wall 9, preferably by deforming the inserted seal 10, so that the structure is completely sealed.
  • the separating element 3 has a closed middle part 15, which is accommodated in the housing 2 in such a way that the internal volume 13 facing area is sealed from the area facing the outer volume 14.
  • the first side 5 of the separating element 3 or its middle part 15, which is facing downwards, carries some of the heat-conducting elements 4, as does the opposite second side 16.
  • a Peltier element PE is now also arranged in the separating element 3 or the communication part 15 as a thermoelectric cooler or heater. Depending on the control or electrical polarity, heat can be transported from the first to the second side 5, 16, so that the internal volume 13 is cooled, or vice versa, so that the internal volume 13 is heated. Through the fan wheels? of the twin fan 6, the cooling or heating air is circulated in the inner volume 13 and the waste heat or cold released is dissipated into the outer volume 14 environment.
  • 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 middle part 15 of the separating element 3.
  • This intermediate wall 17 has an opening for an electric drive motor 18, which is part of the twin fan 6 and drives two impellers 7 with their respective guide blades in parallel.
  • the area of the two impellers 7 is also sealed against each other by the intermediate wall 17 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 sealed against the outer volume 14.
  • the air conveyed via the rotating impellers 7 of the twin fan 6 therefore remains unmixed, depending on whether it is conveyed from the inner volume 13 or the outer volume 14, so that the two air flows are in heat-conducting contact with one another only via the middle part 15 and the heat-conducting elements 4.
  • the Peltier element PE which in the exemplary embodiment shown here should be integrated into the middle part 15.
  • the Peltier element PE could also completely form this middle part 15, so that the heat-conducting elements would be arranged directly on the Peltier element PE.
  • the temperature control module 1 is now able to cool, for example, in the area of the inner volume 13 by releasing heat to the air flow from the outer volume 14 and by polarizing the Peltier element PE in such a way that the cold side is on its side facing the inner volume 13 the side facing the outer volume 14 is the warm side.
  • heating of the air flow for the inner volume 13 is also possible; in this case, the polarity of the Peltier element PE would be reversed, so that the cold side lies on the side facing the outer volume 14 and the warm side on the side facing the inner volume 13 .
  • the separating element 3 or at least its middle part 15 and the heat-conducting elements 4 can preferably consist of a good heat-conducting material, for example aluminum.
  • the twin fan 6 moves the impeller 7 with the guide blades in the illustration in FIG. 2 above.
  • both impellers can be arranged on one and the same shaft of the common electric drive motor 18 and therefore rotate at the same speed.
  • a gearbox for changing the rotation speed of one of the wheels would also be conceivable in principle.
  • the impellers 7 are preferably constructed analogously to one another.
  • the temperature control module 1 can be used in particular in a headlight 21 shown in FIG. Its structure consists of a housing 22 and a transparent cover plate 23. Under this cover plate 23, two fields 24 with light-emitting diodes are arranged purely as an example. In addition, a control device 25 and a stepper motor 26 are indicated as examples within the housing 22 or, as indicated here, on the housing 22. These elements in Internal volume 13 of the headlight 21 or in heat-conducting contact with it produces waste heat. In order to improve their cooling in order to achieve high performance of the components within the internal volume 13 of the headlight 21 without overheating these components, the temperature control module 1, as shown in FIG. 3, is now integrated into the headlight 21 . Parts of its housing 22 form the wall 9 shown in FIG.
  • the temperature control module 1 Via the temperature control module 1, for example, heat is transferred from the inner volume 13 of the headlight 21 into the volume surrounding the headlight 21, which accordingly corresponds to the outer volume 14 in the structure according to FIG.
  • the interior volume 13 of the headlight 21 itself can continue to be sealed in order to prevent the ingress of large amounts of moisture, which could damage the electrical and in particular optical components within the headlight 21.
  • the internal volume 13 can also be heated very easily by constructing the temperature control module 1 with the Peltier element PE for example to keep it fog-free or to remove ice. This applies in principle to the entire internal volume 13, but in particular to the area of the cover plate 23.
  • the structure therefore provides that, when used as intended, a cover 27 is arranged in the direction of gravity g below the area in which the cover plate 23 merges into the non-transparent housing 22.
  • This cover 27 has ventilation openings 28.
  • the air conveyed by the temperature control module 1 in the internal volume 13 of the headlight 21 now collects below this cover 27 and flows upwards through the ventilation openings 28 in a targeted manner in the area of the cover plate 23, and then circulates via the lighting elements 24, the optional stepper motor 26 and the area in which the control device 25 rests on the housing 22 to flow back to the temperature control module 1.
  • This circulation flow enables good cooling within the headlight 21 or also good heating, in particular of the cover plate 23, in the event that it is icy and/or fogged up.
  • the goal is to prevent, if possible, the penetration of large amounts of moisture into the internal volume 13 of the headlight 21.
  • this is often not completely successful, since the structure of the headlight 21 with its housing 22 can never be implemented in a completely sealed manner.
  • pressure equalization is necessary, which, for example, requires the use of a membrane that is permeable to air but not to water vapor. This leads to interfaces within the housing 22, which can only be made very tightly with great effort.
  • the plastic typically used for the housing 22 is not completely sealed against moisture, so that moisture can also diffuse into the interior of the headlight 21. A certain amount of residual moisture can never be ruled out.
  • the headlight 21 therefore dispenses with such a membrane, which in principle could still be present as an option. Instead, it uses a collecting volume 29 for condensate in the area of the temperature control module 1 and here on its side 5 facing the inner volume 13.
  • This collecting volume 29 which when used as intended in the direction of gravity, which is symbolically indicated here by the gravitational acceleration g in its direction, is located below.
  • Moisture which is circulated through the twin fan in the internal volume 13 of the headlight 21, condenses on the first side 5 or in the area of the heat-conducting elements 4 on this side 5 and drips into the collecting volume 29. This is connected via a line element 30 to a collecting volume 31, which is arranged outside the housing 22 but is sealed from it.
  • FIG. 4 An enlarged structure of this is shown in the illustration in FIG.
  • the side 5 of the middle part 15 with its heat-conducting elements 4 is shown within the temperature control module 1.
  • the view according to Figure 4 is intended to be the view from the inner volume 13 onto the part of the temperature control module 1 protruding into the inner volume 13.
  • the cooling by the Peltier element PE which cannot be seen here, ensures that moisture present in the internal volume 13 condenses out. This now collects in the direction of gravity g at the bottom of the collecting volume 29 and flows into it via the line element 30 Collection volume 31 from.
  • the line element 30 ends in the collecting volume 31 when used as intended in the direction of gravity g above, so that condensate emerging from the line element 30 drips into the collecting container 31 and collects in it in the direction of gravity g below.
  • the collected condensate is shown in the illustration in FIG. 4 and provided with the reference symbol K.
  • the collecting volume 31 is connected at the bottom to the environment, here the outer volume 14, via a meander-shaped tube 32.
  • the structure for condensate removal therefore creates a connection between the inner volume 13 and the outer volume 14, in which, due to the arrangement of the end of the line element 30, no condensate can be sucked back into the inner volume 13 in normal use, even if the internal pressure here is lower than in the area of External volume should be 14.
  • the water that has been condensed and collected as a cold trap by the corresponding operation of the Peltier element PE is now located as condensate K in the collecting volume 31.
  • the air pressure in the internal volume 13 of the headlight 21 now increases, for example by operating the heat sources or by lowering it of the ambient pressure, because the vehicle equipped with the headlight 21 is driving up a mountain, for example, then the accumulated condensate K is pressed outwards through the meander-shaped tube 32 into the environment, i.e. the external volume 14. If the collecting volume 31 is empty, the remaining air flows out unhindered due to the excess pressure in the inner volume 13 and pressure equalization takes place. In the opposite case, i.e.
  • the tube 32 is designed in a meandering shape in order to prevent dust and dirt from getting into the interior of the headlight 21.
  • a fine net or grid could be attached to the end of the tube 32 to prevent coarse dirt from clogging the tube 32 or insects from nesting in the area of the tube 32.
  • the control device 25 already shown in FIG. 3 takes over the control and monitoring of the entire process. On the one hand, it is connected to the Peltier element PE in the temperature control module 1 and, on the other hand, to various temperature sensors 33, 34, 35 inside the headlight 21. In addition, other vehicle signals such as the temperature in the external volume 14 detected via a temperature sensor 36 or data about the air pressure can also be used etc., which is indicated here by the arrow 37, are made available to the control unit 25.
  • the control device 25 can now correspondingly control the Peltier element PE and the drive motor 18 of the twin fan 6 of the temperature control module 1 in order to control or regulate the temperatures within the internal volume 13 of the headlight 21 and to supply the Peltier element PE with power according to the desired polarity to operate it as a heating or cooling element, depending on your needs.
  • an H-bridge can be used, for example. This makes it possible to cool and dry the air in summer with the PE Peltier element. In winter it can be used for heating in order to keep the cover plate 23 free of fog and/or ice.
  • the control device 25 can also take over the control of the lighting and the stepper motor 26, but in principle several separate control devices would also be conceivable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Temperierungsmodul (1) mit einem Trennelement (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 Temperierungsmodul 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 Trennelement (3) fördert, wobei das Mittelteil (15) ein Peltierelement (PE) aufweist oder als solches ausgebildet ist. Das Temperierungsmodul (1) kommt bevorzugt in einem Scheinwerfer (21) zur Kühlung und/oder Beheizung seines Innenvolumens (13) zum Einsatz.

Description

Temperierungsmodul und Scheinwerfer
Die Erfindung betrifft ein Temperierungsmodul mit einem Trennelement nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem solchen Temperierungsmodul, 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 Trennelemente und einen Lüfter einzusetzen, um die Abwärme gezielt von den die Abwärme produzierenden Bauteilen abzutransportieren.
Aus dem Stand der Technik ist neben dem Betrieb eines solchen Lüfters im Inneren des abgeschlossenen Volumens des Scheinwerfers auch der Einsatz eines Trennelements 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 102007 057 056 A1 hingewiesen werden. Darin wird ein solches Trennelement 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 und ihn an sich auch aufheizen. Dabei ist der Aufbau jedoch von verschiedenen Umgebungsbedingungen abhängig, da eine konstante Luftzufuhr zum thermoelektrischen Element gewährleistet sein muss.
Ein weiteres Problem von derartigen Scheinwerfern ist der Druckausgleich zwischen dem Innenvolumen und der Umgebung bei verschiedenen Temperaturen. Dies wird durch diesen Stand der Technik gar nicht adressiert. In der Praxis werden dafür aber häufig für Luft durchlässige und für Wasserdampf undurchlässige Membranen eingesetzt. Dies ist in der Praxis recht aufwändig und benötigt zusätzlichen Bauraum. Ferner ist es so, dass auch ein gut abgedichteter Scheinwerfer nie völlig dicht gegenüber Feuchtigkeit ist. Zum Beispiel kann durch das typischerweise für das Gehäuse eingesetzte Kunststoffmaterial Feuchtigkeit eindringen. Der Aufbau kann dadurch beschlagen, eine Abfuhr der Feuchtigkeit durch die Membran ist aber nicht möglich.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes integriertes Temperierungsmodul 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 Temperierungsmodul 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 4 und einem derartigen Temperierungsmodul die Aufgabe. Auch hier ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Scheinwerfers aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Ein Verfahren zum Betreiben des Temperierungsmoduls ist im Anspruch 12 angegeben.
Das erfindungsgemäße Temperierungsmodul stellt ein integriertes Temperierungsmodul mit einem Trennelement einerseits und einer Fördereinrichtung für Luft andererseits dar. Das Trennelement umfasst ein geschlossenes Mittelteil und Wärmeleitelemente auf 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 dem Trennelement fördert. Das Mittelteil des Trennelements ist also beispielsweise eine Platte mit Wärmeleitelementen auf der einen und auf der anderen Seite. Zusätzlich ist in dem Mittelteil ein Peltierelement integriert oder das Mittelteil wird direkt durch ein solches Peltierelement ausgebildet. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. Leistung kann somit auf einer Seite Wärme und auf der anderen Kälte erzeugt werden.
Durch ein elektrisches Umpolen können die Seiten bei Bedarf getauscht werden. Das Temperierungsmodul mit dem Peltierelement kann damit auf der einen Seite wahlweise Wärme oder Kälte erzeugen und damit den vom Zwillingslüfter über das Peltierelement bzw. das Mittelteil und die Wärmeleitelemente geförderte Luft erwärmen oder abkühlen. Das Temperierungsmodul ermöglicht damit ein effizientes Heizen oder Kühlen. Neben dem aktiven Heizen oder Kühlen durch das Peltierelement ermöglicht dieses entsprechend der eingesetzten Polung außerdem eine Verstärkung bzw. Förderung des natürlich auftretenden Wärmeflusses von der einen zur anderen Seite, sodass Abwärme noch schneller abtransportiert werden kann.
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 Trennelement des Temperierungsmoduls zu fördern und andererseits Umgebungsluft zu der anderen Seite des Trennelements zu fördern. Beide Luftströmungen sind dabei stofflich getrennt, die Luft mischt sich also nicht. Die Wärme wird so unterstützt durch das Peltierelement 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.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung kann es ferner vorsehen, dass auf einer der Seiten ein Sammelvolumen für Kondensat angeordnet ist. Hierdurch kann auf dieser Seite anfallende Feuchtigkeit beim Kühlen durch das Peltierelement bzw. bei der (aktiv unterstützten) Abfuhr von Abwärme aus dem Bereich dieser Seite anfallende Feuchtigkeit, welche an dem Mittelteil auskondensiert, aufgefangen werden. Das Sammelvolumen ermöglicht so die Feuchtigkeit in seinem Bereich zu sammeln und dadurch den in diesem Fall zur Kühlung eingesetzten umgewälzten Luftstrom entlang der Seite mit dem Sammelvolumen zu trocknen.
Die Wärmeleitelemente können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des integrierten Temperierungsmoduls 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 Trennelements auf der jeweiligen Seite vergrößernde Maßnahmen, wie beispielsweise ein Aufrauen der Oberfläche oder ähnliches, sind denkbar.
Der Aufbau des Zwillingslüfters ist dabei grundlegend unerheblich und kann in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein. Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung ist es jedoch 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 bevorzugt als Radiallüfter ausgebildet sein, sodass er die angesaugte Luft beispielsweise seitlich bezogen auf die jeweilige Seite bzw. deren Fläche des Trennelements 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, um diese z.B. abzukühlen. Die anfallende Abwärme wird 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 Trennelements 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 Temperierungsmodul als integriertes Temperierungsmodul 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 Temperierungsmodul gemäß der Erfindung möglich wird, besonders auszahlt.
Dabei ist es so, dass 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 Trennelements aufweist. Trennelement 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 und einer für das Peltierelement mit einer Leistungsquelle verbunden wird. 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, kann nun über das erfindungsgemäße Temperierungsmodul ideal gekühlt oder beheizt werden. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer gemäß Anspruch 4 sieht es dabei vor, dass das Mittelteil des Trennelements des Temperierungsmoduls mit dem Peltierelement 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. Das Mittelteil mit dem Peltierelement bzw. das durch das Peltierelement ausgebildete Mittelteil bildet also einen Teil des Gehäuses des Scheinwerfers aus und lässt sich damit sehr platzsparend in den Scheinwerfer integrieren. Die eine Seite mit der einen Hälfte des Zwillingslüfters liegt dann im Inneren und kann dort bei Bedarf kühlen oder heizen. Die andere Seite liegt außerhalb beispielsweise im Bereich des Motorraums und kann zur Abfuhr von Wärme im Falle der Kühlung des Scheinwerfers oder auch zur Bereitstellung von Wärme aus dem Motorraum im Falle der Beheizung des Scheinwerfers eingesetzt werden. Das Peltierelement kann damit einerseits aktiv kühlen bzw. heizen und andererseits vorhandene Temperaturunterschiede verstärken, um eine verbesserte Wärmeleitung zwischen seinen Seiten zum Kühlen oder Heizen zu ermöglichen.
Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers wird dieser nun mit einer Ausgestaltung des Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung mit dem Sammelvolumen kombiniert. Das Sammelvolumen, welches gemäß der Erfindung im Innenvolumen des Scheinwerfers angeordnet ist, lässt sich dann über ein Leitungselement zur Kondensatabfuhr mit einem Auffangvolumen für das Kondensat außerhalb des Innenvolumens verbinden. Feuchtigkeit, welche sich im Innenvolumen des Scheinwerfers ansammelt, beispielsweise weil dieser nicht vollständig dicht ausgebildet ist bzw. weil Feuchtigkeit durch das Kunststoffmaterial des Gehäuses in das Innere des Scheinwerfers gelangt ist, wird beim Kühlen des Scheinwerfers also in dem Sammelvolumen als Kondensat gesammelt. Das Peltierelement wirkt dann sowohl als Kühlelement als auch als Kältefalle. Das Kondensat gelangt dann in seinem flüssigen Zustand über das Leitungselement zur Kondensatabfuhr in ein außerhalb des Innenvolumens des Scheinwerfers liegendes Auffangvolumen und kann von dort aus einfach und effizient in die Umgebung abgeführt werden. Dadurch lässt sich Feuchtigkeit, welche in das Innenvolumen des Scheinwerfers eingedrungen ist, bei Bedarf effizient abführen.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist es dabei vorgesehen, dass das Leitungselement im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft oben in dem Auffangvolumen endet. Das Kondensat kann dann also von dem Ende des Leitungselements in das Auffangvolumen tropfen. Eine direkte Verbindung zwischen dem Leitungselement und dem sich in Richtung der Schwerkraft unten in dem Auffangvolumen sammelnden flüssigen Kondensat liegt bei den typischerweise auftretenden Füllmengen damit nicht vor.
Kommt es nun zu einem Druckanstieg im Innenvolumen des Scheinwerfers beispielsweise aufgrund der sich erwärmenden Lichtquellen, Schrittmotoren, Elektronikbauteilen oder dergleichen wird über das Sammelvolumen und das Leitungselement also Kondensat in das Auffangvolumen befördert. Kommt es zu einer Umkehr der Druckverhältnisse kann aufgrund des oberhalb der Oberfläche des Kondensats im Auffangvolumen endenden Leitungselements kein Kondensat zurück in das Innenvolumen des Scheinwerfers gefördert werden. Dennoch kann Luft zum Druckausgleich in das Innenvolumen strömen.
Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung sieht es dabei vor, dass das Auffangvolumen in sich abgedichtet ist und einerseits über das Leitungselement und andererseits über einen bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft unten angeordnetes mäanderförmiges Röhrchen mit der Umgebung verbunden ist. Ein solches mäanderförmiges Röhrchen erlaubt eine effiziente Verbindung mit der Umgebung, sodass bei einem Überdruck innerhalb des Innenvolumens des Scheinwerfers das Kondensat aus dem Auffangvolumen über das Röhrchen in die Umgebung gedrückt wird. Andererseits kann Luft über das mäanderförmige Röhrchen auch angesaugt und in den Scheinwerfer bzw. sein Innenvolumen „zurückgesaugt“ werden, wenn die Druckverhältnisse sich umkehren. Das mäanderförmige Röhrchen hat durch seinen mäanderförmigen Aufbau dabei den Vorteil, dass es sehr effizient das Eindringen von Verschmutzungen in den Bereich des Auffangvolumens und damit zumindest mittelbar in den Bereich des Innenvolumens des Scheinwerfers verhindern kann.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung dieser Idee kann es jedoch ergänzend zu der mäanderförmigen Ausgestaltung des Röhrchens auch vorgesehen sein, dass der durchströmbare Querschnitt des mäanderförmigen Röhrchens über ein Gitter- oder Filterelement verfügt. Über ein solches Gitter- bzw. Filterelement kann verhindert werden, dass beispielsweise gröbere Schmutzpartikel das mäanderförmige Röhrchen verstopfen, dass sich Insekten einnisten oder dergleichen.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers kann es ferner vorgesehen sein, dass das Temperierungsmodul zumindest bezüglich des von ihm geförderten Luftstroms im bestimmungsgemäßen Einsatz des Scheinwerfers unterhalb einer Abdeckung im Innenvolumen angeordnet ist, welche Lüftungsöffnungen aufweist. Eine solche Abdeckung kann also so angeordnet werden, dass der von dem Temperierungsmodul innerhalb des Scheinwerfers geförderte Luftstrom im bestimmungsgemäßen Einsatz des Scheinwerfers von unten in den Bereich der Abdeckung gelangt, beispielsweise in dem die Luft direkt von unten oder auch von hinten unter die Abdeckung gefördert wird und dann über Lüftungsöffnungen innerhalb der Abdeckung gezielt nach oben geleitet wird. Vorzugsweise kann die Abdeckung unterhalb der Deckscheibe angeordnet sein, sodass diese Deckscheibe durch die Lüftungsöffnungen gezielt von unten mit dem geförderten Luftstrom angeströmt werden kann. Dies hat insbesondere dann Vorteile, wenn es darum geht, den Scheinwerfer zu beheizen, um ihn beispielsweise eisfrei zu bekommen oder eisfrei zu halten oder um einen Beschlag auf der Deckscheibe, insbesondere auf dem Inneren der Deckscheibe, effizient zu entfernen und ein erneutes Beschlagen zu verhindern.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers verfügt dieser über wenigstens einen Temperatursensor, welcher zusammen mit einem Steuergerät zur Ansteuerung des Peltierelements und des Zwillingslüfters des Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung dazu eingerichtet ist, die Temperierung des Scheinwerfers zu beeinflussen. Über den oder die Temperatursensoren kann so ein Heiz- oder Kühlbedarf im Innenvolumen des Scheinwerfers ermittelt werden und dieser kann, vorzugsweise durch weitere Temperatursensoren, von denen zumindest einer im Bereich der aus dem Temperierungsmodul abströmenden Luft angeordnet ist, entsprechend überwacht und geregelt werden.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung in einem Scheinwerfer gemäß der Erfindung sieht es vor, dass das Peltierelement im Falle eines Kühlbedarfs in einer ersten elektrischen Polung zur Kühlung der ersten Seite und zur Abfuhr der Wärme auf die zweite Seite eingesetzt wird, um das Innenvolumen zu kühlen und/oder Kondensat im Sammelvolumen des Temperierungsmoduls zu sammeln. Ferner sieht es das Verfahren vor, dass im Falle eines Wärmebedarfs das Peltierelement in einer umgekehrten Polung zur Erwärmung der ersten Seite eingesetzt wird, um diese beschlagfrei zu halten bzw. bereits aufgetretenen Beschlag aufzulösen bzw. um eine eisfreie Deckscheibe zu gewährleisten, diese bei Bedarf also aufzutauen und in der Folge eisfrei zu halten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Temperierungsmoduls, des Scheinwerfers gemäß der Erfindung und des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 Temperierungsmoduls gemäß der Erfindung im Teilschnitt;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Temperierungsmodul gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung; Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Vorrichtung zum Druckausgleich und zur Kondensatabfuhr in diesem und aus diesem Scheinwerfer.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes integriertes Temperierungsmodul in einer Seitenansicht zu erkennen. Ein Gehäuse 2 des integrierten Temperierungsmoduls 1 ist dabei teilweise in einer Schnittdarstellung gezeigt, um den Blick auf ein Trennelement 3 mit einigen angedeuteten Wärmeleitelementen 4 auf der dem Betrachter zugewandten Seite 5 freizugeben. Diese Wärmeleitelemente 4 können z.B. als Kühlpins ausgebildet sein. Zusätzlich zu diesem Trennelement 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 Temperierungsmoduls 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 Temperierungsmoduls 1. Über das Temperierungsmodul 1 soll nun Wärme von dem einen in das andere der beiden Volumen 13, 14 übertragen werden. Im einer Kühlung des Innenvolumens 13 also von dem Innenvolumen 13 in das die Umgebung des Aufbaus bildenden Außenvolumen 14. Das Trennelement 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 Außenvolumen 14 zugewandten Bereich abgedichtet ist. Die erste hier nach unten gewandte erste Seite 5 des Trennelements 3 bzw. seines Mittelteils 15 trägt dabei einige der Wärmeleitelemente 4, die gegenüberliegende zweite Seite 16 ebenfalls. In dem Trennelement 3 bzw. dem Mitteilteil 15 ist nun außerdem ein Peltierelement PE als thermoelektrischer Kühler oder Heizer angeordnet. Je nach Ansteuerung bzw. elektrischer Polung kann damit Wärme von der ersten zur zweiten Seite 5, 16 transportiert werden, sodass das Innenvolumen 13 gekühlt wird, oder andersherum, sodass das Innenvolumen 13 beheizt wird. Durch die Lüfterräder ? des Zwillingslüfters 6 wird dabei die Kühl- oder Heizluft im Innenvolumen 13 umgewälzt und die Abwärme bzw. abgegebene Kälte in das Außenvolumen 14 Umgebung abgeführt.
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 Trennelements 3 angeordnet ist. Diese Zwischenwand 17 weist eine Öffnung für einen elektrischen Antriebsmotor 18 auf, welcher Teil des Zwillingslüfters 6 ist und zwei Laufräder 7 mit ihren jeweiligen Leitschaufeln parallel antreibt. Der Bereich der beiden Laufräder 7 ist dabei durch die Zwischenwand 17 und den Antriebsmotor 18 ebenfalls gegeneinander abgedichtet, sodass bei einem abgedichteten Einbau des Gehäuses 2 in die Öffnung 8 der Wand 9 eine Abdichtung des Innenvolumens 13 gegenüber dem Außenvolumen 14 möglich ist.
Auf der dem Innenvolumen 13 zugewandten unteren Seite des gezeigten Temperierungsmoduls 1 wird nun Luft aus dem Innenvolumen 13 über Zuluftöffnungen 19 angesaugt und von den Leitschaufeln der rotierenden Laufräder 7 zwischen den Wärmeleitelementen 4 der ersten Seite 5 des Trennelements 3 hindurchgefördert. Dasselbe gilt für die gegenüberliegende Seite 16 des Mittelteils 15 analog. Auch hier wird Luft dieses Mal aus dem Außenvolumen 14, also der Umgebung, über die dortigen, ebenfalls mit 19 bezeichneten Zuluftöffnungen angesaugt und zwischen den Wärmeleitelementen 4 der zweiten Seite 16 des Mittelteils 15 hindurch gefördert. Die abströmende Luft gelangt dann auf beiden Seiten durch Austrittsöffnungen 20 einerseits wieder in das Innenvolumen 13, welches in der Figur 2 unten dargestellt ist, und andererseits in das Außenvolumen 14, welches dementsprechend oben zu erkennen ist. Die über die rotierenden Laufräder 7 des Zwillingslüfters 6 geförderte Luft bleibt also je nachdem, ob sie aus dem Innenvolumen 13 oder dem Außenvolumen 14 gefördert wird, unvermischt, sodass die beiden Luftströme lediglich über das Mittelteil 15 und die Wärmeleitelemente 4 in wärmeleitendem Kontakt miteinander sind. Bereits hierdurch wäre prinzipiell ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Luftströmen möglich. Unterstützt wird dieser nun durch das Peltierelement PE, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in das Mittelteil 15 integriert ausgebildet sein soll. Das Peltierelement PE könnte dieses Mittelteil 15 auch vollständig ausbilden, sodass die Wärmeleitelemente direkt auf dem Peltierelement PE angeordnet wären. Das Temperierungsmodul 1 ist nun in der Lage beispielsweise im Bereich des Innenvolumens 13 zu kühlen, indem Wärme an den Luftstrom aus dem Außenvolumen 14 abgegeben wird und indem das Peltierelement PE so gepolt ist, dass auf seiner dem Innenvolumen 13 zugewandten Seite die kalte Seite und auf der dem Außenvolumen 14 zugewandten Seite die warme Seite liegt. Neben einer solchen Kühlung ist auch ein Beheizen des Luftstroms für das Innenvolumen 13 möglich, in diesem Fall wäre die Polung des Peltierelements PE umgekehrt, sodass die kalte Seite auf der dem Außenvolumen 14 und die warme Seite auf der dem Innenvolumen 13 zugewandten Seite zu liegen kommt.
Das Trennelement 3 oder zumindest sein Mittelteil 15 sowie die Wärmeleitelemente 4 können vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium. Der Zwillingslüfter 6 bewegt zusätzlich zu dem Laufrad 7 in der Darstellung der Figur 2 unten das Laufrad 7 mit den Leitschaufeln 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 7 sind vorzugsweise analog zueinander aufgebaut.
Das Temperierungsmodul 1 kann insbesondere bei einem in Figur 3 gezeigten Scheinwerfer 21 zum Einsatz kommen. 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 oder wie hier angedeutet an dem Gehäuse 22 ein Steuergerät 25 sowie ein Schrittmotor 26 exemplarisch angedeutet. Diese Elemente im Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 oder in wärmeleitendem Kontakt zu diesem produzieren dabei Abwärme. Um deren die Kühlung zu verbessern, um so eine hohe Leistungsfähigkeit der Komponenten innerhalb des Innenvolumens 13 des Scheinwerfers 21 zu erreichen, ohne diese Komponenten zu überhitzen, ist nun das Temperierungsmodul 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 Temperierungsmodul 1 wird also z.B. 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 abgedichtet sein, um das Eindringen von größeren Mengen an Feuchtigkeit zu verhindern, welches die elektrischen und insbesondere optischen Komponenten innerhalb des Scheinwerfers 21 schädigen könnte. Neben der für die allermeisten Betriebssituationen benötigten Kühlung, also der Abfuhr von Abwärme der elektronischen Komponenten 24, 26 und 25 aus dem Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 , kann über den Aufbau des Temperierungsmoduls 1 mit dem Peltierelement PE sehr leicht auch eine Beheizung des Innenvolumens 13 vorgenommen werden, beispielsweise um dieses beschlagfrei zu bekommen bzw. zu halten oder von Eis zu befreien. Dies gilt dabei prinzipiell für das gesamte Innenvolumen 13, insbesondere jedoch für den Bereich der Deckscheibe 23.
Der Aufbau sieht es deshalb vor, dass im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft g unterhalb des Bereichs, in dem die Deckscheibe 23 in das nicht transparente Gehäuse 22 übergeht, eine Abdeckung 27 angeordnet ist. Diese Abdeckung 27 weist Lüftungsöffnungen 28 auf. Die von dem Temperierungsmodul 1 im Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 geförderte Luft sammelt sich nun unterhalb dieser Abdeckung 27 und strömt durch die Lüftungsöffnungen 28 gezielt geleitet im Bereich der Deckscheibe 23 nach oben, um dann im Kreislauf über die Beleuchtungselemente 24, den optionalen Schrittmotor 26 und den Bereich, in dem das Steuergerät 25 an dem Gehäuse 22 anliegt, zu dem Temperierungsmodul 1 zurückzuströmen. Diese Kreislaufströmung ermöglicht eine gute Kühlung innerhalb des Scheinwerfers 21 oder auch eine gute Beheizung insbesondere der Deckscheibe 23 für den Fall, dass diese vereist und/oder beschlagen ist. Wie oben bereits erwähnt ist es das Ziel das Eindringen von größeren Mengen an Feuchtigkeit in das Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 nach Möglichkeit zu verhindern. In der Praxis gelingt dies jedoch häufig nicht vollständig, da der Aufbau des Scheinwerfers 21 mit seinem Gehäuse 22 nie vollständig dicht umgesetzt werden kann. Dies liegt einerseits daran, dass ein Druckausgleich notwendig ist, welcher beispielsweise den Einsatz einer für Luft, nicht jedoch für Wasserdampf durchlässigen Membran erforderlich macht. Dies führt zu Schnittstellen innerhalb des Gehäuses 22, welche nur mit hohem Aufwand sehr dicht auszuführen sind. Außerdem ist es so, dass der typischerweise für das Gehäuse 22 eingesetzte Kunststoff nicht vollständig dicht gegenüber Feuchtigkeit ist, sodass also Feuchtigkeit auch in das Innere des Scheinwerfers 21 diffundieren kann. Eine gewisse Restfeuchtigkeit ist also nie auszuschließen.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer 21 verzichtet deshalb auf eine derartige Membran, welche im Prinzip optional auch weiterhin vorhanden sein könnte. Er nutzt stattdessen ein Sammelvolumen 29 für Kondensat im Bereich des Temperierungsmoduls 1 und hier auf seiner dem Innenvolumen 13 zugewandten Seite 5. Dieses Sammelvolumen 29, welches im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft, welche hier durch die Erdbeschleunigung g in ihrer Richtung symbolisch angedeutet ist, ist unten angeordnet. Feuchtigkeit, welche durch den Zwillingslüfter in dem Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 im Kreislauf geführt wird, kondensiert an der ersten Seite 5 bzw. im Bereich der Wärmeleitelemente 4 dieser Seite 5 aus und tropft in das Sammelvolumen 29 ab. Dieses steht über ein Leitungselement 30 mit einem Auffangvolumen 31 in Verbindung, welches außerhalb des Gehäuses 22 angeordnet, gegenüber diesem jedoch abgedichtet ist.
In der Darstellung der Figur 4 ist ein vergrößerter Aufbau hiervon dargestellt. Dabei ist die Seite 5 des Mittelteils 15 mit ihren Wärmeleitelementen 4 innerhalb des Temperierungsmoduls 1 eingezeichnet. Die Ansicht gemäß Figur 4 soll dabei die Ansicht aus dem Innenvolumen 13 heraus auf den in das Innenvolumen 13 ragenden Teil der Temperierungsmoduls 1 sein. Die Kühlung durch das hier nicht erkennbare Peltierelement PE sorgt für ein Auskondensieren von in dem Innenvolumen 13 vorhandener Feuchtigkeit. Diese sammelt sich nun in Richtung der Schwerkraft g unten in dem Sammelvolumen 29 und strömt über das Leitungselement 30 in das Auffangvolumen 31 ab. Das Leitungselement 30 endet dabei in dem Auffangvolumen 31 im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft g oben, sodass aus dem Leitungselement 30 austretendes Kondensat in den Auffangbehälter 31 tropft und sich in diesem in Richtung der Schwerkraft g unten sammelt. Das gesammelte Kondensat ist in der Darstellung der Figur 4 eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen K versehen. Über ein mäanderförmiges Röhrchen 32 ist das Auffangvolumen 31 unten mit der Umgebung, hier also dem Außenvolumen 14, entsprechend verbunden. Der Aufbau zur Kondensatabfuhr schafft also eine Verbindung zwischen dem Innenvolumen 13 und dem Außenvolumen 14, bei welchem aufgrund der Anordnung des Endes des Leitungselements 30 im normalen Einsatz kein Kondensat in das Innenvolumen 13 zurückgesaugt werden kann, auch wenn der Innendruck hier niedriger als im Bereich des Außenvolumens 14 sein sollte.
Das durch den entsprechenden Betrieb des Peltierelements PE als Kältefalle auskondensierte und gesammelte Wasser befindet sich nun also als Kondensat K in dem Auffangvolumen 31. Erhöht sich nun der Luftdruck in dem Innenvolumen 13 des Scheinwerfers 21 , beispielsweise durch den Betrieb der Wärmequellen oder auch durch ein Absenken des Umgebungsdrucks, weil das mit dem Scheinwerfer 21 ausgestattete Fahrzeug beispielsweise auf einen Berg fährt, dann wird das angesammelte Kondensat K durch das mäanderförmige ausgestaltete Röhrchen 32 nach außen in die Umgebung, also das Außenvolumen 14, gepresst. Ist das Auffangvolumen 31 leer, dann strömt die restliche Luft aufgrund des Überdrucks im Innenvolumen 13 ungehindert ab und es findet ein Druckausgleich statt. Im umgekehrten Fall, also wenn der Luftdruck im Innenvolumen 13 gegenüber dem Luftdruck im Außenvolumen 14 abfällt, kann durch das mäanderförmige Röhrchen 32 Luft nach innen gezogen werden. Falls in dem Auffangbehälter Kondensat K stehen würde, würden sich dort Luftblasen bilden und aufsteigen, um so für den Druckausgleich zu sorgen. Dabei ist es so, dass aufgrund des typischerweise vorliegenden Abstandes zwischen der Oberfläche des Kondensats K und dem im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft g oben endenden Leitungselement 30 kein Wasser bzw. Kondensat K in das Innenvolumen 13 gelangt. Bei leerem Auffangvolumen 31 würde die Luft direkt in das Innenvolumen 13 zurückströmen.
Damit würde eine einfache und effiziente Verbindung zwischen dem Innenvolumen 13 und dem Außenvolumen 14 geschaffen, um einerseits anfallendes Kondensat abführen zu können und andererseits einen Druckausgleich zu bewerkstelligen. Aufgrund der Möglichkeit der sehr effizienten und aktiven Kühlung über das Temperierungsmodul 1 mit dem Peltierelement PE ist die Dichtheit des Scheinwerfers 21 gegenüber der Umgebung nicht mehr so relevant, da anfallendes Kondensat abgeführt werden kann, bevor die Feuchtigkeit Komponenten im Inneren des Scheinwerfers 21 schädigen könnte.
Das Röhrchen 32 ist dabei mäanderförmig ausgestaltet, um Staub und Schmutz nicht in das Innere des Scheinwerfers 21 gelangen zu lassen. Ergänzend könnte ein hier nicht dargestelltes feines Netz oder Gitter am Ende des Röhrchens 32 angebracht werden, um zu verhindern, dass grober Schmutz das Röhrchen 32 zusetzt oder Insekten sich im Bereich des Röhrchens 32 einnisten.
Das in Figur 3 bereits gezeigte Steuergerät 25 übernimmt dabei die Steuerung und Überwachung des gesamten Prozesses. Es ist einerseits mit dem Peltierelement PE in dem Temperierungsmodul 1 verbunden und andererseits mit verschiedenen Temperatursensoren 33, 34, 35 im Inneren des Scheinwerfers 21. Zusätzlich können auch weitere Fahrzeugsignale wie beispielsweise die über einen Temperatursensor 36 erfasste Temperatur im Außenvolumen 14 oder Daten über den Luftdruck etc., was hier durch den Pfeil 37 angedeutet ist, dem Steuergerät 25 zur Verfügung gestellt werden. Ausgangsseitig kann das Steuergerät 25 nun das Peltierelement PE und den Antriebsmotor 18 des Zwillingslüfters 6 des Temperierungsmoduls 1 entsprechend ansteuern, um so die Temperaturen innerhalb des Innenvolumens 13 des Scheinwerfers 21 zu steuern bzw. zu regeln und das Peltierelement PE entsprechend der gewünschten Polung mit Strom zu versorgen, um dieses als Heiz- oder Kühlelement, je nach Bedarf, zu betreiben. Um die Polarität des Stroms für das Peltierelement PE umzukehren kann zum Beispiel eine H-Brücke verwendet werden. Hierdurch ist es möglich, mit dem Peltierelement PE im Sommer zu kühlen und die Luft zu trocknen. Im Winter kann es zum Heizen benutzt werden, um die Deckscheibe 23 frei von Beschlag und/oder Eis zu halten.
Das Steuergerät 25 kann außerdem die Steuerung der Beleuchtung und des Schrittmotors 26 übernehmen, es wären im Prinzip aber auch mehrere getrennte Steuergeräte denkbar.

Claims

Patentansprüche Temperierungsmodul (1) mit einem Trennelement (3), welches ein geschlossenes Mittelteil (15) und Wärmeleitelemente (4) auf 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 Trennelement (3) fördert, wobei das Mittelteil (15) ein Peltierelement (PE) aufweist oder als solches ausgebildet ist. Temperierungsmodul (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Seiten (5) ein Sammelvolumen (29) für Kondensat angeordnet ist. Temperierungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwillingslüfter (6) zwei gegeneinander abgedichtete Lüfterräder (7) und einen elektrischen Antriebsmotor (18) für die beiden Lüfterräder (7) aufweist. 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 Temperierungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dessen Mittelteil (15) einen Teil der Begrenzung des Innenvolumens (13) ausbildet, sodass die Wärmeleitelemente (4) der einen Seite (5) in das Innenvolumen (13) und die Wärmeleitelemente (4) der anderen Seite (16) in die Umgebung (14) ragen. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 4 mit einem Temperierungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelvolumen (29) im Innenvolumen (13) angeordnet ist und über ein Leitungselement (30) zur Kondensatabfuhr mit einem Auffangvolumen (31) für das Kondensat (K) verbunden ist. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement (30) im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft (g) oben in dem Auffangvolumen (31) endet. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangvolumen (31) über ein im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft (g) unten angeordnetes mäanderförmiges Röhrchen (32) mit der Umgebung verbunden ist. Scheinwerfer (21) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der durchströmbare Querschnitts des mäanderförmigen Röhrchens (32) ein Gitter- oder Filterelement aufweist. Scheinwerfer (21) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierungsmodul (1) zumindest bezüglich des von ihm geförderten Luftstrom im bestimmungsgemäßen Einsatz des Scheinwerfers (21) unterhalb einer Abdeckung (27) im Innenvolumen (13) angeordnet ist, welche Lüftungsöffnungen (28) aufweist. Scheinwerfer (21) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens ein Temperatursensor (33, 34 ,35, 36) vorgesehen ist, welcher mit einem Steuergerät (25) verbunden ist, welches zumindest zur Ansteuerung des Peltierelements (PE) und des Zwillingslüfters (6) eingerichtet ist. Scheinwerfer (21) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs. Verfahren zum Betreiben eines Temperierungsmoduls (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, in einem Scheinwerfer (21) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Peltierelement (PE) im Falle eines Kühlbedarfs in einer ersten elektrischen Polung zur Kühlung der ersten Seite (5) und zur Abfuhr der Wärme auf die zweite Seite (16) eingesetzt wird, um das Innenvolumen (13) zu kühlen und/oder Kondensat im Sammelvolumen (29) des Temperierungsmoduls (1) zu sammeln, sowie im Falle eines Wärmebedarfs in einer umgekehrten Polung zur Erwärmung der ersten Seite (5) eingesetzt wird, um eine beschlagfreie und/oder eisfreie Deckscheibe (23) zu gewährleisten.
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